600MW超臨界循環流化床鍋爐控制系統研究

王 鵬

（臺州市特種設備監督檢驗中心，浙江臺州 318000)

600MW超臨界循環流化床鍋爐控制系統研究

王 鵬

（臺州市特種設備監督檢驗中心，浙江臺州 318000)

600MW超臨界循環流化床機組系統較為復雜，為了確保鍋爐運行的安全性和穩定性，必須對超臨界循環流化床實施有效的控制。超臨界循環流化床控制策略是控制系統的難點和核心。超臨界循環流化床鍋爐燃燒相較于煤粉爐存在滯后的情況，這主要是由于燃碳燃燒是該類型鍋爐燃燒發熱的主導因素。針對于此，通過對某臺600MW超臨界循環流化床鍋爐即燃碳模型的構造和相關機理的分析，估算了其爐膛內的即燃碳量。將估算結果應用于鍋爐控制系統中，可以有效提高機組負荷的動態響應特征，促進機組的穩定運行。

循環流化床；超臨界；鍋爐；控制系統

600MW超臨界循環流化床鍋爐具有污染物排放量低、燃料適用性廣，以及燃燒效率高的優勢，因而其應用也越來越廣泛。但是目前超臨界循環流化床鍋爐研究還不夠深入，鍋爐本身的結構以及設計存在一些問題，加之控制系統不完善問題的存在，嚴重阻礙了超臨界循環流化床鍋爐的推廣應用以及其使用效率的提升。

1 超臨界循環流化床鍋爐特性分析

超臨界循環流化床鍋爐運行中，煤粒進入爐膛之后并不會直接充分燃燒，而是會經歷一系列復雜的過程，碳顆粒完全燃盡需要8min以上，因而送入的新燃料無法完全滿足鍋爐燃燒所需要的能量。與普通的鍋爐相比，超臨界循環流化床鍋爐給煤的顆粒較大，當前時刻的給煤量只占鍋爐燃燒發熱量很小的一部分，超臨界循環流化床鍋爐的主導發熱量為大量存儲在爐膛的碳燃燒發熱量，也稱之為“即燃碳”。如果可以為鍋爐內的即燃碳蓄熱進行精確的利用，就可以充分滿足機組的負荷變化，從而提高機組對負荷的響應速率。可以利用機理模型軟測量即燃碳量，根據該數值進行功率和氧量預測值的計算，再通過預測值與實測值的對比分析驗證該模型的正確性。超臨界循環流化床鍋爐控制系統給煤量階躍增加會導致主蒸汽壓力、主蒸汽流速和煙氣氧量響應的延時，主蒸汽壓力和主蒸汽流速對于送風量的躍階增加響應速度則比較快。控制系統對于超臨界循環流化床鍋爐燃燒特性的合理利用可以有效提高機組對負荷指令的響應速度以及機組運行的穩定性。

2 超臨界循環流化床機組控制系統分析

2.1 協調控制系統

協調控制的主要目的是對機組汽機的快過程和鍋爐的慢過程進行協調，保障鍋爐汽機工作的穩定性以及對電網負荷指令的盡快響應。超臨界循環流化床鍋爐機組協調控制系統的三個主要輸入量為給水量、汽機調門開度以及給煤量，輸出量是主蒸汽壓力、主蒸汽溫度和機組功率。超臨界循環流化床鍋爐的燃燒放熱需要較長的過程，因而如何在機組負荷變化的過程中保證負荷的速率同時滿足電網的需求也就成為協調控制的難點，超臨界循環流化床直流爐膛內所存儲的“即燃碳”量是燃燒熱量的決定因素，而并非單純的當前給煤量。而給煤量與總風量構造得到“即燃碳”，針對于此可以以“即燃碳”能量平衡理論為基礎，根據機組的負荷變化情況，利用即燃燒的蓄熱來保證機組整個動態過程中負荷變化的能量平衡，以此構建協調控制的四入三出模型，具體如圖1所示。協調控制系統可以通過增加給煤量的方式補償蒸汽蓄熱和即燃碳量蓄熱提前釋放造成的熱量損失。以燃碳控制為基礎的輔助方法的應用提高了協調控制的容量，蓄熱控制的手段也更為精確且反應速度較快，可以有效提高負荷響應的速率和調節的精度。

圖1 超臨界循環流化床機組的四入三出模型

2.2 煤量控制系統

與傳統的直流鍋爐相比，超臨界循環流化床鍋爐的即燃碳所產生的燃燒發熱量可以作為超前校正形成燃料前饋，從而避免慣性與延遲的存在，影響機組負荷的相應速率。超臨界循環流化床鍋爐的煤量控制原理如圖2所示。煤量控制系統可以根據機組的當前負荷指令確定所需的燃燒量，在通過當前即燃碳燃燒發熱量與目標負荷所需發熱量的差值計算煤量，從而實現煤量的動態控制，以響應機組負荷的快速變化。將該系統應用于實際的工業生產中，確保機組的運行工況維持在360～540MW，在優化之前的7.5h內機組主蒸汽壓力波動的最大偏差為1.2MPa，機組功率穩態最大偏差達到12MW，優化之后的7.5h內，機組運行工況不變，機組負荷上升時，可以通過既然碳動態熱量對調節動作進行校正，從而彌補運行中鍋爐蓄熱量的損失，運行過程控制平穩，主蒸汽壓力波動最大值為0.4MPa，發電功率最大偏差為5MW，機組動態和靜態工況運行的穩定性都得到了提高。

2.3 風量控制系統

600MW超臨界循環流化床鍋爐風量控制的基本思路為，

在機組負荷上升時同時增加風量，從而提高燃燒的速率以降低鍋爐內的即燃碳量，促使其燃燒放熱，在此過程中要增加入爐的煤量對燃燒進行補充，通過風量和給煤量控制的良好配合促進負荷響應速率和控制調節精度的提高。將即燃碳動態熱量平衡校正模型應用于超循環流化床鍋爐控制系統中，在機組負荷上升時，一、二次風量可以在即燃碳動態熱量校正調節前進行動作，從而促進鍋爐蓄熱量的充分利用，通過鍋爐蓄熱的釋放以確保發電功率和主蒸汽壓力的穩定性。

圖2 給煤控制系統原理圖

2.4 給水控制系統

600MW超臨界循環流化路機組不適用于傳統的以熱量確定給水量的思路，這主要是由于該機組的慣性較大，因而在進行給水控制時需要對慣性時間進行充分的考慮，除此之外還需要考慮燃燒過程中石灰石脫硫對于鍋爐燃燒工況的影響。超臨界循環流化床鍋爐的給水控制系統頭部利用即燃碳構造的燃燒發熱量進行校正，中間利用分離器的出口焓進行校正，尾端則采用主蒸汽流量進行調節。將這種調節思路應用到實際的鍋爐運行中可以有效提高機組運行給水控制的平穩定，提高機組給水控制的質量和效率。

3 結束語

綜上所述，對600MW超臨界循環流化鍋爐的給煤控制系統、風量控制系統以及協調控制系統等系統的優化，可以提高機組的控制效果，即使是在燃燒較差煤質的情況下，也可以實現全自動控制功能，可以充分滿足600MW超循環流化床鍋爐機組運行的要求。日后要繼續加強石灰石量對于鍋爐燃燒發熱量問題的相關研究，促進超循環流化床鍋爐使用質量的提升。

[1] 金森旺.超臨界600 MW循環流化床鍋爐燃用不同煤種燃燒特性及排放特性試驗[J].熱力發電，2017，（46）.

[2] 鄺偉.600MW超臨界CFB鍋爐給水運行調整控制研究[J].四川電力技術，2015，（38）.

Research on Control System of 600MW Supercritical Circulating Fluidized Bed Boiler

Wang Peng

600MW supercritical circulating fluidized bed unit system is more complex.In order to ensure the safety and stability of boiler operation，it is necessary to effectively control the supercritical circulating fluidized bed.The control strategy of supercritical circulating fluidized bed is the difficulty and core of the control system.The combustion of supercritical circulating fluidized bed boiler lags behind that of the pulverized coal boiler，which is mainly due to the burning of carbon.In view of this，this paper estimates the combustion carbon content in a 600MW supercritical fluidized bed boiler by analyzing the structure and relevant mechanism of a combustion carbon model.Applying the estimation results to the boiler control system can effectively improve the dynamic response characteristics of the unit load and promote the stable operation of the unit.

circulating fluidized bed；supercritical；boiler；control system

TK229.66

B

1003–6490（2017）11–0138–02

2017–09–15

王鵬（1984—），男，浙江臺州人，工程師，主要研究方向為電站鍋爐自動化控制系統。