循环流化床的协调控制

发布时间:2011-04-29 17:03   类型:基础知识   人浏览
前言:目前国家对高能耗、高污染的机组采取了比较严格的限制措施,对不合格机组采取了整改、技改、拆除等手段,因此对新炉型的节能、环保锅炉得到大力提倡,如大型的循环流化床,尤其是400t/h炉子以上得到了大力的发展,尽管炉型比较成熟,但是根据循环流化床的特性,CCS协调、AGC控制也是比较困难的,然而需要有较优化的控制策略也是不难的。根据淮南矿业集团潘三电厂项目,实际投运一年多,AGC投运达到优良效果,在同行业中处于领先技术水准,以技术共享为目的,特在端午放假期间编写此文,与各位读者分享。  

关键词:CFB、协调控制、AGC
 
一、概述
循环流化床锅炉(Circulating Fludized Bed Boiler,以下简称CFB锅炉)作为一种煤的清洁、高效燃烧技术自八十年代初进入燃煤锅炉的商业市场以来,在中小型锅炉中已占有了相当的份额。并在技术日趋成熟的同时逐渐向更大容量发展。它是从鼓泡床沸腾炉和化工行业的循环流化床工艺发展而来的。它具有燃料适应性广、燃烧效率高、氮氧化物排放低、低成本石灰石炉内脱硫、负荷调节比大等突出优点。循环流化床低成本实现了严格的污染排放指标,同时燃用劣质燃料,在负荷适应性和灰渣综合利用等方面具有综合优势,为煤粉炉的节能环保改造提供了一条有效的途径,并得到大量应用。
 
众所周知,CFB 锅炉燃烧大滞后现象,是一个非线性、多变化、多变量耦合的控制对象,其自动控制系统需要完成比煤粉锅炉更复杂的控制任务,同时针对传统的控制方法也是不可取的,需要采用较新的控制理念。
 
二、主要控制范围
 
下图为循环流化床的主要部件示意图,不难看出,循环流化床分为以下几部分:引风、一次风、二次风、流花风、返料、排渣、给煤、炉床、过热器、省煤器、空预器、汽包、水冷壁等主要几大系统。
图一、循环流化床锅炉示意图
 
从工艺流程我们能够看出主要自动调节的常规的控制子系统有:
炉膛压力调节;
一次风风量调节;
二次风风量调节;
流化风控制系统;
床层料位控制调节;
给煤燃烧控制调节;
汽包水位控制调节;
蒸汽温度控制调节;
石灰石脱硫控制调节;
以及其他辅助自动调节系统,如燃油压力、吹灰蒸汽压力。
 
单从子系统控制还无法满足整台机组系统的协调控制,更不能满足电网的自动发电控制,因此还必须有以下协调控制系统:
 
DEH与CCS协调控制接口系统;
负荷控制中心;
负荷调节系统;
控制回路保护系统;
辅机联锁动作保护系统,主要为RB,快速甩负荷;
机炉协调保护系统;
一次调频负荷补偿控制系统;
 
三、总体设计方案的设计
把整台机组作为整体考虑,不难分析,上面以LMCC(负荷指令控制中心)、燃烧协调、各控制子系统、参数耦合为主的几大部分组成,然而LMCC和协调燃烧又为整个控制系统的大脑,它接收AGC指令,指挥和控制、管理各子系统的协调运行。如果只靠接收上级指令,会使整个控制会偏差加大,因此必须在整个协调过程中必须有一个实际负荷的反馈系统,通过各种工况的试验、研究,定性为专家分析控制系统,它只针对本机组而言,对其他机组可能会有一些借鉴作用,照搬照抄反而可能会引起整个系统的恶化,因此我们称之为专家控制系统,只为本台机组控制服务的。
四、具体功能描述
 
下图为实际投运后的LMCC协调控制管理中心。
 
 
循环流化床的协调控制
主控画面主要分为以下几个部分进行监视与控制:
实时曲线部分:能够直接、醒目地查看机组半小时的运行状态;
重要参数部分:显示实时数据,采用分类、重点的模式标示出重要参数的工况;
数据指令部分:通过输入窗口进行指令、速率、偏置的设定;
系统调节控制部分:主要在投入AGC前,完成个主要系统的接口的投入自动;
LMCC状态指示部分:主要显示机组的协调状态;
LMCC指令控制部分:根据机组的运行状况进行;
DEH阀门流量图部分:主要查看指令、反馈之间是否运行一致。
 
控制系统设有四种运行方式:
 
(1)协调控制运行方式:汽机侧的压力调节器处于跟踪,汽机功率及锅炉压力调节器均投入自动;
(2)炉跟机控制运行方式(BF):锅炉自动调压,汽机手动(调功)运行方式;
(3)机跟炉控制运行方式(TF):汽机自动调压,锅炉手动(调功)运行方式;
(4)机炉手动运行方式。
 
锅炉燃烧自动中前馈信号尤其重要,这个反映锅炉是否能够快速升降负荷的关键,这就需要下面四种信号作为有效前馈信号进行处理:
 
(a)功率指令信号作前馈信号;
(b)P1×PS/PT  作前馈信号;
(c)调速级压力P1作前馈信号;
(d)供求能量平衡*燃煤效率系数。
 
上述中,功率指令信号作为前馈信号调节最快,P1×PS/PT  次之,P1最慢。但四种信号互相补偿,达到了快速而又不过调的目的。
 
当单元机组运行协调控制方式情况良好时,可通过LMCC面板选择协调控制运行方式。此时,机侧的压力调节器处于跟踪,机侧的功率调节器及炉侧的压力调节器均投入自动。
 
汽机功率调节器投入闭环控制,DEH作为DCS控制的执行器,由DCS控制,控制汽机调门开度,满足外界负荷的需求。
 
协调控制方式下,锅炉压力调节器引入按负荷指令与频差的合成信号( ,δ为一次调频不等率系数)经函数模块 修正后作为前馈信号,主汽压力进行闭环控制,前馈信号中的 模块的作用是将负荷指令转换成数值上与燃料、风量(尤其是一次风,二次风作为配合补充)相匹配的合适指令,实为微分环节,以使前馈信号具有较合适的动态特性。
 
控制系统静态时,燃料调节器的入口偏差信号为0,则有:
 
燃料燃烧产生的能量与外界所需能量相等。
 
 
稳态时,由于
 
   由于P1≠0
 
则有:         
 
如果LMCC面板上的AGC按钮在投入状态,即负荷需求站处于自动状态,控制系统接受ADS(电力调度中心)负荷指令,参与电网AGC运行,AGC按钮不在投入状态,负荷由操作员设定或增、减调整。
炉跟机方式(机手动(调功),炉自动调压)、机跟炉方式(炉手动(调功),机自动调压)均为协调的一个子系统,因此各自完成自身作用即可。
 
机组的滑压运行是协调运行一个重要运行模式。它是指汽机调门接近全开,机组要求的压力与实际负荷指令形成最佳的配比关系,需要保证机组的在最小的压力损耗前提下做最大的功。他是根据实际运行工况进行的一个修正曲线。
 
五、总结分析
 
经过多次试验和完善,尤其是专家分析控制子系统的经验库,有机的结合和修正其他各子系统的偏差,能够很好满足锅炉的燃烧的稳定性,同时能够快速响应电网的负荷需求。解决了AGC的自动投入难、AGC考核多的问题。
 
作者介绍:

田贵明     1979年生,现工作于南京科远自动化集团股份有限公司控制部,任部门副经理。作者于2002年毕业后专门从事自动控制专业,2003年正式开始火力发电的自动控制、保护动作等控制系统的设计与研究,并在很多十万等级以上机组取得了比较好的成果,尤其是锅炉自动控制、协调控制、AGC、一次调频均有较深的理论研究与实际投运经验。
 




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