300MW循環(huán)液化床空冷機(jī)組的RB控制策略及優(yōu)化試驗(yàn)

引言
      300MW循環(huán)流化床機(jī)組在自動(dòng)控制上存在熱慣性大和遲滯大等難題，輔機(jī)故障減負(fù)荷（RB）功能試驗(yàn)是對機(jī)組控制特性的重大考驗(yàn)。通過對華能北方聯(lián)合電力蒙西電廠首臺300MW循環(huán)流化床空冷機(jī)組的試驗(yàn)，對原設(shè)計(jì)的控制方案進(jìn)行了優(yōu)化，取得了比較好的RB 試驗(yàn)結(jié)果。
      華能北方聯(lián)合電力蒙西發(fā)電廠循環(huán)流化床機(jī)組是首臺300MW循環(huán)流化床空冷機(jī)組。鍋爐是由上海鍋爐廠有限公司設(shè)計(jì)制造的SG-1057/17-M型、單鍋筒自然循環(huán)、集中下降管、平衡通風(fēng)、絕熱式旋風(fēng)氣固分離器、循環(huán)流化床燃燒方式（褲權(quán)型結(jié)構(gòu)帶4合外置流化床）、滾筒式冷渣器的循環(huán)流化床鍋爐，過熱器采用3級噴水減溫，再熱器采用外置床調(diào)節(jié)蒸汽溫度為主、事故噴水裝置調(diào)節(jié)蒸汽溫度為輔，供煤采用4條給煤線（2條運(yùn)行滿足100％負(fù)荷），給水采用3合電動(dòng)給水泵（2臺運(yùn)行1臺備用）。汽輪機(jī)是由上海汽輪機(jī)有限公司設(shè)計(jì)制造的N300-16.7/538/538型一次再熱、單軸、三缸（高中壓合缸）四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)。熱工控制系統(tǒng)采用美國Honeywell公司生產(chǎn)的 TPS分散控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整臺機(jī)組的一體化控制。
一、流化床機(jī)組的RB控制策略
       循環(huán)流化床機(jī)組的RB控制功能與常規(guī)煤粉爐基本相同，都是在輔機(jī)故障的情況下快速降負(fù)荷至機(jī)組允許的最大出力，但由于流化床燃燒工藝上的特點(diǎn)，在 RB 控制策略上的主要區(qū)別在于常規(guī)煤粉爐的RB控制由模擬量控制系統(tǒng)（MCS）和爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）共同實(shí)現(xiàn)，而流化床機(jī)組的RB控制僅由MCS來完成，F(xiàn)SSS的給煤線主要是控制RB狀態(tài)下對應(yīng)的煤量，保證鍋爐在低負(fù)荷期間燃燒穩(wěn)定，RB發(fā)生后不存在快速切除燃料量及穩(wěn)燃投油的控制邏輯。此外，在RB試驗(yàn)內(nèi)容上，床溫超溫、分離器超溫、缺氧燃燒的RB觸發(fā)邏輯為流化床機(jī)組所特有，RB動(dòng)作過程的一些參數(shù)控制也有很大差別。流化床機(jī)組在MCS邏輯中一般包含幾個(gè)特有的RB控制回路：RB信號生成邏輯，用于判斷機(jī)組當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)；RB目標(biāo)負(fù)荷計(jì)算，形成不同RB狀態(tài)下的目標(biāo)負(fù)荷設(shè)定值；協(xié)調(diào)控制方式切換，在RB發(fā)生時(shí)，機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)切至汽輪機(jī)跟隨（TF) 方式；主汽壓力控制方式切換，某些RB工況發(fā)生時(shí)切至滑壓運(yùn)行；還有二次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、床溫、床壓、汽包水位控制等回路在RB發(fā)生后控制偏差大切手動(dòng)信號屏蔽邏輯等。300MW循環(huán)流化床機(jī)組設(shè)置的主要RB功能如下。
1.1 床溫超溫、分離器超溫、缺氧燃燒觸發(fā)RB邏輯(RBI)
       以下邏輯相“或”觸發(fā) RBI 邏輯：(1)鍋爐總?cè)剂狭看笥?O%，左、右側(cè)旋風(fēng)分離器出口溫度大于1030℃(每側(cè)4取2后相“或”);(2)左、右側(cè)分叉腿上部溫度大于980 ℃(每側(cè)3取2后相“或”);(3)煙氣含氧量平均值低低(延時(shí)15S)。
1.2 引風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)跳閘觸發(fā)RB邏輯(RBZ)
       引風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)跳閘觸發(fā)(RB2)邏輯見圖1，其他的RB觸發(fā)邏輯與圖1類似。
         
    (1) 鍋爐總?cè)剂狭看笥?O%,2合二次風(fēng)機(jī)運(yùn)行中1合跳閘，發(fā)5S脈沖RB2信號；
    (2) 鍋爐總?cè)剂狭看笥?O%,2臺一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行中1臺跳閘，發(fā)5S脈沖RB2信號；
    (3) 鍋爐總?cè)剂狭看笥?0%,2臺引風(fēng)機(jī)運(yùn)行中1臺跳閘，發(fā)5S脈沖RB2信號。
    引風(fēng)機(jī)RB過程中，同側(cè)的二次風(fēng)機(jī)聯(lián)跳，運(yùn)行的引風(fēng)機(jī)及二次風(fēng)機(jī)同時(shí)快開至最大出力，在滿足鍋爐風(fēng)量的前提下，維持爐膛壓力的平衡。
    二次風(fēng)機(jī)RB狀態(tài)下，控制邏輯中二次風(fēng)機(jī)出力的平均值作為引風(fēng)機(jī)靜葉開度的前饋，合適的前饋量能很好地超馳控制2臺運(yùn)行引風(fēng)機(jī)靜葉同時(shí)關(guān)小一定開度，維持爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定。
    一次風(fēng)機(jī)RB狀態(tài)下，運(yùn)行的單臺一次風(fēng)機(jī)超馳快開至最大出力，保證一次風(fēng)量不小于最低流化風(fēng)量。但有的流化床鍋爐控制策略中將一次風(fēng)機(jī)RB功能取消，直接觸發(fā) M 盯。
1.3 給水泵跳閘觸發(fā)RB邏輯(RB3)
    鍋爐總?cè)剂狭看笥?0%,2臺電動(dòng)給水泵（以下簡稱電泵）運(yùn)行，1臺電泵跳閘，備用電泵5S內(nèi)聯(lián)鎖不成功，發(fā)3S脈沖RB3信號。
    在給水泵RB試驗(yàn)過程中，雖然單臺電泵能夠滿足60％負(fù)荷下給水流量的要求，但由于流化床鍋爐的熱慣性較大，RB發(fā)生煤量下降后的鍋爐蒸發(fā)量仍較大，應(yīng)將燃料量的目標(biāo)值設(shè)定得更低一些或采用先較低再逐漸增加至50％。
1.4 給煤線跳閘觸發(fā)RB邏輯(RB4)
    鍋爐總?cè)剂狭看笥?0%, 3條給煤線運(yùn)行中任意1條給煤線跳閘，發(fā)5S脈沖RB4信號。
    根據(jù)機(jī)組滿負(fù)荷情況下給煤線投入的情況（2條給煤線可帶100％負(fù)荷），因此在上述工況下，只需通過調(diào)節(jié)給煤量便能滿足機(jī)組運(yùn)行的要求，將 RB4 的觸發(fā)邏輯取消。
二、RB 控制策略的相關(guān)要求
    (l) 在所有RB工況中，RB1、RB2發(fā)生時(shí)，鍋爐主控指令降至50%; RB3發(fā)生時(shí)，鍋爐主控指令降至60%; RB4發(fā)生時(shí)，鍋爐主控指令降至70％。
    (2) RB動(dòng)作時(shí)，考慮流化床的熱慣性較大，實(shí)際主汽壓力下降較慢，機(jī)組維持定壓運(yùn)行，但在給水泵RB3發(fā)生時(shí)，為提高給水流量投入滑壓運(yùn)行。
    (3) RB過程的復(fù)位：在RB發(fā)生一段時(shí)間(300s)或機(jī)組已處于穩(wěn)定狀態(tài)(達(dá)到RB目標(biāo)負(fù)荷值或負(fù)荷的變化率小于3MW/min)，由運(yùn)行人員手動(dòng)復(fù)位或邏輯自動(dòng)復(fù)位；在危及機(jī)組安全運(yùn)行的工況出現(xiàn)時(shí)，可手動(dòng)復(fù)位結(jié)束 RB 過程。
    (4) RB功能投入允許條件：常規(guī)煤粉爐由于協(xié)調(diào)控制的投入率較高，通常在協(xié)調(diào)方式或汽輪機(jī)跟隨方式下燃料控制投入自動(dòng)，允許投入RB功能。而循環(huán)流化床機(jī)組運(yùn)行中存在調(diào)節(jié)的滯后性，通常的協(xié)調(diào)控制性能有可能達(dá)不到要求，因此，在機(jī)爐手動(dòng)方式下，只要將“RB投”，按鈕按下，當(dāng)輔機(jī)故障RB觸發(fā)時(shí)自動(dòng)將汽輪機(jī)主控投入自動(dòng)，協(xié)調(diào)方式由手動(dòng)切至汽輪機(jī)跟隨方式，同時(shí)將所有運(yùn)行的給煤機(jī)投人自動(dòng)，能夠自動(dòng)完成整個(gè)RB過程。
三、RB控制策略的要點(diǎn)
3.1 偏差大切手動(dòng)邏輯屏蔽
    在正常調(diào)節(jié)狀態(tài)下，當(dāng)各主要子系統(tǒng)的設(shè)定值與反饋偏差大及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的指令與反饋偏差大時(shí)，調(diào)節(jié)器切手動(dòng)。而在RB工況下對上述邏輯閉鎖，使惡劣工況下的各主要控制系統(tǒng)仍處于自動(dòng)狀態(tài)，直到整個(gè)RB過程自動(dòng)結(jié)束。
3.2 給水泵RB狀態(tài)下的超馳快開
    正常狀態(tài)下，2臺電泵運(yùn)行，第3臺電泵處于備用狀態(tài)，如果2臺運(yùn)行電泵中1臺跳閘，備用泵聯(lián)鎖不成功，運(yùn)行的單臺電泵的勺管應(yīng)當(dāng)超馳快開，將出力增加至最大，盡最大可能維持汽包水位在正常范圍，防止MFT的發(fā)生。在有的RB控制策略中可判斷備用泵的狀態(tài)，如果備用給水泵聯(lián)鎖未投人或有保護(hù)條件無法聯(lián)啟，則不用等待5s判斷備用泵是否聯(lián)啟成功，直接在給水泵跳閘時(shí)將運(yùn)行給水泵的勺管超馳快開，水位下降通常為100mm左右。
3.3 防止風(fēng)機(jī)過電流的上限閉鎖控制
    當(dāng)引風(fēng)機(jī)或二次風(fēng)機(jī)跳閘時(shí)，控制邏輯上將跳閘風(fēng)機(jī)的控制指令疊加至運(yùn)行的風(fēng)機(jī)，此時(shí)指令已經(jīng)達(dá)到最大，動(dòng)葉、靜葉以最大速度正向開，因?yàn)橹噶钜演敵?，所以對風(fēng)機(jī)的過電流閉鎖增控制通常不再起作用，此時(shí)必須在控制上設(shè)置好最大允許電流與調(diào)節(jié)擋板開度的對應(yīng)關(guān)系或設(shè)置好指令輸出的變化率（使風(fēng)機(jī)的過電流閉鎖增控制起作用），確保運(yùn)行風(fēng)機(jī)的安全。
3.4 燃料量控制
    常規(guī)煤粉爐在RB發(fā)生后按磨煤機(jī)的運(yùn)行方式直接切除部分運(yùn)行的磨煤機(jī)。循環(huán)流化床機(jī)組存在很大的熱慣性，RB發(fā)生后燃料量通過調(diào)節(jié)快速下降，而不是直接切除給煤線。在不同煤質(zhì)下，RB目標(biāo)值對應(yīng)的設(shè)計(jì)煤種下的百分比燃料量是變化的，因此在 RB發(fā)生時(shí)，判斷1Mw負(fù)荷對應(yīng)的燃料量并將其換算為RB目標(biāo)負(fù)荷對應(yīng)的燃料量，確保 RB 目標(biāo)值的準(zhǔn)確。
3.5 RB與汽輪機(jī)的相互協(xié)調(diào)
    (l) RB發(fā)生后汽輪機(jī)主控維持機(jī)前壓力，CCS方式切換至TF方式運(yùn)行，這時(shí)應(yīng)考慮切換時(shí)的實(shí)際主汽壓力，如果RB發(fā)生時(shí)的實(shí)際主汽壓力高于設(shè)定值，TF方式下汽輪機(jī)調(diào)門將先開啟，由于流化床機(jī)組燃燒熱慣性較大使RB過程時(shí)間加長，必須在邏輯上閉鎖RB發(fā)生時(shí)調(diào)門的反向開，以當(dāng)前開度作為汽輪機(jī)指令的上限。
    (2) 對采用數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)中含有RB功能的，還應(yīng)檢查ccs至DEH的聯(lián)系信號，確定脈沖寬度與調(diào)門開度的對應(yīng)關(guān)系；通常在DEH控制邏輯中都設(shè)有RB功能，如不采用，應(yīng)將ccs至DEH的RB信號切除。
四、RB試驗(yàn)過程中需關(guān)注的問題
    蒙西300MW CFB空冷機(jī)組RB試驗(yàn)結(jié)果如圖2－5所示。
           
           
           
           
    通過分析圖2－5曲線，可看到RB動(dòng)作過程需要關(guān)注的問題：
    (l) 由于流化床機(jī)組物料的循環(huán)過程對床溫、過熱和再熱蒸汽溫度影響很大，RB 動(dòng)作后，快速降低燃料量的同時(shí)。應(yīng)迅速改變總風(fēng)量，保證一定的風(fēng)煤比。
    (2) RB動(dòng)作后，應(yīng)密切注意床溫的變化(大幅下降）；外置床灰量變化是一個(gè)滯后的過程，主汽、再熱汽溫度因蒸汽流量的減小會(huì)有15~25℃的快速上升，減溫調(diào)節(jié)要快速動(dòng)作，再熱器事故噴水應(yīng)及時(shí)投入防止超溫。
    (3) 給水泵RB動(dòng)作后，為適應(yīng)流化床鍋爐的熱
噴性，目標(biāo)煤量應(yīng)設(shè)置得更低一些，以滿足單臺給水泵運(yùn)行狀態(tài)下的汽、水平衡。
    (4) RB 過程中要重點(diǎn)注意總風(fēng)量，特別是一次風(fēng)量在RB過程中的控制，其動(dòng)作應(yīng)快速、準(zhǔn)確，有利于迅速減負(fù)荷，維持床溫的穩(wěn)定及兩側(cè)床壓的平衡。
    (5) 常規(guī)濕冷機(jī)組的循環(huán)水泵出力為固定值，因此冷卻水量始終處于額定狀態(tài)，負(fù)荷變化時(shí)凝汽器真空基本保持恒定；空冷機(jī)組的冷卻風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速處于維持某一負(fù)荷的固定值，因此，負(fù)荷變化時(shí)，空冷機(jī)組的背壓將出現(xiàn)一定幅度的波動(dòng)，影響機(jī)組負(fù)荷的變化過程。具體表現(xiàn)在開始升負(fù)荷時(shí)空冷凝汽器背壓升高，開始降負(fù)荷時(shí)空冷凝汽器背壓下降，這與實(shí)際負(fù)荷的變化過程正好相反。因此，RB狀態(tài)下隨動(dòng)改變空冷凝汽器背壓的設(shè)定，能在一定程度上克服流化床大慣性導(dǎo)致的負(fù)荷變化緩慢。
五、結(jié)語
    通過首臺300MW循環(huán)流化床空冷機(jī)組的RB控制策略優(yōu)化及RB試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)狀態(tài)下對RB功能的考核，提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，同時(shí)為今后300MW循環(huán)流化床機(jī)組的RB功能設(shè)計(jì)提供了借鑒。