超临界循环硫化床锅炉一、二次风变频控制优化

王伟

（山西宇翔电力科技发展有限公司，山西太原030006）

超临界循环硫化床锅炉一、二次风变频控制优化

王伟

（山西宇翔电力科技发展有限公司，山西太原030006）

以超临界循环硫化床锅炉控制特性，针对一次风量及二次风量的控制特点，通过变频器结合静叶档板的协同控制，达到了锅炉风量优化控制减小了炉膛负压波动，同时还减低了厂用电量，实现了一、二次风量的全程自动控制。

超临界；循环硫化床；全程控制；炉膛负压

引言

循环流化床（CFB，下同）技术是20世纪70年代发展起来的新技术，因其独特的W火焰燃烧方式，在燃烧前需对炉膛进行铺床料，铺床料过程中加入适量的石灰石配合煤粉共同燃烧，从而减少了燃烧过程中SO2及NO化物的排放量，不仅控制了酸雨的形成，同时还具有燃料适应性好、负荷调节性好、燃烧效率高、运行成本低等优点，已成为目前广泛应用的燃烧技术。研究CFB锅炉的燃烧特性，优化完善其锅炉的控制策略对提高锅炉负荷相应速率、优化燃烧、节能降耗有重要意义。本文针对一次风量及总风量调节过程中变频控制策略进行改进，对风量调整进行了优化。

1 循环流化床机组风量控制特点

本文以某电厂350 MW超临界CFB机组为例，对风量优化设计。该电厂锅炉采用单布风板、单炉膛、M型布置平衡通风一次中间再热，高温冷却式旋风分离器进行气固分离。烟风系统配置有两台一次风机，两台二次风机，两台引风机。其中一次风机、二次风机采用变频、静叶档板方式控制风量，引风机采用入口动叶档板对炉膛负压进行调节。一次风机出来的一次风一路经空预器加热后形成热一次风，进入炉膛下部对物料进行流化；另一路为冷一次风以播煤风的方式进入给煤系统，作为给煤机的密封风。因此控制一次风量对锅炉的稳定运行有着重要的作用，一次风在锅炉运行中不仅要保证一次风量不能低于最小流化风量，还要保证风量不能过大，导致风煤比失衡。

二次风经空预器加热后的热风进入炉膛下部前后墙二次风箱到炉膛作为助燃风。燃料在炉膛内以流化的方式进行充分燃烧，所产生的烟气进入旋风分离器，其中较大颗粒的煤粒通过分离器进入竖井烟道回到炉膛继续燃烧，烟气在引风机的作用下进入烟道最终排入大气。物料在炉膛内进行循环燃烧，而一次风及二次风为物料循环流化提供动力，合理控制风量对锅炉正常流化燃烧及锅炉安全运行有重要作用。

2 一次风机变频优化设计方案

两台一次风机出口的一次风，通过空预期后的热风为物料循环流化提供动力，另一路冷风以播煤风的方式进入给煤机形成密封风。在锅炉变负荷运行工况，为有效保证一次风量的大小，是通过一次风机变频器结合两台一次风机入口导叶开度来共同调整的。

2.1 一次风量设定值形成

由机组单元主控形成的负荷指令，进入锅炉主控及汽机主控。锅炉主控形成的锅炉负荷指令，一路送入燃料主控控制煤量，另一路送入风量控制回路。风量指令经过预制的函数器转换后，得到一次风量指令。将一次风量指令与床温变化的前馈值相加，再与操作员设定的偏置值相加，将加法器的输出值和临界流化风量送入大选器，大选器的输出值作为一次风量设定值指令。

2.2 一次风量测量值

两个一次风量测点分别布置在一次风热风母管上，通过压力温度矫正后的风量经过二选一得到单侧的一次风量。将A侧一次风量及B侧一次风量相加后得到总一次风量。总一次风量送入风量控制偏差回路作为风量调节的过程值。

2.3 一次风量偏差信号

风量设定值与一次风总风量偏差相减后形成偏差指令DEV，与一次风静叶档板开度指令DEV1取小后形成总偏差指令，其中DEV1信号为：两台一次风静叶档板取平均后，减去70%（定值）开度，该开度指令偏差与0取大后形成偏差指令。

当一次风档板开度小于70%时，经大选后将0送入风量指令的小选端口。当风量偏差为正时，此时变频器开度指令为0。因为在静叶档板开度小于70%时，提高变频器的频率不仅会提高变频器负荷，还会造成风量的截流，造成厂用电的增大，同时不利于优化控制。在该工况下风量控制由档板去调节，变频辅助。

将最终的一次风量偏差指令送入PID控制器，来自锅炉负荷控制回路的风量指令经过函数器转换后作为控制器的前馈信号，控制器的输出值作为两台一次风机变频器公共指令。

2.4 一次风机输出平衡回路

当两台一次风机变频器都投自动时，为了使两台一次风机出口风量一致，该系统设置了一个平衡回路来消除两台一次风机之间的出力不平衡现象，从而避免了一侧风机出力变化时，对被控对象产生扰动［1］。

可以看出，当两台风机都投自动时，A风机指令为：经PID出口的总开度指令经平衡（BALANCE）块后COM-BAL，与操作员站输入的偏差值相加。B风机指令为：平衡输出指令COM-BAL，与操作员站输入的偏差值相减。当一侧风机出口有偏差时，另一侧变频指令向相反的方向改变使其出力一致。

3 一次风机导叶控制的设计

一次风机入口导叶在一次风机为工频时，通过导叶开度来调整风量大小。在风机变频情况下，为防止调节扰动，常规控制为风机变频器调节一次风量，入口导叶调节入口风压。但该方案对CFB锅炉调节入口风压无法满足锅炉正常变负荷控制要求，且对风机出口造成截流，影响变频器出力使厂用电增加。为防止该情况发生，经过优化后，取消以上两种控制方式，风机导叶与变频器同时控制一次风量，实现了风量控制的全程控制。具体控制策略如下：

3.1 一次风量设定值形成回路

风量设定值形成信号见2.1风量设定值形成。该指令送入一次风变频控制回路及一次风导叶控制回路经选择块后形成最终风量控制设定值指令。

3.2 一次风量总偏差指令

风量总偏差指令由偏差指令DEV与一次风变频器频率指令DEV2取大后形成，其中DEV2信号为：两台变频器频率反馈取平均后，减去20%（定值）开度，该开度指令偏差与0取小后形成偏差指令。

当一次风档板开度大于20%时，经小选后将0送入风量指令的大选端口。当风量偏差为正时，此时优先开启一次风导叶，变频控制辅助。当风量偏差为负时，档板开度指令小于70%，风量控制回路将通过变频器频率下降来调节风量，一次风导叶调节辅助。

综上2.3、3.2风量指令偏差形成回路，对风量控制的变频优化后，将变频器与一次风导叶在投自动时，控制在他们各自最优的工作范围，保证在调节过程中档板对风量不截流，同时变频器在过负荷情况下不工作。通过对控制策略优化，实现了变频、静叶同时投自动对风量的控制要求，降低了厂用电量，提高了经济效率，实现了全程风量控制。

4 二次风量控制策略优化

二次风机为锅炉燃烧提供助燃风。保证燃料在炉膛内完全燃烧是锅炉运行的重要指标。要做到这一点，必须有适量的风量与燃料相配合，即所谓的合适的空燃比。通过控制二次风机变频器及静叶档板使二次风量的大小控制在合适的范围，使烟气中的含烟量保持在最佳值，使锅炉燃烧达到最佳的热燃烧效率。

4.1 二次风量设定值形成

由锅炉主控总负荷指令，一路到燃料主控，一路到二次风控制回路（同上），风量指令经过预制的函数器转换后，得到二次风量设定值。将其再与操作员设置的偏置值相加，将加法器的输出值作为二次风量设定值指令。

4.2 氧量矫正回路

为了保证锅炉内燃料处于富氧燃烧状态，需要加入氧量矫正回路，由主蒸汽流量经函数发生器形成氧量设定值，将设定值与操作员站给定的偏差相加后得到最终氧量设定值。再将设定值与实际氧量相减形成最终偏差，偏差信号送入矫正回路，经PID出口后得到的值为氧量矫正系数。该氧量矫正回路系数为0.9～1.1。

4.3 二次风量偏差信号形成

风量设定值经氧量矫正后形成总风量设定值，与二次风总风量相减后得偏差指令DEV，与二次风静叶档板开度指令DEV1取小后形成总偏差指令。

同2.3将风量偏差指令处理后，得到最终总风量偏差控制指令。

将最终的二次风量偏差指令送入PID控制器，控制器的输出值作为两台二次风机变频器公共指令（二次风静叶档板逻辑与一次风类似，不再说明）。

通过偏差指令形成回路可以实现二次风机变频器和档板同时投自动的目的，保证设备工作在最合理的工作区间，优化了风量控制，提高了电厂自动投入率，同时节省了厂用电量。

5 结语

通过对超临界机组风量控制的研究和控制优化，实现了运行人员对一次风量、二次风量通过变频器和档板全程自动控制的目的，避免了以往变频投自动，档板手动控制的不足，提高了电厂自动投入率，降低了厂用电量，增加了经济效益。

（编辑：王红霖）

Optimization of One or Two Times Air Flow Variable Frequency Control of Supercritical Circulating Fluidized Bed Bboiler

Wang Wei
（Yu Xiang Electric Power Technology Development CO.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030006）

The supercritical circulating fluidized bed boiler control characteristics，according to the characteristics of primary air and secondary air control，by the frequency converter and stationary vane in the coordinated control，reach the boiler air flow optimizing control to reduce the furnace negative pressure fluctuation，and also decreased the plant consumption，realizes the automatic control of primary and secondary air volume of the whole.

super critical；CFB；full control；furnace negative pressure

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.14.07

F275

A

2095-0748（2016）14-0017-02

2016-05-25

王伟（1983—），男，山西榆次人，本科，毕业于山西大学工程学院自动化专业，自动化工程师。