300MW循环流化床机组协调控制系统的研究与投运.doc

PAGE PAGE 1 1前言 辽宁煤矸石发电有限责任公司机组为300MW亚临界参数循环流化床发电机组。锅炉为上海锅炉厂制造，采用自然循环、中间再热的循环流化床燃煤锅炉。汽轮机为哈尔滨汽轮机厂制造的亚临界蒸汽参数、单轴、中间再热、直接空冷凝汽式汽轮机。 循环流化床锅炉由于具有燃烧效率高、低污染、燃料适应性广的优点而得到越来越广泛的应用,但是在其应用化和大型化的过程中还存在着需要解决的问题。这些问题除了循环流化床本体设计和结构本身存在的问题外,循环流化床锅炉热工自动控制方面的问题已经成为其推广应用的主要障碍。 这些困难主要是: a.循环流化床锅炉是一个非线性、时变、多变量耦合的控制对象,循环流化床锅炉自动控制系统需要完成比煤粉锅炉更复杂的控制任务。 b.采用现代控制理论方法的基础是要求有描述受控对象的较为精确的数学模型。然而由于循环流化床特性的复杂性,难以建立循环流化床锅炉精确的燃烧数学模型。 c.由于循环流化床燃烧的复杂性和特殊性,使得实现循环流化床锅炉的自动控制变得十分困难。对于煤粉锅炉行之有效的常规控制方法,已经难以保证循环流化床锅炉各项控制指标的实现。 协调控制系统是现代大型火电机组最重要的自动控制系统，协调控制系统能否投入关系到整台机组的自动化控制水平，同时协调控制也是机组一次调频及AGC控制投入的基础，但对于目前国内已投运的循环流化床机组进行调研，能真正将机组协调控制系统投入的较少。因此针对辽宁煤矸石发电有限责任公司300MW循环流化床机组，进行协调控制系统的研究与投运。 2　协调控制系统的控制方式组成 （1）以锅炉跟随为基础的协调控制 在控制上还是采用以锅炉跟随为基础的协调控制，汽机和锅炉两侧并行地接受负荷指令。锅炉侧通过前馈的比例控制来快速加减锅炉主控指令，用以粗调主汽压力。主汽压力偏差信号进入锅炉主控PID，用以细调主汽压力；汽机侧通过改变主汽门开度来调整机组出力的大小，当汽机机前压力与设定值偏差超过一定限值时，汽机主汽门开度将受到限制。 （2）锅炉跟随方式 汽机主控手动，锅炉主控回路处于自动方式，通过改变锅炉燃烧率进行主汽压力调节。 （3）汽机跟随方式 锅炉主控手动，汽机主控回路处于自动方式，通过改变汽机主汽门开度进行主汽压力调节。 （4）手动方式 锅炉和汽机主控回路均处于手动方式。 3 协调控制投入中解决的问题 3.1 燃烧系统的控制 辽宁调兵山煤矸石电厂300MW循环流化床机组采用的给煤系统较为特殊，它采用三级给煤，第一级为中心活化给煤机，第二级为皮带给煤机，第三级为埋刮板给煤机，经过埋刮板给煤机后，煤粉颗粒通过落煤管进入炉膛。 如此多级的给煤首先需要解决的就是各级给煤的匹配问题，其中最主要的是中心活化给煤机与皮带给煤机之间的匹配问题，如果两者之间不能匹配将导致中心活化给煤机堵煤而跳闸，或者皮带给煤机无煤。从而导致给煤控制混乱，无法按照指令来调节煤量。其次是皮带给煤机与埋刮板给煤机的匹配，如两者匹配不合理将导致皮带给煤机堵煤后跳闸，或者埋刮板给煤机煤粉堆积起拱，电机过负荷，埋刮板给煤机断链等一系列的严重后果。 通过在运行过程中的试验，最后确立以皮带给煤机为控制核心的控制原则。 主要原因： （1）皮带给煤机有准确的瞬时煤量反馈，给煤控制可通过皮带给煤机实现闭环控制。 （2）皮带给煤机属于三级给煤中的中间环节，起着承上启下的作用。 （3）通过皮带给煤机的转速可同步控制中心活化给煤机及埋刮板给煤机的转速。 如此解决了协调控制中最为棘手的燃烧控制的执行部分。 3.2 锅炉主控 锅炉主控是保证协调控制品质的核心控制部分，在此主要是解决循环流化床锅炉的大滞后问题。 煤粉颗粒在循环流化床锅炉内的燃烧过程如下：煤粒得到高温床料的加热并干燥；热解及挥发分燃烧；对某些煤种会发生颗粒膨胀和一级破碎现象；焦碳燃烧并伴随着二级破碎和磨损现象。由于循环流化床锅炉煤粒较粗，燃烧过程复杂，因此当给煤量改变后，主汽压力的响应比煤粉锅炉的迟延和惯性要大得多，经过实际测算，仅纯迟延就有10～15min。对于这样的控制特性，在手动方式下运行人员的操作速率也不敢太快，只能是边调边看。锅炉压力调节回路也曾经尝试过使用“直接能量平衡”的控制结构，但是“热量信号”并不比主汽压力的变化快多少，所以调节效果同采用压力调节器的没有本质上的区别。欲改进调节品质,只能在前馈方面做工作。 锅炉是一个巨大的蓄热装置，在机组变负荷时，如果能够合理利用其蓄能的变化可以提高机组对负荷指令的响应速度。尽管大型锅炉的蓄热能力相对较小，但也要充分利用这部分的蓄热。利用锅炉的蓄热就是在机组变负荷时允许主汽压力的合理波动，所谓的合理波动具体是指在机组变负荷开始时取消压力偏差对汽机调门的限制作用，升负荷之初允许主汽压力适当的下降，开始降负荷时则允许主汽压力适当的上升。即