直接能量平衡—DEB在循環流化床機組中的應用

邱樹良　柏向陽　譚小勇

【摘 要】本文簡要介紹了直接能量平衡的原理，并著重說明了其在循環流化床中協調控制邏輯的實現及應用。

【關鍵詞】直接能量平衡；循環流化床；協調控制

【Abstract】Briefly introduces the principle of direct energy balance， and emphatically explains the implementation and application of CCS logic in circulating fluidized bed.

【Key words】DEB；CFB；CCS

0 引言

燃煤火力發電機組，都采用單元制運行.由于鍋爐和汽輪機的動態特性差異很大，而負荷控制又相互關聯，因而必須采用協調控制系統。隨著電力工業自動化水平的提高，發電自動控制AGC（Automatic Generation Control）對單元機組協調控制系統CCS（Coordinated Control System）的控制品質也提出了越來越高的要求。這些要求主要包括：大范圍的負荷變動，良好的靜態、動態跟蹤性能、穩定性能等。菲律賓普丁巴圖項目135MW循環流化床機組采用的是以直接能量平衡-DEB（Directly Energy Balance）思想為基礎的協調控制系統。

1 設備簡介

菲律賓普丁巴圖燃煤電站2×135MW機組采用的是東方電氣集團生產的440t/h超高壓，單汽包自然循環，一次中間再熱，循環流化床鍋爐。汽輪機采用哈爾濱汽輪機廠制造N135-13.24/535/535 超高壓再熱汽輪機，為國產頻率為60Hz的汽輪機組。DCS采用GE上海新華公司的oce-6000分散控制系統，這是oce-6000在國外60Hz機組的首次應用。單元機組負荷控制方式可分為鍋爐跟隨方式、汽機跟隨方式以及以鍋爐跟隨為基礎的協調控制方式。協調控制系統包括負荷指令處理回路和機爐主控制器，并對最終的SAMA圖進行了重新的設計。

2 直接能量平衡原理介紹

直接能量平衡控制思想，選用汽機調速級壓力（P1）與汽機主汽門前壓力（Pt）之比乘以機前壓力設定值（PT0）作為汽機對鍋爐的能量需求（該信號是直接能量平衡信號P1* PT0/Pt），該信號以動態前饋及控制指令的形式控制鍋爐的燃料量。直接能量平衡的主要基礎在于P1/PT代表了汽輪機調門的開度，在額定參數下，汽機調門開度的變化反映了汽機進汽量的變化，同樣也反應了汽機對鍋爐能量需求的變化。機前壓力設定值PT0的改變，反映了鍋爐被控參數對鍋爐輸入量需求的變化。因此P1* PT0/Pt可以反映負荷對鍋爐燃燒的需求量，也可以滿足鍋爐主汽壓力對燃燒的需求量。而當燃料量發生改變時，由于調節級壓力P1和機前壓力Pt對燃料響應的在數量上和時間上的基本一致性，使P1/Pt基本不變，這樣P1*PT0/Pt就僅僅反映負荷對鍋爐燃燒的需求量，而不反映燃料量的變化。具有作為燃料需求指令的基本條件。仔細分析還可以看出，在汽機調門維持不變的情況下，P1/Pt維持一定，改變壓力設定值PT0即改變了鍋爐的燃料指令，從而達到了控制負荷的目的，也就是說直接能量平衡信號不但適用與定壓控制方式，而且適用與滑壓運行方式。直接能量平衡-DEB的控制原理如圖1。

直接能量平衡控制系統的另一個重要特點是采用熱量信號（P1+dPd/dt）作為燃料的反饋信號。對于（P1+dPd/dt）進行適當的調整，可以使（P1+dPd/dt）在調門開度的擾動下，P1的正微分面積與dPd/dt負微分面積基本相等，使（P1+dPd/dt）在調門開度的擾動下基本不變，而僅反映燃料的變化。

3 控制邏輯

在本項目中引用了如上的DEB控制原理，協調控制分為MAN、BF、TF、CCBF四種方式。MAN方式 MAN mode，MAN方式——即鍋爐主控、汽機主控都在手動方式；BF方式BF mode，BF方式——爐跟機，即鍋爐控制主汽壓力，汽機主控在手動方式；TF方式 TF mode，TF方式——機跟爐，即汽機控制主汽壓力，鍋爐主控在手動方式；CCBF（爐跟機）方式，CCBF（turbine follows boiler） mode；CCBF方式——即汽機控制功率，鍋爐控制壓力。這是一種控制功率為主的綜合控制方式，機組指令按比例直接作用到汽機主控、鍋爐主控；功率偏差、DEB與熱量信號偏差作為細調。為了限制過多釋放蓄熱，在汽機主控設計功率修正回路。

根據CFB鍋爐燃燒特點，維持相對穩定的床料高度十分必要，若料層高，太厚使布風板阻力加大，分層嚴重，可能引起床下風室風道振動，而且增大風機電耗；若料層簿，高度太小則會發生吹穿，燃燒熱量減小，運行不穩定，帶負荷能力受到影響?？梢?，料層厚度不僅影響床溫，而且對鍋爐經濟運行影響很大。CFB機組不管是內置式、還是外置式，都需要保持左、右床料均衡。當左、右燃料厚度不一致，二側阻力不相等，阻力大的一側風量減少，阻力小的一側風量增加；這種現象增強到到一定程度時，流化床失去穩定性，機組難于運行；嚴重時出現床的一側阻力很小，風量非常大，床料被吹空；另一側床料累積過多，床料很厚，風量很小，難于流化，甚至阻力大于風機壓頭，使流化風降為0，造成機組停運。這就通常所說的“翻床”現象。由于以上循環流化床的特性，設計了如下協調控制回路，在平衡調節給煤量的同時，使流化床鍋爐能穩定燃燒。

燃料量的熱值補償環節用積分無差調節特性來保持燃料信號與鍋爐蒸發量之間的對應關系，它和總燃料量信號之差經積分運算后送到乘法模塊對燃料信號進行修正，修正范圍是0.8—1.2。為了提高CFB機組變負荷能力， CFB鍋爐給煤量擾動16～20min，主汽壓力才有反應，風量擾動3～4min主壓力就有反應。因此用機組指令按比例作用于燃料，同時風量快速跟上，是提高CFB機組變負荷能力的有效措施；而細調是對燃料指令的修正。該機組控制邏輯的實現如圖2。

4 應用效果

循環流化床技術作為高效、潔凈、低污染的燃煤技術，在國外得到越來越廣的推廣與應用。因此研究出切實可行的循環流化床自動控制技術是一項緊迫而有意義的工作。菲律賓普丁巴圖項目135MW循環流化床采用的是60Hz汽輪機組，協調控制的負荷及壓力控制效果如圖3所示，該項目協調控制的投入及穩定運行，對于填補循環流化床機組協調控制在國外項目的運用具有非常積極的意義。

[責任編輯：湯靜]