大型火电厂循环流化床锅炉机组控制系统设计与安装调试分析

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　　摘要：本文详细分析介绍了循环流化床锅炉动态特性及自动控制系统组成，并结合工程实例，对循环流化床锅炉机组联动控制设计与安装调试技术要点进行了详细阐述，对其热工参数测点布设及DCS控制作了简要介绍。
　　关键词：大型火电厂；循环流化床锅炉；联动控制；热工参数测点；DCS控制
　　中图分类号：TU271.1 文献标识码：A
　　1 循环流化床锅炉动态特性分析
　　循环流化床锅炉在动态特性上不同于煤粉炉，主要表现在循环流化床锅炉燃烧室内流化层大热容量的热平衡特性。这种特性及其随运行工况不同而变化的特性，造成了循环流化床锅炉燃烧过程实现自动控制的困难。
　　2 循环流化床锅炉自动控制系统
　　循环流化床锅炉与普通锅炉相比耦合关系更复杂。给水流量和减温水流量与循环流化床锅炉其它变量间的耦合关系较弱，可以独立自成系统，因此，循环流化床锅炉的汽包水位控制和减温水控制与煤粉炉一样。燃烧控制一直是公认的难题，循环流化床锅炉燃烧控制的系统如下。
　　2.1 给煤量控制系统
　　由于循环流化床锅炉煤粒较粗，燃烧过程复杂，并且由于其燃烧室内的床料具有相当大的热惯性和蓄热能力，因此当给煤量改变后，主蒸汽压力的响应比煤粉锅炉的迟延和惯性要大得多，经实际测算，对于一台循环流化床锅炉，仅纯迟延就有5～15min。循环流化床锅炉的非线性强，又具有时变特性，难以建立有效的预估和补偿手段。锅炉压力调节回路也曾尝试使用“直接能量平衡”的控制结构，但“热量信号”并不比主蒸汽压力信号变化灵敏，所以调节效果不太理想。根据试验结果，即使采用主蒸汽流量前馈的控制结构，变负荷时主蒸汽压力的调节品质也难以得到理想效果。因此建议配备循环流化床锅炉的机组最好运行在“机跟炉”方式下，由锅炉根据机组负荷指令调节给煤量，汽轮机调节主蒸汽压力。
　　2.2一次风压控制系统
　　一次风压力控制系统的目的是为保持一次风压与给煤量相匹配。一次风压通过调节一次风机入口挡板的开度进行调节，一次风压设定值是燃料量指令和床温测量值与给定值偏差的函数。
　　2.3床温控制系统
　　循环流化床一般将床温控制在850～900℃，这是最佳脱硫、脱硝的温度范围。根据锅炉的要求，调节床温的手段一是通过调节一、二次风的配比;二是通过调节给煤量。但是通过调节一、二次风配比来调节床温的调节能力有限，通过调节燃料量调节床层温度，必然使锅炉主蒸汽压力发生波动。因此在调试中对床温自动控制回路进行了修改，仅用一次风量进行调节。为保证床料的良好流化，一次风量必须控制在一定范围内，在床温的控制回路设置了死区，在床温与给定值的偏差大于死区后才调整一次风流化风门。由于一次风流化风门的床温调节只是在±30℃，因此当床温大幅度改变时，需要通过改变一次风压力设定值来进行联合调节。采用一次风流化风门和一次风入口挡板进行床温联合调整的控制结构。
　　2.4二次风控制系统
　　二次风控制系统的目的是为了助燃和经济燃烧，包括二次风压、二次风量控制2个部分。二次风压通过调节送风机入口挡板开度进行调节，设定值是燃料量指令的函数;二次风量通过二次风档板进行调节，设定值是燃料量指令和氧量调节器输出的复合函数值。
　　2.5引风控制系统
　　炉膛压力通过引风机入口挡板的开度进行调节。为减少炉膛压力的波动，加快调节速度，在引风控制系统中加入送风机入口挡板和一次风机入口挡板开度的指令前馈信号。
　　3125MW循环流化床热水锅炉主要热工测点布设分析
　　DCS中各测点数据能及时、准确反映锅炉运行状况，便于操作人员启、停炉和负荷调整操作，同时，也便对锅炉各系统正常运行进行科学实时监控，为事故分析处理提供技术保证。
　　3.1温度测点布置
　　a.床下启动燃烧器内套壁稳1点。b.冷风室温度2点。c.炉膛温度采用分层布置，料床温度4点、密相区温度4点、稀相区温度4点、炉膛出口温度4点。d.每台分离器进/出口、下降管、回料阀各1点。e.各级省煤器、空气预热器进/出口分左右各布置2点。f.水系统、风系统视工艺需要布置测点
　　3.2压力测点布置
　　a.点火油压1点。b.冷风室压力2点。c.料床压力4点。d.密相区压力2点。e.炉膛出口压力6点。f.分离器进/出口、各级省煤器、空气预热器进/出口烟气压力分左右各布置2点。g.水系统、风系统视工艺需要分布测点。
　　3.3流量测点布置
　　3.3.1流量测点
　　a.一次风2点。b.上一次风4点。c.下一次风2点。d.二次风总风1点。e.点火风总风1点。f.供水流量1点。
　　3.3.2风量仪表选型分析
　　由于空间限制，工艺管道布置很难满足风量计对测量直管段长度的要求，影响了测量精度，因此，对于循环流化床锅炉风量的测量，根据现场情况考证，不赞成加大投资，刻意追求测量精度，主张在相对准确的前提下保证测量信号的稳定性更为实际。经过对几种流量计的比较，最终选用传统的机翼式测风装置。对于大尺寸风管道，也可以考虑选用热导式风量计，主要是减少压力损失，安装方便，但要注意热导式风量计是点测量，一定要在标定的前提下，找准代表平均流速的测量点，以确定热导式风量计的插入位置。对于直管道很短的风量测量可以考虑选用横截面积式风量计，但要注意横截面积式风量计相对于其它差压式风量计，测量信号很小，必须选用精度微差压变送器；也可以考虑选用V内锥式流量计。无论选用那种流量计，测出的风量最终都要转换成标准状态下的风量显示。
　　3.4其它测点
　　3.4.1氧量表。烟气含氧量的测量对于指导循环流化床锅炉的运行十分重要，一般在省煤器出口烟道两侧各设一个氧量测点，也可以在空气预热器出口烟道两侧设1点，用于检测空气预热器漏风情况。
　　3.4.2电动执行器。电动执行器是提高循环流化床锅炉自动化水平必不可少的执行单元。它可以大大减少一线工人的劳动强度，及时应对故障处理。在资金允许的情况先，建议送风机出口风门、二次风机出口风门、引风机入口风门、上下一次风各风门、高压风机出口风门、二次风风门选用电动每年。送风机、引风机、二次风机如选用变频电机，可以考虑取消相应的电动门。由于很少操作回料系统的输送风风门、松动风风门及拨煤风风门等，可以选用手动门就地操作。
　　3.4.3风机参数监测。风机是电厂的重要主附设备。一旦出现故障，巡检不及时，必然会给电厂造成很大的经济损失且易扩大事故。因此，风机参数的在线监测十分重要。主要监测的参数有风机电流、定子温度、轴承温度和风机振动等。
　　4结语
　　综上所述，循环流化床技术作为高效、洁净、低污染的燃煤技术，在我国将得到越来越广泛的应用。通过对原循环流化床锅炉设计热工测点的设计和两年的实际运行证明，热工测点数量、测点布置及仪表选型基本能够满足生产运行需要。因循环流化床锅炉燃烧的复杂性和对循环流化床还缺乏经验和深入了解。目前循环流化床锅炉自动控制技术仍存在许多难题需在生产研究和安装调试中逐步完善。
　　参考文献
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