300MW循环流化床锅炉控制技术.docx

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1、300MW循环流化床锅炉限制技术探讨赵银王寿福（云南大唐国际红河发电有限责任公司，云南开远661600）摘要：循环流化床（CirculatingFluidizedBed,以下简称CFB）锅炉技术作为一种清洁燃煤技术，由于其排放污染低、燃料适应性广、燃烧效率高及负荷适应性强等优点，得到了迅猛的发展，使CFB锅炉日趋大型化。然而CFB锅炉的燃烧调整异样困难和限制之困难也给CFB锅炉的推广起着严峻的制约作用，所以迫切须要对CFB锅炉的限制技术进行深化探讨。关键字：CFB锅炉燃烧风量煤量风煤比调整FSSSMCS一次风二次风高压流化风炉膛1、前言CFB属于低温燃烧，氮氧化物排放远低于煤粉炉。并可实现燃烧

2、中干脆脱硫，脱硫效率高且技术设备简洁和经济，可以利用燃料自身含钙量进行自脱硫（如煤质含钙量较低,需再加入少许的石灰石限制最终的烟气含硫量），削减对环境的污染，其脱硫的初投资及运行费用远低于煤粉炉加FGD。排出的灰渣活性好，易于实现综合利用，无二次灰渣污染。CFB锅炉可以将煤矿选择剩下的煤砰石、劣质煤、煤泥作为燃料来发电。大型CFB锅炉的热效率普遍达90%以上,如今目前300MWCFB锅炉热效率典型设计为92.8%。锅炉负荷可在30%100%内不投油稳定运行，负荷变更响应速率可达5%10%ECRMIN,比常规煤粉炉负荷变更速率（3%5%ECR/MIN）高。从上面可看出，CFB锅炉技术相对常规锅炉

3、来说是很有发展前景的一种燃烧技术。在我国目前环保要求日益严格，煤种变更较大和电厂负荷调整范围较大的状况下，CFB成为发电厂和热电厂优选的技术之一，CFB燃烧技术已被运行实践证明是牢靠的干净煤燃烧技术，受到人们的高度重视，近年来得到快速发展。容量大型化和蒸汽参数进一步提高是当前CFB锅炉的主要发展方向。现300MW大型CFB锅炉在国外实际应用已起先，2006年6月云南大唐国际红河发电公司300MW循环流化床锅炉#1机组并网发电，这也是过产第一台300MW循环流化床锅炉，现在已经运行近两年。CFB锅炉随着新技术应用也会遇上一些新问题。虽然CFB锅炉，尤其是中小型CFB锅炉已经大量投入商业化运行,但

4、限制问题始终是循环床锅炉的主要问题之一，其燃烧自动限制系统基本投不上,或投入率很低,实际运行中靠手动操作。究其缘由,在于CFB锅炉燃烧系统的困难性。由于CFBB自身的工艺特点，它比一般锅炉具有更多的输入和输出变量，耦合关系更加困难。当锅炉负荷发生变更时（外扰），或给水量、给煤量、返料量、减温水量、引风量、一次风量、二次风量等任输入量（内扰）变更时，全部输出量（如汽包水位、蒸汽温度、蒸汽压力、炉膛负压、氧量、床温等）都要发生变更，但程度有所不同。一-般CFB除燃烧限制系统外，其它限制与般煤粉炉差别不大,可按一般煤粉炉进行限制，而且这些限制方法己经成熟，限制效果比较满足。但在燃烧限制上的确须要特殊

5、探讨。2、CFB锅炉工艺流程以图1为例，简洁说明300MWCFB锅炉的工艺流程（汽水系统因和常规煤粉锅炉类似，略）。其中：1燃烧室2一旋风分别器3烟气加热器：包括过热器、再热器、省煤器、空预器4外置床换热器5二次风6次风7锥形阀8一石灰石加料装置9一给煤装置图1：300MWCFB锅炉工艺简图燃烧系统的流程：原煤破裂、筛选后送煤斗，经计量式给煤机进入燃料室底，与炉底来的热次混合成气、固流化物燃烧。热二次风从燃烧室中下部补入，以供应进一步燃尽所需的空气。石灰石粉经加料装置加入燃烧室主燃烧区,在料床温度为85（C95（C的较佳脱硫温度下与硫反应，生成比较稳定的硫化钙，除去煤中的硫,大大削减烟气中SO

6、z的排放量。燃烧室出口装有4组高温分别器，用于分别烟气与未燃尽的粗颗粒。分别出的颗粒经锥阀，依据限制床温、再热汽温主参数的状况,例。在加热器中，两组装中温过热器,调整干脆返回锅炉的循环料量和经加热器返回锅炉料量的比两组装末级再热、低温过热器。调整装有再热器的回料锥形阀，用于调整再热出口汽温度；调整装有中温过热器的回料锥形阀，则用于调整锅炉料床温度，过热汽温的主要调整是通过三级过热减温水实现的。尾部烟道布置有末级过热器、低温再热器、省煤器和空气预热器，汲取烟气余热。烟气经除尘器，由吸风机送入烟囱后，排入大气。燃烧产生的灰渣，通过冷渣器冷却后排出。同时通过调整灰渣的排放量，来限制锅炉料床的高度，满

7、足运行的平安、经济性要求。3、限制系统配置300MWCFB锅炉机组的限制系统典型配置：主控系统采纳日立的HlACS-500OM型DCS系统，单元机组I/O点量：约4530点。主控系统功能含：DAS、MCS、SCSsFSSS、BPS等。汽机的监控包括DEH、MEH、ETS、METSsTSkTDM等。而辅机程控系统包括：化水、输煤、除灰、锅炉补给水、胶球清洗、凝聚水精处理、机组加药、吹灰、定排等系统。系统功能中，差异和难度最大的为MCS,而其它功能仅因主辅设备配置不同而与常规300MW煤粉炉机组有所差异。在下面的内容中将重点介绍MCSoMCS配置包括如下调整系统：（1）机炉协调限制系统。分为锅炉基

8、本、汽机基本和机炉协调三种运行方式，含ADS、RB、一次调频等功能在内。（2）燃料调整。包括4套给煤系统，每套给煤又由三级给煤构成，主要采纳第一级称重变频给煤机作燃料调整，其它级的给煤是比例随动调整。（3） 一次风量调整。包括2套一次风量调整门，使一次风量满足燃料流化和燃烧的要求。（4） 一次风压调整。包括2套一次风机系统，可调整一次风机导叶开度变更风机出力，使一次风母管压力满足运行要求。（5）二次风风量调整。包括4套上、下二次风量调整门，满足燃料燃烧的二次风量要求，使锅炉运行达到最佳的含氧量和较高的热效率。（6）二次风压调整。包括2套二次风机系统，调整二次风机动叶开度变更风机出力，使二次风母

9、管压力满足运行要求。（7）炉膛压力调整。包括2套吸风机系统，调整吸风机静叶开度变更风机出力，使炉膛压力满足运行要求。（8）锅炉床温调整。锅炉设计的2套外置床换热器，内装中温过热器，用于锅炉床温调整。通过调整回料锥形阀大小，可调整从分别器直达燃烧室的料量和经外置床到燃烧室的循环料量比例大小，来实现锅炉床温的调整。（9）锅炉床压调整。调整4个排渣器调门，使床压满足设定要求，保证锅炉平安、经济运行。（10）流化风母管压力调整。类似于一次风压调整，包括5套流化风机，调整流化风机导叶开度变更风机出力，使流化风母管压力满足运行要求。（Il）外置床换热器流化风量调整。共4套外置床换热器，每套含3台换热器流化

10、风调门，调整每台换热器流化风调门，使对应风量满足运行要求。（12）冷渣器流化风量调整。共4套冷渣器，每套含2台高压流化风调门，调整每台冷渣器流化风调门，使对应风量满足运行要求。（13）冷渣器冷却水流量调整。每套冷渣器含1台冷渣器冷却水流量调门，用于调整冷渣器出口灰渣温度满足运行要求。（14）点火器风量调整。有1套前墙床枪组、1套后墙床枪组和2套风道燃烧器组共4组启动燃烧点火器，每组有1台点火一次热风量调门，用于调整点火风量满足运行要求。（15）二次暖风器温度调整。有2组暖风器，每组1台辅汽至暧风器调门，调整暧风器出口二次风温满足设定要求。（16）石灰石给料调整。设计有2套给料装置，对应有2套石

11、灰石给料机，限制给料量满足脱硫要求。（17）燃油压力调整。设计4台进油调门，分别限制1套前墙床枪组、1套后墙床枪组和2套风道燃烧器组各自的燃油压力满足运行要求。（18）过热汽温调整。设计有6套三级减温水，调整过热汽温满足进行要求。（19）再热汽温调整。低温再热器由2套喷水减温实现，限制低再温度满足运行要求；再热器出口温度的调整由2套外置床再热器灰料再循环锥形调整阀实现。（20）其它汽水系统的自动调整。主要包括：汽包水位、除氧器水位、凝汽器水位、高/低加水位、给水泵密封水差压、给水泵最小流量、旁路等调整。这些调整与常规煤粉炉机组的调整类似,这里就不作介绍了。4、模拟量限制CFB锅炉的燃烧系统为大

12、滞后、强耦合、多输入多输出的非线性时变系统，其动态特性比较困难。 大滞后主要表现为：燃料主汽压力，喷水减温一汽温，外置床再热循环锥形阀料床温度，二次风量一氧量，石灰石量烟气硫量等响应的时间较长，一般在35分钟左右。 强耦合与多输入多输出，如：机炉协调限制系统中汽机调门、锅炉燃料调整负荷、主汽压力的调整属于典型的强耦合与多输入多输出系统。 非线性，CFB因燃烧系统的困难性带来限制对象的非线性严峻，据文献介绍的某CFB锅炉依据现场辨识的煤量主汽压力、煤量床温被控对象模型中，其增益和时间常数在不同的锅炉运行工况下达到两倍的差别，因此采纳单一限制参数的常规PID调整器，达不到较志向的调整品质。基于CF

13、B锅炉限制对象上述限制特性，借鉴常规煤粉炉上已经应用胜利的一些策略和阅历，提出在DCS上可实现的限制方案。（1）针对限制对象的大滞后问题，限制中采纳串级（如汽温限制）和特殊的限制方式（如DEB协调限制中采纳汽机一级压力、汽包压力变更率较快速、精确地计算出锅炉热负荷）。（2）针对限制对象的强耦合与多输入多输出问题，限制中采纳解耦、补偿限制方式，如DEB协调限制、比例微分前馈限制等。（3）针对限制对象的非线性问题，限制中采纳变参数自适应PID、函数线性补偿限制等方式。4.1 常规限制火力发电机组DCS模拟量限制系统限制逻辑设计特点DCS模拟量限制系统限制逻辑的设计应具有以下特点，使系统能在各种工况

14、及切换时能平安、稳定运行。 跟踪和无扰：系统在手自动切换和各种运行方式切换时，要求实现无扰。 自动调整完善的逻辑功能：在测量值、执行单元故障或逻辑要求时，应自动切为手动；在逻辑要求，应能实现输出的闭锁增/减或超驰增/减；逻辑要求时，应能自动投用调整系统等逻辑功能。 调整输出带多执行单元的自动安排功能。设置单个执行单元偏置及手动设置单个执行单元值后，其他在自动状态的执行单元应实现自动安排；某一执行单元失效（取消安排）后其他在自动状态的执行单元的自动叠加；可按各执行单元出力不同设置安排系数等功能。4.1.2CFB锅炉模拟量限制设计下面依据CFB锅炉的特性，结合常规锅炉限制取得的胜利阅历，建议MCS

15、的各调整系统采纳以下设计。（1）机炉协调限制系统。通过调整锅炉的燃料和汽机调门开度，实现机组负荷和主汽压力的限制。依据限制过程中锅炉、汽机调整被控参数的侧重点不同，可分为锅炉基本、汽机基本和机炉协调三种方式。机炉协调限制策略有常规和各种补偿形式设计方案，其中干脆能量平衡（DEB）协调限制方式是一种比较适用、有效的方式。该方式协调限制是一种考虑了机组能量平衡的自解耦限制，自动补偿机组滑压变动负荷中锅炉蓄热、负荷斜坡变更中调整器静差。DEB协调限制方式中所用的主要信号是机组负荷、汽机一级压力、机前压力和汽包压力，调整输出仍是锅炉的燃料和汽机调门。DEB协调限制方式好用于物质能量平衡的汽包式单元机组，而与锅炉的燃烧方式无关。DEB协调限制方式在常规煤粉炉机组已经成熟应用，在大型CFB机组胜利投用的实例也有山东某100MWCFB机组。下面是DEB协调限制策略介绍：汽机侧的负荷，可用下面的式子来表示：TEF=K1*P1+K2*Fbp（式1）其中：TEF-TotalEnergyFlow,汽机侧的总负荷（MW）。Pl为汽机一级压力，FBP为高旁蒸汽流量，KI、K2为量纲转换比例系数。通常在机组带负荷正常运行后FBP为0,则TEF=KI*P1,以下均以TEF=Kl水PI的状况探讨。锅炉和汽机的负荷关系，可用下式表示：HR=TEF+C/Pd（式2）其中：HRHeatRelease放