循環(huán)流化床（CFB）由于其*性能，已越來越多地在我國中小電廠獲得應用。首先CFB鍋爐的燃放效率很高、燃用的各種低質煤的范圍更寬、在爐內(nèi)用更少的石灰石可取得更佳的脫硫效果；其次運行溫度的降低減少了結渣的可能性，并使得NOx排放更少，產(chǎn)生更少的污染物；由于燃料在爐膛內(nèi)停留的時間更長，使熱效果更佳；由于煙氣速度和固體攜帶量之間的適當關系而使CFB鍋爐可以在很寬的負荷范圍內(nèi)運行。另外，燃燒后排出的灰、渣還可以綜合利用，因此引起了國內(nèi)外的廣泛關注和重視。下面就上海石化熱電總廠310t/h循環(huán)流化床鍋爐的自動控制系統(tǒng)部分作一介紹。
一、主要控制系統(tǒng)的分析及應用
一臺300t/h CFB鍋爐的I/O有1500～1700點，如此多的I/O點采用常規(guī)控制系統(tǒng)是難以實現(xiàn)的。再加上控制功能多，要求安全可靠，實踐證明只有選用DCS才能勝任。CFB鍋爐必須確保按規(guī)定順序進行開、停車，和安全經(jīng)濟運行，由此確定了DCS中的順序控制和自動調(diào)節(jié)。
1.1 順序控制完成的任務
（1）CFB鍋爐的啟動和停止
CFB鍋爐的啟動步驟見啟動程序（表1）。該回路不僅要保證按表1的步驟開、停車，還必須具有啟動過程中出現(xiàn)故障具有診斷和報警功能，以使操作人員迅速消除故障，盡快開車。例如啟動任一輔助設備時，在規(guī)定時間內(nèi)不開車，馬上顯示報警。
（2）燃燒器管理系統(tǒng)（BMS或FSSS），主要是安全連鎖系統(tǒng)。
在啟動和正常運行時，CFB鍋爐出現(xiàn)故障，首先將主燃料跳閘。如當煙氣溫度在485℃及以上出現(xiàn)汽包水位低限，立即實現(xiàn)MFT，以確保鍋爐安全，避免損壞設備。
1.2 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)完成的任務保證蒸汽質量指標和經(jīng)濟運行
鍋爐的調(diào)節(jié)區(qū)域可劃分成的獨立區(qū)域有：汽包水位調(diào)節(jié)區(qū)域、過熱汽溫調(diào)節(jié)區(qū)域、燃燒調(diào)節(jié)區(qū)域和含鹽量調(diào)節(jié)區(qū)域。目前，爐水含鹽量的控制大都采用人工定期排污和連續(xù)排污來解決。為此，CFB鍋爐的調(diào)節(jié)只有汽包水位、過熱汽溫和燃料區(qū)域。CFB鍋爐控制包括如下控制功能組：鍋爐主控、燃料量控制、空氣流量控制、床溫控制、石灰石流量控制、爐膛壓力控制、啟動燃燒器控制、給水控制、主蒸汽溫度控制、啟動燃燒器控制、給水控制、主蒸汽溫度控制、除氧器水位、壓力控制等。圖1為整個機組自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的概要設計，下面就鍋爐側主要控制系統(tǒng)作具體介紹。
1.2.1 鍋爐主控系統(tǒng)
鍋爐主控系統(tǒng)為一定值控制系統(tǒng)，以控制主蒸汽母管壓力pm為目標。鍋爐母管壓力作為主調(diào)信號，采用經(jīng)動態(tài)補償后的能量平衡信號P1*Ps/PT+k*d（P1*Ps/PT）/dt為鍋爐控制回路的前饋信號，其中P1為汽機調(diào)速級后的汽壓，PT為機前壓力，兩者的比值P1/PT與汽機調(diào)節(jié)閥開度成正比，并且克服了由于調(diào)門的回差和不靈敏所造成的非線性對閥門開度信號的影響。在額定控制參數(shù)下，汽機的用汽量與閥門的開度成正比，對于抽汽機組，無論汽功率的變化還是電功率的變化，都反映到汽機調(diào)門的變化。機前壓力設定值Ps的改變，反映了鍋爐能量需求的變化。k*d（P1*Ps/PT）/dt信號代表了儲能元件（汽包）對燃料的需求。因此P1*Ps/PT+k*d（P1*Ps/PT）/dt信號即能反映汽機用汽量對燃料的需求，也反映了鍋爐參數(shù)變化對燃料的需求，同時滿足了鍋爐儲能元件對燃料的需求。這樣構成的前饋加反饋復合控制方式可以zui快地響應壓力的需求，滿足汽機用汽量對鍋爐的要求。
分析研究P1*Ps/PT+k*d（P1*Ps/PT）/dt與主汽流量作為前饋可以看到主要的差別：如采用主汽流量作為前饋信號時，當由于燃燒率變化而引起內(nèi)擾時，主汽流量的前饋將形成一個正作用，反而加劇了機組的自發(fā)性擾動。而以P1*Ps/PT+k*d（P1*Ps/PT）/dt信號作為前饋信號的鍋爐主控系統(tǒng)則只有在負荷擾動時才對燃燒作出快速反應，提前作用于風量和燃料量控制單元，以克服被控對象的滯后和慣性。而燃料出現(xiàn)擾動時P1*Ps/PT+k*d（P1*Ps/PT）/dt不變，這一點對于穩(wěn)定燃燒非常重要。
1.2.2 總風量調(diào)節(jié)
總風量調(diào)節(jié)作為風量的主控調(diào)節(jié)器滿足總風量和氧量的控制，向鍋爐燃燒二次風和流化一次風發(fā)出風量指令。
總風量調(diào)節(jié)接受鍋爐主控指令信號并經(jīng)風煤交叉聯(lián)鎖回路向風量主控器發(fā)出風量指令信號，保證動態(tài)時加負荷先加風，減負荷先減煤。
1.2.3 燃料調(diào)節(jié)
影響母管壓力的主要因素是汽機調(diào)門的變化和燃料量的變化。采用P1*Ps/PT+k*d（P1*Ps/PT）/dt信號可以zui快地克服汽機調(diào)門的變化對鍋爐壓力的影響。
燃料對壓力的影響取決于兩點：燃料量的擾動；燃料熱值的變化。
（1） 燃料量的擾動
系統(tǒng)控制方案采用兩種控制策略克服燃料擾動：①快速的燃料響應回路。在循環(huán)爐中燃料采用直接測量的方式，可以快速消除由于燃料給料機工作不穩(wěn)定所引起的燃料側的擾動。②系統(tǒng)采用多輸出控制回路。多輸出控制回路由多輸出控制器和設備的手動操作器構成。對于多執(zhí)行器的控制系統(tǒng)，采用多輸出系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：
·手自動切換平衡、無擾動；
·任一臺給料機切手動、投自動不影響燃料指令的變化；
·多輸出控制回路增益自動修正；
·給料機指令根據(jù)運行的給料機投自動的臺數(shù)自動修正，保證了回路控制增益一定。
各操作回路的偏置控制。在自動工況下可以設置給料機指令的偏置改變各給料機的負荷分配而不影響燃料指令。
（2） 燃料熱值的變化
為了克服燃料熱值變化引起燃料的擾動，系統(tǒng)內(nèi)部設計燃料熱值自動補償?shù)目刂苹芈?。在自動補償回路中，采用霍尼韋爾公司的蒸汽流量與給水溫度對鍋爐燃料的函數(shù)曲線進行修正，zui快地克服由于燃料變化對系統(tǒng)控制參數(shù)的影響。
方案里還設計了采用P1*Ps/PT+k*d（P1*Ps/PT）/dt作為鍋爐指令信號、P1+d（Pd/dt）作反饋信號的控制系統(tǒng)，其中pd為汽包壓力。分析如下：
（1） P1*Ps/PT+k*d（P1*Ps/PT）/dt代表了汽機用汽量對燃料的需求，而 P1+d（Pd/dt）不僅反映了燃料量的變化，而且反映了燃料質——“熱值”的變化。
（2） 在燃料控制器入口：P1*Ps/PT+k*d（P1*Ps/PT）/dt=P1+d（Pd/dt）
穩(wěn)態(tài)時令d（P1*Ps/PT）/dt和dPd/dt為0，有：
P1*Ps/PT=P1
所以有關系PT=Ps，保證了主汽壓力。
1.2.4 一次風量調(diào)節(jié)
由總風量調(diào)節(jié)輸出的一次風量指令經(jīng)床溫控制器的修正作為一次風量調(diào)節(jié)器的設定值，調(diào)節(jié)器的輸出控制一次風機入口導葉，維持鍋爐所需的輸出控制一次風量。一次風主要用于流化爐膛中的床料。
1.2.5 二次風量調(diào)節(jié)
鍋爐總風量調(diào)節(jié)輸出的二次風量指令經(jīng)氧量控制器和床溫控制器的修正作為調(diào)節(jié)器的設定值，調(diào)節(jié)器的輸出分兩路控制上部二次風流量擋板和下部二次風流量擋板。
1.2.6 二次風壓調(diào)節(jié)
二次風的調(diào)整是二段控制方式，以控制上部二次風控制擋板和下部二次風控制擋板保證二次風流量，調(diào)節(jié)風機入口導葉控制二次風壓力。
1.2.7 氧量調(diào)節(jié)
氧氣量調(diào)節(jié)主要采用風、煤比的靜態(tài)平衡關系加上氧量控制器的修正實現(xiàn)氧量調(diào)節(jié)。
在整個負荷范圍內(nèi)氧量不是一個定值調(diào)節(jié)，系統(tǒng)引入表征鍋爐負荷的蒸汽流量經(jīng)函數(shù)運算并經(jīng)給定修正后作為調(diào)節(jié)器的設定值。調(diào)節(jié)器的輸出分兩路修正上部二次風流量和下部二次風流量的指令。
1.2.8 床溫調(diào)節(jié)
該控制系統(tǒng)的任務是將床溫控制在850℃～900℃，以保證流化床穩(wěn)定燃料，使石灰石與燃料中的硫充分發(fā)生反應，達到*脫硫效果。系統(tǒng)設計的主要思想是：床溫控制以靜態(tài)標定的一、二次風為基礎，床溫控制器進行動態(tài)修正?？刂破鞯妮敵稣{(diào)整一、二次風的配比。
1.2.9 一次風暖風器出口風溫調(diào)節(jié)
該調(diào)節(jié)的目的是防止一次風溫度低于露點而腐蝕空預器管道。通過改變進入一次暖風器輔助蒸汽管道上的調(diào)節(jié)閥開度來調(diào)節(jié)一次風暖風器出口溫度。
1.2.10 二次風暖風器
該調(diào)節(jié)的目的是防止二次風溫度低于露點而腐蝕空預器管道。通過改變進入二次暖風器輔助蒸汽管道上的調(diào)節(jié)閥開度來調(diào)節(jié)二次風暖風器出口溫度。
1.2.11 煤/石油焦量調(diào)節(jié)
根據(jù)鍋爐主控系統(tǒng)燃料指令，調(diào)節(jié)煤/石油焦給料機給料速度，從而達到煤/石油焦量調(diào)節(jié)。
1.2.12 石灰石調(diào)節(jié)
CFB鍋爐的主要特點是爐床溫度控制在850℃～900℃時，向燃燒室加石灰石CaCO3，將煤中硫燃燒后生成的SO2與CaO反應后生成硫酸鈣（CaSO4）隨灰渣排出爐外。該回路提供足夠的石灰石以維持SO2排放量低于環(huán)境所規(guī)定的要求。
與煤矸石相比，石油焦水分、灰分少，而發(fā)熱量較高，要保證床溫的可調(diào)性，石灰石的投入就更為關鍵。在該控制系統(tǒng)中，預先確定的鈣/硫比通過乘法器而得到石灰石與燃料的配比，在經(jīng)SO2量校正補償后，此信號作為石灰石調(diào)節(jié)器的給定信號。調(diào)節(jié)石灰石旋轉給料機的轉速，從而達到石灰石給量調(diào)節(jié)。
二、結 語
金山石化熱電總廠循環(huán)流化床機組已于2002年2月底完成了鍋爐點火、機組沖轉和并網(wǎng)工作。根據(jù)其在現(xiàn)場運行情況看，DCS系統(tǒng)較好地完成了系統(tǒng)調(diào)試和投運任務。
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