12000kW热电机组控制方案.docx

12000kW热电机组控制方案循环流化床锅炉CirculatingFluidizedBedBoiler以下简称CFB是一种高效率、低污染、清洁燃烧锅炉，其主要特点是通过炉内强烈的喘流运动，使燃料和脱硫剂经太多次循环，反复地进展低温分段燃烧和脱硫反响，进而到达约90%的脱硫效果，燃烧效率接近煤粉炉。CFB不但燃烧完全，Nox的排放量低，而且燃料适应性广，可以烧劣质煤、废料、垃圾等。CFB锅炉由布风装置、密相区、稀相区、炉内受热面、气固物料别离装置、返料装置、尾部受热面及床外热交换器等局部组成。CFB比起其它类型锅炉，其燃烧经过比拟复杂，不但需要控制的参数多，而且参数之间互相关联，使得操纵难度加大。假如操纵不当，非但不能发挥CFB的优点，反而会造成锅炉结焦、熄火和停产等不良后果。因此怎样采取先进的控制方案对CFB运行的重要参数如床温、一次风、二次风、给煤量和返料量协调控制，是CFB成功运行的关键。多年来，我们一起致力于CFB燃烧模型的研究，同时汲取了我们在沸腾炉和35t/hCFB控制的成功经历，设计了75T/hCFB自控系统方案，并在行业内得到成功应用。该装置由数据收集系统DAS，模拟量调节系统，顺序控制系统SCS，炉膛平安监控系统FSSS等组成。2、自控系统方案讲明2.1数据收集系统DASDAS系统连续收集机组的模拟量、开关量等信息，将运行参数、输入输出状态、操纵信息和异常情况等数据实时地提供应运行人员，指导他们平安可靠地操纵，同时还进展数据记录和储存，供事故分析。2.1.1信号处理由FB-2000NS现场控制站实现所有I/O信号的采样、滤波、工程单位换算、累积等。本系统可处理包括420mA含两线制变送配电器、05Vac、热电阻、热电偶等模拟信号和有源包括直流和沟通触点和无源触点信号。2.1.2显示ControlXHMI软件基于WindownNT/2000。该软件采用了最先进的软件设计技术，具有丰富的动画功能和图形库，采用ControlXHMI作图软件可画出直观的工艺流程图、棒图、控制回路图、趋势图等。用户可在画面中任意定义和绘制操纵按钮，画面中每个按钮都可定义相应的热键，可通过鼠标点击式键盘热键操纵，每个操纵按钮都可定义其操纵权限。可通过翻开新画面、弹出式嵌入新窗口来调显不同画面，可对画面进展缩放和改变各种风格。操纵员可通过各种风格的按钮、滑动杆、旋转指针等进展直观的参数修改操纵。ControlXHMI是基于OPC标准的客户端软件，画面中可显示任何支持OPC标准的设备的动态数据。2.1.3报警事件指示和治理ControlXHMI报警事件治理软件是基于OPC报警事件标准的客户端应用软件，可对任何来自OPC报警事件效劳器的报警、事件进展治理。FB-2000NS报警事件效劳器提供各种类型的报警和事件监视，提供多达1000个的报警优先级，可将系统分成任意区域构成，各监控操纵站可按报警事件类型、优先级、报警点或者区域等有选择进展挑选和响应。报警事件治理软件提供灵敏的检索、挑选和打印等功能。同时可按不同的报警点和/或者不同优先级设置不同声音文件，通过操纵计算机配置的多媒体音响进展语音报警。2.1.4历史数据存取、显示ControlXHMI历史效劳器也是OPC的客户端软件，可实现数据的周期收集记录，定时收集记录和事件触发记录等。2.2模拟量调节系统循环流化床锅炉控制局部的控制框图如图1。2.2.1几个主要的控制回路2.2.1.1锅炉主控锅炉主控的调节框图如图2。图中符号讲明如下:Pr:锅炉压力给定值;Gc:反应调节器的传递函数;Gf:扰动通道的传递函数;Gd:前馈补偿装置的传递函数;Go:控制通道的传递函数;x:锅炉主控的扰动函数;Y:复合调节系统的输出函数;由控制框图可知,循环流化床锅炉的主控采用前馈加反应的控制方式复合调节系统。在反应调节系统中参加对于主要扰动x的前馈调节,构成了前馈-反应调节系统,当扰动x发生后,前馈调节的作用是及时地补偿扰动对被调量的影响,而反应调节的作用那么是保证调节量的偏向在允许的约定范围内,这样,系统即使在大而频繁的扰动下,仍然可以获得优良的控制品质。2.2.1.2燃煤主控燃煤主控的调节框图如图3。图中符号讲明如下:BTU:BTU补偿器;Gc:反应调节器的传递函数;由控制框图可知燃煤主控是一个典型的反应调节回路,由于调节系统是按被调量与给定值的偏向进展调节的,因此,在调节对象受到扰动作用时,只有在被调量出现偏向后才开场调节,调节只为尽快地消除偏向。另外,在燃烧控制中,为了进步循环流花床锅炉燃烧效率,在燃烧控制策略中运用了双穿插燃烧控制和氧量修正调节相结合的控制方法。双穿插燃烧控制双穿插燃烧控制系统是根据主蒸汽负荷对锅炉的燃烧系统进展调节，以到达稳定蒸汽母管压力的目的。详细包括燃料调节和风量调节两个控制局部，这两局部分别由各自的调节器及上下选择器组成并以流量为基准信号。燃料调节控制：自风量主控系统的总风量需求与锅炉炉主控的燃料量指令经过低选与BTU补偿后燃料量通过PID运算去控制所有锅炉燃料设备。其中最主要的是两台给煤机，通过控制给煤机的传动速度来调节给煤量。而经过低选的燃料控制需求量与炉燃料指令的偏向假设其值小于1%，那么去限制氧量修正调节器，设置氧量修正调节器PID的偏向为0，使调节器维持原来的状态。假如大于1%，那么燃料控制系统的限制功能就不起作用。这个详细的限制值可以根据实际的工况和要求自己设定。氧量调节系统控制站的结果就进一步去调节风主控，控制总风量。其工作的根本原理如下：风量调节控制燃料主控系统的总燃料需求量与锅炉炉主控的风量指令经过高选，与经氧量修正调节系统解耦后的需求量，通过PID调节控制风量主控。而经高选后的值与炉主控指令的偏向假如小于0%，那么去限制氧量修正调节器，使其维持原状，不起作用。假设大于0%，氧量调节器就去控制二次风调节风门，间接的控制总风量。其工作的根本原理如下：炉主控的燃料指令、风量指令都是经过对主蒸汽压力与主蒸汽流量函数调节运算后得出的，然后直接与燃料主控、风主控相连，调节通道短。但是由于燃料主控控制的设备相对较多，反响的时间就相对较长。所以从风量控制系统、燃料控制系统工作原理可看出，当负荷增加时，首先进步风量主控的给定值。风量流量增加，然后燃料流量调节器的给定值才随着上升；当负荷下降时，燃料流量的设定值首先下降，流量减小，此后风主控流量的设定值随之下降。同时燃料、风量进一步控制的氧量修正系统反过来又控制风主控系统，层层相扣。正是通过锅炉主蒸汽压力与流量互相穿插作用燃料、流量控制局部的。穿插控制系统自动的投入也是如此，首先必须投入风主控自动，然后是燃料主控，最后才是炉主控。当发生故障，使得风主控撤出自动，炉主控、燃料主控随之撤出自动。双穿插控制的好处在于：即使负荷不稳定，燃料流量信号干扰大，燃烧仍能维护在无黑烟状态，同时进步了系统的负载响应。因此双穿插燃料控制系统无论在负荷上升或者下降时，能知足“负荷增加时，先增加风量，后增加燃料量；负荷减少时先减少燃料量，后减少空气量的工艺要求。双穿插燃烧控制系统是根据主蒸汽负荷对锅炉的燃烧系统进展调节，以到达稳定蒸汽母管压力的目的。它详细又分为双穿插燃料调节和双穿插风量调节两个控制局部。从双穿插燃料和风量调节框图我们可以看出采用双穿插控制的好处在于:即使负荷不稳定,燃料流量信号干扰大,燃烧仍能维护在无黑烟状态，同时进步了系统的负载响应。因此双穿插燃料控制系统无论在负荷上升或者下降时，能知足“负荷增加时，先增加风量，后增加燃料量；负荷减少时先减少燃料量，后减少空气量的工艺要求。而循环流化床锅炉控制策略中运用氧量修正调节是为了可以更平稳的控制燃烧系统,使控制更加准确,而且使锅炉的风燃比一直保持在一定的范围,保证了燃料燃烧的更彻底。氧量修正调节：燃烧控制系统中，增加的氧量修正调节系统为了可以更平稳的控制燃烧系统，使控制更加准确，而且使锅炉的风燃比一直保持在一定的范围，保证了燃料燃烧的更彻底。从引风机送往大气的烟气中，检测出氧量大小，O2量过大，讲明风量过剩，会导致能量不必要的损失，造成床温过低；氧量过小，会引起燃料不完全燃烧，严重的引起锅炉熄火。所以O2溶度的上下是衡量锅炉热效率的重要指标之一，而且通过对O2溶度的检测和控制是实现节能的主要手段。从锅炉的燃烧经过来看，空气进入炉膛与燃料一起燃烧后，经过炉膛、对流层、过热器和空气预热器后，再经烟道由烟囱排入大气。当空气流量出现扰动后，需经过较长的滞后时间才能反映在O2溶度分析仪上，其特征是：纯滞后时间长，调节通道长而干扰通道短。对于这种特征的控制对象，假设采用常规PID进展调节，易波动，达不到平稳控制的工艺要求。为此，采用直接插入型氧化鋯O2溶度分析仪和采用采样PI控制的方式及实行燃料、风量互相穿插限制氧量调节器。氧量控制采用采样PI控制方法可以克制纯滞后对系统调节品质的影响，采用PI控制法是指在每一个采样周期内，控制作用只在周期开场时的短时间内动作的一种控制方式，采样值PI的动作如图2。通常为了减小超调，希望采样周期ST取大一点，假如加于消费经过的主要干扰的最短周期小于采样周期ST时，那么不能有效地抑制扰动，因此采样PI控制的限制条件是采样周期ST须小于主要干扰最短周期，详细限制值依实际运行情况而定。锅炉维持在最正确燃烧状态，需一个公道的理论风燃比系数和最低的过剩空气率：1KG燃料燃烧的实际空气量=21过剩空气率=1KG燃料燃烧的理论空气量21-O2O2是指排烟中的O2含量由上式可看出过剩空气率与O2有明确的函数关系，所以那么由O2量调节器进展控制，通过对氧量调节器输出的修正，得到空气过剩率，然后补正空气流量调节器的给定值即实际风量=理论风量+过剩风量。有了这个实际风量值，就可以确定一个相对恒定的风燃比。为了锅炉的平安运行在开环控制逻辑中，增加了风燃比低低引起MFT主燃料跳闸的保护。而且还设定了风燃比低报警信号，允许运行人员有2分钟的时间处理，防止引起MFT。通过氧量修正，对整个燃烧控制系统实行微调。2.2.1.3风量主控风量控制调节框图如图6。风量主控也是一个典型的反应调节系统。在这个反应调节系统中利用锅炉主控的输出指令作为给定值,用整个锅炉的风量作为反应信号来进展调节,当锅炉负荷有增大时,锅炉主控输出也相应增大,因此,风量主控的偏向也增大,风量主控的输出也增大,导致锅炉的相关风门也开大,直到最后到达新的平衡点,反之仍然。2.2.2其它调节系统2.2.2.1给水和减温水调节系统给水调节系统采用常规的串级三冲量调节系统,减温水系统也是采用常规的串级调节系统。2.2.2.2石灰石调节系统石灰石调节系统的框图如图7所示。此调节系统的功能是为燃烧室提供足够的石灰石,以保持二氧化硫的排放量在允许的环境要求内,并提供床的物料。此调节系统也是一个典型的负反应调节系统,不同的只是给定值,它的给定值是用燃煤主控的输出乘以石灰石和煤的比率系数确定的。2.2.3床温调节系统2.2.3.1影响床温的主要因素及床温设定值CFB锅炉的最正确运行床温为850950。影响床温的主要因素是密相区燃料浓度和燃料的热值。由于燃料品质的不稳定性，在燃料量不变的情况下，也会引起床温变化。此外返料量的变化也直接影响床温。流化床锅炉在运行中随着床料的增加，在一次风风量不变的情况下，密相区浓度增加，床温因此会升高，所以方案中主要采用调节一次风风量和对燃料量进展校正来调节床温，同时根据负荷指令，在一定范围内修正床温给定值，使系统尽快到达平衡点。2.2.4引风量调节系统通过调节引风机挡板，使炉膛压力稳定在设定值上。引风量调节系统设有前馈，把一次风量和二次风量之和作为前馈信号加到PID调节的输出，以进步一、二次风量变化时，引风量调节系统的响应速度。2.3顺序控制系统SCS对锅炉的辅机及阀门等设备进展集中控制，实现辅机设备、阀门及其它辅助系统除渣、吹灰、燃烧器点火等的顺序启停，进而进步机组运行的可靠性，降低运行人员的劳动强度。根据现场运行情况，对锅炉、汽机、除氧器等设备及其它辅助设备设计程序启动、停顿和手动，以知足有关设备的起、停联锁逻辑。顺序控制局部的联锁的保护指令具有最高优先级，手动控制指令的优先级次之，自动控制指令的优先级最低。对同一设备的开关指令之间设计成互相闭锁，不允许同时发出。为防止运行人员的误操纵，重要的手操指令设有确认按钮。2.4炉膛平安监控系统FSSS执行点火程序，并对供风系统、引风系统、炉膛压力、汽包水位等进展监视，对出现的危险情况进展报警、执行相应的联锁程序，记录事故前后的相关数据。2.4.1点火启动点火启动步骤：a.确认所有阀门、风机风门、锅炉门孔、锁气装置处于关闭状态；b.燃油系统泄漏试验；c.执行炉膛和烟道吹扫程序吹扫风量为满负荷风量的25%，吹扫时间20分钟；d.煤仓上煤，给水管送水，翻开汽包和过热器排汽阀；e.将配好的底料填入流化床，底料静止高度300400mm；f.启动一次风机，投入联锁，并缓慢增大风量，使床层到达微流化状态；g.启动点火油泵，执行点火程序；h.待底料预热到400500时，缓慢增大风量，使床层到达稳定流化状态；i.当到600700时，可往炉内投入少量引燃煤，增大风量，使床层充分流化；j.当到800时，启动给煤/料机给料，当给料开场2分钟后确认膛氧浓度已下降，而床温度上升10以上，说明给料已着火。调整投料量和风量使床温稳定在设定值850950上；k.投入二次风机和返料机构，稳定工况；l.对蒸汽母管进展暖管，预备锅炉并列。2.4.2炉膛平安监控锅炉起停和正常运行时，一旦检测到危及系统平安的条件时，立即进展MFT动作，切断主燃料，切断高温旋风别离器下的返料，指出首次跳闸原因，并给出声光报警信号，进展有关的联锁和顺控动作，以保证锅炉的平安。当出现以下情况时，燃烧系统停顿。a.燃烧用供风故障；b.引风机故障或者烟气通道阻塞；c.炉膛压力过高或者过低；d.汽包水位低于下限；e.过热器出口温度高于上限；f.按下紧急按钮MFT。2.5其它控制系统2.5.1固体物料回送控制通过调节返料风量，将别离器别离出来的高温固体颗粒稳定地送回炉膛燃烧室内，自动调节平衡返料流量，以适应锅炉运行工况变化的要求。2.5.2排渣为了控制床内存料和保持适当的料层厚度，防止大渣沉积，保持良好的流化条件，防止结焦，控制排渣时机和流量是很关键的。当料层差压过高时一次风室压力过高，加大排渣，当料层差压过低时，减少排渣。2.5.3汽机联锁保护系统对汽机轴向位移，凝汽器真空，光滑油压，推力瓦块温度，一级抽汽压力等，以及汽机超速、发电机停机、用电负荷保护动作和保护电源消失等信号进展监视，并实现联锁保护快速动作。汽轮机紧急跳闸联锁保护：·汽机超速·光滑油压低·轴向位移大·推力瓦块温度高·凝汽器真空低·一级抽汽压力低·轴承油温高·发电机跳闸·主蒸汽温度低保护·手动紧急停车按钮2.5.4辅助设备的控制包括除氧器水位和压力调节回路、凝汽器水位调节回路、减温减压器温度、压力调节回路等。0