CFB锅炉机组集控运行技术浅析

2022-09-11

前言

在CFB机组应用初期, CFB锅炉容量小, 需要监视和控制的参数少, 人们通常采用常规仪表监视和控制机组的运行, 基本能满足CFB机组运行要求。随着CFB锅炉容量的增大, 控制参数的增多, 采用常规仪表监视和控制机组的运行已经远远不能满足实际要求。随着现代网络及控制技术的发展, 集散控制系统已在大型循环流化床锅炉机组上的到了普遍的采用, DCS系统其功能已扩展到机、炉、电全厂控制以及外围辅助系统, DCS作为大型循环流化床机组的主要自动化控制设备, 越来越显现出它的重要性。

1. 火电厂集中控制的优点

火电厂汽轮机、发电机、锅炉及其辅机采用集中控制方式。集控室主要监控设备包括:LED显示屏显示全厂主要生产信息, 操作员站监控机、电、炉及辅助系统, 大屏幕液晶显示器显示机、电、炉控制系统信息画面和全厂视频监视画面, 值长台监控全厂生产信息、管理厂内生产业务流程。运行人员设置值长、主值、副值、巡检值班员等岗位, 实行“五值四运转”或“四值三运转”进行倒班。火电厂采用集中控制具有以下几个优点:

(1) 人机联系好, 便于集中操作、监视和管理复杂的火电厂生产过程。

(2) 控制系统组成或功能扩展灵活、方便。

(3) 控制系统中具有丰富完善的功能模块, 可实现复杂的控制功能。

(4) 提高劳动效率, 降低火电厂生产成本。

2. CFB锅炉机组控制方式的特点

CFB锅炉机组和常规煤粉炉机组相比较而言, 汽水系统部分的控制是一致的。两者之间由于在燃烧方式上的不同, 即循环流化床锅炉的燃烧方式为沸腾燃烧, 煤粉炉的燃烧方式为一般为室燃, 决定了CFB锅炉机组和常规煤粉炉机组控制方式上最大的区别在于锅炉燃烧控制上的不同, 循环流化床锅炉注重对床温、床压、循环物料量、分离器温度、风煤比等参数的调节、控制, 可归纳为以下几点:

(1) 通过调节流经布风板的一次风量和直接进入炉膛的二次风量、外置床锥阀开度来调节床温。

(2) 通过控制除渣系统的排渣量来调整床压在恒定值。

(3) 调节入炉石灰石量来控制二氧化硫排放量, 保证排放物达到国家环保部门规定的排放值。

(4) 采用流化风量过低、床温过低、分离器温度过高等信号来触发MFT, 而不是采用炉膛火焰丧失信号来触发MFT保护动作。

(5) 启动燃烧器的处理调节范围大, 确保炉内耐火耐磨浇注料的温度变化速率控制在规定范围。

3. CFB锅炉机组主要参数的控制

3.1 床温的控制

CFB床温一般控制在850-900℃范围之内, 这基于焦炭的着火温度为800℃, 石灰石脱硫和脱硝的最佳温度为850℃左右, 同时考虑到燃煤的变形、软化温度。床温过高超过燃煤的变形温度容易结焦;床温过低影响燃烧效果甚至导致熄火。影响床温的因素有给煤量的大小和均匀性, 一、二次风的配比、床压的高低、风煤配比、外置床换热器物料量的大小、入炉煤粒径、煤质等。床温的测量考虑到炉膛密相区磨损比较严重, 热电偶元件必须套在金属套管内, 使用时其套头伸出耐火层50mm左右, 因此造成了测量的显示温度比实际值低150-200℃左右, 在床温值设定时应给予考虑。

床温自动控制以机组负荷、一次风、二次风、煤量为前馈, 实际设定值为应为700℃左右。

3.2 床压的控制

床压是循环流化床锅炉表征料层厚度的一个主要参数, 床压过高一次风机的耗电率较大, 厂用电率高部经济, 同时加剧对炉内受热面管、耐火浇注料的的磨损, 水冷壁管的爆管几率相应增加, 严重影响机组的安全运行。影响床压的因素有入炉煤煤质、灰分高低、床温、负荷高低、一次风量的大小、入炉煤粒径大小、排渣量的的大小等。控制燃烧室内床料的总量, 燃烧室内床料的总量直接正比于床压, 无论是床压还是床料存量都对床温和传热率有直接的影响。机组长期在额定负荷工况运行时床压为恒定值。针对调峰机组而言, 床压的总体控制原则为“低负荷时保持相对较高床压, 低负荷时保持相对较低床压”以满足机组变工况锅炉燃烧需求。

床压的控制策略是通过控制排渣锥阀的开度保证锅炉床压在某一恒定值, 从而保证锅炉无聊的平衡。

3.3 风量的控制

循环流化床锅炉的用风总体上分为一次风和二次风。一次风的作用是保证炉膛内物料的正常流化和提供部分燃料燃烧的氧量, 二次风的作用是提供燃料完全燃烧所需要的氧量。二次风通常又分为上下二次风、或者内外二次风, 通过分级配风, 可以降低氮氧化物的排放浓度。一次风量的大小以满足床料的充分流化为前提, 二次风量的大小以满足燃料的充分燃烧、保证有足够的的穿透性。风量太大, 锅炉排烟热损失和风机耗电率增加。风量过小燃料燃烧不充分未完全燃烧损失增加锅炉效率降低。最佳氧量是排烟热损失q2与机械未完全燃烧损失q4之和为最小。

风量的总体控制策略:一次风压跟踪水冷风室的压力, 一次出口母管的压力与水冷风室的压力压差维持3-5k Pa, 通过调整一次风机入口挡板开度 (变频器频率) 来调整;一次风量跟踪煤量指令, 以不小于最低流化风量为底线, 最终根据炉膛密相区各部床温是否均匀为来判断床面的流化情况, 通过调整主一次风门开度大小来进行调整;二次风量的大小跟踪氧量指令, 通过调整二次风机入口挡板开度 (变频器频率) 来调整, 二次风压的大小通过调整上下 (内外) 二次风调节门来进行调节, 一般保证大于8k Pa。

3.4 煤量的控制

煤量大小根据煤质、机组负荷、床温、风量等变化情况进行控制。煤量跟踪给煤机、风量、热负荷指令, 通过调整称重给煤机转速来进行调整。

4. CFB锅炉机组自动控制存在的问题

(1) 床温的自动控制方面, 由于循环流化床锅炉影响床温的因素较多, 仅仅是通过改变一、二次风的配比, 或者调整外置床的物料量来调整床温困难较大, 往往会导致其他主要参数的波动, 反而会造成锅炉整体燃烧的不稳定。

(2) 床压的控制方面, 无论采用风水联合冷渣器、还是选用滚筒式冷渣器, 受到炉内物料特性、煤质、一次风量大小、机组调峰等因素的影响, 冷渣器无法做到少量和连续排渣, 通常只能采取人工进行排渣来控制床压。

(3) 一次风量的自动采用仅跟踪煤量指令变化来进行控制, 即煤量越大一次风量越大, 没有考虑床压、床温以及炉膛热负荷均匀性的影响因素。

(4) 国内目前大多数火电厂实际燃用的煤质跟当初设计煤种, 从火电企业降低经营成本的角度考虑, 掺配掺烧低劣质高灰分的煤种已成为一种新常态, 给循环流化床锅炉床温、床压自动控制的正常投入控带来了更大的挑战。

5. 结束语

集中控制技术在大型循环流化床锅炉机组生产运行中的应用, 提高了火电机组的安全经济运行水平, 提高了劳动效率。同时如何进一步提高其安全可靠性, 改善自动控制效果, 需要进一步的探索。

摘要：电力行业是支撑国民经济和社会发展的基础性产业和公用事业, 作为一种先进的生产力和基础产业, 电力行业对促进国民经济的发展和社会进步起到重要作用。循环床锅炉 (CFB) 具有燃烧效率高、燃燃料适应性广、燃烧污染排放量低、负荷调节范围大等优点, 在国内得到了广泛的应用和发展。本文结合实际工作经验, 探讨循环流化床锅炉机组集控运行技术, 提高机组安全、经济和环保运行水平。

关键词：CFB机组,集控运行,技术浅析