大型火電廠135mw循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計與安裝調(diào)試研究

1、<p>　　大型火電廠135MW循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計與安裝調(diào)試研究</p><p>　　摘要：介紹循環(huán)流化床鍋爐的動態(tài)特征和運(yùn)行參數(shù)，闡述循環(huán)流化床鍋爐自動控制系統(tǒng)，包括給煤量控制系統(tǒng)和床溫控制系統(tǒng)，論述循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組燃燒優(yōu)化調(diào)整，討論和風(fēng)量儀表選型和主要熱工測點(diǎn)布設(shè)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐；動態(tài)特性；控制系統(tǒng)；安裝調(diào)試 </p>

2、<p>　　中圖分類號：TM921文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A </p><p>　　隨著我國電力事業(yè)的不斷發(fā)展，煤炭發(fā)電在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要和基礎(chǔ)的作用。循環(huán)流化床鍋爐目前火電企業(yè)廣泛采用的一種燃燒技術(shù)，它產(chǎn)生于上世紀(jì)70年代。它的操作運(yùn)行與其它燃燒方式例如層燃爐和煤粉爐等很不相同，具有大滯后、煤質(zhì)多變以及燃燒過程非線性等特點(diǎn)。其運(yùn)行中需要持續(xù)滿足諸多熱工參數(shù)，否則很容易出現(xiàn)燃燒效率低、磨損、分離效率低、回

3、料器堵灰等弊病。因此，在設(shè)備安裝和調(diào)試工作中需要充分了解其動態(tài)特性、參數(shù)要求、以及測點(diǎn)分布等，確保安裝調(diào)試工作科學(xué)有序進(jìn)行。 </p><p>　　1鍋爐動態(tài)特性及參數(shù) </p><p>　　循環(huán)流化床鍋爐采用流態(tài)化的燃燒方式，這燃燒方式介于煤粉爐懸浮燃燒和鏈條爐固定燃燒之間，稱之為半懸浮燃燒方式。流態(tài)化燃燒情況下固體顆粒在空氣的作用下處于流動狀態(tài)，存在著大量的床料，在鍋爐一次風(fēng)、二次風(fēng)的

4、作用下處于流化狀態(tài)，實現(xiàn)爐膛內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)，實現(xiàn)不斷的往復(fù)循環(huán)燃燒。在動態(tài)特性上主要表現(xiàn)在燃燒室內(nèi)流化層大熱容量的熱平衡特性。這種特性又會隨運(yùn)行工況不同而變化，這些因素相互作用，給自動控制的設(shè)計和實現(xiàn)造成了困難。從熱功參數(shù)上看，循環(huán)流化床鍋爐溫度一般在900℃以下，如果燃料硫分較低，床層溫度可以放寬到900-950℃，需要保證床層不產(chǎn)生結(jié)焦。循環(huán)流化床鍋爐與普通鍋爐相比耦合關(guān)系更為復(fù)雜，給水流量和減溫水流量與循環(huán)流化床鍋爐其它變量間的耦

5、合關(guān)系較弱，可以獨(dú)立自成系統(tǒng)，汽包水位控制和減溫水控制與煤粉爐相同，在安裝和操作中可以對照參考。 </p><p>　　2 循環(huán)流化床鍋爐自動控制系統(tǒng) </p><p>　　循環(huán)流化床的燃燒控制一直是公認(rèn)的難題，安裝和設(shè)計中不僅要考慮溫度控制，還要考慮床壓調(diào)節(jié)、測量點(diǎn)的分布和測量元件的選擇。 </p><p>　　2.1給煤量控制系統(tǒng) </p><

6、;p>　　由于循環(huán)流化床鍋爐煤粒較粗，燃燒過程復(fù)雜。由于其燃燒室內(nèi)的床料具有相當(dāng)大的熱慣性和蓄熱能力，當(dāng)給煤量發(fā)生改變時，對主蒸汽壓力的響應(yīng)比煤粉鍋爐的遲延和慣性要大很多。對于135MW循環(huán)流化床鍋爐，遲延能夠達(dá)到5-1 5分鐘，再加上非線性和時變特性，建立有效的預(yù)估和補(bǔ)償手段非常困難。壓力調(diào)節(jié)使用“直接能量平衡”的控制結(jié)構(gòu)，但調(diào)節(jié)效果不太理想。根據(jù)試驗結(jié)果，即使采用主蒸汽流量前饋的控制結(jié)構(gòu)，變負(fù)荷時主蒸汽壓力的調(diào)節(jié)品質(zhì)也難以得到

7、理想效果。因此安裝時機(jī)組最好可以運(yùn)行在“機(jī)跟爐”方式下，由鍋爐根據(jù)機(jī)組負(fù)荷指令調(diào)節(jié)給煤量，由汽輪機(jī)調(diào)節(jié)主蒸汽壓力。一次風(fēng)壓力控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)一次風(fēng)機(jī)入口擋板的開度保持一次風(fēng)壓與給煤量相匹配，其設(shè)定值是燃料量指令和床溫測量值與給定偏差值的函數(shù)。 </p><p>　　2.2 床溫控制系統(tǒng) </p><p>　　循環(huán)流化床床溫控制的目標(biāo)是850～900℃，在這個溫度范圍可以實現(xiàn)最佳脫硫、脫硝。

8、調(diào)節(jié)床溫的手段一是通過調(diào)節(jié)給煤量；二是通過調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)的配比，后者調(diào)節(jié)能力有限，因為通過調(diào)節(jié)燃料量調(diào)節(jié)床層溫度，必然使鍋爐主蒸汽壓力發(fā)生波動，為保證床料的良好流化，一次風(fēng)量必須控制在一定范圍內(nèi)。通過在床溫的控制回路設(shè)置死區(qū)，在床溫與給定值的偏差大于死區(qū)后才調(diào)整一次風(fēng)流化風(fēng)門。一次風(fēng)流化風(fēng)門的床溫調(diào)節(jié)只是在上下30℃范圍內(nèi)，因此當(dāng)床溫大幅度改變時, 需要通過改變一次風(fēng)壓力設(shè)定值來進(jìn)行聯(lián)合調(diào)節(jié)。二次風(fēng)控制系統(tǒng)的目的是為了助燃和經(jīng)濟(jì)燃燒，包

9、括二次風(fēng)壓、二次風(fēng)量控制兩部分。二次風(fēng)壓通過調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)入口擋板開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，設(shè)定值是燃料量指令的函數(shù)；二次風(fēng)量通過二次風(fēng)檔板進(jìn)行調(diào)節(jié)，設(shè)定值是燃料量指令和氧量調(diào)節(jié)器輸出的復(fù)合函數(shù)值。爐膛壓力通過引風(fēng)機(jī)入口擋板的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)。為減少爐膛壓力的波動，加快調(diào)節(jié)速度，需要在引風(fēng)控制系統(tǒng)中加入送風(fēng)機(jī)入口擋板和一次風(fēng)機(jī)入口擋板開度的指令前饋信號。 </p><p>　　3循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組燃燒優(yōu)化調(diào)整 </p>

10、<p>　　由于燃料的多樣性，循環(huán)流化床在燃燒煙煤、無煙煤以及貧煤甚至劣質(zhì)煤的時候燃燒效率受到影響，由于煤粉在脫硫技術(shù)不斷改進(jìn)，使得循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)脫硫優(yōu)越性相對下降，因此在安裝調(diào)試中采取有效措施提高燃燒效率是一項重要工作。影響燃燒效率的因素一般包括燃料粒徑分布、風(fēng)量、分離器分離效率、煤粉質(zhì)量等。對燃煤粒徑分布的調(diào)節(jié)要視具體的煤粉類型而定，低揮發(fā)煤粒徑要小，高揮發(fā)煤粒徑相對大些。提高鍋爐總風(fēng)量可以提高燃燒效率，但提高到一定程

11、度燃燒效率會呈下降趨勢，按照以往經(jīng)驗，爐膛出口氧量控制在4%-6％，鍋爐燃燒效率會比較高。一二次風(fēng)比例會影響燃燒效率，具體設(shè)置需要考慮煤種、床溫和煤粉粒徑，揮發(fā)性高發(fā)熱量大的煤粉，應(yīng)提高一次風(fēng)量，降低二次風(fēng)量，反之降低一次風(fēng)量，提高二次風(fēng)量。床壓控制方面，如果煤粉揮發(fā)性低，發(fā)熱量高可以維持較高的床壓，然煤粒徑小可以降低一次風(fēng)量，維持較低床壓；循環(huán)倍率高可適當(dāng)降低床壓運(yùn)行。分離器的分離效率一般通過調(diào)整一、二次風(fēng)和煙氣流速改變，在鍋爐停運(yùn)檢

12、修時需要檢查分離器狀況，保證其良好工作。 </p><p><b>　　4風(fēng)量儀表選型 </b></p><p>　　對于循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)量的測量主要是考慮投資成本和測量精度之間的權(quán)衡。在相對準(zhǔn)確的前提下需要保證測量信號的穩(wěn)定性。由于空間限制，工藝管道的布置很難滿足風(fēng)量計對測量直管段長度的要求，因此一般選擇傳統(tǒng)的機(jī)翼式測風(fēng)裝置。對于大尺寸風(fēng)管道也可以考慮選用熱導(dǎo)式風(fēng)量

13、計，其安裝方便。但熱導(dǎo)式風(fēng)量計是點(diǎn)測量，需要在標(biāo)定的前提下找測量點(diǎn)確定熱導(dǎo)式風(fēng)量計的插入位置以保證測量到的是平均流速。對于直管道很短的風(fēng)量測量可以考慮選用橫截面積式風(fēng)量計，但要注意橫截面積式風(fēng)量計相對于其它差壓式風(fēng)量計測量信號較小，因此必須選用精度微差壓變送器，也可以考慮選用內(nèi)錐式流量計。無論選用那種流量計測出的風(fēng)量最終都要轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的風(fēng)量顯示。 </p><p>　　5 主要熱工測點(diǎn)布設(shè) </p&g

14、t;<p>　　循環(huán)流化床鍋爐中各測點(diǎn)的數(shù)據(jù)需要能夠及時準(zhǔn)確地反映鍋爐的運(yùn)行狀況，以便于操作人員及時的啟動和停止負(fù)荷操作。溫度測點(diǎn)一般設(shè)置在爐床下啟動燃燒器內(nèi)壁、冷風(fēng)室，可以采用分層布置的方式，水系統(tǒng)和風(fēng)系統(tǒng)需要視建造工藝選擇測點(diǎn)的位置。壓力測點(diǎn)的布置一般設(shè)置在冷風(fēng)室、點(diǎn)火油壓器、料床、分離器進(jìn)出口、各級省煤器、空氣預(yù)熱器進(jìn)出口等，系統(tǒng)和風(fēng)系統(tǒng)視具體情況設(shè)定。煙氣含氧量的測量有利于操作人員掌握燃燒中供氧情況，對于指導(dǎo)循環(huán)流

15、化床鍋爐的運(yùn)行十分重要。一般在省煤器出口煙道兩側(cè)各設(shè)一個氧量測點(diǎn)，也可以在空氣預(yù)熱器出口煙道兩側(cè)設(shè)點(diǎn)用于檢測空氣預(yù)熱器漏風(fēng)情況。電動執(zhí)行器也是提高循環(huán)流化床鍋爐自動化水平必不可少的部分。采用這種裝置能夠發(fā)揮電力自動化的優(yōu)勢大大減少一線工人的勞動強(qiáng)度，并且可以及時應(yīng)對故障處理。如果資金充裕建議在送風(fēng)機(jī)出口、風(fēng)門、二次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)門、引風(fēng)機(jī)入口風(fēng)門上下、一次風(fēng)各風(fēng)門、高壓風(fēng)機(jī)出口風(fēng)門、二次風(fēng)風(fēng)門等諸多位置安裝。如果資金不足，二次風(fēng)機(jī)如選用變頻

16、電機(jī)，可以考慮取消相應(yīng)的電動門，對于回料系統(tǒng)的輸送風(fēng)風(fēng)門等位置由于操作較少，可以選用手動門。 </p><p><b>　　5 總結(jié) </b></p><p>　　綜上所述，循環(huán)流化床技術(shù)作為高效、潔凈、低污染的燃煤技術(shù)在我國已經(jīng)得到廣泛推廣和采用。根據(jù)以往的安裝和調(diào)試經(jīng)驗，135MW循環(huán)流化床鍋爐熱工測點(diǎn)的設(shè)計和運(yùn)行，熱工測點(diǎn)數(shù)量、測點(diǎn)布置及儀表選型等基本能夠滿足生

17、產(chǎn)運(yùn)行需要。因循環(huán)流化床鍋爐燃燒的復(fù)雜性，在安裝調(diào)試的很多方面還需要深入了解，在實際生產(chǎn)操作中需要不斷總結(jié)經(jīng)驗，更好地發(fā)揮這項技術(shù)在火力發(fā)電中的應(yīng)用。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]張學(xué)禮，郭子佳，劉德祥.大型火電廠循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計與安裝調(diào)試分析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011，（18） </p&g