快速甩负荷功能功能在循环流化床机组的试验

翟志芳 曹迎

摘要：随着人们的生活质量在不断提高，对于用电的需求在不断加大，某电厂2×300MW循环流化床、直接空冷机组，实施了在高负荷状态下的快速甩负荷至厂用电运行功能试验，并取得了成功，机组带厂用电“小岛”运行28min。根据循环流化床蓄热量大的特性，试验过程中，锅炉动作切断主燃料、锅炉跳闸等保护程序，汽机动作转速超速保护、功率不平衡保护等功能，实现了机组快速甩负荷并成功抑制汽轮机转速升高，各项参数在机组要求范围之内，实现了机组快速甩负荷带厂用电运行的功能。快速甩负荷试验，提高了机组自动控制水平，增强了电厂应对突发事故的能力和机组持续发电的能力，为该类型机组实现快速甩负荷带厂用电运行提供借鉴经验。

关键词：循环流化床;快速甩负荷;小岛运行;自动控制

引言

循环流化床锅炉在工作中是流态方式，其中燃烧温度一般保持在820℃，特点在于工作效率很高，并且燃碳率极高，燃料适应性比较广。尤其是锅炉造价很低，是一种环保型的绿色锅炉。但是因为循环硫化床锅炉的辅机电力比较大，功率也比较大，致使了用电率一直上涨，浪费了很多资源，这样就影响了企业的经济效益。在这种情况下就需要对锅炉机组启动进行节能降耗，让用电率和供电煤耗都可以降低，让机组运行更加经济和高效。因此，对循环流化床锅炉机组启动节能降耗做分析有一定现实意义。

1锅炉静态蓄热特性

对循环流化床锅炉燃煤粒径及粒径分布影响极大。大于1mm的较粗煤粒的挥发分析出和碳的燃烧受扩散控制，挥发分完全析出时间和碳粒完全燃尽时间与粒径的平方成正比，1mm粒径的煤粒从入炉到完全燃烬大约要15分钟多次循环来完成。在运行过程中，经过破碎的煤被送入其燃烧室下部。由下部送入的新燃料并不提供保证锅炉燃烧所需的所有能量，而锅炉燃烧所需能量是流化床内所有即燃碳与新加入的新燃料燃烧的结果。流化床内即燃碳的积累是一个动态蓄积，它代表了循环流化床的本质，并主导着流化床的运行过程。合理利用锅炉蓄热对提高协调控制的负荷响应速率有重要作用，对于循环流化床锅炉，根据能量平衡认为有如下关系：式中：△f为入炉煤输入热量，△H为工质焓的变化，△Hx为炉内床料蓄热量的变化，△Hb为炉内即燃碳所含热量变化，Qc为锅炉输出负荷。负荷变化过程中，若过多的利用工质蓄热，则△H大幅度变化，这意味着蒸汽的压力、温度不稳定。汽压变化使得管壁内饱和温度变化，使管道承受热应力增加，汽压、汽温的变化还会使汽机热应力增加，从而降低汽轮机的使用寿命。另外应尽量减少使用床料中的蓄热，因为过多的利用床料的蓄热，则会引起床温的大幅波动，从而影响运行的安全。如果有的平衡，也就是希望利用入炉煤量的变化，床料中所含即燃碳量的变化来满足负荷变化的能量要求。也就是我们希望利用入炉煤热释放量的变化，炉内床料及炉膛蓄热的变化，床料中所含即燃碳的变化来满足负荷变化的能量要求。

2FCB功能试验综述

2.1试验方式

此次FCB试验，是建立在机组各系统原有功能之上，未对系统进行大规模改造，通过控制流化床锅炉燃烧工况，来实现FCB功能。循环流化床锅炉在正常运行中，床体积蓄大量燃料，热惯性大，试验中如仅采取锅炉MFT，床料仍将正常燃烧，在机组现有设备的配置下，旁路系统或难以满足需要，导致超温、超压，危及设备安全。因此，试验方式设定锅炉MFT，先切断燃料，随后锅炉BT，依次停运炉侧风机，使锅炉逐渐进入“压火”状态;机侧首先进行大功率甩负荷，OPC超速保护动作，机组快速减负荷至厂用电功率，并逐渐保持稳定。

2.2机炉协调方式下锅炉指令的控制策略

在机炉协调方式下，在锅炉主控回路中设计有“加速”回路，由负荷指令设定值与实际负荷的差值信号经一函数发生器而形成，是一非线性比例调节器，在负荷指令设定值与实际负荷的差值较大时，说明锅炉跟不上汽轮机的变化，因此输出一指令信号给锅炉主控器，令其再额外地增加或减少一部分煤量，起“加速器”的作用。该信号作为基本的稳态功率前馈信号，主蒸汽压力调节器作为细调部分。为了最大程度地减小循环流化床锅炉协调控制系统控制对象大延迟、大惯性对功率变化的影响，在锅炉主控制器回路中加入了提前加煤环节。当机组负荷进行调整时，给出触发加减给煤量的脉冲触发信号，经过一定时间后信号复位，这个信号被称为“正踢”（类似加一个初始冲量），脉冲时间长度根据现场实际情况而定。由于循环流化床锅炉的大惯性，机组负荷调整结束后进入炉膛内的燃料会持续产生作用，所以在燃煤量预算逻辑中又设计了一个“反踢”（类似“刹车”）功能，以防止锅炉蒸汽压力过调。为了进一步提高控制品质，在锅炉主控调节器后引入了床温、给煤量等锅炉状态反馈信号，以预测蒸汽压力的变化趋势、便于锅炉实现正确的输出，有效弥补PID控制器的不足并克服锅炉蒸汽压力过冲或振荡现象造成的惯性，起到保持锅炉蒸汽压力稳定的关键作用。锅炉主控用于给定整个机组的总燃料量定值，锅炉指令同时作用到燃料主控、一次风及二次风控制回路。在锅炉主控未投自动时，其输出指令跟踪机组的当前燃料量（总燃料量+热量校正）。

2.3锅炉运行调整

在锅炉工作过程中也要做好节能降耗，其中主要是对风量做控制调节。经过对料层厚度的管控，可以提升锅炉蓄热量，并且也让床温波动不大，煤粒与未能够充分燃烧的灰能够迅速被燃烧，而这些都对可以促使锅炉稳定工作，并且提升燃烧效率。同时也避免床料厚度过低，导致燃烧波动大，且炉膛温度容易升高。依据长期调查发现，把床压管控在5到6kpa，总一次风量维系在25kNm3/h，一次风主流化风门开度为40到50%，可以減少能源损失。床料流化情况较差时，能够将一次风量提高到27kNm3/h。还有则是床温控制，经过调整煤种与外置床锥形阀开度，以此来维持锅炉床的温度，持续保持在820℃左右，从而保障锅炉在高燃烧效率下运行。旋风分离器入口烟温要保持在900℃以下，烟温太高会损坏耐火材料或金属部分。分离器的出口烟温度有问题的时候，回料锥阀开度和左右两边的温水量会存在偏差，需要经过调节两边给煤线偏差，让炉膛左右部分热量保持一致。此外，还需要尽可能地少用过热器减温水，进而提高机组效率。锅炉定期排污完成后，需关严手动门，防止阀门冲刷。

结语

某电厂300MW机组快速甩负荷带下用电运行试验的成功，证实了该机组已具备高负荷条件下FCB功能。机组FCB的控制功能相较于100%甩负荷试验要求更为苛刻，使机组的控制功能得到了进一步提高。现阶段受电网负荷限制，山西、内蒙古部分电厂单机长期运行，FCB功能的实现，使机组在因电网故障或自身问题出现甩负荷的情况下，避免全厂失电事故，待问题消除后，快速恢复负荷，具有较强优势。机组未能实现满负荷情况下的FCB试验及获得相关试验数据。循环流化床机组高负荷下FCB试验的完成，可向同类型机组试验提供经验及借鉴作用。

参考文献

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