翟志芳 曹迎

摘要：隨著人們的生活質(zhì)量在不斷提高，對(duì)于用電的需求在不斷加大，某電廠2×300MW循環(huán)流化床、直接空冷機(jī)組，實(shí)施了在高負(fù)荷狀態(tài)下的快速甩負(fù)荷至廠用電運(yùn)行功能試驗(yàn)，并取得了成功，機(jī)組帶廠用電“小島”運(yùn)行28min。根據(jù)循環(huán)流化床蓄熱量大的特性，試驗(yàn)過(guò)程中，鍋爐動(dòng)作切斷主燃料、鍋爐跳閘等保護(hù)程序，汽機(jī)動(dòng)作轉(zhuǎn)速超速保護(hù)、功率不平衡保護(hù)等功能，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組快速甩負(fù)荷并成功抑制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速升高，各項(xiàng)參數(shù)在機(jī)組要求范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組快速甩負(fù)荷帶廠用電運(yùn)行的功能。快速甩負(fù)荷試驗(yàn)，提高了機(jī)組自動(dòng)控制水平，增強(qiáng)了電廠應(yīng)對(duì)突發(fā)事故的能力和機(jī)組持續(xù)發(fā)電的能力，為該類型機(jī)組實(shí)現(xiàn)快速甩負(fù)荷帶廠用電運(yùn)行提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床;快速甩負(fù)荷;小島運(yùn)行;自動(dòng)控制

引言

循環(huán)流化床鍋爐在工作中是流態(tài)方式，其中燃燒溫度一般保持在820℃，特點(diǎn)在于工作效率很高，并且燃碳率極高，燃料適應(yīng)性比較廣。尤其是鍋爐造價(jià)很低，是一種環(huán)保型的綠色鍋爐。但是因?yàn)檠h(huán)硫化床鍋爐的輔機(jī)電力比較大，功率也比較大，致使了用電率一直上漲，浪費(fèi)了很多資源，這樣就影響了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在這種情況下就需要對(duì)鍋爐機(jī)組啟動(dòng)進(jìn)行節(jié)能降耗，讓用電率和供電煤耗都可以降低，讓機(jī)組運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)和高效。因此，對(duì)循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組啟動(dòng)節(jié)能降耗做分析有一定現(xiàn)實(shí)意義。

1鍋爐靜態(tài)蓄熱特性

對(duì)循環(huán)流化床鍋爐燃煤粒徑及粒徑分布影響極大。大于1mm的較粗煤粒的揮發(fā)分析出和碳的燃燒受擴(kuò)散控制，揮發(fā)分完全析出時(shí)間和碳粒完全燃盡時(shí)間與粒徑的平方成正比，1mm粒徑的煤粒從入爐到完全燃燼大約要15分鐘多次循環(huán)來(lái)完成。在運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)過(guò)破碎的煤被送入其燃燒室下部。由下部送入的新燃料并不提供保證鍋爐燃燒所需的所有能量，而鍋爐燃燒所需能量是流化床內(nèi)所有即燃碳與新加入的新燃料燃燒的結(jié)果。流化床內(nèi)即燃碳的積累是一個(gè)動(dòng)態(tài)蓄積，它代表了循環(huán)流化床的本質(zhì)，并主導(dǎo)著流化床的運(yùn)行過(guò)程。合理利用鍋爐蓄熱對(duì)提高協(xié)調(diào)控制的負(fù)荷響應(yīng)速率有重要作用，對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐，根據(jù)能量平衡認(rèn)為有如下關(guān)系：式中：△f為入爐煤輸入熱量，△H為工質(zhì)焓的變化，△Hx為爐內(nèi)床料蓄熱量的變化，△Hb為爐內(nèi)即燃碳所含熱量變化，Qc為鍋爐輸出負(fù)荷。負(fù)荷變化過(guò)程中，若過(guò)多的利用工質(zhì)蓄熱，則△H大幅度變化，這意味著蒸汽的壓力、溫度不穩(wěn)定。汽壓變化使得管壁內(nèi)飽和溫度變化，使管道承受熱應(yīng)力增加，汽壓、汽溫的變化還會(huì)使汽機(jī)熱應(yīng)力增加，從而降低汽輪機(jī)的使用壽命。另外應(yīng)盡量減少使用床料中的蓄熱，因?yàn)檫^(guò)多的利用床料的蓄熱，則會(huì)引起床溫的大幅波動(dòng)，從而影響運(yùn)行的安全。如果有的平衡，也就是希望利用入爐煤量的變化，床料中所含即燃碳量的變化來(lái)滿足負(fù)荷變化的能量要求。也就是我們希望利用入爐煤熱釋放量的變化，爐內(nèi)床料及爐膛蓄熱的變化，床料中所含即燃碳的變化來(lái)滿足負(fù)荷變化的能量要求。

2FCB功能試驗(yàn)綜述

2.1試驗(yàn)方式

此次FCB試驗(yàn)，是建立在機(jī)組各系統(tǒng)原有功能之上，未對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模改造，通過(guò)控制流化床鍋爐燃燒工況，來(lái)實(shí)現(xiàn)FCB功能。循環(huán)流化床鍋爐在正常運(yùn)行中，床體積蓄大量燃料，熱慣性大，試驗(yàn)中如僅采取鍋爐MFT，床料仍將正常燃燒，在機(jī)組現(xiàn)有設(shè)備的配置下，旁路系統(tǒng)或難以滿足需要，導(dǎo)致超溫、超壓，危及設(shè)備安全。因此，試驗(yàn)方式設(shè)定鍋爐MFT，先切斷燃料，隨后鍋爐BT，依次停運(yùn)爐側(cè)風(fēng)機(jī)，使鍋爐逐漸進(jìn)入“壓火”狀態(tài);機(jī)側(cè)首先進(jìn)行大功率甩負(fù)荷，OPC超速保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組快速減負(fù)荷至廠用電功率，并逐漸保持穩(wěn)定。

2.2機(jī)爐協(xié)調(diào)方式下鍋爐指令的控制策略

在機(jī)爐協(xié)調(diào)方式下，在鍋爐主控回路中設(shè)計(jì)有“加速”回路，由負(fù)荷指令設(shè)定值與實(shí)際負(fù)荷的差值信號(hào)經(jīng)一函數(shù)發(fā)生器而形成，是一非線性比例調(diào)節(jié)器，在負(fù)荷指令設(shè)定值與實(shí)際負(fù)荷的差值較大時(shí)，說(shuō)明鍋爐跟不上汽輪機(jī)的變化，因此輸出一指令信號(hào)給鍋爐主控器，令其再額外地增加或減少一部分煤量，起“加速器”的作用。該信號(hào)作為基本的穩(wěn)態(tài)功率前饋信號(hào)，主蒸汽壓力調(diào)節(jié)器作為細(xì)調(diào)部分。為了最大程度地減小循環(huán)流化床鍋爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制對(duì)象大延遲、大慣性對(duì)功率變化的影響，在鍋爐主控制器回路中加入了提前加煤環(huán)節(jié)。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整時(shí)，給出觸發(fā)加減給煤量的脈沖觸發(fā)信號(hào)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后信號(hào)復(fù)位，這個(gè)信號(hào)被稱為“正踢”（類似加一個(gè)初始沖量），脈沖時(shí)間長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況而定。由于循環(huán)流化床鍋爐的大慣性，機(jī)組負(fù)荷調(diào)整結(jié)束后進(jìn)入爐膛內(nèi)的燃料會(huì)持續(xù)產(chǎn)生作用，所以在燃煤量預(yù)算邏輯中又設(shè)計(jì)了一個(gè)“反踢”（類似“剎車”）功能，以防止鍋爐蒸汽壓力過(guò)調(diào)。為了進(jìn)一步提高控制品質(zhì)，在鍋爐主控調(diào)節(jié)器后引入了床溫、給煤量等鍋爐狀態(tài)反饋信號(hào)，以預(yù)測(cè)蒸汽壓力的變化趨勢(shì)、便于鍋爐實(shí)現(xiàn)正確的輸出，有效彌補(bǔ)PID控制器的不足并克服鍋爐蒸汽壓力過(guò)沖或振蕩現(xiàn)象造成的慣性，起到保持鍋爐蒸汽壓力穩(wěn)定的關(guān)鍵作用。鍋爐主控用于給定整個(gè)機(jī)組的總?cè)剂狭慷ㄖ?，鍋爐指令同時(shí)作用到燃料主控、一次風(fēng)及二次風(fēng)控制回路。在鍋爐主控未投自動(dòng)時(shí)，其輸出指令跟蹤機(jī)組的當(dāng)前燃料量（總?cè)剂狭?熱量校正）。

2.3鍋爐運(yùn)行調(diào)整

在鍋爐工作過(guò)程中也要做好節(jié)能降耗，其中主要是對(duì)風(fēng)量做控制調(diào)節(jié)。經(jīng)過(guò)對(duì)料層厚度的管控，可以提升鍋爐蓄熱量，并且也讓床溫波動(dòng)不大，煤粒與未能夠充分燃燒的灰能夠迅速被燃燒，而這些都對(duì)可以促使鍋爐穩(wěn)定工作，并且提升燃燒效率。同時(shí)也避免床料厚度過(guò)低，導(dǎo)致燃燒波動(dòng)大，且爐膛溫度容易升高。依據(jù)長(zhǎng)期調(diào)查發(fā)現(xiàn)，把床壓管控在5到6kpa，總一次風(fēng)量維系在25kNm3/h，一次風(fēng)主流化風(fēng)門開(kāi)度為40到50%，可以減少能源損失。床料流化情況較差時(shí)，能夠?qū)⒁淮物L(fēng)量提高到27kNm3/h。還有則是床溫控制，經(jīng)過(guò)調(diào)整煤種與外置床錐形閥開(kāi)度，以此來(lái)維持鍋爐床的溫度，持續(xù)保持在820℃左右，從而保障鍋爐在高燃燒效率下運(yùn)行。旋風(fēng)分離器入口煙溫要保持在900℃以下，煙溫太高會(huì)損壞耐火材料或金屬部分。分離器的出口煙溫度有問(wèn)題的時(shí)候，回料錐閥開(kāi)度和左右兩邊的溫水量會(huì)存在偏差，需要經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)兩邊給煤線偏差，讓爐膛左右部分熱量保持一致。此外，還需要盡可能地少用過(guò)熱器減溫水，進(jìn)而提高機(jī)組效率。鍋爐定期排污完成后，需關(guān)嚴(yán)手動(dòng)門，防止閥門沖刷。

結(jié)語(yǔ)

某電廠300MW機(jī)組快速甩負(fù)荷帶下用電運(yùn)行試驗(yàn)的成功，證實(shí)了該機(jī)組已具備高負(fù)荷條件下FCB功能。機(jī)組FCB的控制功能相較于100%甩負(fù)荷試驗(yàn)要求更為苛刻，使機(jī)組的控制功能得到了進(jìn)一步提高?，F(xiàn)階段受電網(wǎng)負(fù)荷限制，山西、內(nèi)蒙古部分電廠單機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行，F(xiàn)CB功能的實(shí)現(xiàn)，使機(jī)組在因電網(wǎng)故障或自身問(wèn)題出現(xiàn)甩負(fù)荷的情況下，避免全廠失電事故，待問(wèn)題消除后，快速恢復(fù)負(fù)荷，具有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)。機(jī)組未能實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷情況下的FCB試驗(yàn)及獲得相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。循環(huán)流化床機(jī)組高負(fù)荷下FCB試驗(yàn)的完成，可向同類型機(jī)組試驗(yàn)提供經(jīng)驗(yàn)及借鑒作用。

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