电厂循环流化床一次风控制策略应用研究

温 武，白东海，张 宇

（山西电力科学研究院，山西 太原 030001）

电厂循环流化床一次风控制策略应用研究

温 武，白东海，张 宇

（山西电力科学研究院，山西 太原 030001）

分析了山西平朔煤矸石电厂二期循环流化床机组一次风系统，研究了一次风系统的三种控制方案，根据现场实际，通过试验，对三种控制方案进行对比与分析，最终确定了适应该电厂一次风系统的控制方案，并对控制方案进行了优化，有效解决了循环流化床锅炉主要运行参数控制的难题，避免了循环流化床锅炉“翻床”现象的发生，保证了机组稳定运行。

一次风系统；翻床；控制策略

0 引言

循环流化床燃烧作为洁净煤技术的重要代表，可以实现炉内燃烧过程中的直接脱硫，同时，由于其低温分段燃烧（900℃左右）的特点，可以有效抑制氮氧化物的排放，从而节省了脱硫、脱硝设备的投资和运营;另外，其在设计上对于煤种的适应性强，可以设计燃烧劣质煤。正是基于以上几点，该燃烧技术的应用得到推广[1]。山西平朔煤矸石电厂二期扩建工程（2×300MW循环流化床直接空冷）机组是山西省首台300MW循环流化床机组，锅炉为引进Alstom公司技术，由上海锅炉厂制造的亚临界参数、一次中间再热、单炉膛、裤衩形双布风结构、平衡通风，固态排渣，半露天布置，全钢构架的自然循环流化床汽包炉。每台锅炉配备4台称重式皮带给煤机，4台耐压刮板给煤机。在一次风系统中，来自四分仓回转式空气预热器的一次热风在离开空气预热器后分为并联的两路，经调节风门、风量测量装置后进入风道点火燃烧器，最后分别进入炉底水冷风室；另外设置吹扫风管道，在锅炉启动前加入床料时，开动风机使一次风分别进入4个外置床上部的吹扫风进口，对床料管道吹扫，保证床料顺畅加入。

1 一次风系统控制方案

一次风控制系统分为一次风压控制系统和一次风量控制系统。在控制风压和风量的基础上，由于锅炉为裤衩形双布风结构，必须考虑左、右侧料层差压的控制，防止锅炉“翻床”现象的发生。双支腿循环流化床锅炉“翻床”是指在运行过程中一侧支腿一次风量突然减小，床压突然增大，而另一侧支腿一次风量突然增大，床压急剧减小，两侧支腿风量和床压偏差急剧增大，以至于一侧支腿一次风量下降为零，床料不能流化。因此，“翻床”问题对机组安全稳定运行构成了极大地威胁，不但容易造成机组停运，而且可能导致锅炉大面积结焦。支腿的一次风量和床压是“翻床”过程中两个主要的特征量，而对单侧一次风系统的阻力分析可以得到两个特征量变化规律。单侧一次风系统阻力主要由床料压降、布风板阻力和调门阻力组成[2]，可表示成式（1）。

式中:ΔPc1——床料压降；

ΔPbfb——布风板阻力；

ΔPm——调门阻力。

在调试过程期间，共采用过三种控制方案，通过三种控制方案的比较，确定了最终的控制方案。

1.1 控制方案一[3]

一次风压调节：由锅炉负荷指令——一次风压曲线，计算出一次风压设定值，调节2台一次风机入口导叶，使一次风母管压力满足设定要求。

一次风量调节：由锅炉负荷指令——一次风量曲线，计算出一次风量设定值，分别调节左、右一次风调节挡板，使左、右一次风量满足设定要求。为了防止循环流化床锅炉CFBB（Circulate Fluid Bed Boiler）“翻床”，增加左、右床压校正控制器，输出为左右侧一次风量的偏置，校正器的输入为左、右侧料层差压的差值。

1.2 控制方案二

一次风量调节：由锅炉负荷指令——一次风量曲线，计算出一次风量设定值，调节2台一次风机入口导叶，使左、右一次风量满足设定要求。

一次风压调节：由锅炉负荷指令——一次风压曲线，计算出一次风压设定值，分别调节左、右一次风调节挡板，使一次风母管压力满足设定要求，同时，增加左、右床压校正控制器来平衡左右侧料层差压的差值。

1.3 控制方案三

一次风压调节：由锅炉负荷指令——一次风压曲线，计算出一次风压设定值，调节2台一次风机入口导叶，使一次风母管压力满足设定要求。

一次风量调节：主要考虑左、右床压校正控制器来平衡左、右侧料层差压的差值，分别调节左、右一次风调节挡板，来防止“翻床”现象的发生。由于在不同负荷段，左、右一次风调节挡板开度均在40%～55%之间，考虑升降负荷对风量的要求，在左、右一次风调节挡板调节中加入一次风量前馈，同时作用到左、右一次风调节挡板中，来响应负荷对风量的要求。

2 控制方案应用情况

在山西平朔煤矸石电厂实际调试过程中，原分散控制系统DCS（Distributed Control System） 提供的一次风系统控制方案为控制方案一，但由于左、右侧一次风量测点不准确，在两侧挡板开度相同的情况下，左、右侧风量能相差50 000m3/h，故在挡板投入自动的情况下，由于风量的不准确，在1～2min内便发生“翻床”现象，该控制方案不适用。在运用控制方案二进行风量和风压调节时，2台一次风机入口导叶控制总一次风量，同时进行开度平衡，左、右一次风调节挡板控制一次风压，在实际投运过程中，仍不断发生“翻床”现象。在3号机组并网带负荷期间，由于“翻床”现象的不断发生，运行过程中始终有1名运行人员不断在调整左、右一次风调节挡板，增加了运行人员的工作量和机组运行的不稳定性，这时考虑采用控制方案三进行调节控制。

2.1 挡板未平衡试验

在控制方案三中，左、右一次风调节挡板只考虑左、右侧料层差压的差值，这样能直观有效地控制“翻床”现象的发生，在实际控制中，设置左、右侧料层差压的差值死区为1.5 kPa，当死区大于1.5 kPa时，控制两侧料层差压的平衡，控制特性曲线见图1，可以看出，当两侧料层差压大时，虽可以控制“翻床”现象的发生，但出现了振荡的现象，即两侧料层差压平衡时，如果左、右一次风调节挡板开度偏差大，过一段时间后便又翻到对侧。

图1 挡板未平衡曲线

2.2 挡板平衡试验

由于挡板出现振荡现象，这时考虑当死区小于1.5 kPa时，控制左、右一次风调节开度的平衡，控制特性曲线见图2，可以看出此时两侧料层差压基本平衡，两侧挡板开度偏差不大，“翻床”现象得到解决。

图2 挡板平衡曲线

2.3 挡板平衡加入前馈试验

考虑到升降负荷对一次风风量的要求，在左、右一次风调节挡板控制挡板已平衡的基础上，加入一次风量前馈，满足风量的要求。在试验中，当负荷增加30MW时，从控制特性曲线可以看出，此时两侧料层差压仍然能够平衡，且能快速响应负荷的要求。

3 结束语

在山西平朔煤矸石电厂一次风系统的调试过程中，由于一次风量调节对锅炉稳定运行非常重要，因此，要求一次风调节挡板快速、灵活、无卡涩，调节死区小，一次风量测量准确。通过控制方案的比较和实践，对控制方案进行了优化，有效解决了循环流化床锅炉主要运行参数控制的难题，避免了循环流化床锅炉“翻床”现象的发生。

［1］ 路春美.循环流化床锅炉设备与运行［M］.中国电力出版社，2005：35-38.

［2］ 李前宇.双支腿循环流化床锅炉“翻床”问题研究［J］.华北电力技术，2007（7）：22-23.

［3］ 宋兆星.300MW循环流化床机组的控制策略［J］.华北电力技术，2007（7）：16-17.

Analysis on the Control Strategy of CFB Primary Air System

WENWu，BAIDong-hai，ZHANG Yu
（Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

The paper introduces the characters of CFB primary air system at Pingshuo power plant.The three control strategies of primary air system were studied.According to the actual situation at the power plant，three control strategies were compared and analyzed through tests，and the strategy that is adaptable to the primary air system was identified and optimized finally，which eases the control of operating parameters of CFB boiler and ensures the stable operation of unit by avoiding the occurrence of bed overturn.

primary air system；bed overturn；control strategy

TM223.7；TK323

A

1671-0320（2012）04-0048-03

2012-04-10，

2012-06-22

温 武（1975-），男，山西文水人，2003年毕业于华北工学院自动控制专业，硕士，高级工程师，从事火电机组调试与研发工作；

白东海（1980-），男，山西太原人，2007年毕业于太原理工大学电子信息工程专业，硕士，工程师，从事火电机组调试与研发工作；

张 宇（1982-），男，2011年毕业于太原理工大学控制工程专业，硕士，助理工程师，从事信息系统运维工作。