两炉一机控制方案资料.docx

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两炉一机控制方案资料

越南锦普300MWCFB机组

两炉一机控制方案

1．设计依据

根据《越南锦普1X300MW燃煤机组——两炉一机运行方式及控制逻辑讨论会纪要》，结合两炉一机CFB机组特定情况，提出以下设计原则：

1）采用类似单元机组直接能量平衡机理，用总蒸发量除以母管压力，再乘以母管压力设定值组成直接能量信号，来协调机炉能量需求。

2）用机组指令按比例前馈于机、炉主控，作用两炉主控前馈量有各自的负荷系数。

注：

按常规母管压力控制（尤其是CFB机组），变负荷能力差。

3）根据两炉一机运行方式建议，正常工况采用锅炉调压、汽机调功；允许承担能力有差异；也能够一台带固定热负荷（维持蒸发量）、另一台调压（即变热负荷）；异常工况（RB、BMFT）汽机调压（维持定压，快速降负荷），正常锅炉带固定热负荷、故障锅炉带安全热负荷。

2．负荷管理系统

控制系统设计原则是，将机、炉作为整体考虑。

在能量平衡控制策略基础上，通过前馈/反馈、连续/断续、非线性、方向控制等控制机理的有机结合，来协调控制机、炉供需能量平衡，协调处理热负荷要求与实际能力的平衡。

在保证机侧具备快速负荷响应能力的同时，维持机组主要运行参数的稳定。

机组采用母管制运行方式，与单元机组控制上的区别在于机炉之间无一一对应关系，但维持机炉之间的能量平衡是一致的。

对母管制运行机组来讲，维持母管压力的稳定，即维持了机炉间能量平衡。

2.1机组指令处理回路

机组指令处理回路是机组控制的前置部分，它接受操作员指令、AGC指令、一次调频指令和机组运行状态。

根据机组运行状态和调节任务，对负荷指令进行处理使之与运行状态和负荷能力相适应。

2.1.1AGC指令

AGC指令由省调远方给定，4～20mA对应150MW～300MW。

当机组发生Runup、Rundown、Runback时，退出AGC控制。

2.1.2一次调频指令

一次调频指令由DEH通过网络（或硬接线）给定。

频率调节死区范围为±0.033HZ，即DEH一次调频调节死区范围为3000±2r/min。

频率调节范围确定为50±0.2HZ，即49.8～50.2HZ（对应于汽轮机转速控制范围为3000±12r/min）。

12r/min对应±20MW。

当机组发生RunUp/RunDown、Runback退出一次调频控制。

2.1.3负荷指令的实际能力识别限幅功能

2.1.3.1机组指令的实际能力识别限幅功能

机组指令的实际能力识别限幅是根据机组运行参数的偏差、辅机运行状况，识别机组的实时能力，使机组在其辅机或子控制回路局部故障或受限制情况下的机组实际负荷指令与机组稳态、动态调节能力相符合。

保持机组/电网，锅炉/汽机和机组各子控制回路间需要/可能的协调，及输入/输出的能量平衡。

机组指令的实际能力识别限幅功能，反映了协调控制系统一种重要设计思想——控制系统自适应能力：

1）正常工况——“按需要控制”，实际负荷指令跟踪（等于）目标指令；

2）异常工况——“按可能控制”，目标指令跟踪实际负荷指令。

2.1.3.1.1方向闭锁功能

方向闭锁技术作为CCS的安全保护，具有下例功能：

1）防止参数偏差继续扩大的可能；

2）防止锅炉各子控制回路间及锅炉、汽机间的配合失调有继续扩大的可能。

2.1.3.1.1.1机组指令增闭锁

1）机侧增闭锁；

2）任一炉侧增闭锁；

2.1.3.1.1.2机组指令减闭锁

1）机侧减闭锁；

2）任一炉侧减闭锁；

2.1.3.2热负荷指令的实际能力识别限幅功能

热负荷指令的实际能力识别限幅是根据锅炉运行参数的偏差、辅机运行状况，识别炉侧的实时能力，使炉侧在其辅机或子控制回路局部故障或受限制情况下的炉侧实际负荷指令与炉侧稳态、动态调节能力相符合。

保持机侧/炉侧，锅炉各子控制回路间需要/可能的协调，及输入/输出的能量平衡。

热负荷指令的实时能力识别限幅功能主要有：

1）方向性闭锁

2）迫升/迫降（RunUp/RunDown）

3）辅机故障快速减负荷（Runback）

所有机组实时能力识别限幅功能，均设计有超驰优先级秩序，并具备明了的CRT显示。

2.1.3.2.1方向闭锁功能

方向闭锁作为炉侧控制的安全措施，具有下例功能：

（1）防止参数偏差继续扩大的可能；

（2）防止锅炉各子控制回路之间及锅炉、热负荷之间的配合失调有继续扩大的可能。

2.1.3.2.1.1锅炉指令增闭锁

下例条件任一发生：

1）锅炉出口压力在上限；

2）燃料指令在上限；

3）引风指令增闭锁；

4）送风指令增闭锁；

5）风量小于燃料量；

6）一次风机指令达上限；

7）高压流化风机指令达上限；

8）床温偏高。

2.1.3.2.1.2锅炉指令减闭锁

下例条件任一发生：

1）锅炉出口压力在下限；

2）燃料指令在下限；

3）引风指令减闭锁；

4）送风指令减闭锁；

5）风量大于燃料量；

6）一次风机指令达下限；

7）高压流化风机指令达下限；

8）床温偏低。

2.1.3.2.2迫升/迫降功能

迫升/迫降作为炉侧MCS控制的一种安全保护，具备按实际可能自动修正本锅炉热负荷指令功能。

迫升/迫降主要作用是对有关运行参数（燃料量、送风量、母管压力等）的偏差大小和方向进行监视，如果它们超越限值，而且相应的指令已达极限位置，不再有调节余地，则根据偏差方向，对实际热负荷指令实施迫升/迫降，迫使偏差回到允许范围内，从而达到缩小故障危害的目的。

2.1.3.2.2.1热负荷指令迫升

减闭锁条件成立，下例条件任一发生：

1）热负荷偏差低；

2）风量指令偏差低；

3）一次风压高于定值1KPa；

4）给水指令小于给水流量。

2.1.3.2.2.2热负荷指令迫降

增闭锁条件成立，下例条件任一发生：

1）热负荷偏差高；

2）风量指令偏差高；

3）一次风压小于定值1KPa；

4）给水指令大于给水量。

2.1.3.2.3快速减负荷（RUNBACK）功能

机组主要辅机在运行中跳闸是突发事件，此时若仅靠运行人员操作，由于操作量大、人为因素多，不能确保机组安全运行。

因此RB功能是否完善是衡量MCS系统设计重要指标。

本公司推出的RB控制策略《以静制动、综合协调》。

以静制动——指发生RB工况时，BMS按要求切除给煤机、投油，MCS根据RB目标值计算出所需的燃料量后，锅炉主控处于静止状态。

综合协调——指发生RB工况时，协调各子系统以确保运行工况的平衡过渡。

在快速减负荷的同时要对某一辅机跳闸引起的运行工况扰动进行抑制，即采用适当的前馈量，以减小RB工况初期影响机组运行稳定的不利因素。

对外协调BMS、SCS控制系统快速、平稳地把负荷降低到机组出力允许范围内。

2.1.3.2.3.1根据母管制、循环流化床锅炉（CFB）性质，我们建议设计以下RB功能：

1）一台送风机运行中跳闸

2）一台引风机运行中跳闸

3）一台一次风机运行中跳闸

4）一台高压流化风机运行中跳闸

5）一台冷渣机运行中跳闸

2.1.3.2.3.2母管制CFB锅炉RB功能特点

1）本系统采用两炉一机形式，70%液动旁路。

当一台锅炉辅机故障，该炉只能带安全允许出力；当一台炉发生BMFT，该锅炉隔离（过热、再热隔离门关闭）；正常锅炉保持原热负荷。

2）RB工况锅炉主控保持静止状态（正常锅炉维持原热负荷，故障锅炉根据不同辅机RB目标值，以及当时实测单位热耗，计算所需燃料量），汽机主控维持母管压力（快速降负荷）。

3）当故障锅炉热负荷降到安全范围内、或该炉蒸发量下降趋势已经稳定，RB过程结束。

RB完成后延迟60秒，汽机主控、锅炉主控切为手动。

2.1.3.2.4小岛运行（FCB）功能（待进一探讨）

1）二台锅炉运行，发生FCB；立刻切除一台锅炉（发MFT，同时隔离该炉，并开启该炉旁路），另一台炉，快速打开旁路，减少燃料，迅速将负荷降到带厂用电负荷。

2）一台锅炉运行，发生FCB；快速打开该旁路，减少燃料，迅速将负荷降到带厂用电负荷。

注：

二台锅炉运行，FCB切炉选择，1）自动按原则选，2）运行事先选择。

任一锅炉辅机故障或BMFT、FCB时，机组指令跟踪实发功率。

２.2热负荷分配

２.1.1机炉作为整体考虑

母管制机组机、炉无一一对应关系，但是供、需之间应该是平衡的。

基于上述考虑，仍然可以采用能量信号（DEB）。

其表达式为：

D——母管制锅炉总蒸汽流量；

——母管压力；

PS——母管压力设定值

用能量信号作为热负荷指令有利于机炉之间的能量平衡，同时直观，方便热负荷分配。

２.1.2机组指令前馈

改变机组负荷时，用机组指令同时前馈于机、炉主控，有助于提高机组负荷响应。

用前馈量进行粗调，闭环回路细调。

采用此策略对提高炉侧负荷响应很有效。

由于是两炉一机，锅炉带负荷能力可能有差异（受辅机状况），所以要乘上各自的热负荷系数。

２.1.3热负荷分配

用DEB指令作为总热负荷要求信号，当#1、#2炉都投入热负荷分配（#1、#2锅炉主控已投入），热负荷分配系数为投入前各自的分配系数。

例如#1炉热负荷系数为k1=

（D1——该锅炉蒸汽流量、D为总蒸发量）。

当投入热负荷控制，热负荷系数保持不变；此时运行可以修改热负荷系数（注：

为方便运行，对操作来讲，采用工程量，增加#1炉负荷，同时减少#2炉相等负荷）。

当某台锅炉带固定负荷（热负荷设定器手动），此时另一台炉承担变热负荷。

3.锅炉主控简介

锅炉主控在正常工况分二种情况，1）带固定负荷，即维持该锅炉热负荷（蒸汽流量）；2）带变动负荷，即根据炉侧热负荷要求，结合本炉的热负荷系数来承担本炉的热负荷。

异常工况根据炉侧RB性质、负荷能力计算RB目标值所对应的燃料量（即带安全负荷），正常锅炉带固定负荷。

风/煤交叉采用该炉的热负荷指令与该指令经惯性环节输出相比较，取大值控制风量、取小值控制燃料量，可以避免实际信号波动对控制带来负面影响，方便地实现了加负荷先加风、后加煤；减负荷先减煤、后减风的“富风”策略。

3.1变动负荷控制

本锅炉的热负荷指令经实时能力识别处理后，与本炉的热量信号相比较作为主调的偏差输入，其输出作为副调的指令。

经热值修正的燃料信号（用给煤量指令取代燃料信号）作为副调的反馈输入。

3.2固定负荷控制

所谓“固定负荷”即维持其锅炉蒸发量，当锅炉辅机故障，该炉主控转为按能力（安全热负荷）控制、另一正常锅炉转为固定负荷控制,汽机主控维持母管压力（即RB工况）。

本系统设计任何方式切换都是无扰的。

3.3混合控制方式

两炉一机方式，可采用双变负荷、单变负荷（一台固定负荷、另一台参于变动负荷调节）即混合控制。

注：

在炉跟机方式下，两炉一机应采用变负荷或混合控制方式。

4.汽机主控

汽机主控采用综合控制方式。

机组指令按比例前馈进行粗调，同时与实发功率的偏差进一步细调。

当母管压力偏差超过限值，对机组指令进行修正；正常工况汽机控制功率，RB过程切到维持机前压力（机跟炉方式——CCTF）。

本系统具备方向闭锁等各种功能。

4.1机侧增闭锁

1）DEH闭锁增负荷；

2）汽机指令在高限；

3）母管压力小于设定值

4）任一炉侧RUNBACK

4.2机侧减闭锁

1）DEH闭锁减负荷；

2）汽机指令在低限；

3）母管压力大于设定值；

4.3RB工况机侧控制

任一炉侧RB、BMET机侧切换到维持母管压力控制（CCTF方式）。

汽机主控与DEH接口如果采用模拟量控制，则由本机侧RB调节器维持母管压力；如果是开关量接口，则由本机侧根据母管压力偏差，通过DEHRB接口维持母管压力。

注：

本系统采用炉跟机方式（CCBF），机侧主控投入条件之一是，任一炉侧主控投入。

当任一炉侧发生RB、BMFT，自动切换到维持母管压力控制，炉侧为安全负荷、固定负荷。

RB过程完成（蒸发量降到安全负荷）机侧、炉侧都切到手动。

再投炉侧（混合控制）、机侧，此时为正常的炉跟机方式。

5.CFB锅炉其它主要控制系统简介

5.1风量控制系统:

包括总风量控制和一、二次风比率的控制。

5.1.1总风量控制系统：

根据燃料指令获得，并根据过剩空气系数校正，形成总风量指令。

这与常规煤粉炉是一样的。

所不同的是一次风和二次风的分配。

为了保证正常流化，一次风的流量一般有一个设定的下限值。

而且，一、二次风的比例还要受到床温控制回路的校正根据负荷形成总风量指令，总风量中考虑一次风量保证锅炉循环和流化，二次风量调节中加入氧量校正。

燃烧中调节一、二次风比例来实现炉膛床温控制。

二次风由炉膛密相区上部四周炉墙分层给入，确保煤粒在悬浮段充分燃烧。

同时为启动燃烧器提供燃烧风。

一部分二次风（一般为一次风的3～5%）还可作为播煤风和正压输煤系统的密封风。

（见下图）

5.1.2一次风流量控制系统：

一次风主要用于流化炉膛中的床料，入喷嘴一次风用于燃料的分级燃烧，有助于床温控制。

一次风量控制分总一次风量控制及入喷嘴一次风量控制两个回路。

总一次风量调节器根据风量主控指令维持进入锅炉的总一次风量。

一次风喷嘴的一次风实际测量值与函数发生器的输出量之和为总一次风量的整定值。

该加法器还收到床温修整回路信号，以调节所需的一次风量，控制床温。

该整定值与总一次风量比较后经PI调节器确定一次风机进口叶片位置。

入喷嘴的一次风量控制系统中，风量主控信号通过函数发生器后进入加法器，该加法器还接收床温修正回路的信号作为喷嘴一次风量的指令，该指令送至入喷嘴一次风量PI调节器整定入喷嘴一次风量挡板的位置。

循环流化床锅炉风量控制系统框图

一次风控制原理图

5.1.3二次风量控制系统：

二次风主要用于作为给煤机密封风，给煤机的布煤风，助于煤进入炉膛和以防燃烧烟气倒流入给煤管，入喷嘴二次风用于燃料的分级燃烧，有助于控制床温，有助于炉膛内过量空气的调整。

二次风量控制分风量主控﹑氧量校正及上、下二次风量控制三个主要回路。

5.2床温控制系统：

床温控制的目的是维持床温在规定的值。

确保最高燃烧效率及最佳脱硫率。

床温的控制直接影响着炉内的脱硫和脱硝。

能有效去除SO2和NOX的最佳床温是850ºC－950ºC，但在实际运行中，要将床温控制在某一确定温度是相当困难的，几乎不可能。

而只是将床温控制在一定范围内。

而且，影响床温的主要因素比较多，如煤种、燃料的粒径、床料量、一、二次风量、返料量和冷灰循环等等。

针对采用的540t/h循环流化床锅炉，可采用改变一、二次风比率的方法来调节床温。

根据运行人员所选定的负荷偏置值的大小，改变三台函数发生器的输出值。

由二次风量和一次风量控制回路可知，随着这三台函数发生器的输出值的改变将调整进入炉膛的一次风、入喷嘴一次风和入喷嘴的二次风的风量，从而达到调节床温的目的。

二次风控制原理图

5.3炉膛压力控制：

该控制系统炉膛压力信号与炉膛压力设定值比较，偏差信号（带死区调节）进入炉膛压力调节器。

设计时，根据负压差值大小改变调节器的比例系数。

一次风和二次风指令信号作为前馈信号，以保证根据燃烧率指令调节燃烧燃料量和二次量的同时同步调节引风量，以减少调节过程中炉膛压力的波动。

A侧手操器设定炉膛负压，B侧手操器带偏置功能，通过BALACE平衡模块平衡A、B两侧的出力。

床温控制修正函数图

5.4石灰石控制系统

主要根据煤量控制石灰石量，回路中加入SO2校正，保证SO2排放在允许范围内。

控制回路一般设计采用串级调节方式。

上级调节器为SO2调节器，下级调节器为石灰石量调节器，当SO2变化时，调节给石灰石旋转给料机的转速，使进入炉膛石灰石量相应变化。

在这个调节回路中，总给煤量作为前馈信号加入给石灰石量调节器。

锅炉入炉煤量变化时，SO2肯定也要相应变化。

如果仅根据SO2信号调石灰石量，则延迟比较大。

将给煤量作为前馈信号，使石灰石量先根据煤量变化，然后再根据SO2信号进行校正，可以减少调节延迟。

在该控制系统中，预先确定的钙／硫比通过乘法器作用于煤量而得到石灰石与煤的配比，在经SO2量校正补偿后，此信号作为石灰石调节器的给定信号。

二氧化硫量补偿回路也含有手动／自动转换站。

在手动时，运行人员可改变输出值以达到所需的指令。

在自动

时，根据实际二氧化硫量与整定值之差，调节器改变其输出。

该输出值经过一个功能发生器后送至调节预定石灰石指令的放大器，调整实际所需的石灰石量。

最后经石灰石调节器调整后去调节石灰石旋转给料机的转速。

炉膛压力控制原理图

石灰石控制原理图

5.5播煤风控制系统

保证播煤风压力以及风量从而保证进入锅炉的煤均匀的播撒在炉床上。

5.6回料器“J”阀风量控制系统

保证两个“J”阀的流化，使物料顺利返回炉膛，达到物料循环的作用。

5.7冷渣器控制系统

包括进料管风量控制，各室风量控制，保证锅炉的顺利排渣和炉膛内床料高度，并对炉渣进行冷却。

锅炉负荷，炉床床温与炉床床料的厚度有着密切的关系，一般来讲负荷增加时，风、煤、石灰石相应增加，床料厚度增加，床压增加；而负荷减小时，风、煤、石灰石相应减少，床料厚度减小，床压减小。

床压的变化直接影响到床温，从而影响到传热，进而影响脱硫效果。

正常运行时，床料压差越大，即床料越厚，床渣排放的速率越快。

床压设定值由主蒸汽流量经过函数变换所得，当选择运行人员设定时，运行人员可以将主蒸汽流量经过函数变换所得到的量加以增减，作为床压的设定值。

为了确保最佳脱硫效率，操作员须注意床温的变化，从而修整床压的设定值，经除渣PI调节器调整后，调节除渣机转速，进而调整床料的厚度。

床压控制原理图

5.8主汽温度控制系统（一、二级减温控制）

主汽温度控制器分为一级喷水粗调二级过热出口温度，二级喷水细调主汽温度。

减温调节设计为串级调节系统。

出口汽温作为主调信号与给定值比较，偏差信号经主调节器运算后经一加法器输出作为副调节器（喷水调节器）的给定值。

汽温调节是一个惯性比较大的环节，系统中增加送风量和回料阀的前馈信号，改善系统调节的动态特性。

汽温控制原理图

5.9再热汽温度控制系统

再热汽温的控制原理与主汽温控制原理相似，这里就不再叙述。

5.10给水控制系统

在机组启动时，由于给水流量和主蒸汽流量的偏差较大，系统为单冲量调节系统。

在负荷升至30%负荷时，给水流量和主蒸汽流量误差大小在许可的范围内，系统切为三冲量调节运行。

在该控制系统中汽包水位信号经汽包压力补偿运算后，一路与水位设定值比较，偏差信号进入启动水位PI调节器，直接作用于启动给水调节阀（低负荷时，单冲量系统）；另一路水位信号进入水位PI调节器，其输出经加法器后作为给水调节器（PID）的给定信号（正常负荷时，三冲量系统），蒸汽流量信号作为前馈信号经加法器后作用于给水调节器，使给水流量流随蒸汽量的变化成比例变化。

这样一方面可减少给水调节器动作的滞后，另一方面也能更好的抑制“虚假水位”的影响。