溫 武，白東海，張 宇

（山西電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

電廠循環(huán)流化床一次風(fēng)控制策略應(yīng)用研究

溫 武，白東海，張 宇

（山西電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

分析了山西平朔煤矸石電廠二期循環(huán)流化床機組一次風(fēng)系統(tǒng)，研究了一次風(fēng)系統(tǒng)的三種控制方案，根據(jù)現(xiàn)場實際，通過試驗，對三種控制方案進行對比與分析，最終確定了適應(yīng)該電廠一次風(fēng)系統(tǒng)的控制方案，并對控制方案進行了優(yōu)化，有效解決了循環(huán)流化床鍋爐主要運行參數(shù)控制的難題，避免了循環(huán)流化床鍋爐“翻床”現(xiàn)象的發(fā)生，保證了機組穩(wěn)定運行。

一次風(fēng)系統(tǒng)；翻床；控制策略

0 引言

循環(huán)流化床燃燒作為潔凈煤技術(shù)的重要代表，可以實現(xiàn)爐內(nèi)燃燒過程中的直接脫硫，同時，由于其低溫分段燃燒（900℃左右）的特點，可以有效抑制氮氧化物的排放，從而節(jié)省了脫硫、脫硝設(shè)備的投資和運營;另外，其在設(shè)計上對于煤種的適應(yīng)性強，可以設(shè)計燃燒劣質(zhì)煤。正是基于以上幾點，該燃燒技術(shù)的應(yīng)用得到推廣[1]。山西平朔煤矸石電廠二期擴建工程（2×300MW循環(huán)流化床直接空冷）機組是山西省首臺300MW循環(huán)流化床機組，鍋爐為引進Alstom公司技術(shù)，由上海鍋爐廠制造的亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、單爐膛、褲衩形雙布風(fēng)結(jié)構(gòu)、平衡通風(fēng)，固態(tài)排渣，半露天布置，全鋼構(gòu)架的自然循環(huán)流化床汽包爐。每臺鍋爐配備4臺稱重式皮帶給煤機，4臺耐壓刮板給煤機。在一次風(fēng)系統(tǒng)中，來自四分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的一次熱風(fēng)在離開空氣預(yù)熱器后分為并聯(lián)的兩路，經(jīng)調(diào)節(jié)風(fēng)門、風(fēng)量測量裝置后進入風(fēng)道點火燃燒器，最后分別進入爐底水冷風(fēng)室；另外設(shè)置吹掃風(fēng)管道，在鍋爐啟動前加入床料時，開動風(fēng)機使一次風(fēng)分別進入4個外置床上部的吹掃風(fēng)進口，對床料管道吹掃，保證床料順暢加入。

1 一次風(fēng)系統(tǒng)控制方案

一次風(fēng)控制系統(tǒng)分為一次風(fēng)壓控制系統(tǒng)和一次風(fēng)量控制系統(tǒng)。在控制風(fēng)壓和風(fēng)量的基礎(chǔ)上，由于鍋爐為褲衩形雙布風(fēng)結(jié)構(gòu)，必須考慮左、右側(cè)料層差壓的控制，防止鍋爐“翻床”現(xiàn)象的發(fā)生。雙支腿循環(huán)流化床鍋爐“翻床”是指在運行過程中一側(cè)支腿一次風(fēng)量突然減小，床壓突然增大，而另一側(cè)支腿一次風(fēng)量突然增大，床壓急劇減小，兩側(cè)支腿風(fēng)量和床壓偏差急劇增大，以至于一側(cè)支腿一次風(fēng)量下降為零，床料不能流化。因此，“翻床”問題對機組安全穩(wěn)定運行構(gòu)成了極大地威脅，不但容易造成機組停運，而且可能導(dǎo)致鍋爐大面積結(jié)焦。支腿的一次風(fēng)量和床壓是“翻床”過程中兩個主要的特征量，而對單側(cè)一次風(fēng)系統(tǒng)的阻力分析可以得到兩個特征量變化規(guī)律。單側(cè)一次風(fēng)系統(tǒng)阻力主要由床料壓降、布風(fēng)板阻力和調(diào)門阻力組成[2]，可表示成式（1）。

式中:ΔPc1——床料壓降；

ΔPbfb——布風(fēng)板阻力；

ΔPm——調(diào)門阻力。

在調(diào)試過程期間，共采用過三種控制方案，通過三種控制方案的比較，確定了最終的控制方案。

1.1 控制方案一[3]

一次風(fēng)壓調(diào)節(jié)：由鍋爐負荷指令——一次風(fēng)壓曲線，計算出一次風(fēng)壓設(shè)定值，調(diào)節(jié)2臺一次風(fēng)機入口導(dǎo)葉，使一次風(fēng)母管壓力滿足設(shè)定要求。

一次風(fēng)量調(diào)節(jié)：由鍋爐負荷指令——一次風(fēng)量曲線，計算出一次風(fēng)量設(shè)定值，分別調(diào)節(jié)左、右一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板，使左、右一次風(fēng)量滿足設(shè)定要求。為了防止循環(huán)流化床鍋爐CFBB（Circulate Fluid Bed Boiler）“翻床”，增加左、右床壓校正控制器，輸出為左右側(cè)一次風(fēng)量的偏置，校正器的輸入為左、右側(cè)料層差壓的差值。

1.2 控制方案二

一次風(fēng)量調(diào)節(jié)：由鍋爐負荷指令——一次風(fēng)量曲線，計算出一次風(fēng)量設(shè)定值，調(diào)節(jié)2臺一次風(fēng)機入口導(dǎo)葉，使左、右一次風(fēng)量滿足設(shè)定要求。

一次風(fēng)壓調(diào)節(jié)：由鍋爐負荷指令——一次風(fēng)壓曲線，計算出一次風(fēng)壓設(shè)定值，分別調(diào)節(jié)左、右一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板，使一次風(fēng)母管壓力滿足設(shè)定要求，同時，增加左、右床壓校正控制器來平衡左右側(cè)料層差壓的差值。

1.3 控制方案三

一次風(fēng)壓調(diào)節(jié)：由鍋爐負荷指令——一次風(fēng)壓曲線，計算出一次風(fēng)壓設(shè)定值，調(diào)節(jié)2臺一次風(fēng)機入口導(dǎo)葉，使一次風(fēng)母管壓力滿足設(shè)定要求。

一次風(fēng)量調(diào)節(jié)：主要考慮左、右床壓校正控制器來平衡左、右側(cè)料層差壓的差值，分別調(diào)節(jié)左、右一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板，來防止“翻床”現(xiàn)象的發(fā)生。由于在不同負荷段，左、右一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板開度均在40%～55%之間，考慮升降負荷對風(fēng)量的要求，在左、右一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板調(diào)節(jié)中加入一次風(fēng)量前饋，同時作用到左、右一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板中，來響應(yīng)負荷對風(fēng)量的要求。

2 控制方案應(yīng)用情況

在山西平朔煤矸石電廠實際調(diào)試過程中，原分散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System） 提供的一次風(fēng)系統(tǒng)控制方案為控制方案一，但由于左、右側(cè)一次風(fēng)量測點不準確，在兩側(cè)擋板開度相同的情況下，左、右側(cè)風(fēng)量能相差50 000m3/h，故在擋板投入自動的情況下，由于風(fēng)量的不準確，在1～2min內(nèi)便發(fā)生“翻床”現(xiàn)象，該控制方案不適用。在運用控制方案二進行風(fēng)量和風(fēng)壓調(diào)節(jié)時，2臺一次風(fēng)機入口導(dǎo)葉控制總一次風(fēng)量，同時進行開度平衡，左、右一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板控制一次風(fēng)壓，在實際投運過程中，仍不斷發(fā)生“翻床”現(xiàn)象。在3號機組并網(wǎng)帶負荷期間，由于“翻床”現(xiàn)象的不斷發(fā)生，運行過程中始終有1名運行人員不斷在調(diào)整左、右一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板，增加了運行人員的工作量和機組運行的不穩(wěn)定性，這時考慮采用控制方案三進行調(diào)節(jié)控制。

2.1 擋板未平衡試驗

在控制方案三中，左、右一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板只考慮左、右側(cè)料層差壓的差值，這樣能直觀有效地控制“翻床”現(xiàn)象的發(fā)生，在實際控制中，設(shè)置左、右側(cè)料層差壓的差值死區(qū)為1.5 kPa，當(dāng)死區(qū)大于1.5 kPa時，控制兩側(cè)料層差壓的平衡，控制特性曲線見圖1，可以看出，當(dāng)兩側(cè)料層差壓大時，雖可以控制“翻床”現(xiàn)象的發(fā)生，但出現(xiàn)了振蕩的現(xiàn)象，即兩側(cè)料層差壓平衡時，如果左、右一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板開度偏差大，過一段時間后便又翻到對側(cè)。

圖1 擋板未平衡曲線

2.2 擋板平衡試驗

由于擋板出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，這時考慮當(dāng)死區(qū)小于1.5 kPa時，控制左、右一次風(fēng)調(diào)節(jié)開度的平衡，控制特性曲線見圖2，可以看出此時兩側(cè)料層差壓基本平衡，兩側(cè)擋板開度偏差不大，“翻床”現(xiàn)象得到解決。

圖2 擋板平衡曲線

2.3 擋板平衡加入前饋試驗

考慮到升降負荷對一次風(fēng)風(fēng)量的要求，在左、右一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板控制擋板已平衡的基礎(chǔ)上，加入一次風(fēng)量前饋，滿足風(fēng)量的要求。在試驗中，當(dāng)負荷增加30MW時，從控制特性曲線可以看出，此時兩側(cè)料層差壓仍然能夠平衡，且能快速響應(yīng)負荷的要求。

3 結(jié)束語

在山西平朔煤矸石電廠一次風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)試過程中，由于一次風(fēng)量調(diào)節(jié)對鍋爐穩(wěn)定運行非常重要，因此，要求一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板快速、靈活、無卡澀，調(diào)節(jié)死區(qū)小，一次風(fēng)量測量準確。通過控制方案的比較和實踐，對控制方案進行了優(yōu)化，有效解決了循環(huán)流化床鍋爐主要運行參數(shù)控制的難題，避免了循環(huán)流化床鍋爐“翻床”現(xiàn)象的發(fā)生。

［1］ 路春美.循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備與運行［M］.中國電力出版社，2005：35-38.

［2］ 李前宇.雙支腿循環(huán)流化床鍋爐“翻床”問題研究［J］.華北電力技術(shù)，2007（7）：22-23.

［3］ 宋兆星.300MW循環(huán)流化床機組的控制策略［J］.華北電力技術(shù)，2007（7）：16-17.

Analysis on the Control Strategy of CFB Primary Air System

WENWu，BAIDong-hai，ZHANG Yu
（Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

The paper introduces the characters of CFB primary air system at Pingshuo power plant.The three control strategies of primary air system were studied.According to the actual situation at the power plant，three control strategies were compared and analyzed through tests，and the strategy that is adaptable to the primary air system was identified and optimized finally，which eases the control of operating parameters of CFB boiler and ensures the stable operation of unit by avoiding the occurrence of bed overturn.

primary air system；bed overturn；control strategy

TM223.7；TK323

A

1671-0320（2012）04-0048-03

2012-04-10，

2012-06-22

溫 武（1975-），男，山西文水人，2003年畢業(yè)于華北工學(xué)院自動控制專業(yè)，碩士，高級工程師，從事火電機組調(diào)試與研發(fā)工作；

白東海（1980-），男，山西太原人，2007年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電子信息工程專業(yè)，碩士，工程師，從事火電機組調(diào)試與研發(fā)工作；

張 宇（1982-），男，2011年畢業(yè)于太原理工大學(xué)控制工程專業(yè)，碩士，助理工程師，從事信息系統(tǒng)運維工作。