CN101225955B - 一种300mw等级循环流化床机组自动控制方法 - Google Patents

Abstract

一种300MW等级循环流化床机组自动控制方法，本发明在首台300MW循环流化床机组的国产化投运中，对机炉协调、床压及双床床压偏差、除氧器与凝汽器水位、二次风量/氧量与二次风压、锅炉床温、燃油流量、石灰石给料等设置自动控制方法，对系统进行协调控制，使机组具有运行稳定，安全、可靠、运行经济的显著优点。

Description

一种300MW等级循环流化床机组自动控制方法

技术领域：

本发明属300MW等级循环流化床锅炉发电工程自动控制技术领域。

背景技术：

300MW等级的大型循环流化床锅炉机组因燃料适应性广、燃烧效率高、负荷适应性强及环保等优点，已在国内批量建设和逐步投用，它是目前国内外洁净煤燃烧技术的主要方向之一。

原中小型的循环流化床锅炉，其燃烧自动控制系统基本投不上，或投入率很低，实际运行中靠手动操作。究其原因，在于循环流化床锅炉燃烧系统的复杂性。由于循环流化床锅炉自身的工艺特点，它比普通锅炉具有更多的输入和输出变量，耦合关系复杂；另外，大滞后性也是循环流化床锅炉的一大控制难点；此外非线性严重又是循环流化床锅炉的一大控制难点。故在300MW等级的大型循环流化床锅炉需要有比较有效的自动控制方法，才能保证自动控制的成功投用，提高机组自动化水平，减轻运行人员劳动强度，为机组的安全、稳定、经济运行提供有力保障。

另外300MW等级的大型循环流化床锅炉机组比以往小级别循环流化床锅炉机组设备更多，设计技术更新，逻辑控制更复杂，故需要研究和设计逻辑控制方法，这里逻辑控制主要包括顺序控制系统(SCS)和锅炉炉膛安全监控系统(FSSS)的逻辑控制。

发明内容：

本发明的目的，正是为了解决300MW等级循环流化床机组的自动控制问题，而提供一种保障机组安全、稳定、经济、良好运行，减轻运行人员劳动强度的300MW等级循环流化床机组自动控制方法。

本发明是通过如下技术方案来实现的。

300MW等级循环流化床机组自动控制

(1)、改进的直接能量平衡机炉协调控制方法  采用汽机的一级压力形成的汽机侧负荷，加上汽包压力微分乘以锅炉蓄热系数的方法，形成锅炉的热负荷，作为协调控制中燃料调节的被调量；在炉跟机协调方式中采用由四部分叠加组成锅炉负荷指令作为燃料调节的设定值：机组当前负荷指令、机组当前负荷指令变化率乘以补偿系数、机前压力设定值变化率乘以补偿系数、锅炉机前压力调节主调节器输出；汽机功率调节器的被调量为机组电负荷，设定值为经负荷变化率限速的人工设定值或自动发电控制(AGC)指令；

(2)、新的分配控制方法  分配控制调节系统自动适应同类设备不同运行方式，其功能包括：各种投切方式的无扰、自动状态的偏置无扰设置功能、自动适应不同设备运行时的调节参数、设备出力失效时的取消分配功能，强制增/减功能，也包括一些特殊功能：循环流化床锅炉控制的自动调节偏值、投备用时调节的自动跟踪功能；

(3)、双床床压偏差自动控制  两台一次风机入口导叶调节一次风母管与两床平均床压之差，两侧燃烧室入口一次风门构成串级调节，主调量为两床床压偏差，副调量为各自的一次风量，左侧副调设定值为煤量指令与煤量信号的大选值-一次风量曲线加或减主调输出值，右侧副调设定值为煤量指令与煤量信号的大选值-一次风量曲线减或加主调输出值；

(4)、采用新型控制方式的除氧器与凝汽器水位联合自动控制  通过把除氧器、凝汽器作为整体考虑，设计除氧器、凝汽器水位联合控制系统：凝汽器补水调门调节除氧器与凝汽器总水量，除氧器水位调门调节除氧器与凝汽器水量间的平衡；

(5)、二次风量/氧量与二次风压自动控制  在二次风量/氧量调节中，由串级调节回路组成，副回路由煤量指令与煤量信号的大选值-二次风量曲线函数，再加主回路调节输出计算出总风量设定值，调节2台采用分配控制的二次风机入口导叶调门，使总风量满足设定的随动要求；同时主回路由负荷-氧量设定值曲线叠加偏置，作主调器设定值。二次风压控制，由负荷-二次风压曲线叠加偏置，计算出二次风压设定值，调节4台采用分配控制的二次风压调节风门；

(6)、床压自动控制  由锅炉负荷-床压曲线，计算出床压设定值，调节4台采用分配控制的排渣器调门，使床压满足设定要求，保证锅炉安全、经济运行。在排渣器锥形阀的输出叠加振荡信号，以防止流过锥形阀的灰渣长时间不动后结焦；

(7)、流化风母管压力自动控制。采用人工流化风母管压力设定值，调节采用分配控制的五台运行中的流化风机入口导叶，使流化风母管压力满足设定要求；

(8)、再热汽温自动控制，低温再热器由喷水减温实现，出口再热汽温由外置床换热器锥形阀实现调节，低温再热器喷水减温由2套左、右侧串级调节组成，副调节器控制减温水调门，使减温器出口汽温满足主调节器输出的设定要求；主调节器的输出使外置床再热器入口汽温满足锅炉热负荷-外置床再热器入口汽温曲线设定值要求；而外置床换热器锥形阀设计为2套左、右侧再热汽出口温度调节单回路，其设定值为锅炉负荷-再热汽出口温度曲线；同时影响各级再热汽温的主要有：锅炉负荷、风量，在调节中加入这些量的前馈补偿；

(9)、过热汽温自动控制  由三级减温水共六套串级回路实现过热汽温调节，每级减温设计为串级调节；副调节器控制输出的减温水调门，使减温器出口汽温满足主调节器输出的设定要求；主调节器的输出使下级减温器入口汽温满足锅炉负荷-下级减温器入口汽温曲线设定值要求；在第三级调节的副回路中，加入左右侧副调被控温差修正调节输出值。同时影响各级过热汽温的主要有：床温锥形调节阀、高再温度锥形调节阀、热负荷，在调节中加入这些量的前馈补偿；

(10)、石灰石给料自动控制  由串级调节回路组成，副回路由给煤量形成的石灰石量指令，加上主回路调节输出计算出总石灰石量设定值，调节2台采用分配控制的石灰石给料机；主调节器的二氧化硫含量设定值由人工输入，使烟气二氧化硫含量满足设定要求；

(11)、锅炉床温自动控制  通过调节左(右)侧床温锥形阀大小，可调节从分离器至外置床和燃烧室再循环灰料比例的大小，实现锅炉左(右)侧床温调节，床温的设定值由负荷-床温曲线给出。增加外置床再热器调节输出、给煤量作为前馈补偿。在锅炉床温控制输出叠加振荡信号，以防止流过锥形阀的回料长时间不动后结焦；

(12)、燃油流量自动控制  分别调节1套前墙床枪组、1套后墙床枪组和2套风道燃烧器组的各自燃油进油调门，使对应的燃油流量满足设定要求；

(13)、风燃器风量自动控制  由风燃器对应的燃油流量形成的点火风量与混合风量设定值，调节各自的点火风门与混合风门，使点火风量与混合风量满足设定要求；

(14)、流化风量自动控制  采用单回路定值调节；

(15)、顺序控制系统(SCS)和锅炉炉膛安全监控系统(FSSS)开关量逻辑控制。

本发明的有益效果是，基于300MW等级循环流化床锅炉的蓄热比常规炉略大、燃烧产生的迟延比常规炉大得多的特点，投用本方法实现的协调控制在大范围滑压变动负荷与AGC时均能使机组稳定运行；本发明经过计算调整的MCS控制回路自投运以来运行情况良好，分配控制具有极高的分配精度、快速的响应时间、灵活高效的算法组合，不仅能够适应正常运行调节，对于机组极端工况下的自动分配控制，如成功完成的二次风机RB试验工况，该分配算法模块也表现出了极佳的控制性能；双床床压偏差的自动控制，使两床床压偏差趋于零，从而使双床床压保持平衡状态；除氧器水位与凝汽器水位的自动调节效果明显优于采用独立单回路的除氧器水位与凝汽器水位调节系统；使二次风母管压力、床压控制、流化风母管压力、减温器出口汽温、二氧化硫含量、对应的燃油流量满足设定的要求。

下面结合附图及实例进一步阐述本发明内容。

附图说明：

图1为分配控制框示意图；

图2为除氧器、凝汽水位联合控制图。

具体实施方式：

(1)、机炉协调自动控制

改进的直接能量平衡机炉协调控制方法。采用汽机的一级压力形成的汽机侧负荷，加上汽包压力微分乘以锅炉蓄热系数的方法，形成锅炉的热负荷，作为协调控制中燃料调节的被调量；在炉跟机协调方式中采用由四部分叠加组成锅炉负荷指令作为燃料调节的设定值：机组当前负荷指令、机组当前负荷指令变化率乘以补偿系数、机前压力设定值变化率乘以补偿系数、锅炉机前压力调节主调节器输出；汽机功率调节器的被调量为机组电负荷，设定值为经负荷变化率限速的人工设定值或AGC指令。

(2)、新的分配控制方法如图1，分配控制调节系统自动适应同类设备不同运行方式，其功能包括：各种投切方式的无扰、自动状态的偏置无扰设置功能、自动适应不同设备运行时的调节参数、设备出力失效时的取消分配功能，强制增/减功能，也包括一些特殊功能：循环流化床锅炉控制的自动调节偏值、投备用时调节的自动跟踪功能。

(3)、双床床压偏差自动控制

双床床压全自动控制，两台一次风机入口导叶调节一次风母管与两床平均床压之差，两侧燃烧室入口一次风门构成串级调节，主调量为两床床压偏差，副调量为各自的一次风量，左侧副调设定值为煤量指令与煤量信号的大选值-一次风量曲线加(减)主调输出值，右侧副调设定值为煤量指令与煤量信号的大选值-一次风量曲线减(加)主调输出值。

(4)、采用新型控制方式的除氧器与凝汽器水位联合自动控制  如图2，通过把除氧器、凝汽器作为整体考虑，设计除氧器、凝汽器水位联合控制系统：凝汽器补水调门调节除氧器与凝汽器总水量，除氧器水位调门调节除氧器与凝汽器水量间的平衡。

(5)、二次风量/氧量与二次风压自动控制  在二次风量/氧量调节中，由串级调节回路组成，副回路由煤量指令与煤量信号的大选值-二次风量曲线函数，再加主回路调节输出计算出总风量设定值，调节2台采用分配控制的二次风机入口导叶调门，使总风量满足设定的随动要求；同时主回路由负荷-氧量设定值曲线叠加偏置，作主调器设定值。二次风压控制，由负荷-二次风压曲线叠加偏置，计算出二次风压设定值，调节4台采用分配控制的二次风压调节风门，使二次风母管压力满足设定要求。

(6)、床压自动控制  由锅炉负荷-床压曲线，计算出床压设定值，调节4台采用分配控制的排渣器调门，使床压满足设定要求，保证锅炉安全、经济运行。在排渣器锥形阀的输出叠加振荡信号，以防止流过锥形阀的灰渣长时间不动后结焦。

(7)、流化风母管压力自动控制  采用人工流化风母管压力设定值，调节采用分配控制的五台运行中的流化风机入口导叶，使流化风母管压力满足设定要求。

(8)、再热汽温自动控制  低温再热器由喷水减温实现，出口再热汽温由外置床换热器锥形阀实现调节。低温再热器喷水减温由2套左、右侧串级调节组成，副调节器控制减温水调门，使减温器出口汽温满足主调节器输出的设定要求；主调节器的输出使外置床再热器入口汽温满足锅炉热负荷-外置床再热器入口汽温曲线设定值要求；而外置床换热器锥形阀设计为2套左、右侧再热汽出口温度调节单回路，其设定值为锅炉负荷-再热汽出口温度曲线。同时影响各级再热汽温的主要有：锅炉负荷、风量等，在调节中加入这些量的前馈补偿。

(9)、过热汽温自动控制  由三级减温水共六套串级回路实现过热汽温调节，每级减温设计为串级调节。副调节器控制输出的减温水调门，使减温器出口汽温满足主调节器输出的设定要求；主调节器的输出使下级减温器入口汽温满足锅炉负荷-下级减温器入口汽温曲线设定值要求。在第三级调节的副回路中，加入左右侧副调被控温差修正调节输出值。同时影响各级过热汽温的主要有：床温锥形调节阀、高再温度锥形调节阀、热负荷等，在调节中加入这些量的前馈补偿；

(10)、石灰石给料自动控制  由串级调节回路组成，副回路由给煤量形成的石灰石量指令，加上主回路调节输出计算出总石灰石量设定值，调节2台采用分配控制的石灰石给料机；主调节器的二氧化硫含量设定值由人工输入，使烟气二氧化硫含量满足设定要求；

(11)、锅炉床温自动控制  通过调节左(右)侧床温锥形阀大小，可调节从分离器至外置床和燃烧室再循环灰料比例的大小，实现锅炉左(右)侧床温调节，床温的设定值由负荷-床温曲线给出。增加外置床再热器调节输出、给煤量作为前馈补偿。在锅炉床温控制输出叠加振荡信号，以防止流过锥形阀的回料长时间不动后结焦。

(12)、燃油流量自动控制  分别调节1套前墙床枪组、1套后墙床枪组和2套风道燃烧器组的各自燃油进油调门，使对应的燃油流量满足设定要求；

(13)、风燃器风量自动控制  由风燃器对应的燃油流量形成的点火风量与混合风量设定值，调节各自的点火风门与混合风门，使点火风量与混合风量满足设定要求；

(14)、流化风量自动控制  采用单回路定值调节；

(15)、顺序控制系统(SCS)和锅炉炉膛安全监控系统(FSSS)开关量逻辑控制。

1、关于机炉协调自动控制

与同容量常规煤粉炉相比，300MW等级循环流化床锅炉的协调控制被控对象有以下明显差别：

(A)锅炉的蓄热比常规炉略大，经测算300MW循环流化床锅炉的蓄热系数约为8300，而典型的300MW直吹式常规煤粉炉的蓄热系数约为7000。

(B)燃烧产生的迟延比常规炉大得多，经测算300MW循环流化床锅炉从增加燃料量到锅炉负荷的变化迟延时间约为6分钟，其中煤从称重给煤机到炉膛所需的平均时间约为1分40秒(给煤机额定转速)，剩余的时间主要因煤在炉膛中循环燃烧及加热大量的床料传热至炉水的迟延。而某300MW直吹式常规炉从改变煤量到锅炉负荷变化的迟延时间仅为0.5分钟左右。循环流化床这样大的迟延时间必然给协调控制在炉跟机方式造成机前压力调节响应慢且偏差大。

火电机组的汽机和锅炉特性存在较大差异，汽机出力响应快，锅炉出力响应慢且存在较大的“蓄热”。传统的机炉协调控制方案，采用以下两种基本协调运行方式：炉跟机协调，汽机调功，锅炉调压；机跟炉协调，锅炉调功，汽机调压。在炉跟机协调方式变负荷时，锅炉侧的主控调节若不能正确计算出锅炉需求指令，锅炉侧的煤量/风量不能恰当加减至合适的量，则调节中汽机与锅炉出现不和协，使主汽压力不能按设定值变化，出现变负荷过程中锅炉跟不上，或者锅炉超调，主汽压力偏差大，协调呈现不稳定现象。而协调控制的另一种方式机跟炉协调方式，一般在机组带固定负荷或事故状态下运行，因锅炉的大惯性特点，在负荷变动过程中，主汽压力变化较慢，汽机不能马上响应机组负荷变化要求，一般不能满足调度AGC的要求。

为解决300MW等级循环流化床锅炉与汽机更大的差异，在此研究和设计出基于直接能量平衡的协调控制方案。

改进的直接能量平衡机炉协调控制方法。在常规的协调控制方案上进行修改，使符合直接能量平策略，并增加协调控制方式为5种，以适应复杂的循环流化床机组的不同运行工况。主要修改为(1)增加协调控制的滑压锅炉指令补偿；(2)修改燃料调节为分配方式的直接调节锅炉热负荷；(3)增加主汽压力偏差大的闭锁负荷指令逻辑，删除不符合直接直接能量平衡的一些算法；(4)增加协调方式的机跟炉和炉跟机，使协调更完善和实用；(5)在一、二次风量调节中，采用煤量指令与煤量信号形成的一、二次风量设定。

在本工程中，协调控制设计了5种运行方式：(1)炉跟机协调(汽机调功，锅炉调压)；(2)机跟炉协调(锅炉调功，汽机调压)；(3)炉跟机方式(汽机手动，锅炉调压)；(4)机跟炉方式(锅炉手动，汽机调压)；(5)手动(机炉手动)。因燃料调节的大滞后，要实现机组负荷的快速响应，只能选择炉跟机方式的协调，AGC和一次调频也主要在此方式运行。而机跟炉方式的协调比较适合RB等事故工况运行，这时锅炉侧调节后的工况较为稳定。本协调控制方案中，燃料调节的被控量为锅炉热负荷，燃料自动时锅炉负荷设定值分四种情况：(1)机跟炉方式，为限速率的人工设定值；(2)机跟炉协调方式，为功率调节主回路来的设定值；(3)炉跟机(协调)方式，为锅炉自动负荷指令；(4)RB时为限速率的RB目标值。

采用汽机的一级压力形成的汽机侧负荷，加上汽包压力微分乘以锅炉蓄热系数的方法，形成锅炉的热负荷，作为协调控制中燃料调节的被调量；燃料调节的设定值-锅炉负荷指令由四部分组成：

BD＝LDC+K1·LDC′+K2·PTSP′+BPTPIDOUT    (式1)

BD-锅炉负荷指令(MW)；

LDC-机组当前负荷指令(MW)；

LDC′-机组当前负荷指令变化率(MW/S)；

PTSP′-机前压力设定值变化率(MPa/S)；

BPTPIDOUT-锅炉机前压力调节主PID输出；

K1、K2-增益系数。

式1中：LDC项是主量，使锅炉与汽机的负荷大体一致；K1.LDC′项用于机组变负荷中补偿热负荷对燃料的滞后及燃料调节斜坡变化时的稳态偏差；K2.PTSP′项用于补偿锅炉蓄热量；BPTPIDOUT项用于修正机前压力。

协调及子系统控制方案中，与常规煤粉炉有很大差别的是一、二次风量设定值的选择上。因循环流化床锅炉在燃烧室下部缺氧分层燃烧，煤按风/煤比燃烧产生相应的热量，这里不能用滞后严重的锅炉热负荷作为一、二次风量设定值函数大选输入值之一，否则调节中一旦选到热负荷形成的风量回路，即使协调形成的锅炉指令使煤量快速变化，但因锅炉热负荷缓慢变动使风量变动随之放慢，又因风/煤比燃烧产生相应的热量使热负荷变化更慢，最终使协调控制失稳。而常规煤粉炉二次风量调节中，风量设定值一般是锅炉负荷指令与热负荷大选的函数，能满足实际运行要求。在循环流化床机组中，原煤粉炉中风量形成的热负荷需换为煤量指令和煤量的大选值，这样提高协调控制中燃料调节的响应速度，保证协调控制的稳定性。

给煤系统各级给煤机的线性随动控制，即给煤系统的称重给煤机、埋刮板给煤机、旋转给料机，在对应给煤指令变动时也随之成线性比例变动，以抵消燃料调节因煤在长的给煤线上传送时的延时(可达2分钟)。

在协调控制下做负荷变动试验时，负荷从180MW以4.5MW/MIN炉跟机协调滑压方式升至270MW，实际负荷变化率也为4.5MW/MIN，主汽压力偏差为[-0.8，+0.3]MPa，其它各项主参数偏差都在允许变化范围内，上述指标满足机组调度的要求。

2、关于新的分配控制方法

经过本发明计算方法调整的MCS控制回路自投运以来运行情况良好，分配控制具有极高的分配精度、快速的响应时间、灵活高效的算法组合，不仅能够适应正常运行调节，对于机组极端工况下的自动分配控制，如成功完成的二次风机RB试验工况，该分配算法模块也表现出了极佳的控制性能；见图1：

图1中是只有一级的分配控制，也可以根据需要级联成多级分配控制方式。在图中，分配父模块接收调节输出的信号X(0～100％)，根据各分配子模块的输出反馈信号YFi、偏值Bi、手/自动状态Ai等反馈信号，计算出送至分配子模块的值Y(0～100％)，使

X＝(YF1+YF2+…+YFn)/n                 (式2)

又因投入自动的分配子模块满足

YFai＝Y+Bai                           (式3)

在本算法中，使手动状态的分配子模块的偏值Bmi强制为0，则

YFmi＝YFi                             (式4)

把式3、式4代入式2，并设投入自动的分配子模块数有L个，则

$Y=(\mathrm{nX}-\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Bi}-\underset{i=1}{\overset{n-L}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{YFmi})/L$ (式5)

其中：

-投入自动的分配子模块的所有偏值；

-在手动的分配子模块的输出值；

另外在实现分配模块功能的逻辑中，还增加以下功能：(1)父分配模块逻辑。A、人工及外部逻辑判断的投/切自动逻辑；B、子分配模块手/自动切换瞬间，输出冻结子分配模块变化的信号，防止指令突变的脉冲扰动；C、子分配模块平均值计算，用于手动状态返回作为调节跟踪或上级父分配模块计算输入值。(2)子分配模块逻辑。A、人工及外部逻辑判断的投/切自动逻辑，包括内部采用输出指令与反馈偏差大延时判断的执行器故障切手动逻辑；B、置全开或全关，自动切为手动并置输出为全开或全关；C、取消分配逻辑，自动切为手动并置输出反馈为0；D、投备用，自动切为手动并置输出反馈为0但输出跟踪自动指令值；E、跟踪，自动切为手动并置输出反馈为0但输出跟踪下级输出值；F、偏值的外部自动输入。另外也可以通过外加分配系数应用于不同作用、不同分配系数的分配控制。

具体到300MW等级循环流化床机组的自动控制系统中，分配算法模块的应用主要集中在以下环节：

(1)炉膛压力调节。包括2台吸风机入口静叶的人工同操，吸风机跳闸对应的分配子模块切手动、取消分配并强制关，顺控指令联关，炉膛压力信号故障切父分配模块为手动等逻辑；

(2)二次风量调节。包括2台二次风机入口导叶的人工同操，单侧二次风机跳闸对应的分配子模块切手动、取消分配并强制关，双侧二次风机跳闸则联开二次风机入口导叶，顺控指令联关，逻辑切父分配模块为手动等逻辑；

(3)二次风压调节  包括4台二次风挡板的人工同操，2台二次风机全跳闸切手动，二次风压信号故障切父分配模块为手动逻辑；

(4)一次风压调节  包括2台一次风机入口导叶的人工同操，单侧一次风机跳闸对应的分配子模块切手动、取消分配并强制关，顺控指令联关，逻辑切父分配模块为手动逻辑；

(5)燃烧室差压调节。包括4台左、右侧排渣锥形阀的人工同操，被调信号故障切父分配模块为手动逻辑；

(6)高压流化风机母管压力调节  包括5台高压流化风机入口导叶的人工同操，单侧高压流化风机跳闸对应的分配子模块切手动、取消分配并强制关，顺控指令联关，投备用风机的调节自动跟踪，逻辑切父分配模块为手动逻辑；

(7)石灰石给料调节  包括2台石灰石给料机的人工同操，给料机跳闸对应侧调节切手动、取消分配并强制关；

(8)燃料调节。设计二级分配控制方式，一级为左侧和右侧两台给煤机分配控制，二级为一级的分配控制，控制中要保证左右侧煤量相等，故左右侧至少一台给煤机自动才允许同操及燃料调节自动。给煤机跳闸对应侧调节切手动、取消分配并强制关，顺控指令联关，及逻辑切父、子分配模块为手动逻辑。

(9)汽包水位调节。包括3台给泵的人工同操，给泵跳闸对应的分配子模块切手动、取消分配，顺控指令联关，投备用泵的调节自动跟踪，逻辑切父分配模块为手动逻辑；

经过上述算法调整的MCS控制回路自投运以来运行情况良好，分配控制具有极高的分配精度、快速的响应时间、灵活高效的算法组合，不仅能够适应正常运行调节，对于机组极端工况下的自动分配控制，如成功完成的二次风机RB试验工况，该分配算法模块也表现出了极佳的控制性能；

3、关于双床床压偏差自动控制

本发明300MW循环流化床锅炉采用裤叉型双燃烧室(常简称床)，燃烧室上部是连通的，实际运行时两床中的物料流化后存在动态交换。一次风经母管从两燃烧室底部分别进入，流化两床的物料，进行循环燃烧。控制好了燃烧室下部差压(床压)在合适值，确保了锅炉的安全和经济燃烧，降低了厂用电率消耗；

必须要控制好燃烧室下部差压(床压)在合适值。但基于上述工艺流程设计，存在以下问题：双床物料流化后的动态交换，使双床床压趋于不平衡状态。这种动态不平衡过程可大致描述为：当双床某侧的物料因动态流化使床压增高，若床的入口一次风调门保持不动，则床压高的一侧阻力增大使进入的一次风量减小，另一侧的一次风量增大使物料吹离本侧，形成正反馈的“雪崩”现象，发生所谓的“翻床”。为防止翻床必须控制双床的入口一次风量及一次风母管与两床平均床压差，根据双床床压偏差，调整两床一次风量，使两床床压偏差趋于零。

在工程应用中，研究和设计了双床床压全自动控制：两台一次风机入口导叶调节一次风母管与两床平均床压之差，两侧燃烧室入口一次风门构成串级调节，主调量为两床床压偏差，副调量为各自的一次风量，左侧副调设定值为煤量指令与煤量信号的大选值-一次风量曲线加(减)主调输出值，右侧副调设定值为煤量指令与煤量信号的大选值-一次风量曲线减(加)主调输出值。

本方法的设计和实现较为简单，且从锅炉投用燃烧室入口一次风门后，即可投用两床床压偏差自动，属于全自动控制方式，一般正常情况不需要人工调整和干预。自动调节在机组运行时能一直稳定投用。

4、关于除氧器与凝汽器水位联合自动控制，通过把除氧器、凝汽器作为整体考虑，设计除氧器、凝汽器水位联合控制系统：凝汽器补水调门调节除氧器与凝汽器总水量，除氧器水位调门调节除氧器与凝汽器水量间的平衡。本方式的除氧器水位与凝汽器水位的自动调节效果明显优于采用独立单回路的除氧器水位与凝汽器水位调节系统。其控制逻辑如图2所示。其中：

r1、r2、y1、y2-除氧器水位设定值、凝汽器水位设定值、除氧器水位测量值、凝汽器水位测量值；

Z1、Z2-除氧器高、低负荷调门，采用分配控制；

Z3-凝汽补水调门；

Ks-系数，凝汽器设定点水位面积与除氧器设定点水位面积的比值。

(1)除氧器水位PID：被控量PV＝y1-y2×Ks；

设定值SP＝r1-r2×Ks；

控制输出-分配输出至除氧器水位高、低负荷调门。

(2)凝汽器水位PID：被控量PV＝y1+y2×Ks；

设定值SP＝r1+r2×Ks；

控制输出-凝汽器水位补水调门；

实际应用中除氧器水位调节平稳，对凝结水泵平稳出力有有利作用。同时本方式的除氧器水位与凝汽器水位的自动调节效果明显优于采用独立单回路的除氧器水位与凝汽器水位调节系统。如在300MW等级循环流化床机组二次风机RB试验中，采用联合自动控制的除氧器水位、凝汽器水位偏差分别为[-12，78]mm，[-51，18]mm；而采用独立单回路的除氧器水位与凝汽器水位为[-48，56]mm，[-72，225]mm，凝汽器水位调节效果不理想，且除氧器水位调节中出现了振荡；

5、关于二次风量/氧量与二次风压自动控制，在二次风量/氧量调节中，由串级调节回路组成，副回路由或煤量指令与煤量信号的大选值-二次风量曲线函数，再加主回路调节输出计算出总风量设定值，调节2台采用分配控制的二次风机入口导叶调门，使总风量满足设定的随动要求；同时主回路由负荷-氧量设定值曲线叠加偏置，作主调器设定值；二次风压控制，由负荷-二次风压曲线叠加偏置，计算出二次风压设定值，调节4台采用分配控制的二次风压调节风门，使二次风母管压力满足设定要求；

6、床压自动控制  床压(即床位)的控制关系到床料的流化质量、经济燃烧、厂用电率消耗、带负荷能力等，所以控制好床压，对循环流化床锅炉锅炉安全经济运行具有重要意义。由锅炉负荷-床压曲线，计算出床压设定值，调节4台采用分配控制的排渣器调门，使床压满足设定要求，保证锅炉安全、经济运行。在排渣器锥形阀的输出叠加振荡信号，以防止流过锥形阀的灰渣长时间不动后结焦；

7、流化风母管压力自动控制。采用人工流化风母管压力设定值，调节采用分配控制的5台运行中的流化风机入口导叶，使流化风母管压力满足设定要求；

8、再热汽温自动控制  低温再热器由喷水减温实现，出口再热汽温由外置床换热器锥形阀实现调节；低温再热器喷水减温由2套左、右侧串级调节组成，副调节器控制减温水调门，使减温器出口汽温满足主调节器输出的设定要求；主调节器的输出使外置床再热器入口汽温满足锅炉热负荷-外置床再热器入口汽温曲线设定值要求；而外置床换热器锥形阀设计为2套左、右侧再热汽出口温度调节单回路，其设定值为锅炉热负荷-再热汽出口温度曲线；同时影响各级再热汽温的主要有：锅炉负荷、风量等，在调节中加入这些量的前馈补偿。

9、过热汽温自动控制  由三级减温水共6套串级回路实现过热汽温调节，每级减温设计为串级调节。副调节器控制输出的减温水调门，使减温器出口汽温满足主调节器输出的设定要求；主调节器的输出使下级减温器入口汽温满足锅炉负荷-下级减温器入口汽温曲线设定值要求。在第三级调节的副回路中，加入左右侧副调被控温差修正调节输出值，使副调被控汽温比较一致。同时影响各级过热汽温的主要有：床温锥形调节阀、高再温度锥形调节阀、热负荷等，在调节中加入这些量的前馈补偿。

10、石灰石给料自动控制  由串级调节回路组成，副回路由给煤量形成的石灰石量指令，加上主回路调节输出计算出总石灰石量设定值，调节2台采用分配控制的石灰石给料机；主调节器的二氧化硫含量设定值由人工输入，使烟气二氧化硫含量满足设定要求。

11、锅炉床温自动控制  通过调节左(右)侧床温锥形阀大小，可调节从分离器至外置床和燃烧室再循环灰料比例的大小，实现锅炉左(右)侧床温调节，床温的设定值由负荷-床温曲线给出。增加外置床再热器调节输出、给煤量作为前馈补偿。在锅炉床温控制输出叠加振荡信号，以防止流过锥形阀的回料长时间不动后结焦。

12、燃油流量自动控制  分别调节1套前墙床枪组、1套后墙床枪组和2套风道燃烧器组的各自燃油进油调门，使对应的燃油流量满足设定要求。而燃油压由燃油泵房基地式调节。

13、风燃器风量自动控制  由风燃器对应的燃油流量形成的点火风量与混合风量设定值，调节各自的点火风门与混合风门，使点火风量与混合风量满足设定要求。

14、流化风量自动控制。采用单回路定值调节。

15、其它汽水系统的自动控制。主要包括：汽包水位、除氧器水位、凝汽器水位、高/低加水位、给水泵密封水差压、给水泵最小流量、旁路等调节。这些调节与常规煤粉炉机组的调节类似。

16、根据现场情况研究和设计了优化的顺序控制系统(SCS)和锅炉炉膛安全监控系统(FSSS)逻辑。

Claims (1)

1.一种300MW等级循环流化床机组自动控制方法，其特征是：

(1)、机炉协调自动控制

改进的直接能量平衡机炉协调控制方法，采用汽机的一级压力形成的汽机侧负荷，加上汽包压力微分乘以锅炉蓄热系数的方法，形成锅炉的热负荷，作为协调控制中燃料调节的被调量；在炉跟机协调方式中采用由四部分叠加组成锅炉负荷指令作为燃料调节的设定值：机组当前负荷指令、机组当前负荷指令变化率乘以补偿系数、机前压力设定值变化率乘以补偿系数、锅炉机前压力调节主调节器输出，汽机功率调节器的被调量为机组电负荷，设定值为经负荷变化率限速的人工设定值或自动发电控制指令；

(2)、新的分配控制方法  分配控制调节系统自动适应同类设备不同运行方式，其功能包括：各种投切方式的无扰、自动状态的偏置无扰设置功能、自动适应不同设备运行时的调节参数、设备出力失效时的取消分配功能，强制增/减功能，也包括一些特殊功能：循环流化床锅炉控制的自动调节偏值、投备用时调节的自动跟踪功能；

(3)、双床床压偏差自动控制

双床床压全自动控制，两台一次风机入口导叶调节一次风母管与两床平均床压之差，两侧燃烧室入口一次风门构成串级调节，主调量为两床床压偏差，副调量为各自的一次风量，左侧副调设定值为煤量指令与煤量信号的大选值-一次风量曲线加或减主调输出值，右侧副调设定值为煤量指令与煤量信号的大选值-一次风量曲线减或加主调输出值；

(4)、采用新型控制方式的除氧器与凝汽器水位联合自动控制

通过把除氧器、凝汽器作为整体考虑，设计除氧器、凝汽器水位联合控制系统：凝汽器补水调门调节除氧器与凝汽器总水量，除氧器水位调门调节除氧器与凝汽器水量间的平衡；

(5)、二次风量/氧量与二次风压自动控制

在二次风量/氧量调节中，由串级调节回路组成，副回路由煤量指令与煤量信号的大选值-二次风量曲线函数，再加主回路调节输出计算出总风量设定值，调节2台采用分配控制的二次风机入口导叶调门，使总风量满足设定的随动要求；同时主回路由负荷-氧量设定值曲线叠加偏置，作主调器设定值，二次风压控制，由负荷-二次风压曲线叠加偏置，计算出二次风压设定值，调节4台采用分配控制的二次风压调节风门；

(6)、床压自动控制  由锅炉负荷-床压曲线，计算出床压设定值，调节4台采用分配控制的排渣器调门，使床压满足设定要求，保证锅炉安全、经济运行，在排渣器锥形阀的输出叠加振荡信号，以防止流过锥形阀的灰渣长时间不动后结焦；

(7)、流化风母管压力自动控制  采用人工流化风母管压力设定值，调节采用分配控制的五台运行中的流化风机入口导叶，使流化风母管压力满足设定要求；

(8)、再热汽温自动控制  低温再热器由喷水减温实现，出口再热汽温由外置床换热器锥形阀实现调节；低温再热器喷水减温由2套左、右侧串级调节组成，副调节器控制减温水调门，使减温器出口汽温满足主调节器输出的设定要求；主调节器的输出使外置床再热器入口汽温满足锅炉热负荷-外置床再热器入口汽温曲线设定值要求；而外置床换热器锥形阀设计为2套左、右侧再热汽出口温度调节单回路，其设定值为锅炉负荷-再热汽出口温度曲线；同时影响各级再热汽温的主要有：锅炉负荷、风量，在调节中加入这些量的前馈补偿；

(9)、过热汽温自动控制  由三级减温水共六套串级回路实现过热汽温调节，每级减温设计为串级调节；副调节器控制输出的减温水调门，使减温器出口汽温满足主调节器输出的设定要求；主调节器的输出使下级减温器入口汽温满足锅炉负荷-下级减温器入口汽温曲线设定值要求；在第三级调节的副回路中，加入左右侧副调被控温差修正调节输出值；同时影响各级过热汽温的主要有：床温锥形调节阀、高再温度锥形调节阀、热负荷，在调节中加入这些量的前馈补偿；

(10)、石灰石给料自动控制  由串级调节回路组成，副回路由给煤量形成的石灰石量指令，加上主回路调节输出计算出总石灰石量设定值，调节2台采用分配控制的石灰石给料机；主调节器的二氧化硫含量设定值由人工输入，使烟气二氧化硫含量满足设定要求；

(11)、锅炉床温自动控制  通过调节左或右侧床温锥形阀大小，可调节从分离器至外置床和燃烧室再循环灰料比例的大小，实现锅炉左或右侧床温调节，床温的设定值由负荷-床温曲线给出；增加外置床再热器调节输出、给煤量作为前馈补偿；在锅炉床温控制输出叠加振荡信号，以防止流过锥形阀的回料长时间不动后结焦；

(12)、燃油流量自动控制  分别调节1套前墙床枪组、1套后墙床枪组和2套风道燃烧器组的各自燃油进油调门，使对应的燃油流量满足设定要求；

(13)、风燃器风量自动控制  由风燃器对应的燃油流量形成的点火风量与混合风量设定值，调节各自的点火风门与混合风门，使点火风量与混合风量满足设定要求；

(14)、流化风量自动控制  采用单回路定值调节。

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