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(huán)流化床中協(xié)調(diào)控制邏輯的實現(xiàn)及應用。

【關鍵詞】直接能量平衡；循環(huán)流化床；協(xié)調(diào)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(fā)電機組，都采用單元制運行.由于鍋爐和汽輪機的動態(tài)特性差異很大，而負荷控制又相互關聯(lián)，因而必須采用協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。隨著電力工業(yè)自動化水平的提高，發(fā)電自動控制AGC（Automatic Generation Control）對單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CCS（Coordinated Control System）的控制品質(zhì)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(tài)、動態(tài)跟蹤性能、穩(wěn)定性能等。菲律賓普丁巴圖項目135MW循環(huán)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(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。

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(chǎn)的440t/h超高壓，單汽包自然循環(huán)，一次中間再熱，循環(huán)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(chǎn)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(tǒng)，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(xié)調(diào)控制方式。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)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(diào)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(tài)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(diào)門的開度，在額定參數(shù)下，汽機調(diào)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(shù)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(fā)生改變時，由于調(diào)節(jié)級壓力P1和機前壓力Pt對燃料響應的在數(shù)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(diào)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(tǒng)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?shù)恼{(diào)整，可以使（P1+dPd/dt）在調(diào)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(diào)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(xié)調(diào)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(diào)。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(jù)CFB鍋爐燃燒特點，維持相對穩(wěn)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(fā)生吹穿，燃燒熱量減小，運行不穩(wěn)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(jīng)濟運行影響很大。CFB機組不管是內(nèi)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(xiàn)象增強到到一定程度時，流化床失去穩(wěn)定性，機組難于運行；嚴重時出現(xiàn)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(xiàn)象。由于以上循環(huán)流化床的特性，設計了如下協(xié)調(diào)控制回路，在平衡調(diào)節(jié)給煤量的同時，使流化床鍋爐能穩(wěn)定燃燒。

燃料量的熱值補償環(huán)節(jié)用積分無差調(diào)節(jié)特性來保持燃料信號與鍋爐蒸發(fā)量之間的對應關系，它和總燃料量信號之差經(jīng)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(diào)是對燃料指令的修正。該機組控制邏輯的實現(xiàn)如圖2。

4 應用效果

循環(huán)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(huán)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(huán)流化床采用的是60Hz汽輪機組，協(xié)調(diào)控制的負荷及壓力控制效果如圖3所示，該項目協(xié)調(diào)控制的投入及穩(wěn)定運行，對于填補循環(huán)流化床機組協(xié)調(diào)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]