直接能量平衡—DEB在循環(huán)流化床機(jī)組中的應(yīng)用

邱樹(shù)良　柏向陽(yáng)　譚小勇

【摘 要】本文簡(jiǎn)要介紹了直接能量平衡的原理，并著重說(shuō)明了其在循環(huán)流化床中協(xié)調(diào)控制邏輯的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】直接能量平衡；循環(huán)流化床；協(xié)調(diào)控制

【Abstract】Briefly introduces the principle of direct energy balance， and emphatically explains the implementation and application of CCS logic in circulating fluidized bed.

【Key words】DEB；CFB；CCS

0 引言

燃煤火力發(fā)電機(jī)組，都采用單元制運(yùn)行.由于鍋爐和汽輪機(jī)的動(dòng)態(tài)特性差異很大，而負(fù)荷控制又相互關(guān)聯(lián)，因而必須采用協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。隨著電力工業(yè)自動(dòng)化水平的提高，發(fā)電自動(dòng)控制AGC（Automatic Generation Control）對(duì)單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CCS（Coordinated Control System）的控制品質(zhì)也提出了越來(lái)越高的要求。這些要求主要包括：大范圍的負(fù)荷變動(dòng)，良好的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)跟蹤性能、穩(wěn)定性能等。菲律賓普丁巴圖項(xiàng)目135MW循環(huán)流化床機(jī)組采用的是以直接能量平衡-DEB（Directly Energy Balance）思想為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

菲律賓普丁巴圖燃煤電站2×135MW機(jī)組采用的是東方電氣集團(tuán)生產(chǎn)的440t/h超高壓，單汽包自然循環(huán)，一次中間再熱，循環(huán)流化床鍋爐。汽輪機(jī)采用哈爾濱汽輪機(jī)廠制造N135-13.24/535/535 超高壓再熱汽輪機(jī)，為國(guó)產(chǎn)頻率為60Hz的汽輪機(jī)組。DCS采用GE上海新華公司的oce-6000分散控制系統(tǒng)，這是oce-6000在國(guó)外60Hz機(jī)組的首次應(yīng)用。單元機(jī)組負(fù)荷控制方式可分為鍋爐跟隨方式、汽機(jī)跟隨方式以及以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)包括負(fù)荷指令處理回路和機(jī)爐主控制器，并對(duì)最終的SAMA圖進(jìn)行了重新的設(shè)計(jì)。

2 直接能量平衡原理介紹

直接能量平衡控制思想，選用汽機(jī)調(diào)速級(jí)壓力（P1）與汽機(jī)主汽門(mén)前壓力（Pt）之比乘以機(jī)前壓力設(shè)定值（PT0）作為汽機(jī)對(duì)鍋爐的能量需求（該信號(hào)是直接能量平衡信號(hào)P1* PT0/Pt），該信號(hào)以動(dòng)態(tài)前饋及控制指令的形式控制鍋爐的燃料量。直接能量平衡的主要基礎(chǔ)在于P1/PT代表了汽輪機(jī)調(diào)門(mén)的開(kāi)度，在額定參數(shù)下，汽機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度的變化反映了汽機(jī)進(jìn)汽量的變化，同樣也反應(yīng)了汽機(jī)對(duì)鍋爐能量需求的變化。機(jī)前壓力設(shè)定值PT0的改變，反映了鍋爐被控參數(shù)對(duì)鍋爐輸入量需求的變化。因此P1* PT0/Pt可以反映負(fù)荷對(duì)鍋爐燃燒的需求量，也可以滿足鍋爐主汽壓力對(duì)燃燒的需求量。而當(dāng)燃料量發(fā)生改變時(shí)，由于調(diào)節(jié)級(jí)壓力P1和機(jī)前壓力Pt對(duì)燃料響應(yīng)的在數(shù)量上和時(shí)間上的基本一致性，使P1/Pt基本不變，這樣P1*PT0/Pt就僅僅反映負(fù)荷對(duì)鍋爐燃燒的需求量，而不反映燃料量的變化。具有作為燃料需求指令的基本條件。仔細(xì)分析還可以看出，在汽機(jī)調(diào)門(mén)維持不變的情況下，P1/Pt維持一定，改變壓力設(shè)定值PT0即改變了鍋爐的燃料指令，從而達(dá)到了控制負(fù)荷的目的，也就是說(shuō)直接能量平衡信號(hào)不但適用與定壓控制方式，而且適用與滑壓運(yùn)行方式。直接能量平衡-DEB的控制原理如圖1。

直接能量平衡控制系統(tǒng)的另一個(gè)重要特點(diǎn)是采用熱量信號(hào)（P1+dPd/dt）作為燃料的反饋信號(hào)。對(duì)于（P1+dPd/dt）進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，可以使（P1+dPd/dt）在調(diào)門(mén)開(kāi)度的擾動(dòng)下，P1的正微分面積與dPd/dt負(fù)微分面積基本相等，使（P1+dPd/dt）在調(diào)門(mén)開(kāi)度的擾動(dòng)下基本不變，而僅反映燃料的變化。

3 控制邏輯

在本項(xiàng)目中引用了如上的DEB控制原理，協(xié)調(diào)控制分為MAN、BF、TF、CCBF四種方式。MAN方式 MAN mode，MAN方式——即鍋爐主控、汽機(jī)主控都在手動(dòng)方式；BF方式BF mode，BF方式——爐跟機(jī)，即鍋爐控制主汽壓力，汽機(jī)主控在手動(dòng)方式；TF方式 TF mode，TF方式——機(jī)跟爐，即汽機(jī)控制主汽壓力，鍋爐主控在手動(dòng)方式；CCBF（爐跟機(jī)）方式，CCBF（turbine follows boiler） mode；CCBF方式——即汽機(jī)控制功率，鍋爐控制壓力。這是一種控制功率為主的綜合控制方式，機(jī)組指令按比例直接作用到汽機(jī)主控、鍋爐主控；功率偏差、DEB與熱量信號(hào)偏差作為細(xì)調(diào)。為了限制過(guò)多釋放蓄熱，在汽機(jī)主控設(shè)計(jì)功率修正回路。

根據(jù)CFB鍋爐燃燒特點(diǎn)，維持相對(duì)穩(wěn)定的床料高度十分必要，若料層高，太厚使布風(fēng)板阻力加大，分層嚴(yán)重，可能引起床下風(fēng)室風(fēng)道振動(dòng)，而且增大風(fēng)機(jī)電耗；若料層簿，高度太小則會(huì)發(fā)生吹穿，燃燒熱量減小，運(yùn)行不穩(wěn)定，帶負(fù)荷能力受到影響?？梢?jiàn)，料層厚度不僅影響床溫，而且對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行影響很大。CFB機(jī)組不管是內(nèi)置式、還是外置式，都需要保持左、右床料均衡。當(dāng)左、右燃料厚度不一致，二側(cè)阻力不相等，阻力大的一側(cè)風(fēng)量減少，阻力小的一側(cè)風(fēng)量增加；這種現(xiàn)象增強(qiáng)到到一定程度時(shí)，流化床失去穩(wěn)定性，機(jī)組難于運(yùn)行；嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)床的一側(cè)阻力很小，風(fēng)量非常大，床料被吹空；另一側(cè)床料累積過(guò)多，床料很厚，風(fēng)量很小，難于流化，甚至阻力大于風(fēng)機(jī)壓頭，使流化風(fēng)降為0，造成機(jī)組停運(yùn)。這就通常所說(shuō)的“翻床”現(xiàn)象。由于以上循環(huán)流化床的特性，設(shè)計(jì)了如下協(xié)調(diào)控制回路，在平衡調(diào)節(jié)給煤量的同時(shí)，使流化床鍋爐能穩(wěn)定燃燒。

燃料量的熱值補(bǔ)償環(huán)節(jié)用積分無(wú)差調(diào)節(jié)特性來(lái)保持燃料信號(hào)與鍋爐蒸發(fā)量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，它和總?cè)剂狭啃盘?hào)之差經(jīng)積分運(yùn)算后送到乘法模塊對(duì)燃料信號(hào)進(jìn)行修正，修正范圍是0.8—1.2。為了提高CFB機(jī)組變負(fù)荷能力， CFB鍋爐給煤量擾動(dòng)16～20min，主汽壓力才有反應(yīng)，風(fēng)量擾動(dòng)3～4min主壓力就有反應(yīng)。因此用機(jī)組指令按比例作用于燃料，同時(shí)風(fēng)量快速跟上，是提高CFB機(jī)組變負(fù)荷能力的有效措施；而細(xì)調(diào)是對(duì)燃料指令的修正。該機(jī)組控制邏輯的實(shí)現(xiàn)如圖2。

4 應(yīng)用效果

循環(huán)流化床技術(shù)作為高效、潔凈、低污染的燃煤技術(shù)，在國(guó)外得到越來(lái)越廣的推廣與應(yīng)用。因此研究出切實(shí)可行的循環(huán)流化床自動(dòng)控制技術(shù)是一項(xiàng)緊迫而有意義的工作。菲律賓普丁巴圖項(xiàng)目135MW循環(huán)流化床采用的是60Hz汽輪機(jī)組，協(xié)調(diào)控制的負(fù)荷及壓力控制效果如圖3所示，該項(xiàng)目協(xié)調(diào)控制的投入及穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于填補(bǔ)循環(huán)流化床機(jī)組協(xié)調(diào)控制在國(guó)外項(xiàng)目的運(yùn)用具有非常積極的意義。

[責(zé)任編輯：湯靜]