張成鑄，姚 遠

(遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

在我國環(huán)保要求日益嚴格、火電廠煤種變化較大和煤質(zhì)較差的情況下，循環(huán)流化床 (CFB)將成為火電廠優(yōu)選的技術(shù)之一。目前，300 MW CFB鍋爐機組是世界上在運最大的CFB鍋爐機組，我國首臺300 MW CFB鍋爐機組為四川白馬1×300 MW CFB示范工程機組［1］，該機組于2006年4月17日完成168 h滿負荷試運。隨后，又有云南大唐國際紅河發(fā)電廠、秦皇島熱電廠、北方聯(lián)合電力蒙西發(fā)電廠等同類機組相繼完成168 h滿負荷試運［2］，投入商業(yè)運行。以上機組均為帶外置床的300 MW CFB鍋爐機組，由于該類型機組投運時間不長，對其控制特性的認識還不夠深入，故對其協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進行優(yōu)化成為重要課題。

某電廠2×300 MW新建機組為帶外置床的300 MW CFB鍋爐機組。鍋爐島為上海鍋爐廠有限公司引進法國ALSTOM技術(shù)生產(chǎn)的SG－1065/17.5－M804型鍋爐，由褲衩型雙布風板結(jié)構(gòu)爐膛、高溫絕熱旋風分離器、自平衡“U”形回料閥、外置床、冷渣器和尾部對流煙道組成。DCS系統(tǒng)采用和利時公司的MACSV系統(tǒng)。本文參考已投運的同類型機組的運行情況，結(jié)合制造廠的控制邏輯方案，對機組控制策略進行優(yōu)化和改進，使其順利通過168 h試運，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)滿足機組運行和電網(wǎng)的各種要求。

1 控制特點分析

1.1 300 MW CFB鍋爐與小型CFB鍋爐的區(qū)別

1.1.1 鍋爐的設(shè)備和結(jié)構(gòu)不同

小型CFB鍋爐沒有外置床，受熱面均布置在爐內(nèi)。本型300 MW CFB鍋爐布置有4臺外置床，分別為左側(cè)爐膛中過外置床、左側(cè)爐膛高再－低過外置床、右側(cè)爐膛中過外置床和右側(cè)爐膛高再－低過外置床，外置床用于床溫控制和再熱汽溫控制。來自旋風分離器的高溫物料一部分經(jīng)密封槽回到爐膛，一部分通過錐型閥進入外置床，在外置床中的受熱面進行熱交換，放熱后的溫度較低的物料最后從外置床另一端進入爐膛，與爐膛內(nèi)的床料混合。

小型CFB鍋爐只有一個爐膛，物料在一個床上進行流化燃燒。本型300 MW CFB鍋爐為褲衩型雙布風板結(jié)構(gòu)爐膛，是雙爐膛結(jié)構(gòu)，物料在左右兩個床上進行流化燃燒，中間有一定高度的隔墻分開。“翻床”是雙爐膛結(jié)構(gòu)的流化床鍋爐普遍會發(fā)生的現(xiàn)象，ALSTOM這種結(jié)構(gòu)的流化床鍋爐在國內(nèi)外其他電廠也常常出現(xiàn)“翻床”。

1.1.2 鍋爐的控制方式不同

小型CFB鍋爐的床溫和床壓控制各為1套控制系統(tǒng)，本型300 MW CFB鍋爐的床溫和床壓控制各為2套控制系統(tǒng)，左側(cè)和右側(cè)單獨控制。

控制方式最大的不同是床溫控制。小型CFB鍋爐的床溫控制主要是靠調(diào)整一次風流量來完成，有時也要利用二次風來輔助調(diào)整，調(diào)整手段有限。本型300 MW CFB鍋爐采用了開度可調(diào)的錐型閥控制床溫，通過調(diào)整錐型閥開度有效控制進入外置床的灰量，即可控制床溫。

1.2 300 MW CFB鍋爐與煤粉爐的區(qū)別

本型300 MW CFB鍋爐為帶外置床的300 MW CFB鍋爐，比普通煤粉鍋爐具有更多的輸入/輸出變量，耦合關(guān)系也更為復(fù)雜，其燃燒系統(tǒng)及其控制和煤粉爐有較大的差異，突出表現(xiàn)在循環(huán)和流化兩方面。

1.2.1 物料的循環(huán)燃燒

本型300 MW CFB鍋爐的特點是爐內(nèi)物料循環(huán)和換熱，物料進入爐膛密相區(qū)下部后，被高溫物料包圍而迅速著火，并在燃燒室中伴以高速風流在沸騰懸浮狀態(tài)下進行燃燒。同時，高溫煙氣攜帶爐料和大部分未燃盡的煤粒飛逸出燃燒室頂部，經(jīng)旋風分離器分離出的未燃盡燃料由返料器返送回爐膛底部，再次進入爐膛循環(huán)燃燒。

1.2.2 高溫床料的流化

本型300 MW CFB鍋爐的燃燒方式是靠高溫床料的流化與進入爐膛床上的煤粒進行混合和擾動，從而達到燃燒的效果。一次風由爐膛下部的一次風箱進入，通過布風板進入燃燒室，擾動由煤和石灰石組成的床料使之流化，并攜帶床料向上移動通過整個燃燒室。為保證整個鍋爐的正常物料循環(huán)，流化風量從啟動到帶滿負荷基本要求固定風量。

1.2.3 配風方式

煤粉爐的配風一般按鍋爐的高度進行分層配風，燃燒器也隨配風進行由高到低的布置。本型300 MW CFB鍋爐的風系統(tǒng)比一般常規(guī)煤粉爐復(fù)雜。主要由一、二次風、返料風和播煤風等組成。一次風可分為兩路，一路一次風通過布風板進入燃燒室使床料流化，這是CFB鍋爐特有的送風方式。另一路一次風和二次風分別從爐膛的不同高度上進入燃燒室，補充懸浮區(qū)燃燒需用的空氣量，使燃料在上升的過程中實現(xiàn)分級燃燒。一部分二次風還可作為播煤風和正壓輸煤系統(tǒng)的密封風。

2 協(xié)調(diào)控制優(yōu)化設(shè)計

2.1 運用前饋指令提高變負荷速率

本型300 MW CFB鍋爐燃料側(cè)擾動的純遲延和慣性時間都較煤粉爐要大，這是由于燃料在爐內(nèi)和爐外 (外置床)通過多次循環(huán)才能燃盡釋放出所有熱量。為提高控制品質(zhì)，在鍋爐控制中引入了前饋控制。通過前饋控制可以提高鍋爐的響應(yīng)速度，同時還能有效克服給煤量超調(diào)造成的較大動態(tài)偏差，其控制回路如圖1所示。前饋控制主要包括以下幾方面。

a． 采用負荷指令作為鍋爐側(cè)能量需求信號。負荷指令最早反映負荷的變化需求，因此采用它作為鍋爐側(cè)的能量需求信號形成鍋爐主控指令的前饋信號能加快鍋爐對負荷的響應(yīng)。

b． 采用并行前饋控制。鍋爐主控指令并行為各子系統(tǒng) (如:燃料量控制及風量控制等)建立前饋設(shè)定值，改善鍋爐對負荷指令變化的快速響應(yīng)性。

c． 鍋爐動態(tài)加速控制。在負荷變化過程中，針對燃料、送風等對負荷變化不同的響應(yīng)時間，建立不同的超調(diào)信號，用于對動態(tài)響應(yīng)過程的校正，通過對指令的過調(diào) (負荷上升時)和欠調(diào) (負荷下降時)作用，加速鍋爐過程控制，改善主汽壓力和溫度的可控性。

圖1 鍋爐前饋控制

2.2 一次風量防止“翻床”控制

一次風流量控制包括左、右側(cè)兩個單獨的調(diào)節(jié)回路，分別控制兩側(cè)的風量。為克服“翻床”事故，就要控制好左、右側(cè)一次風流量的相對平衡。這一平衡是建立在左、右側(cè)床壓穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，運行中要保證左、右側(cè)床壓的差值在一定范圍。因此，在一次風量控制回路上增加左、右側(cè)床壓校正回路，其輸出增、減左右側(cè)一次風量設(shè)定值，控制左、右側(cè)床壓間的差值在一定范圍內(nèi)，其控制回路如圖2所示。

圖2 一次風量平衡回路

2.3 流化風防止風機過流控制

流化風系統(tǒng)主要提供回料器、外置床、冷渣器、錐型閥、部分灰道及分離器底部的流化風用風，通過調(diào)節(jié)擋板保證各支路要求的風量。在啟動初期，當冷渣器、外置床內(nèi)的床料比較少時，系統(tǒng)阻力小，在風機入口擋板快速開啟時容易造成風機超過出力，此時需對調(diào)節(jié)器輸出進行限制。在高負荷階段，冷渣器、外置床內(nèi)的床料正常，系統(tǒng)阻力大，開大入口擋板不會出現(xiàn)風機過載，這時需放寬對調(diào)節(jié)器輸出的限制。防止風機過流回路是調(diào)節(jié)器輸出限制的切換回路，當啟動初期時，調(diào)節(jié)器輸出限制在50%;當鍋爐負荷大于30%且風機運行數(shù)量大于2臺時，將調(diào)節(jié)器輸出上限切換為70%，其控制回路如圖3所示。

圖3 防止流化風機過流回路

2.4 床溫控制防錐型閥卡澀控制

床溫是流化床鍋爐的重要控制參數(shù)，床溫控制由鍋爐兩側(cè)外置床的回料錐型閥實現(xiàn)。錐型閥采用電動直行程執(zhí)行機構(gòu)，若長時間停留在某一開度就會引起機構(gòu)卡澀，如果卡澀較輕可在就地手動操作活動錐型閥以消除故障，卡澀嚴重時需使用液壓千斤頂才能將錐型閥閥芯頂出，給機組運行帶來極大的不便。

為克服這種現(xiàn)象，在錐型閥的開度指令上增加一個防卡澀脈沖信號，脈沖信號的時間寬度可以調(diào)整，對錐型閥進行間隔性的活動控制。一般設(shè)置為每間隔20 min發(fā)送一個幅值為±2%，時間間隔為30 s的脈沖信號，其控制回路如圖4所示。

圖4 錐型閥防卡澀脈沖信號

2.5 燃料的平衡控制

根據(jù)本型300 MW CFB鍋爐機組給煤系統(tǒng)的特點，設(shè)計左、右側(cè)2臺稱重給煤機為分配控制，同側(cè)內(nèi)2臺稱重給煤機有平衡功能，若1條輸煤線路發(fā)生故障被切除，同側(cè)內(nèi)另一輸煤線路自動將煤量加上。刮板給煤機變頻控制為隨動控制方式，隨相應(yīng)稱重給煤機指令成正比變化。只有左、右側(cè)至少有1套給煤系統(tǒng)投入自動，才允許投入燃料自動。若左側(cè)或右側(cè)給煤失去，鍋爐MFT動作。

3 結(jié)束語

在分析了已投運300 MW CFB鍋爐機組的運行情況和制造廠的控制邏輯方案基礎(chǔ)上，結(jié)合小型CFB鍋爐機組和常規(guī)煤粉爐機組的控制經(jīng)驗，對某300 MW CFB鍋爐機組協(xié)調(diào)控制策略進行優(yōu)化和改進，設(shè)計了有效可行的自動控制方案，基本解決了300 MW CFB鍋爐大遲延、強耦合、非線性等控制難點。機組投產(chǎn)后控制效果良好，投入AGC，運行穩(wěn)定，各主要參數(shù)均控制在要求的范圍內(nèi)，為大型CFB鍋爐機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計提供了很好的借鑒。

［1］ 吳玉平．300 MW循環(huán)流化床鍋爐主汽溫控制系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)試［J］．中國電力，2008，41(4):75－78．

［2］ 趙發(fā)家，董志乾，王家萬，等．300 MW循環(huán)流化床鍋爐運行優(yōu)化 ［J］．中國電力，2008，41(2):30－33．