生物质秸秆发电锅炉燃烧自动调整控制

郑兴雁，郝 政

（润和新能源科技（东平）股份有限公司，山东 泰安 271000）

0 引 言

润和新能源东平30 MW生物质热电联产项目，2020年12月投产发电，采用130T高温超高压生物质锅炉及30 MW高温超高压、一次中间再热汽轮发电机组，年发电能力为2.4×108kW·h，年可处理农林废弃物3.5×105t。燃料以树皮、玉米秸秆以及小麦秸秆为主，芦苇和其他农林废弃物燃料为辅，能够吸收周遍区域的秸秆废料，变废为宝，具有节能减排、保护环境、促进当地经济可持续发展等优点。

1 存在问题

润和新能源东平30 MW生物质热电联产项目自生物质锅炉投资建设并投产运营以来，人工控制锅炉燃烧效率较低，虽然经过多次输给料系统改造及运行方式调整，但无法达到预期效果。归纳起来，生物质锅炉燃烧系统存在问题主要表现在以下几个方面。

一是生物质燃料品种多样化且燃料不易掺配均匀，造成进入锅炉燃烧的燃料热值不稳定、易蓬料堵料。二是由于生物质锅炉输给料及燃烧系统运行不稳定，需配备多名锅炉及输给料系统运行人员进行监护与操作，且锅炉运行人员操作量大，注意力需高度集中，造成运行人员疲劳，易导致调整滞后不精细及误操作的发生。三是人工调整给料、给风滞后且不精细，造成锅炉低氧燃烧、燃料燃烧不充分、烟气CO含量高、燃料消耗量大以及锅炉效率低等问题。四是因锅炉低氧燃烧、CO含量高，麦糠和锯末等生物质碎料进入锅炉易爆燃，导致锅炉正压大，具有很大的安全隐患。五是人工调整脱硝系统设备滞后，造成烟气NOx排放不稳定且氨水消耗量大，不环保也不经济[1]。

2 解决方案

针对生物质锅炉燃烧调整存在的问题，经综合分析输给料系统运行工况、锅炉燃烧工况、锅炉给水系统工况、脱硝系统运行工况、节能降耗、环境保护要求以及人员劳动强度等因素，特提出利用DCS系统对生物质锅炉燃烧运行调整进行自动化控制改造，利用现代化仪表检测数据及锅炉运行数据分析研究，确定以下自动化控制策略[2]。

一是输给料系统联动控制，保证输给料系统稳定性，减少运行人员操作量。炉前给料系统一二级给料频率联动同步操作，两级给料频率呈相应线性关系同增同减。二是提高锅炉燃烧氧量，以氧控料，二次风辅助调氧。首先，以锅炉氧量为目标值，划分不同氧量区间，根据氧量数值及变化速率自动控制给料系统频率增减幅度及速率。为保证发电负荷的稳定，设定主汽压力限值，根据主汽压力限值区间进行给料系统频率的迫升迫降及增减速率的闭锁限制[3]。其次，以锅炉氧量为目标值，以主汽压力PID作为前馈，PID串级自动调节二次风机频率，并设定主汽压力限值，根据主汽压力限值区间进行二次风机频率的迫升迫降。最后，根据料种的变化，通过试验及运行工况数据分析，设置多种给料系统频率增减速率及限幅区间的自动模式，运行人员可通过对燃料品质的判断选择不同模式进行锅炉燃烧的自动给料控制。三是对锅炉负压进行自动控制，防止生物质碎料爆燃引起安全事故。以锅炉炉膛下部压力为目标值，以一、二次风机频率乘相应比例系数为前馈，PID自动调节引风机频率。通过分析锅炉炉膛下部压力变化速率及限值的数据曲线，增加锅炉正压保护逻辑，当锅炉炉膛下部压力达到设定限值，联锁迫升引风机频率及闭锁限制二次风机频率。四是锅炉燃烧自动投入后锅炉氧量提高，烟气NOx升高，为保证烟气排放合格与脱硝系统运行的稳定性和经济性，对脱硝系统进行自动化控制。以氨水泵出口母管压力为目标值，PID自动调节氨水泵频率，稳定氨水母管压力。以烟气在线监测NOx测量值为目标，以锅炉氧量及床温为前馈，自动调节氨水调节阀开度。

3 组态逻辑实施

基于DCS控制系统，通过CCM Studio控制器逻辑组态软件，利用控制器算法功能模块对生物质锅炉燃烧自动控制调整进行运行数据采集、计算、处理及组态控制逻辑编程，作为燃烧自动控制的核心策略[4]。生物质锅炉燃料自动逻辑组态如图1所示。

图1 生物质锅炉燃料自动逻辑组态

通过GraphMake画面组态软件，利用软件图元及各预制画面模板，对生物质锅炉燃烧自动控制画面进行制作与优化，为运行操作人员提供运行参数监视、重要参数报警、运行状况分析及设备操作的有效途径[5]。生物质锅炉燃料自动画面组态如图2所示。

图2 生物质锅炉燃料自动画面组态

4 改进后的效果

润和新能源科技（东平）股份有限公司对生物质锅炉燃烧运行进行了DCS系统自动化改造，经过一个月的试验调整及实践运行，自动投入的可靠性及效果得到了检验，收到了显著的环保节能效果和经济效益。

锅炉燃烧自动投入后，锅炉氧量提高，燃料得到充分燃烧，烟气CO含量降低50%以上，同等负荷下燃料消耗量较投入前可降低8%～12%，锅炉效率可提高约5%，降低发电成本，具有很好的经济效益、环保效益。

锅炉燃烧自动投入较稳定，日投入时长可达到95%以上，减少了运行人员工作量，降低了运行人员的劳动强度。脱硝系统自动控制投入，可有效控制烟气NOx浓度，符合国家规定的排放标准，减少了氨水的使用量。锅炉输给料、给水、给风自动调节投入后，汽包水位控制更加稳定，锅炉负压控制效果提高，减少了输给料系统发生火灾的可能性，提高了锅炉运行的安全系数。

5 结 论

自从生物质锅炉燃烧自动运行投入后，经过一个多月的实践运行，有效解决了锅炉低氧燃烧、燃料燃烧不充分、锅炉效率低、给料调整滞后以及运行人员操作量大等问题，无论在经济方面、环保方面还是安全方面都处于较高的水平。