快速甩負荷功能功能在循環流化床機組的試驗

翟志芳 曹迎

摘要：隨著人們的生活質量在不斷提高，對于用電的需求在不斷加大，某電廠2×300MW循環流化床、直接空冷機組，實施了在高負荷狀態下的快速甩負荷至廠用電運行功能試驗，并取得了成功，機組帶廠用電“小島”運行28min。根據循環流化床蓄熱量大的特性，試驗過程中，鍋爐動作切斷主燃料、鍋爐跳閘等保護程序，汽機動作轉速超速保護、功率不平衡保護等功能，實現了機組快速甩負荷并成功抑制汽輪機轉速升高，各項參數在機組要求范圍之內，實現了機組快速甩負荷帶廠用電運行的功能。快速甩負荷試驗，提高了機組自動控制水平，增強了電廠應對突發事故的能力和機組持續發電的能力，為該類型機組實現快速甩負荷帶廠用電運行提供借鑒經驗。

關鍵詞：循環流化床;快速甩負荷;小島運行;自動控制

引言

循環流化床鍋爐在工作中是流態方式，其中燃燒溫度一般保持在820℃，特點在于工作效率很高，并且燃碳率極高，燃料適應性比較廣。尤其是鍋爐造價很低，是一種環保型的綠色鍋爐。但是因為循環硫化床鍋爐的輔機電力比較大，功率也比較大，致使了用電率一直上漲，浪費了很多資源，這樣就影響了企業的經濟效益。在這種情況下就需要對鍋爐機組啟動進行節能降耗，讓用電率和供電煤耗都可以降低，讓機組運行更加經濟和高效。因此，對循環流化床鍋爐機組啟動節能降耗做分析有一定現實意義。

1鍋爐靜態蓄熱特性

對循環流化床鍋爐燃煤粒徑及粒徑分布影響極大。大于1mm的較粗煤粒的揮發分析出和碳的燃燒受擴散控制，揮發分完全析出時間和碳粒完全燃盡時間與粒徑的平方成正比，1mm粒徑的煤粒從入爐到完全燃燼大約要15分鐘多次循環來完成。在運行過程中，經過破碎的煤被送入其燃燒室下部。由下部送入的新燃料并不提供保證鍋爐燃燒所需的所有能量，而鍋爐燃燒所需能量是流化床內所有即燃碳與新加入的新燃料燃燒的結果。流化床內即燃碳的積累是一個動態蓄積，它代表了循環流化床的本質，并主導著流化床的運行過程。合理利用鍋爐蓄熱對提高協調控制的負荷響應速率有重要作用，對于循環流化床鍋爐，根據能量平衡認為有如下關系：式中：△f為入爐煤輸入熱量，△H為工質焓的變化，△Hx為爐內床料蓄熱量的變化，△Hb為爐內即燃碳所含熱量變化，Qc為鍋爐輸出負荷。負荷變化過程中，若過多的利用工質蓄熱，則△H大幅度變化，這意味著蒸汽的壓力、溫度不穩定。汽壓變化使得管壁內飽和溫度變化，使管道承受熱應力增加，汽壓、汽溫的變化還會使汽機熱應力增加，從而降低汽輪機的使用壽命。另外應盡量減少使用床料中的蓄熱，因為過多的利用床料的蓄熱，則會引起床溫的大幅波動，從而影響運行的安全。如果有的平衡，也就是希望利用入爐煤量的變化，床料中所含即燃碳量的變化來滿足負荷變化的能量要求。也就是我們希望利用入爐煤熱釋放量的變化，爐內床料及爐膛蓄熱的變化，床料中所含即燃碳的變化來滿足負荷變化的能量要求。

2FCB功能試驗綜述

2.1試驗方式

此次FCB試驗，是建立在機組各系統原有功能之上，未對系統進行大規模改造，通過控制流化床鍋爐燃燒工況，來實現FCB功能。循環流化床鍋爐在正常運行中，床體積蓄大量燃料，熱慣性大，試驗中如僅采取鍋爐MFT，床料仍將正常燃燒，在機組現有設備的配置下，旁路系統或難以滿足需要，導致超溫、超壓，危及設備安全。因此，試驗方式設定鍋爐MFT，先切斷燃料，隨后鍋爐BT，依次停運爐側風機，使鍋爐逐漸進入“壓火”狀態;機側首先進行大功率甩負荷，OPC超速保護動作，機組快速減負荷至廠用電功率，并逐漸保持穩定。

2.2機爐協調方式下鍋爐指令的控制策略

在機爐協調方式下，在鍋爐主控回路中設計有“加速”回路，由負荷指令設定值與實際負荷的差值信號經一函數發生器而形成，是一非線性比例調節器，在負荷指令設定值與實際負荷的差值較大時，說明鍋爐跟不上汽輪機的變化，因此輸出一指令信號給鍋爐主控器，令其再額外地增加或減少一部分煤量，起“加速器”的作用。該信號作為基本的穩態功率前饋信號，主蒸汽壓力調節器作為細調部分。為了最大程度地減小循環流化床鍋爐協調控制系統控制對象大延遲、大慣性對功率變化的影響，在鍋爐主控制器回路中加入了提前加煤環節。當機組負荷進行調整時，給出觸發加減給煤量的脈沖觸發信號，經過一定時間后信號復位，這個信號被稱為“正踢”（類似加一個初始沖量），脈沖時間長度根據現場實際情況而定。由于循環流化床鍋爐的大慣性，機組負荷調整結束后進入爐膛內的燃料會持續產生作用，所以在燃煤量預算邏輯中又設計了一個“反踢”（類似“剎車”）功能，以防止鍋爐蒸汽壓力過調。為了進一步提高控制品質，在鍋爐主控調節器后引入了床溫、給煤量等鍋爐狀態反饋信號，以預測蒸汽壓力的變化趨勢、便于鍋爐實現正確的輸出，有效彌補PID控制器的不足并克服鍋爐蒸汽壓力過沖或振蕩現象造成的慣性，起到保持鍋爐蒸汽壓力穩定的關鍵作用。鍋爐主控用于給定整個機組的總燃料量定值，鍋爐指令同時作用到燃料主控、一次風及二次風控制回路。在鍋爐主控未投自動時，其輸出指令跟蹤機組的當前燃料量（總燃料量+熱量校正）。

2.3鍋爐運行調整

在鍋爐工作過程中也要做好節能降耗，其中主要是對風量做控制調節。經過對料層厚度的管控，可以提升鍋爐蓄熱量，并且也讓床溫波動不大，煤粒與未能夠充分燃燒的灰能夠迅速被燃燒，而這些都對可以促使鍋爐穩定工作，并且提升燃燒效率。同時也避免床料厚度過低，導致燃燒波動大，且爐膛溫度容易升高。依據長期調查發現，把床壓管控在5到6kpa，總一次風量維系在25kNm3/h，一次風主流化風門開度為40到50%，可以減少能源損失。床料流化情況較差時，能夠將一次風量提高到27kNm3/h。還有則是床溫控制，經過調整煤種與外置床錐形閥開度，以此來維持鍋爐床的溫度，持續保持在820℃左右，從而保障鍋爐在高燃燒效率下運行。旋風分離器入口煙溫要保持在900℃以下，煙溫太高會損壞耐火材料或金屬部分。分離器的出口煙溫度有問題的時候，回料錐閥開度和左右兩邊的溫水量會存在偏差，需要經過調節兩邊給煤線偏差，讓爐膛左右部分熱量保持一致。此外，還需要盡可能地少用過熱器減溫水，進而提高機組效率。鍋爐定期排污完成后，需關嚴手動門，防止閥門沖刷。

結語

某電廠300MW機組快速甩負荷帶下用電運行試驗的成功，證實了該機組已具備高負荷條件下FCB功能。機組FCB的控制功能相較于100%甩負荷試驗要求更為苛刻，使機組的控制功能得到了進一步提高。現階段受電網負荷限制，山西、內蒙古部分電廠單機長期運行，FCB功能的實現，使機組在因電網故障或自身問題出現甩負荷的情況下，避免全廠失電事故，待問題消除后，快速恢復負荷，具有較強優勢。機組未能實現滿負荷情況下的FCB試驗及獲得相關試驗數據。循環流化床機組高負荷下FCB試驗的完成，可向同類型機組試驗提供經驗及借鑒作用。

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