內(nèi)容摘要：本文介紹了燃用福建省本省無(wú)煙煤440t/h CFB鍋爐的分散控制系統(tǒng)概況，并就其中的保護(hù)、自動(dòng)調(diào)節(jié)、順序控制系統(tǒng)等策略進(jìn)行了重點(diǎn)闡述，對(duì)存在的問題予以了分析。

關(guān)鍵詞  福建省    CFB鍋爐    控制策略 

0  引言

龍巖發(fā)電有限責(zé)任公司一期工程4×135MW機(jī)組，所配備的鍋爐為哈鍋產(chǎn)440t/h CFB鍋爐，在缺乏可借鑒經(jīng)驗(yàn)的情況下，通過本公司、參建、調(diào)試、產(chǎn)家及國(guó)內(nèi)CFB爐相關(guān)專家等全體人員的共同努力，一期工程四臺(tái)機(jī)組已于2006年9月全面投產(chǎn)發(fā)電，取得了較好的成效。

福建無(wú)煙煤的典型特點(diǎn)為揮發(fā)份低、著火困難，灰熔點(diǎn)低、易結(jié)焦，燃盡度差等。CFB鍋爐在燃用該煤種時(shí)，如何克服以上缺點(diǎn)，確保鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行，隨鍋爐容量的不斷發(fā)展，與之相適應(yīng)的大容量CFB鍋爐的控制策略問題成為難點(diǎn)問題之一，本文就這一方面問題結(jié)合我們實(shí)際的一些情況，做了初步的探討。

1  鍋爐及控制系統(tǒng)概況

1.1  鍋爐簡(jiǎn)介

龍電公司一期工程4×135MW機(jī)組，單元制布置，配置4臺(tái)哈鍋引進(jìn)ALSTOM公司技術(shù)生產(chǎn)的440t/h循環(huán)流化床鍋爐。

鍋爐為超高壓、單爐膛、一次中間再熱、固態(tài)排渣、平衡通風(fēng)方式。

鍋爐型號(hào)：HG－440/13.7－L.WM20

鍋爐主要技術(shù)參數(shù)如下：

過熱蒸汽流量、溫度、壓力：440t/h、540℃、13.7MPa

再熱蒸汽流量359t/h，進(jìn)/出口溫度322.7/540℃，進(jìn)/出口壓力2.74/2.56MPa。

1.2  分散控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介DCS系統(tǒng)采用北京和利時(shí)公司最新開發(fā)的第三代MACS－SmartPro系統(tǒng)，該系統(tǒng)采取機(jī)、爐、電一體化設(shè)計(jì)，每臺(tái)機(jī)組DCS之間完全獨(dú)立但均可以通過網(wǎng)橋與公用系統(tǒng)DCS實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通訊，進(jìn)而監(jiān)控公用系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行。每臺(tái)機(jī)組分別配置4臺(tái)操作員站、2臺(tái)服務(wù)器、1臺(tái)工程師站、10個(gè)I/O站、兩個(gè)遠(yuǎn)程柜（機(jī)爐各1個(gè)）；公用系統(tǒng)配置2臺(tái)服務(wù)器、2個(gè)I/O站、3個(gè)遠(yuǎn)程站（空壓機(jī)、循環(huán)水、燃油泵房），各控制站內(nèi)設(shè)備采用PROFIBUS總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制。DCS功能包括數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)（FSSS）、電氣控制系統(tǒng)（ECS），化水程控、除渣程控、除灰程控等。

通過DCS系統(tǒng)的OPC和MODBUS等通訊接口功能，還建立了與化水自動(dòng)加藥系統(tǒng)、DEH系統(tǒng)、爐管泄漏檢測(cè)系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)的正常通訊，延伸并實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的統(tǒng)一的監(jiān)視和控制功能。

另外，生產(chǎn)輔助系統(tǒng)的“灰”、“水”、“煤”三個(gè)集中區(qū)域通過以太網(wǎng)連接成為全廠輔助系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，并在1、2號(hào)機(jī)組集中控制室內(nèi)設(shè)置有三套操作員站進(jìn)行監(jiān)控。

2  關(guān)于保護(hù)策略

2.1  爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)（FSSS）簡(jiǎn)介：

鍋爐安全監(jiān)控系統(tǒng)是大容量發(fā)電鍋爐必不可少的保護(hù)控制系統(tǒng)。它的主要作用是實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒系統(tǒng)的有序管理。當(dāng)系統(tǒng)允許條件不滿足時(shí)，執(zhí)行預(yù)先設(shè)計(jì)的保護(hù)邏輯，對(duì)鍋爐實(shí)施必要的保護(hù)性措施，以確保人員、設(shè)備的安全，這些保護(hù)措施包括迅速降負(fù)荷、停爐及停爐后爐膛內(nèi)的吹掃等。

一般情況下，FSSS分滅火保護(hù)（FSS）和程控點(diǎn)火（BCS）兩個(gè)子系統(tǒng)，滅火保護(hù)（FSS）的作用是在鍋爐出現(xiàn)任何危急情況下，緊急切斷燃料供給，防止事故發(fā)生，保證鍋爐的安全運(yùn)行，具體功能有火焰監(jiān)視、壓力保護(hù)、燃料保護(hù)、水位保護(hù)、輔機(jī)保護(hù)、機(jī)電爐聯(lián)鎖等；程控點(diǎn)火系統(tǒng)（BCS）負(fù)責(zé)油噴燃器點(diǎn)火與油系統(tǒng)監(jiān)視。

關(guān)于程控點(diǎn)火系統(tǒng)（BCS）與各大、小型CFB鍋爐均相類似，本文不做具體闡述，現(xiàn)就滅火保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)，以緊急切斷燃料供給系統(tǒng)為主線，簡(jiǎn)介如下。

2.1.1  手動(dòng)MFT（同時(shí)按下操作站上兩只MFT按鈕）。

為防止DCS系統(tǒng)故障或在緊急情況下，仍能安全可靠的保護(hù)設(shè)備，系統(tǒng)設(shè)置了硬接線以及硬跳閘回路。

2.1.2  爐膛壓力高于+2.5Kpa，三取二；爐膛壓力低于-2.5Kpa，三取二。

2.1.3  汽包水位高于+250mm，三取二，延時(shí)5秒；汽包水位低于-250mm，三取二，延時(shí)5秒。

2.1.4   輔機(jī)：兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)均未運(yùn)行；兩臺(tái)二次風(fēng)機(jī)均未運(yùn)行；兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)均未運(yùn)行；三臺(tái)高壓流化風(fēng)機(jī)均未運(yùn)行。

此四類風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障或跳閘，均將直接威脅鍋爐的正常運(yùn)行。

2.1.5  熱一次風(fēng)量過低，采取四個(gè)熱一次風(fēng)管風(fēng)量四取三方式，當(dāng)有三個(gè)均小于2.2萬(wàn)Nm3/h時(shí)，延時(shí)100秒。

2.1.6  高壓流化風(fēng)母管壓力低于32Kpa，延時(shí)30s。

2.1.7  爐膛平均床溫（密相區(qū)中部6個(gè)點(diǎn)、下部8個(gè)點(diǎn)）高于980℃，延時(shí)120s。

2.1.8  旋風(fēng)分離器入口煙溫高于980℃，延時(shí)120s；旋風(fēng)分離器出口溫度高于980℃，延時(shí)120s。

2.1.9  水冷風(fēng)室壓力低于6.8Kpa，四取三，且爐膛平均床溫高于400℃，延時(shí)10S。

2.2  關(guān)于爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)（FSSS）的探討

循環(huán)流化床鍋爐燃燒側(cè)在其運(yùn)行過程中特別要注重對(duì)床溫、分離器人口溫度、風(fēng)煤比以及床壓的監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)及控制，注重對(duì)影響物料流化、循環(huán)及燃燒的各種風(fēng)量的監(jiān)控，確保建立一個(gè)平穩(wěn)、足夠的熱物料循環(huán)，從而完成鍋爐燃燒側(cè)的燃料燃燒及熱量傳遞過程。

針對(duì)以上情況，所以本FSSS系統(tǒng)策略有著以下特點(diǎn)。

2.2.1  爐膛壓力保護(hù)：CFB鍋爐具有很大的熱容量，基本不存在傳統(tǒng)煤粉爐意義上的滅火，出于防止鍋爐爆管、風(fēng)機(jī)故障或其他特殊事故等的角度出發(fā)，而保留此保護(hù)，其定值也相應(yīng)較大。

2.2.2  不采用火焰監(jiān)視：CFB鍋爐主要的任務(wù)之一是保證流化正常，床溫低于煤的灰熔點(diǎn)，不發(fā)生床面結(jié)焦事故，故采用爐膛平均床溫過高、旋風(fēng)分離器人口煙溫過高，或去布風(fēng)板一次風(fēng)量過低等信號(hào)，而不是采用爐膛火焰喪失信號(hào)去觸發(fā)主燃料跳閘(MFT)來作為爐膛安全保護(hù)的重要手段之一。

2.2.3  返料保護(hù)：確保物料的外循環(huán)系統(tǒng)的正常建立，采取高壓流化風(fēng)母管壓力作為保護(hù)手段。

2.2.4  機(jī)電爐的聯(lián)鎖：

因大型CFB爐熱慣性大，在爐側(cè)MFT后，機(jī)組快速降負(fù)荷，仍能維持15分鐘以上運(yùn)行，故爐側(cè)的保護(hù)動(dòng)作，不引發(fā)汽機(jī)或發(fā)電機(jī)的跳閘。

當(dāng)汽機(jī)或發(fā)電機(jī)跳閘后，爐側(cè)可通過快速減煤、適當(dāng)開排汽，減風(fēng)量，必要時(shí)投油等措施，維持鍋爐的運(yùn)行，故機(jī)、電側(cè)的跳閘，采用主汽門關(guān)閉信號(hào)，使鍋爐給煤系統(tǒng)跳閘，僅實(shí)現(xiàn)鍋爐停止給煤系統(tǒng)功能，不引發(fā)MFT，有利于爐側(cè)的快速恢復(fù)。

2.3  關(guān)于輔機(jī)保護(hù)

以引風(fēng)機(jī)為例，系統(tǒng)設(shè)置了液力偶合器工作油壓力小于0.05MPa，延時(shí)30秒跳引風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)，爐膛出口壓力至±3.5KPa聯(lián)鎖跳閘引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)。另當(dāng)兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)均跳閘時(shí)，將啟動(dòng)鍋爐風(fēng)機(jī)大聯(lián)鎖保護(hù)，一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、高壓流化風(fēng)機(jī)將全部跳閘，以確保爐膛安全。

3  關(guān)于自動(dòng)調(diào)節(jié)控制策略

結(jié)合國(guó)內(nèi)大型CFB鍋爐自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)際情況，我們?cè)谧詣?dòng)調(diào)節(jié)控制策略方面，側(cè)重于可控、擾動(dòng)因素變化國(guó)內(nèi)已可克服的參數(shù)，予以構(gòu)筑、實(shí)現(xiàn)。

3.1  汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)控制

本系統(tǒng)主要為維持汽包水位在正常值，當(dāng)系統(tǒng)各參數(shù)正常工況穩(wěn)定時(shí)，系統(tǒng)采用給水流量、蒸汽流量、汽包水位三沖量對(duì)給水泵液力耦合器進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)。

汽包水位三選中值后作為給水主調(diào)的過程量，給水流量信號(hào)二選一輸出后，經(jīng)一階慣性環(huán)節(jié)與蒸汽流量相減，作為給水副調(diào)的過程量。當(dāng)給水流量由于擾動(dòng)而發(fā)生波動(dòng)時(shí)，該調(diào)節(jié)器會(huì)快速地調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速，有效克服給水波動(dòng)。

用蒸汽流量信號(hào)與給水流量信號(hào)的運(yùn)算差值作為副調(diào)PID的過程量，是為了使進(jìn)入鍋爐的給水量與流出鍋爐的蒸汽量隨時(shí)保持平衡。當(dāng)蒸汽流量變化時(shí)，副調(diào)PID快速輸出信號(hào)調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速，可以有效地克服因汽輪機(jī)用汽量變化引起的汽包“虛假水位”對(duì)給水調(diào)節(jié)品質(zhì)的影響，以保持汽水平衡，參數(shù)易于整定，主調(diào)PID對(duì)汽包水位信號(hào)作進(jìn)一步的細(xì)調(diào)，運(yùn)行工況穩(wěn)定時(shí)汽包水位可控制在±20mm以內(nèi)。

當(dāng)其中某個(gè)參數(shù)壞質(zhì)量或工況不穩(wěn)定時(shí)，超出了系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的控制范圍時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)切為手動(dòng)方式，由運(yùn)行人員手動(dòng)干預(yù)操作。

3.2  主蒸汽、再熱蒸汽溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)控制

為取得良好的控制品質(zhì)，過熱、再熱汽溫采取分段控制，分別布置兩級(jí)噴水減溫器，一級(jí)粗調(diào)、二級(jí)細(xì)調(diào)，運(yùn)行操作人員可根據(jù)不同負(fù)荷、燃燒狀況，溫度變化率，設(shè)定目標(biāo)值。

分成兩級(jí)減溫后，各級(jí)控制系統(tǒng)的對(duì)象特性的遲延和慣性小，因而可以改善控制品質(zhì)，兩級(jí)減溫水控制方案分別采用串級(jí)控制策略。系統(tǒng)采用減溫器出口的蒸汽溫度作為導(dǎo)前信號(hào)，與過熱器出口處的汽溫相比更能提前反映擾動(dòng)作用，可以減小主汽溫的動(dòng)態(tài)偏差。只要導(dǎo)前汽溫發(fā)生變化，副調(diào)PID就會(huì)改變減溫水調(diào)節(jié)閥開度，改變減溫水量，初步維持后段過熱器入口(減溫器出口)處的汽溫，對(duì)后段過熱器出口主汽溫起粗調(diào)作用，可以快速消除落在內(nèi)回路內(nèi)的擾動(dòng)影響。

后段過熱器出口主汽溫由主調(diào)PID控制，任務(wù)是維持主汽溫為設(shè)定值，只要后段過熱器出口汽溫未達(dá)到設(shè)定值，主調(diào)PID的輸出就不斷地變化，使副調(diào)PID不斷地去改變減溫水量，直到主汽溫恢復(fù)到主汽溫設(shè)定值為止。穩(wěn)態(tài)時(shí)，減溫器出口的汽溫，即導(dǎo)前汽溫可能與原來數(shù)值不同，但主汽溫度可維持在運(yùn)行人員設(shè)定目標(biāo)值。兩級(jí)減溫水的控制是獨(dú)立的，副調(diào)PID選用比例控制，主調(diào)PID選用比例、積分控制。

3.3  爐膛壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)控制

通過調(diào)節(jié)液偶執(zhí)行機(jī)構(gòu)開度控制引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來控制引風(fēng)量，保證鍋爐爐膛出口的壓力。系統(tǒng)采用一次風(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)擋板指令和二次風(fēng)機(jī)液偶執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制指令之和作為導(dǎo)前微分信號(hào)，當(dāng)送風(fēng)量變化時(shí)，同時(shí)調(diào)整引風(fēng)量，使?fàn)t膛的輸入質(zhì)量與輸出質(zhì)量基本保持平衡，可避免爐膛壓力出現(xiàn)較大變化。由于爐內(nèi)燃燒過程是一個(gè)劇烈的化學(xué)反應(yīng)過程，爐膛壓力處于快速波動(dòng)狀態(tài)，在整定PID參數(shù)時(shí)，將爐膛壓力信號(hào)二選一輸出值設(shè)置了一定的動(dòng)作死區(qū)，只要壓力是在一定的范圍內(nèi)波動(dòng)，調(diào)節(jié)器的輸出就不會(huì)發(fā)生變化，避免因此而引起的引風(fēng)機(jī)液偶的頻繁動(dòng)作。

4  關(guān)于順序控制策略

4.1  SCS是DCS的一部分，在吸取國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們確定SCS控制策略包括鍋爐所有的輔機(jī)，附屬的閥門和擋板及設(shè)備保護(hù)和聯(lián)鎖。

通過控制輔機(jī)、閥門、擋板及其他電動(dòng)或氣動(dòng)的輔助設(shè)備的啟/停、開／關(guān)，它不需要被操作對(duì)象的反饋信息，只是在操作指令的驅(qū)動(dòng)下，完成對(duì)輔機(jī)、設(shè)備的預(yù)定操作，是一種二位制式操作（ON／OFF控制系統(tǒng)）。

一臺(tái)大型CFB鍋爐的啟/停過程中、操作對(duì)象眾多，操作步驟繁瑣，人工操作工作量大，而且難免顧此失彼，出現(xiàn)差錯(cuò)，設(shè)計(jì)順序控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)順序操作，目的就是為了在機(jī)組啟、停時(shí)減少或取消操作人員的常規(guī)操作和縮短機(jī)組的啟停時(shí)間。

4.2  SCS順序控制鍋爐側(cè)子組項(xiàng)簡(jiǎn)介：

實(shí)現(xiàn)以下順序控制功能（不局限于以下所列）：

a、各風(fēng)機(jī)A、B（C）子組項(xiàng)：包括各風(fēng)機(jī)A、B（C）、或液力耦合器、進(jìn)口風(fēng)門擋板等。

b、各啟動(dòng)燃燒器子組項(xiàng)：包括各油槍，風(fēng)門擋板等。

C、給煤機(jī)A、B子組項(xiàng)：包括一、二級(jí)給煤機(jī)A、B及其入口煤閘門擋板、出口閥等。

d、石灰石粉功能A、B子組：包括石灰石粉給料泵A、B，流化風(fēng)機(jī)，進(jìn)出口門等。

e、鍋爐排污、疏水、放氣子組項(xiàng)。

f、吹灰程控子組項(xiàng)：包括各吹灰器推進(jìn)裝置、減溫減壓裝置等。

g、電除塵輸灰程控等。

4.3  所設(shè)計(jì)的子組級(jí)程控進(jìn)行自動(dòng)順序操作，各子組項(xiàng)的啟、停能獨(dú)立進(jìn)行；狀態(tài)在CRT上顯示；操作人員可根據(jù)需要，切換為手操。

5  福建省大型CFB鍋爐控制存在的問題

大容量循環(huán)流化床鍋爐對(duì)其控制策略的研究方興未艾，由于特殊的燃燒機(jī)理和氣固兩相流技術(shù)的特性所致，許多運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定值要在機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下，現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)試驗(yàn)后才能確定，與煤粉爐有極大的區(qū)別，加之一些諸如煤的破碎粒度變化等人為因素的影響，使得一些過程的控制還無(wú)法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)。

如，鍋爐、汽機(jī)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）將鍋爐和汽輪機(jī)作為一個(gè)整體來考慮，使機(jī)組在許可能力下，能最大限度地滿足電網(wǎng)要求的發(fā)電數(shù)量（功率）和質(zhì)量（頻率），快速、準(zhǔn)確和穩(wěn)定地響應(yīng)省中調(diào)自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）的負(fù)荷指令，尚未能實(shí)現(xiàn)。

如，風(fēng)量、床溫的自動(dòng)調(diào)節(jié)，以維持燃燒的穩(wěn)定；入爐石灰石數(shù)量的自動(dòng)調(diào)節(jié)，以控制S02的排放量等，也尚未能實(shí)現(xiàn)。

國(guó)內(nèi)針對(duì)CFB鍋爐的新設(shè)備、新技術(shù)也層出不窮，這就要求我們對(duì)CFB鍋爐的控制策略要不斷地進(jìn)行自我更新，自我完善。

6  福建省1025t/h CFB鍋爐控制策略展望

龍電公司將繼續(xù)認(rèn)真分析、科學(xué)總結(jié)，將440t/h CFB爐的控制策略予以完善，將存在的問題逐步予以解決。通過本公司運(yùn)行實(shí)踐證明，燃燒福建本省無(wú)煙煤的CFB鍋爐的保護(hù)及自動(dòng)控制已具備往更大型化，即300MW機(jī)組，1025t/h CFB鍋爐道路發(fā)展的條件，本公司將為福建省本省無(wú)煙煤在電站方面的利用，減少污染物的排放，作出本公司應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

福建省龍巖發(fā)電有限責(zé)任公司  江志耀   張光望 

文章作者：福建省龍巖發(fā)電有限責(zé)任公司  江志耀   張光望