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计算机工业过程控制在兴隆庄煤泥热电厂75吨循环流化床锅炉控制中的应用

计算机工业过程控制在兴隆庄煤泥热电厂75吨循环流化床锅炉控制中的应用

2006/12/27 16:33:00
目前,国内煤炭行业采用异比重循环流化床(CFB)锅炉的电厂正在逐年增加。所谓异比重循环流化床(CFB)锅炉是指:CFB锅炉内的固态物料(主要指燃料)比重不同,例如美国巴特利(Battelle)研究中心开发的多粒子床CFB锅炉(MSFB),在比重特别大的大粒子床上迭加一个比重较小的小粒子床,就是异比重循环流化床(CFB)锅炉的典型代表。其特点是比重越大,产生的浮力也越大。燃烧的效果就越好。 而国内煤炭行业常采用的原煤和煤泥混烧的CFB锅炉也是异比重循环流化床(CFB)锅炉中的一种。采用原煤和煤泥混烧的异比重循环流化床锅炉最大的优点是利用原煤的比重比煤泥大,因此产生的浮力也大,从而可以使得煤泥悬浮在原煤(煤矸石)上方得到充分燃烧。但是从控制角度来说,这种混烧型的异比重循环流化床锅炉,燃烧控制就比普通的循环流化床锅炉复杂得多。 因为: 1、煤泥和煤矸石的热值是不相同的:煤泥燃烧的热值较高,煤矸石燃烧时的热值比煤泥低很多。而燃烧过程中,煤泥和煤矸石的搭配比例是在不断变化的,因此煤泥和煤矸石混烧时,进入炉膛总的燃料热值难以正确计算,从而使得一般的PID调节系统难以对这种类型的CFB锅炉实现燃烧自动控制。 2、按照传统的观念,主汽压力的稳定,主要靠进入炉膛的燃料量来保证的。但是从目前的检测技术来看,进人炉膛的煤泥量和煤矸石量,均难以准确计量,因此进入炉膛总的燃料量也难以准确计量。 3、一般来说,风量应当和进入炉膛的燃料量成比例,加多少燃料就得配多少风。但是这种混烧型的CFB锅炉,进入炉膛的燃料量既然难以正确估算,那么风量与燃料量的匹配自然也成为问题了。 3、通常,煤泥和原煤混烧的CFB锅炉密相区内往往有埋管受热面。而埋管受热面受床温和床层高度的影响很大,因此锅炉燃烧调节系统还必须把这两个重要因素也考虑进来,以利负荷控制。 由此,要想使煤泥和煤矸石混烧的异比重CFB锅炉实现燃烧自动控制,就必须突破传统观念,寻找新的先进的DCS控制策略。 通过观察和查找有关的技术资料,对于煤泥和煤矸石混烧的异比重CFB锅炉提出如下控制策略: 1、以主蒸汽母管压力稳定作为蒸汽负荷供需平衡(能量平衡)的标志。设置母管压力调节系统对并列运行的各台锅炉下达不同的锅炉负荷指令(见下图1)。
这样有效的控制了各台锅炉汽压波动的互相干扰, 维持主蒸汽母管压力稳定。 2、由于进入炉膛的煤泥量和原煤量实际上无法准确测量,因此我公司用热量信号-----蒸汽流量加汽包压力的微分来代表进入炉膛的燃料量,以锅炉负荷指令作为设定值来同时控制给煤机的转速及煤泥输送泵的运行频率(见下图2)。
主蒸汽流量反映了需要给燃料量的多少, 汽包的下降管和上升管作为直接的受热面,汽包压力(饱和蒸汽压力)的微分直接反映了需要给燃料量的速度。两者的结合,有效地克服滞后时间长的特点。 通过智能控制系统软件可以灵活、方便地实现煤泥量和原煤(煤矸石)量的“自动”、“半自动”和“软手动”等多种调节控制功能: ⑴可以单独为原煤给料机设置一个“偏置”。例如,可以设置原给煤给料机带30%的固定负荷,而令煤泥输送泵处于DCS的自动控制下。此时,煤泥输送泵根据DCS的指令,自动在30%---100% 负荷范围内调节进入炉膛的煤泥量,确保满足锅炉负荷指令要求。这种方式可以确保炉膛内有足够的原煤数量,从而充分发挥异比重CFB锅炉的优势,在密相区内产生足够大的浮力,确保煤泥能充分地以悬浮方式燃烧。 ⑵也可以单独为煤泥给料机设置一个“偏置”。例如,可以设置煤泥给料机带60%的固定负荷,而令给煤机处于DCS的自动控制下。此时,原煤给料机根据DCS的指令,自动在60%---100% 负荷范围内调节进入炉膛的原煤量,确保满足锅炉负荷指令的要求。这种“自动”方式可以在煤泥给料机有局部故障出力不足情况下采用。 ⑶还可以令原煤给料机和煤泥给料机同时处于“自动调节”状态。此时锅炉负荷增加时,DCS将使原煤给料机和煤泥给料机同时增加运行频率,直到进入锅炉的总燃料量增大到满足锅炉负荷指令的要求为止(此时,进入炉膛的煤泥量和原煤量比例可任意调整)。 ⑷如果给煤机设置为“软手操”而煤泥给料机设置为“自动”状态,那么用软手操增加进入炉膛的原煤(矸石量)时,DCS会自动减少煤泥给料机进入炉膛的煤泥量,而维持进入炉膛总燃料量不变。反之亦然。这是一种灵活的“半自动”运行方式。增加“半自动”运行方式主要是为了确保炉膛内有足够的原煤量。 ⑸如果煤泥给料机设置为“软手操”而原煤给料机设置为“自动”状态,那么用软手操增加进入炉膛的煤泥量时,DCS会自动减少原煤给料机进入炉膛的原煤量,而维持进入炉膛总燃料量不变。反之亦然。这也是一种灵活的“半自动”运行方式。 因此通过以上方法可以灵活地实现各种运行方式的切换,可以对总燃料量的控制实现“自动”和“半自动”控制;并且可以确保炉膛内有足够数量的原煤以充分发挥异比重循环流化床锅炉的优势。 4、当锅炉负荷发生变化时,除了可以改变进入炉膛的总燃料量以外,DCS可以通过改变床层高度在一定范围内调节负荷:当负荷增加时,适当增加床层高度,可以使得埋管受热面带负荷的能力适当增大;当负荷减小时,适当降低床层高度,可以使得埋管受热面带负荷的能力适当下降;从而及时改善负荷响应能力。 5、DCS还根据总的锅炉负荷指令来自动调节一次风量。一次风量一般占总风量的60%---70%左右,DCS控制一次风量主要达到以下目的:(1)与进入炉膛的总燃料量匹配;(2)根据煤矸石的粒径和数量来维持异比重CFB锅炉实现正常的流态化燃烧(流化风速维持在4-5米/秒以上);(3)在小范围内调节床温;(4)确保返料装置有足够的返料风压等等。用传统的PID难于实现这些功能,因此,深圳达实公司将采用专家智能控制系统软件来实现这些功能。此外,还设有一次风门直接的手动遥控;DCS还设有最小风量限制,以确保流态化燃烧的稳定。 6、同时,DCS还将烟气含氧量作为氧量校正信号来调节二次风量。二次风一般占总风量的20%---30%左右。其设定值与负荷有一定的函数关系:因此,深圳达实公司的专家智能控制系统软件在高负荷时,会通过DCS把氧量设定值自动取低值(1.10—1.15);低负荷时,会通过DCS把氧量设定值自动取高值(1.20---1.30)。 7、炉膛压力作为控制引风机入口挡板开度的依据。并且与一、二次风量相加后的总风量有动态联系:一般来说,一、二次风门开大,引风门也开大;一、二次风门关小,引风门也关小。煤泥含水量大,当从炉顶往下掉落时,外部的水分迅速蒸发,变得十分干燥,而内部传热较慢,继续往下掉落时,内部受热,水蒸汽蒸发膨胀,将煤泥球炸开成很小的颗粒,从而不会砸坏布风板及其他检测仪表。 这样因水分的挥发,对炉膛压力的影响很大,将煤泥给料机转速和一二次风门开度作为炉膛压力控制的前馈,有效的地减少了炉膛压力的波动。 (见下图)。
8、为了加强对煤泥燃烧状况的监测,还必须考虑DCS和工业电视系统有必要的联系和报警显示。 综上所述,DCS供应商要想使得原煤(煤矸石)和煤泥混烧的异比重循环流化床锅炉燃烧系统全面投入自动控制,必须对这种锅炉有深刻认识,还必须有先进的控制软件。能做30万机组DCS控制工程的不一定能做好异比重循环流化床锅炉的自动控制。
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