bwb03030-10直吹式超临界煤粉锅炉控制系统导则

直吹式超临界煤粉锅炉控制系统导则B&WB03030-10北京巴布科克·威尔科克斯有限公司BABCOCK&WILCOXBEIJINGCO.LTD2010年3月直吹式超临界煤粉锅炉控制系统导则B&WB03030-10第1页共32页目录1.概述...............................................................................................................22.给水流量控制.................................................................................................23.燃料和风量主控制.........................................................................................64.炉内烟气压力...............................................................................................85.OFA喷口控制................................................................................................96.再热汽温控制...............................................................................................107.过热汽温控制...............................................................................................129.机组负荷需求控制.......................................................................................28特别声明：本技术文件涉及北京巴布科克·威尔科克斯有限公司和美国巴布科克·威尔科克斯有限公司知识产权，在没有取得北京巴布科克·威尔科克斯有限公司的书面文件同意转让给第三方的情况下，不得以任何方式转让给第三方。编制张庆校对南向东审核潘挺批准日期2010.3.19日期2010-3-22日期10.03.日期直吹式超临界煤粉锅炉控制系统导则B&WB03030-10第2页共32页1.概述本锅炉控制系统导则适用于超临界煤粉锅炉，导则提出了对超临界煤粉锅炉控制系统的基本设计要求，其目的是使控制系统制造厂家能够提供一套完整的符合所述设计要求的控制系统，本导则的有关条款由设计院根据系统的具体情况决定是否采用。2.给水流量控制2.1锅炉给水流量控制系统负责向锅炉给水泵发出流量需求信号，使进入锅炉的给水量与离开锅炉的蒸汽量相匹配。当与锅炉启动系统配合时，给水流量控制系统也负责维持炉膛水冷壁管中的流量不低于最小流量值。给水流量控制框图见图1.2.2炉膛给水流量低跳闸当通过炉膛水冷壁的水流量低于为防止水冷壁管过热所需的流量时，主燃料跳闸(MFT)系统将触发锅炉跳闸，具体来说就是，当炉膛水流量低于最小流量值的85%并经20秒延时，或低于最小流量值的70%并经1秒延时，锅炉应跳闸。当炉膛水流量低于最小流量值时应报警。2.3给水品质不合格跳闸应在省煤器入口设两套独立的给水阳离子电导率测量装置，或一套设在在省煤器入口而另一套设在除氧器出口。当其中任何一个阳离子电导率测量值超过报警值（0.15µS/cm）时，应报警。当其中任何一个阳离子电导率测量值都超过跳闸值(2µS/cm)时，锅炉应跳闸。2.4选取中间测量值为了防止由于单个变送器故障而引起的自控失灵或误动作，应采用三个独立的、带温度和压力补偿的流量变送器来测量炉膛给水流量。中间值选取系统将选取三个流量变送器信号的中间值用于控制和联锁。此外，三个独立的流量测量值都应显示给运行人员，当任何一个测量值与中间值的偏差达到±3%时，应报警，并需查明原因，予以修复。当任何一个变送器故障时，应选用其余两个变送器测量值中的较低值做为测量值使用。2.5给水流量控制当锅炉启动系统投运时，锅炉给水泵的总流量是锅炉省煤器水流量、减温水流直吹式超临界煤粉锅炉控制系统导则B&WB03030-10第3页共32页量和过冷水流量之和。一旦锅炉转换到直流运行状态，则到贮水箱的过冷水流量就减小到零。锅炉给水泵控制负责保证由给水泵提供的总给水量满足给水控制子系统建立的炉膛给水量需求及减温水量和过冷水量需求。注意，在锅炉给水流量控制的逻辑图中没有包括给水泵流量的控制逻辑，给水泵流量的控制逻辑将随锅炉给水泵的数量、给水泵驱动器的型式以及自动启/停和流量平衡要求而变化。在锅炉最初的上水和冷态清洗过程中，运行人员应根据需要设定炉膛给水流量需求值，以建立起贮水箱水位，并使通过凝结水精处理装置的循环水量达到5%--30%MCR。一旦清洗完成，且锅炉循环泵具备启动条件时，则炉膛给水量需求值就设定到最小7%BMCR的流量值，给水流量控制将要求给水泵控制降低给水流量需求到7%BMCR。一旦锅炉循环泵启动，则进入炉膛的循环水流量将使炉膛总的水流量增大，当MFT复位时，炉膛给水流量需求值就被自动限定在炉膛最小流量值28.5％BMCR以上。锅炉点火后，随着蒸汽的产生，循环水量的减少将导致给水流量控制系统发出增加给水泵流量的需求信号，以维持炉膛所需的最小流量。相应于某一锅炉负荷需求，炉膛给水流量目标值等于该负荷对应的主蒸汽流量设计值减去减温水量设计值。炉膛工质的焓增目标值等于该负荷对应的分离器出口设计焓值减去省煤器出口设计焓值，这些值经多重延迟补偿以考虑燃料量动态变化和锅炉金属储能时间常数对锅炉参数的影响。将炉膛给水流量目标值（Kg/s）与焓增目标值（KJ/kg）相乘就得到炉膛吸热量目标值（KJ/s）。将炉膛吸热量目标值经过锅炉金属储能变化的瞬态修正（锅炉金属储能变化与炉膛出口工质饱和温度变化率有关），再除以来自焓控制器的炉膛焓增需求值，就得出了实际的炉膛给水流量需求值。为了保护炉膛水冷壁，实际的炉膛给水流量需求值不应低于炉膛最小流量值。但在冷态清洗期间，最小流量的限制可以解除，运行人员可以根据需要将炉膛流量值设定成低于最小流量值。一旦锅炉点火条件具备（MFT复位），则常规的最小流量值就被重新启用，以保证锅炉点火时炉膛水冷壁管中有足够的水流量。当锅炉不投循环泵启动时，考虑到热量回收较低，当MFT复位时，炉膛最小流量值可单独赋值。锅炉循环水流量需求的变化率用于向炉膛给水流量需求提供预先的前馈。炉膛直吹式超临界煤粉锅炉控制系统导则B&WB03030-10第4页共32页给水量需求值与实测的炉膛给水量值之差，通过比例加积分的控制方式向锅炉给水泵控制发出给水流量需求信号。2.6焓控制炉膛出口焓的控制是基于分离器出口整定焓值与实际焓值之差，采用比例加积分控制来实现的。对应于锅炉各负荷的分离器出口目标焓值（设计焓值）经过焓修整控制器（或称温度控制器）的修正就产生了分离器出口的整定焓值。焓修整控制器（或称温度控制器）通过修改分离器出口的目标焓值来维持一级减温器的目标温降。重要提示：不同负荷下的分离器出口目标焓值（设计焓值）应在锅炉说明书的《启动系统》章节中给出。当炉膛给水流量低于最小流量值时，不允许使用焓控制器的修正。只有当炉膛给水流量大于最小流量值时，才允许在限定的范围内使用焓控制器进行修正，见图2。分离器出口的整定焓值减去省煤器出口实际焓值就得到修正的炉膛焓增需求值（该值考虑了给水条件的变化，如高加停运工况）。该值再经过焓控制器的修正就建立了炉膛焓增需求值（kJ/kg）。在焓控制器出口设有一个手动/自动操作站。2.7焓修整控制（或称温度控制）最终，蒸汽温度控制要求建立正确的燃料与给水比例，焓修整控制器（或称温度控制器）通过对分离器出口目标焓值进行修正使一级减温器的温降达到目标值。当炉膛给水流量低于最小流量值时，不允许使用焓修整控制器（或称温度控制器）修正。当炉膛给水流量大于最小流量值时，焓修整控制器（或称温度控制器）才被允许增加分离器出口的整定焓值。为了防止温度控制器延缓分离器进入干态，只有当锅炉负荷高到对应的炉膛给水流量比最小流量值有足够大的裕度并足以保证分离器呈干态时，才允许减少分离器出口的整定焓值，见图2。如果一级过热器出口的温度值超过了该负荷对应的一级过热器出口的最大温度限值，则温度控制器将优先降低分离器出口的温度整定值，而不是象正常情况下那样去维持一级减温器的温降。在温度控制器出口设有一个手动/自动操作站。直吹式超临界煤粉锅炉控制系统导则B&WB03030-10第5页共32页直吹式超临界煤粉锅炉控制系统导则B&WB03030-10第6页共32页图2目标焓值控制界限和焓修整控制器3.燃料和风量主控制3.1燃料和风量主控制协调各个磨煤机组的出力，用以维持炉膛内适当的放热量和过剩空气量，燃料和风量主控制框图见图3。3.2磨煤机组燃烧率需求将机组负荷需求子系统发出的锅炉能量需求信号与实际进入锅炉的能量比较，对所得差值进行积分就产生了各个磨煤机组的燃烧率需求。控制器的积分设定自动地基于磨煤机组的数量，在负荷变化时提供与需求更一致的响应。由于煤的发热值和水分是变化的，由给煤机测定的给煤量仅近似地反映了进入锅炉的能量。为了对此进行补偿，可将锅炉作为热量计来计算燃料每单位质量的能量。通过比较基于锅炉蒸汽流量的热输出，和基于给煤量的热输入，进行热量的补偿。将这两个能量信号进行比较，将它们的差输入热量积分器，如煤的发热值高，直吹式超临界煤粉锅炉控制系统导则B&WB03030-10第7页共32页则热量积分器就减少给煤需求量（相对于蒸汽流量来说），反之，如煤的发热值低，则热量积分器就相对地增加给煤需求量。锅炉蒸汽流量是由给水量和减温水量计算得出的。由于点火器也向锅炉提供能量，因此当点火器投运或退出时，为了避免偏差，应将实测的燃油量折成等效煤量加到给煤量上。3.3动态性能补偿为了校正锅炉和磨煤机的响应特性，将锅炉（负荷）需求变化的微分控制应用于：a.磨煤机组的燃烧率需求，以提供必要的过烧或欠烧用于改变锅炉的储能。b.给煤机和一次风量需求，以改变磨煤机的存煤量。这样就可避免当进入炉膛的等效燃料量没有变化时而调整二次风量。3.4风量控制燃烧率需求信号也用作风量需求的基本前馈信号，当机组正常减负荷和机组跳闸时，风量控制程序允许风量变化滞后于它的需求信号。将经过氧量标定后的风量需求值与经温度补偿后的实测总风量比较，所得差值用于调节送风机的控制叶片来满足锅炉风量要求。3.5风量需求标定风量需求是指燃烧过程所需要的正确的总风量需求。由于烟气中氧含量能很好地反映总风量，因此氧量应该被当作稳态工况下连续标定风量整定值的控制指标，以考虑由燃料测量误差和风量测量误差，以及燃料发热值变化所引起的扰动。氧量的整定值作为负荷的函数被编入程序，且该程序可根据需要进行调整。氧量整定值应限制在一定的范围内，以防止风量不足引起的燃烧不完全或风量过大而造成火焰不稳定。控制系统应允许手动改变氧量整定值。在任何时候，维持正确的风量－燃料量比例都是保证锅炉良好运行所必须的。从30%MCR到100%BMCR，燃料和风量控制子系统都应根据需要保持正确的风量和燃料量整定值。如果由于某种原因，实测的燃料量超过了需求量，则燃料量偏差信号将立刻修正风量需求信号，以维持预期的风量－燃料量比例。当实测的燃料量小于需求量时，由于富氧条件总是安全的，因此不必立刻对风量进行修正。当燃料流量受到限制时，如果需要，控制系统将减负荷来维持预期的风量－燃料量比例。直吹式超临界煤粉锅炉控制系统导则B&WB03030-10第8页共32页图3燃料和风量主控制框图3.6最小风量炉膛最小通风