循環(huán)流化床（CFB）由于其*性能，已越來(lái)越多地在我國中小電廠(chǎng)獲得應用。首先CFB鍋爐的燃放效率很高、燃用的各種低質(zhì)煤的范圍更寬、在爐內用更少的石灰石可取得更佳的脫硫效果；其次運行溫度的降低減少了結渣的可能性，并使得NOx排放更少，產(chǎn)生更少的污染物；由于燃料在爐膛內停留的時(shí)間更長(cháng)，使熱效果更佳；由于煙氣速度和固體攜帶量之間的適當關(guān)系而使CFB鍋爐可以在很寬的負荷范圍內運行。另外，燃燒后排出的灰、渣還可以綜合利用，因此引起了國內外的廣泛關(guān)注和重視。下面就上海石化熱電總廠(chǎng)310t/h循環(huán)流化床鍋爐的自動(dòng)控制系統部分作一介紹。
一、主要控制系統的分析及應用
一臺300t/h CFB鍋爐的I/O有1500～1700點(diǎn)，如此多的I/O點(diǎn)采用常規控制系統是難以實(shí)現的。再加上控制功能多，要求安全可靠，實(shí)踐證明只有選用DCS才能勝任。CFB鍋爐必須確保按規定順序進(jìn)行開(kāi)、停車(chē)，和安全經(jīng)濟運行，由此確定了DCS中的順序控制和自動(dòng)調節。
1.1 順序控制完成的任務(wù)
（1）CFB鍋爐的啟動(dòng)和停止
CFB鍋爐的啟動(dòng)步驟見(jiàn)啟動(dòng)程序（表1）。該回路不僅要保證按表1的步驟開(kāi)、停車(chē)，還必須具有啟動(dòng)過(guò)程中出現故障具有診斷和報警功能，以使操作人員迅速消除故障，盡快開(kāi)車(chē)。例如啟動(dòng)任一輔助設備時(shí)，在規定時(shí)間內不開(kāi)車(chē)，馬上顯示報警。
（2）燃燒器管理系統（BMS或FSSS），主要是安全連鎖系統。
在啟動(dòng)和正常運行時(shí)，CFB鍋爐出現故障，首先將主燃料跳閘。如當煙氣溫度在485℃及以上出現汽包水位低限，立即實(shí)現MFT，以確保鍋爐安全，避免損壞設備。
1.2 自動(dòng)調節系統完成的任務(wù)保證蒸汽質(zhì)量指標和經(jīng)濟運行
鍋爐的調節區域可劃分成的獨立區域有：汽包水位調節區域、過(guò)熱汽溫調節區域、燃燒調節區域和含鹽量調節區域。目前，爐水含鹽量的控制大都采用人工定期排污和連續排污來(lái)解決。為此，CFB鍋爐的調節只有汽包水位、過(guò)熱汽溫和燃料區域。CFB鍋爐控制包括如下控制功能組：鍋爐主控、燃料量控制、空氣流量控制、床溫控制、石灰石流量控制、爐膛壓力控制、啟動(dòng)燃燒器控制、給水控制、主蒸汽溫度控制、啟動(dòng)燃燒器控制、給水控制、主蒸汽溫度控制、除氧器水位、壓力控制等。圖1為整個(gè)機組自動(dòng)調節系統的概要設計，下面就鍋爐側主要控制系統作具體介紹。
1.2.1 鍋爐主控系統
鍋爐主控系統為一定值控制系統，以控制主蒸汽母管壓力pm為目標。鍋爐母管壓力作為主調信號，采用經(jīng)動(dòng)態(tài)補償后的能量平衡信號P1*Ps/PT+k*d（P1*Ps/PT）/dt為鍋爐控制回路的前饋信號，其中P1為汽機調速級后的汽壓，PT為機前壓力，兩者的比值P1/PT與汽機調節閥開(kāi)度成正比，并且克服了由于調門(mén)的回差和不靈敏所造成的非線(xiàn)性對閥門(mén)開(kāi)度信號的影響。在額定控制參數下，汽機的用汽量與閥門(mén)的開(kāi)度成正比，對于抽汽機組，無(wú)論汽功率的變化還是電功率的變化，都反映到汽機調門(mén)的變化。機前壓力設定值Ps的改變，反映了鍋爐能量需求的變化。k*d（P1*Ps/PT）/dt信號代表了儲能元件（汽包）對燃料的需求。因此P1*Ps/PT+k*d（P1*Ps/PT）/dt信號即能反映汽機用汽量對燃料的需求，也反映了鍋爐參數變化對燃料的需求，同時(shí)滿(mǎn)足了鍋爐儲能元件對燃料的需求。這樣構成的前饋加反饋復合控制方式可以zui快地響應壓力的需求，滿(mǎn)足汽機用汽量對鍋爐的要求。
分析研究P1*Ps/PT+k*d（P1*Ps/PT）/dt與主汽流量作為前饋可以看到主要的差別：如采用主汽流量作為前饋信號時(shí)，當由于燃燒率變化而引起內擾時(shí)，主汽流量的前饋將形成一個(gè)正作用，反而加劇了機組的自發(fā)性擾動(dòng)。而以P1*Ps/PT+k*d（P1*Ps/PT）/dt信號作為前饋信號的鍋爐主控系統則只有在負荷擾動(dòng)時(shí)才對燃燒作出快速反應，提前作用于風(fēng)量和燃料量控制單元，以克服被控對象的滯后和慣性。而燃料出現擾動(dòng)時(shí)P1*Ps/PT+k*d（P1*Ps/PT）/dt不變，這一點(diǎn)對于穩定燃燒非常重要。
1.2.2 總風(fēng)量調節
總風(fēng)量調節作為風(fēng)量的主控調節器滿(mǎn)足總風(fēng)量和氧量的控制，向鍋爐燃燒二次風(fēng)和流化一次風(fēng)發(fā)出風(fēng)量指令。
總風(fēng)量調節接受鍋爐主控指令信號并經(jīng)風(fēng)煤交叉聯(lián)鎖回路向風(fēng)量主控器發(fā)出風(fēng)量指令信號，保證動(dòng)態(tài)時(shí)加負荷先加風(fēng)，減負荷先減煤。
1.2.3 燃料調節
影響母管壓力的主要因素是汽機調門(mén)的變化和燃料量的變化。采用P1*Ps/PT+k*d（P1*Ps/PT）/dt信號可以zui快地克服汽機調門(mén)的變化對鍋爐壓力的影響。
燃料對壓力的影響取決于兩點(diǎn)：燃料量的擾動(dòng)；燃料熱值的變化。
（1） 燃料量的擾動(dòng)
系統控制方案采用兩種控制策略克服燃料擾動(dòng)：①快速的燃料響應回路。在循環(huán)爐中燃料采用直接測量的方式，可以快速消除由于燃料給料機工作不穩定所引起的燃料側的擾動(dòng)。②系統采用多輸出控制回路。多輸出控制回路由多輸出控制器和設備的手動(dòng)操作器構成。對于多執行器的控制系統，采用多輸出系統具有以下優(yōu)點(diǎn)：
·手自動(dòng)切換平衡、無(wú)擾動(dòng)；
·任一臺給料機切手動(dòng)、投自動(dòng)不影響燃料指令的變化；
·多輸出控制回路增益自動(dòng)修正；
·給料機指令根據運行的給料機投自動(dòng)的臺數自動(dòng)修正，保證了回路控制增益一定。
各操作回路的偏置控制。在自動(dòng)工況下可以設置給料機指令的偏置改變各給料機的負荷分配而不影響燃料指令。
（2） 燃料熱值的變化
為了克服燃料熱值變化引起燃料的擾動(dòng)，系統內部設計燃料熱值自動(dòng)補償的控制回路。在自動(dòng)補償回路中，采用霍尼韋爾公司的蒸汽流量與給水溫度對鍋爐燃料的函數曲線(xiàn)進(jìn)行修正，zui快地克服由于燃料變化對系統控制參數的影響。
方案里還設計了采用P1*Ps/PT+k*d（P1*Ps/PT）/dt作為鍋爐指令信號、P1+d（Pd/dt）作反饋信號的控制系統，其中pd為汽包壓力。分析如下：
（1） P1*Ps/PT+k*d（P1*Ps/PT）/dt代表了汽機用汽量對燃料的需求，而 P1+d（Pd/dt）不僅反映了燃料量的變化，而且反映了燃料質(zhì)——“熱值”的變化。
（2） 在燃料控制器入口：P1*Ps/PT+k*d（P1*Ps/PT）/dt=P1+d（Pd/dt）
穩態(tài)時(shí)令d（P1*Ps/PT）/dt和dPd/dt為0，有：
P1*Ps/PT=P1
所以有關(guān)系PT=Ps，保證了主汽壓力。
1.2.4 一次風(fēng)量調節
由總風(fēng)量調節輸出的一次風(fēng)量指令經(jīng)床溫控制器的修正作為一次風(fēng)量調節器的設定值，調節器的輸出控制一次風(fēng)機入口導葉，維持鍋爐所需的輸出控制一次風(fēng)量。一次風(fēng)主要用于流化爐膛中的床料。
1.2.5 二次風(fēng)量調節
鍋爐總風(fēng)量調節輸出的二次風(fēng)量指令經(jīng)氧量控制器和床溫控制器的修正作為調節器的設定值，調節器的輸出分兩路控制上部二次風(fēng)流量擋板和下部二次風(fēng)流量擋板。
1.2.6 二次風(fēng)壓調節
二次風(fēng)的調整是二段控制方式，以控制上部二次風(fēng)控制擋板和下部二次風(fēng)控制擋板保證二次風(fēng)流量，調節風(fēng)機入口導葉控制二次風(fēng)壓力。
1.2.7 氧量調節
氧氣量調節主要采用風(fēng)、煤比的靜態(tài)平衡關(guān)系加上氧量控制器的修正實(shí)現氧量調節。
在整個(gè)負荷范圍內氧量不是一個(gè)定值調節，系統引入表征鍋爐負荷的蒸汽流量經(jīng)函數運算并經(jīng)給定修正后作為調節器的設定值。調節器的輸出分兩路修正上部二次風(fēng)流量和下部二次風(fēng)流量的指令。
1.2.8 床溫調節
該控制系統的任務(wù)是將床溫控制在850℃～900℃，以保證流化床穩定燃料，使石灰石與燃料中的硫充分發(fā)生反應，達到*脫硫效果。系統設計的主要思想是：床溫控制以靜態(tài)標定的一、二次風(fēng)為基礎，床溫控制器進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正?？刂破鞯妮敵稣{整一、二次風(fēng)的配比。
1.2.9 一次風(fēng)暖風(fēng)器出口風(fēng)溫調節
該調節的目的是防止一次風(fēng)溫度低于露點(diǎn)而腐蝕空預器管道。通過(guò)改變進(jìn)入一次暖風(fēng)器輔助蒸汽管道上的調節閥開(kāi)度來(lái)調節一次風(fēng)暖風(fēng)器出口溫度。
1.2.10 二次風(fēng)暖風(fēng)器
該調節的目的是防止二次風(fēng)溫度低于露點(diǎn)而腐蝕空預器管道。通過(guò)改變進(jìn)入二次暖風(fēng)器輔助蒸汽管道上的調節閥開(kāi)度來(lái)調節二次風(fēng)暖風(fēng)器出口溫度。
1.2.11 煤/石油焦量調節
根據鍋爐主控系統燃料指令，調節煤/石油焦給料機給料速度，從而達到煤/石油焦量調節。
1.2.12 石灰石調節
CFB鍋爐的主要特點(diǎn)是爐床溫度控制在850℃～900℃時(shí)，向燃燒室加石灰石CaCO3，將煤中硫燃燒后生成的SO2與CaO反應后生成硫酸鈣（CaSO4）隨灰渣排出爐外。該回路提供足夠的石灰石以維持SO2排放量低于環(huán)境所規定的要求。
與煤矸石相比，石油焦水分、灰分少，而發(fā)熱量較高，要保證床溫的可調性，石灰石的投入就更為關(guān)鍵。在該控制系統中，預先確定的鈣/硫比通過(guò)乘法器而得到石灰石與燃料的配比，在經(jīng)SO2量校正補償后，此信號作為石灰石調節器的給定信號。調節石灰石旋轉給料機的轉速，從而達到石灰石給量調節。
二、結 語(yǔ)
金山石化熱電總廠(chǎng)循環(huán)流化床機組已于2002年2月底完成了鍋爐點(diǎn)火、機組沖轉和并網(wǎng)工作。根據其在現場(chǎng)運行情況看，DCS系統較好地完成了系統調試和投運任務(wù)。
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