·控制技术·超临界机组燃烧控制策略

书书书　第３０卷第８期华电技术Ｖｏｌ．３０　Ｎｏ．８　　　２００８年８月ＨｕａｄｉａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｕｇ．２００８　　·控制技术·超临界机组燃烧控制策略Ｔｈｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｔａｃｔｉｃｓｏｆｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｕｎｉｔｓ施刚ＳＨＩＧａｎｇ（扬州第二发电厂，江苏扬州　２２５１３１）（ＹａｎｇｚｈｏｕＳｅｃｏｎｄＰｏｗｅｒＰｌａｎｔ，Ｙａｎｇｚｈｏｕ２２５１３１，Ｃｈｉｎａ）摘　要：超临界机组中锅炉的协调主要为风、水、煤的协调，控制指标为风－煤比和煤－水比。详细介绍了磨煤机转速控制、一次风量控制、二次风量控制、过燃风控制、氧量修正控制、燃油压力控制、炉膛压力控制等控制模块的原理，提出了在系统的设计中风－煤比的控制应在静态平衡的前提下考虑动态下的风－煤交叉联锁，保证动态过程中风大于煤，确保锅炉的稳定燃烧的控制策略。关键词：超临界锅炉；风－煤比；交叉限制裕度；风量；过燃风；燃油；炉膛中图分类号：ＴＫ２２９　　　文献标志码：Ｂ　　　文章编号：１６７４－１９５１（２００８）０８－０００１－０４Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｏｆｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｂｏｉｌｅｒｏｐｅｒａｔｉｏｎｉｓｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｏｆａｉｒｆｌｏｗ，ｗａｔｅｒｆｌｏｗａｎｄｃｏａｌｍａｉｎｌｙ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｉｎｄｉｃａｔｉｏｎｓａｒｅｃｏａｌａｉｒｒａｔｉｏａｎｄｃｏａｌｗａｔｅｒｒａｔｉｏ．Ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｕｌｅｓｗｈｉｃｈｉｎｃｌｕｄｅｓｍｉｌｌｒｏｔａｔｉｎｇｓｐｅｅｄｃｏｎｔｒｏｌ，ｐｒｉｍａｒｙａｉｒｃｏｎｔｒｏｌ，ｓｅｃｏｎｄａｒｙａｉｒｃｏｎｔｒｏｌ，ｏｖｅｒｆｉｒｅａｉｒｃｏｎｔｒｏｌ，ｏｘｙｇｅｎｃｏｎｔｅｎｔｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ，ｆｕｅｌｏｉｌｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌ，ｆｕｒｎａｃｅｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｅｔｃ．ｗａｓｐｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｔａｃｔｉｃｓｔｏｅｎｓｕｒｅｂｏｉｌｅｒｓｔａｂｌｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｗｅｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｗｈｉｃｈｄｅｍａｎｄｓｔｈａｔｉｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｃｒｏｓｓｉｎｔｅｒｌｏｃｋｉｎｇｏｆｃｏａｌａｎｄａｉｒｆｌｏｗｍｕｓｔｂｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｏｎｔｈｅｐｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｓｔａｔｉｃｂａｌａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｃｏａｌａｉｒｒａｔｉｏｃｏｎｔｒｏｌ，ａｎｄｔｈｅａｉｒｆｌｏｗｍｕｓｔｂｅｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎｃｏａｌａｔｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｐｒｏｃｅｓｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｂｏｉｌｅｒ；ｃｏａｌａｉｒｒａｔｉｏ；ｃｒｏｓｓｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｏｖｅｒｍｅａｓｕｒｅ；ａｉｒｆｌｏｗ；ｏｖｅｒｆｉｒｅａｉｒ；ｆｕｅｌｏｉｌ；ｆｕｒｎａｃｅ收稿日期：２００８－０４－２１１　超临界机组的特性超临界机组是指过热器出口主蒸汽压力超过２２．１２９ＭＰａ的机组。目前运行的超临界机组运行压力均为２４～２５ＭＰａ，理论上认为，在水的状态参数达到临界点时（压力２２．１２９ＭＰａ、温度３７４℃），水的汽化会在一瞬间完成，即在临界点时饱和水和饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的二相区，二者的参数不再有区别。由于在临界参数下汽水密度相等，因此，在超临界压力下无法维持自然循环，即不再能采用汽包锅炉，直流锅炉成为唯一型式。与同容量亚临界火电机组的热效率相比，采用超临界参数可在理论上提高效率２％～２．５％，采用超超临界参数可提高４％～５％。２　控制原理综述在超临界机组中锅炉的协调比汽包炉更加复杂，锅炉的协调主要为风、水、煤的协调，其控制指标为：控制风－煤比确保氧量；控制煤水比确保微过热温度。在系统的设计中风－煤比的控制是在静态平衡的前提下考虑动态下的风－煤交叉联锁，保证动态过程中风大于煤，确保锅炉的稳定燃烧。由于风的动态特性远优于煤，风－煤静态参数的设置保证了在各负荷工况下燃烧的过剩空气，因此，风－煤比的控制在稳定负荷工况和变负荷工况下均可保证稳定。煤－水比的控制要风－煤比的控制要复杂的多，主要原因在于煤、水对温度的动态特性。对于直流炉来说，在燃烧率增加时由于加热段蒸发段缩短、过热段增加使温度升高，而给水流量增加使加热段、蒸发段增加导致温度降低，因此，理论上认为，在直　·２·华电技术第３０卷　流炉的控制上应采用煤－水比控制温度。对于直吹式制粉系统的锅炉来说，从发出燃烧指令到改变进入锅炉的燃料要经过给煤机的控制和磨煤机制粉的过程，燃烧对温度的动态响应要比给水对温度的动态响应慢得多，因此，在动态过程中必须考虑煤水控制参数的动态补偿。２．１　磨煤机转速控制图１为Ａ给煤机控制原理图。图１　Ａ给煤机控制原理图工作原理：来自燃料主控的燃烧率指令信号与实际测量的各台磨煤机的一、二次风量之和经换算后得到的各台给煤机燃料需求，取小值以保证动态过程中风大于煤。这个小值经过煤质量因数的修正后得到磨煤机燃烧需求指令，再减去实际的燃油流量得到给煤机煤量需求指令，指令与实际的煤量测量信号相减后经过ＰＩ调节器送给煤机进行转速控制。模块３１／３１＆３２和３１／２９＆３０提供了一个交叉限制裕度功能。开始时这个信号发生器设置为零，从而不影响控制逻辑。信号发生器可能在调试期间进行调整，以克服２个潜在的问题。（１）任何煤流量或二次风量信号上的噪声通过交叉限制信号分别送到二次风和一次风调节器的设定值上。给交叉限制裕度设置一个较小的值就可以屏蔽掉这个干扰。（２）负荷真正增加期间，燃烧交叉限制系统防止在风量增加之前就增加煤量。这意味着通风设备限制了锅炉的响应能力。通过利用现有的过量空气能使部分负荷发生变化，因此，增加交叉限制裕度能使燃料和风同时增加。有一点是很重要的，即对交叉系统裕度只能作较小的调整，裕度太大可能会使交叉限制系统失控进而导致炉膛爆炸，因此，这个裕度不得由运行人员来调整。２．２　一次风量控制图２为Ａ一次风控制原理图。图２　Ａ层一次风控制原理图工作原理：来自磨煤机主控的燃烧率指令信号（给煤机转速控制中的煤量指令）经过一函数发生器转换成风量指令减去实际的磨煤机一次风量（有温度补偿），经过ＰＩ调节器送一次风档板。２．３　二次风量控制图３为Ａ层二次风控制原理图。图３　Ａ层二次风控制原理图工作原理：给煤机实际煤量信号经过煤质量因数修正后，加上实际燃油流量和交叉限制与来自燃料主控的燃烧率指令信号取大值，得到以煤量为单　第８期施刚：超临界机组燃烧控制策略·３·　位的二次风需求指令，取大值的目的是保证动态过程中风大于煤。以煤量为单位的二次风需求指令经过风－煤比换算得到二次风需求指令，乘以过量空气系数得到理想配比的二次风需求指令，经过氧量修正后与实际测量的二次风量相减，经过ＰＩ调节器送二次风档板。高低选择器的功能：高和低值选择器模块３１／０６和３１／２０把主控指令限制在煤量和二次风在实际值内，这样，在达不到所需的二次风量时不能增加燃料量；同样，二次风量不能减少到低于支持燃料燃烧所需的风量。这种限制的配合确保升负荷时先增加二次风量，后增加燃料量；在减负荷时，先减少燃料量，后减少二次风量。２．４　过燃风控制过燃风从燃烧器的上方吹进炉膛的前后墙，使因高温燃烧产生的热ＮＯｘ减到最小，优于单级燃烧。前墙和后墙的ＯＦＡ风箱的控制是相同的。图４为过燃风控制原理图。图４　过燃风控制原理图工作原理：以负荷为单位的燃料需求量经过换算后得到以负荷为单位的总燃烧风需求量，减去燃烧区的风量得到按负荷为单位的总过燃风需求指令，乘以０．５分别送到前墙和后墙。前后墙的过燃风指令经过氧量调整修正，减去实际对应墙的过燃风量，经过ＰＩ调节器送过燃风档板。同时平衡子回路以确保风量分配平衡。２．５　氧量修正控制风量基本概念：燃烧器区的风量＝正在运行的燃烧器风量＋非燃烧区风箱的吹扫风量＋可能的炉膛漏风量；炉膛燃烧总风量＝燃烧器区的风量＋过燃风量；工作磨煤机组风－煤比＝燃烧区风－煤比－（非燃烧风＋泄露风）／燃烧总风量。图５为氧量修正控制原理图。图５　氧量修正控制原理图工作原理：烟气中的含氧量由安装在锅炉省煤器出口每侧的冗余变送器测量。在调节器里计算的平均含氧量与基于负荷的设定值进行比较。氧量定值为机组负荷指令的函数，遵循低负荷高氧量、高负荷低氧量的原则。运行人员还可通过调节氧量设定的偏置来微调氧量定值。调节器的输出调整过燃风和二次风系统，使烟气的含氧量恢复到设定值。一次风的氧量调整是通过工作磨煤机组风煤比实现的。２．６　燃油控制燃油流量基本概念：使用的燃油流量＝进油流量－回油流量；每个燃烧器油流量＝（使用的燃油流量／总的工作油燃烧器）×每层投入的油燃烧器之和。图６为燃油压力控制原理图。图６　燃油压力控制原理图工作原理：锅炉燃油需求指令减去压力调节门后实际测量燃油压力，经过ＰＩ调节器送过燃油压力控制阀。２．７　炉膛压力控制图７为炉膛压力控制原理图。　·４·华电技术第３０卷　图７　炉膛压力控制原理图　　工作原理：炉膛压力由３个压力变送器测量，由于所有炉膛压力信号本身是有噪音的，所以引入滤波器模块２７，２８和２９（ｆ（ｔ））以使这些信号变得平滑。经滤波的３个压力变送器信号在模块３６里进行平均，其输出与每一个炉膛压力调节器（模块１８和１９）的手动预设的炉膛压力要求值（模块３７）进行比较。每一个炉膛压力调节器的输出通过其相应的自动／手动站（模块２３和２４）输出。去电液转换器来调节每一个引风机入口的导叶，以维持设定的炉膛压力。同时平衡子回路以确保引风机出力平衡。３　结论在燃烧控制系统中，风和煤２大主要参数的控制是在静态平衡的前提下考虑动态下的风煤交叉联锁，保证动态过程中风大于煤，同时配以合适的风－煤配比参数，稳定锅炉的燃烧。此控制策略在扬州第二发电厂及其他同类型的直流机组Π型锅炉上应用良好。（编辑：刘芳）作者简介：施刚（１９７２—），男，浙江绍兴人，扬州第二发电厂工程师，从事电厂仪控方面的工作。