超臨界循環(huán)硫化床鍋爐一、二次風(fēng)變頻控制優(yōu)化

王偉

（山西宇翔電力科技發(fā)展有限公司，山西太原030006）

超臨界循環(huán)硫化床鍋爐一、二次風(fēng)變頻控制優(yōu)化

王偉

（山西宇翔電力科技發(fā)展有限公司，山西太原030006）

以超臨界循環(huán)硫化床鍋爐控制特性，針對一次風(fēng)量及二次風(fēng)量的控制特點，通過變頻器結(jié)合靜葉檔板的協(xié)同控制，達到了鍋爐風(fēng)量優(yōu)化控制減小了爐膛負壓波動，同時還減低了廠用電量，實現(xiàn)了一、二次風(fēng)量的全程自動控制。

超臨界；循環(huán)硫化床；全程控制；爐膛負壓

引言

循環(huán)流化床（CFB，下同）技術(shù)是20世紀70年代發(fā)展起來的新技術(shù)，因其獨特的W火焰燃燒方式，在燃燒前需對爐膛進行鋪床料，鋪床料過程中加入適量的石灰石配合煤粉共同燃燒，從而減少了燃燒過程中SO2及NO化物的排放量，不僅控制了酸雨的形成，同時還具有燃料適應(yīng)性好、負荷調(diào)節(jié)性好、燃燒效率高、運行成本低等優(yōu)點，已成為目前廣泛應(yīng)用的燃燒技術(shù)。研究CFB鍋爐的燃燒特性，優(yōu)化完善其鍋爐的控制策略對提高鍋爐負荷相應(yīng)速率、優(yōu)化燃燒、節(jié)能降耗有重要意義。本文針對一次風(fēng)量及總風(fēng)量調(diào)節(jié)過程中變頻控制策略進行改進，對風(fēng)量調(diào)整進行了優(yōu)化。

1 循環(huán)流化床機組風(fēng)量控制特點

本文以某電廠350 MW超臨界CFB機組為例，對風(fēng)量優(yōu)化設(shè)計。該電廠鍋爐采用單布風(fēng)板、單爐膛、M型布置平衡通風(fēng)一次中間再熱，高溫冷卻式旋風(fēng)分離器進行氣固分離。煙風(fēng)系統(tǒng)配置有兩臺一次風(fēng)機，兩臺二次風(fēng)機，兩臺引風(fēng)機。其中一次風(fēng)機、二次風(fēng)機采用變頻、靜葉檔板方式控制風(fēng)量，引風(fēng)機采用入口動葉檔板對爐膛負壓進行調(diào)節(jié)。一次風(fēng)機出來的一次風(fēng)一路經(jīng)空預(yù)器加熱后形成熱一次風(fēng)，進入爐膛下部對物料進行流化；另一路為冷一次風(fēng)以播煤風(fēng)的方式進入給煤系統(tǒng)，作為給煤機的密封風(fēng)。因此控制一次風(fēng)量對鍋爐的穩(wěn)定運行有著重要的作用，一次風(fēng)在鍋爐運行中不僅要保證一次風(fēng)量不能低于最小流化風(fēng)量，還要保證風(fēng)量不能過大，導(dǎo)致風(fēng)煤比失衡。

二次風(fēng)經(jīng)空預(yù)器加熱后的熱風(fēng)進入爐膛下部前后墻二次風(fēng)箱到爐膛作為助燃風(fēng)。燃料在爐膛內(nèi)以流化的方式進行充分燃燒，所產(chǎn)生的煙氣進入旋風(fēng)分離器，其中較大顆粒的煤粒通過分離器進入豎井煙道回到爐膛繼續(xù)燃燒，煙氣在引風(fēng)機的作用下進入煙道最終排入大氣。物料在爐膛內(nèi)進行循環(huán)燃燒，而一次風(fēng)及二次風(fēng)為物料循環(huán)流化提供動力，合理控制風(fēng)量對鍋爐正常流化燃燒及鍋爐安全運行有重要作用。

2 一次風(fēng)機變頻優(yōu)化設(shè)計方案

兩臺一次風(fēng)機出口的一次風(fēng)，通過空預(yù)期后的熱風(fēng)為物料循環(huán)流化提供動力，另一路冷風(fēng)以播煤風(fēng)的方式進入給煤機形成密封風(fēng)。在鍋爐變負荷運行工況，為有效保證一次風(fēng)量的大小，是通過一次風(fēng)機變頻器結(jié)合兩臺一次風(fēng)機入口導(dǎo)葉開度來共同調(diào)整的。

2.1 一次風(fēng)量設(shè)定值形成

由機組單元主控形成的負荷指令，進入鍋爐主控及汽機主控。鍋爐主控形成的鍋爐負荷指令，一路送入燃料主控控制煤量，另一路送入風(fēng)量控制回路。風(fēng)量指令經(jīng)過預(yù)制的函數(shù)器轉(zhuǎn)換后，得到一次風(fēng)量指令。將一次風(fēng)量指令與床溫變化的前饋值相加，再與操作員設(shè)定的偏置值相加，將加法器的輸出值和臨界流化風(fēng)量送入大選器，大選器的輸出值作為一次風(fēng)量設(shè)定值指令。

2.2 一次風(fēng)量測量值

兩個一次風(fēng)量測點分別布置在一次風(fēng)熱風(fēng)母管上，通過壓力溫度矯正后的風(fēng)量經(jīng)過二選一得到單側(cè)的一次風(fēng)量。將A側(cè)一次風(fēng)量及B側(cè)一次風(fēng)量相加后得到總一次風(fēng)量?？傄淮物L(fēng)量送入風(fēng)量控制偏差回路作為風(fēng)量調(diào)節(jié)的過程值。

2.3 一次風(fēng)量偏差信號

風(fēng)量設(shè)定值與一次風(fēng)總風(fēng)量偏差相減后形成偏差指令DEV，與一次風(fēng)靜葉檔板開度指令DEV1取小后形成總偏差指令，其中DEV1信號為：兩臺一次風(fēng)靜葉檔板取平均后，減去70%（定值）開度，該開度指令偏差與0取大后形成偏差指令。

當(dāng)一次風(fēng)檔板開度小于70%時，經(jīng)大選后將0送入風(fēng)量指令的小選端口。當(dāng)風(fēng)量偏差為正時，此時變頻器開度指令為0。因為在靜葉檔板開度小于70%時，提高變頻器的頻率不僅會提高變頻器負荷，還會造成風(fēng)量的截流，造成廠用電的增大，同時不利于優(yōu)化控制。在該工況下風(fēng)量控制由檔板去調(diào)節(jié)，變頻輔助。

將最終的一次風(fēng)量偏差指令送入PID控制器，來自鍋爐負荷控制回路的風(fēng)量指令經(jīng)過函數(shù)器轉(zhuǎn)換后作為控制器的前饋信號，控制器的輸出值作為兩臺一次風(fēng)機變頻器公共指令。

2.4 一次風(fēng)機輸出平衡回路

當(dāng)兩臺一次風(fēng)機變頻器都投自動時，為了使兩臺一次風(fēng)機出口風(fēng)量一致，該系統(tǒng)設(shè)置了一個平衡回路來消除兩臺一次風(fēng)機之間的出力不平衡現(xiàn)象，從而避免了一側(cè)風(fēng)機出力變化時，對被控對象產(chǎn)生擾動［1］。

可以看出，當(dāng)兩臺風(fēng)機都投自動時，A風(fēng)機指令為：經(jīng)PID出口的總開度指令經(jīng)平衡（BALANCE）塊后COM-BAL，與操作員站輸入的偏差值相加。B風(fēng)機指令為：平衡輸出指令COM-BAL，與操作員站輸入的偏差值相減。當(dāng)一側(cè)風(fēng)機出口有偏差時，另一側(cè)變頻指令向相反的方向改變使其出力一致。

3 一次風(fēng)機導(dǎo)葉控制的設(shè)計

一次風(fēng)機入口導(dǎo)葉在一次風(fēng)機為工頻時，通過導(dǎo)葉開度來調(diào)整風(fēng)量大小。在風(fēng)機變頻情況下，為防止調(diào)節(jié)擾動，常規(guī)控制為風(fēng)機變頻器調(diào)節(jié)一次風(fēng)量，入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)入口風(fēng)壓。但該方案對CFB鍋爐調(diào)節(jié)入口風(fēng)壓無法滿足鍋爐正常變負荷控制要求，且對風(fēng)機出口造成截流，影響變頻器出力使廠用電增加。為防止該情況發(fā)生，經(jīng)過優(yōu)化后，取消以上兩種控制方式，風(fēng)機導(dǎo)葉與變頻器同時控制一次風(fēng)量，實現(xiàn)了風(fēng)量控制的全程控制。具體控制策略如下：

3.1 一次風(fēng)量設(shè)定值形成回路

風(fēng)量設(shè)定值形成信號見2.1風(fēng)量設(shè)定值形成。該指令送入一次風(fēng)變頻控制回路及一次風(fēng)導(dǎo)葉控制回路經(jīng)選擇塊后形成最終風(fēng)量控制設(shè)定值指令。

3.2 一次風(fēng)量總偏差指令

風(fēng)量總偏差指令由偏差指令DEV與一次風(fēng)變頻器頻率指令DEV2取大后形成，其中DEV2信號為：兩臺變頻器頻率反饋取平均后，減去20%（定值）開度，該開度指令偏差與0取小后形成偏差指令。

當(dāng)一次風(fēng)檔板開度大于20%時，經(jīng)小選后將0送入風(fēng)量指令的大選端口。當(dāng)風(fēng)量偏差為正時，此時優(yōu)先開啟一次風(fēng)導(dǎo)葉，變頻控制輔助。當(dāng)風(fēng)量偏差為負時，檔板開度指令小于70%，風(fēng)量控制回路將通過變頻器頻率下降來調(diào)節(jié)風(fēng)量，一次風(fēng)導(dǎo)葉調(diào)節(jié)輔助。

綜上2.3、3.2風(fēng)量指令偏差形成回路，對風(fēng)量控制的變頻優(yōu)化后，將變頻器與一次風(fēng)導(dǎo)葉在投自動時，控制在他們各自最優(yōu)的工作范圍，保證在調(diào)節(jié)過程中檔板對風(fēng)量不截流，同時變頻器在過負荷情況下不工作。通過對控制策略優(yōu)化，實現(xiàn)了變頻、靜葉同時投自動對風(fēng)量的控制要求，降低了廠用電量，提高了經(jīng)濟效率，實現(xiàn)了全程風(fēng)量控制。

4 二次風(fēng)量控制策略優(yōu)化

二次風(fēng)機為鍋爐燃燒提供助燃風(fēng)。保證燃料在爐膛內(nèi)完全燃燒是鍋爐運行的重要指標。要做到這一點，必須有適量的風(fēng)量與燃料相配合，即所謂的合適的空燃比。通過控制二次風(fēng)機變頻器及靜葉檔板使二次風(fēng)量的大小控制在合適的范圍，使煙氣中的含煙量保持在最佳值，使鍋爐燃燒達到最佳的熱燃燒效率。

4.1 二次風(fēng)量設(shè)定值形成

由鍋爐主控總負荷指令，一路到燃料主控，一路到二次風(fēng)控制回路（同上），風(fēng)量指令經(jīng)過預(yù)制的函數(shù)器轉(zhuǎn)換后，得到二次風(fēng)量設(shè)定值。將其再與操作員設(shè)置的偏置值相加，將加法器的輸出值作為二次風(fēng)量設(shè)定值指令。

4.2 氧量矯正回路

為了保證鍋爐內(nèi)燃料處于富氧燃燒狀態(tài)，需要加入氧量矯正回路，由主蒸汽流量經(jīng)函數(shù)發(fā)生器形成氧量設(shè)定值，將設(shè)定值與操作員站給定的偏差相加后得到最終氧量設(shè)定值。再將設(shè)定值與實際氧量相減形成最終偏差，偏差信號送入矯正回路，經(jīng)PID出口后得到的值為氧量矯正系數(shù)。該氧量矯正回路系數(shù)為0.9～1.1。

4.3 二次風(fēng)量偏差信號形成

風(fēng)量設(shè)定值經(jīng)氧量矯正后形成總風(fēng)量設(shè)定值，與二次風(fēng)總風(fēng)量相減后得偏差指令DEV，與二次風(fēng)靜葉檔板開度指令DEV1取小后形成總偏差指令。

同2.3將風(fēng)量偏差指令處理后，得到最終總風(fēng)量偏差控制指令。

將最終的二次風(fēng)量偏差指令送入PID控制器，控制器的輸出值作為兩臺二次風(fēng)機變頻器公共指令（二次風(fēng)靜葉檔板邏輯與一次風(fēng)類似，不再說明）。

通過偏差指令形成回路可以實現(xiàn)二次風(fēng)機變頻器和檔板同時投自動的目的，保證設(shè)備工作在最合理的工作區(qū)間，優(yōu)化了風(fēng)量控制，提高了電廠自動投入率，同時節(jié)省了廠用電量。

5 結(jié)語

通過對超臨界機組風(fēng)量控制的研究和控制優(yōu)化，實現(xiàn)了運行人員對一次風(fēng)量、二次風(fēng)量通過變頻器和檔板全程自動控制的目的，避免了以往變頻投自動，檔板手動控制的不足，提高了電廠自動投入率，降低了廠用電量，增加了經(jīng)濟效益。

（編輯：王紅霖）

Optimization of One or Two Times Air Flow Variable Frequency Control of Supercritical Circulating Fluidized Bed Bboiler

Wang Wei
（Yu Xiang Electric Power Technology Development CO.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030006）

The supercritical circulating fluidized bed boiler control characteristics，according to the characteristics of primary air and secondary air control，by the frequency converter and stationary vane in the coordinated control，reach the boiler air flow optimizing control to reduce the furnace negative pressure fluctuation，and also decreased the plant consumption，realizes the automatic control of primary and secondary air volume of the whole.

super critical；CFB；full control；furnace negative pressure

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.14.07

F275

A

2095-0748（2016）14-0017-02

2016-05-25

王偉（1983—），男，山西榆次人，本科，畢業(yè)于山西大學(xué)工程學(xué)院自動化專業(yè)，自動化工程師。