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楊軍統(tǒng)（1968—）
男，安徽靈璧人，高級工程師，（安徽電力科學(xué)研究院，安徽 合肥 230022）主要從事燃煤機組的自動控制研究。
摘要：本文論述了采用北京國電智深公司生產(chǎn)的EDPF系統(tǒng)的CCS構(gòu)成、存在的主要問題及分析，并通過對135MW流化床機組CCS局部修改、優(yōu)化完善及參數(shù)調(diào)整，使協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及其子系統(tǒng)能長期可靠地投入自動，保證本機組安全穩(wěn)定運行，并能經(jīng)受大幅度負荷變動的考驗（負荷變動范圍60～100%BMCR，負荷變化率 2%/min），包括給煤機投切擾動的考驗，滿足電網(wǎng)自動發(fā)電控制（AGC）的要求。
關(guān)鍵詞：CCS；控制系統(tǒng)；流化床；AGC
Abstract: This paper discusses the CCS structure, main existing problems and analysis of EDPF system manufactured by Beijing State Grid Zhishen Company. Coordinated control system and its subsystems can remain long-term automatic, ensure the unit safe and stable operation, stand the test of substantial load changes (load change range: 60～100%BMCR; load change rate: ≥2%/min) including the test of coal feeder switching disturbance and meet AGC requirements by means of partial CCS modification of fluid bed unit 135MW, optimization and parameter adjustment.
Key words: CCS; control system; fluid bed; AGC
1 流化床AGC控制的現(xiàn)狀
從目前信息檢索結(jié)果來看，全國流化床機組投入?yún)f(xié)調(diào)控制的已有少量，但尚未有投入AGC的報道，且仍未有協(xié)調(diào)控制的負荷變化率達到AGC運行指標要求的135MW流化床機組，即變負荷率達到1.5%Pe/min（2.0MW/min）以上。
華電六安發(fā)電有限公司一期建設(shè)兩臺135MW流化床燃煤發(fā)電機組，為安徽省首臺流化床機組，分散控制系統(tǒng)（DCS）采用北京國電智深公司研制的EDPF系統(tǒng)，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)原設(shè)計也采用直接能量平衡控制策略。#1機組調(diào)試過程中對原設(shè)計的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制參數(shù)進行了細致調(diào)整，但始終未能使該系統(tǒng)投入穩(wěn)定運行，進一步驗證了直接能量平衡不適用于循環(huán)流化床鍋爐的控制。
2 協(xié)調(diào)控制技術(shù)難點
循環(huán)流化床鍋爐(CFB)具有燃燒效率高、污染低、燃料適應(yīng)性廣等特點而得到廣泛的應(yīng)用，但循環(huán)流化床鍋爐燃燒，即主汽壓力的控制問題已成為其推廣應(yīng)用的主要障礙。由于循環(huán)流化床鍋爐是一個非線性、時變、多變量耦合的控制對象，使得正常運行時對于煤粉鍋爐行之有效的常規(guī)控制方法已難以滿足循環(huán)流化床鍋爐的各項控制，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
（1）鍋爐側(cè)的遲延和慣性較大，適應(yīng)負荷變化的能力差，主要表現(xiàn)在壓力的滯后。而且機爐在適應(yīng)電網(wǎng)負荷上存在很大差異，鍋爐的慣性和遲延大，汽機的慣性和遲延較小，即“爐慢機快”。
（2）根據(jù)我國電網(wǎng)的技術(shù)要求，負荷穩(wěn)態(tài)控制精度±0.5%Pe,動態(tài)控制精度±1.5%之內(nèi)。國外推薦采用TFCCS的控制方式即汽機調(diào)壓、鍋爐調(diào)功。顯然這種控制方式與上述我國對上網(wǎng)機組的控制要求不對應(yīng)，是不可取的。為了滿足電網(wǎng)對上網(wǎng)機組的要求，機組正常運行時只能采用BFCCS方式，該方式下，鍋爐主控調(diào)節(jié)機前壓力，汽機主控調(diào)節(jié)機組負荷,鍋爐控制的主汽壓力和汽機控制的負荷精度均要符合要求,二者缺一不可。
（3）AGC聯(lián)調(diào)時機組升降負荷速率應(yīng)達到2.0%Pe/min（即2.7MW/min）以上，負荷最大動態(tài)偏差應(yīng)控制在±1.5%Pe以內(nèi)，穩(wěn)態(tài)負荷控制精度在±0.5%Pe以內(nèi)，主汽壓力穩(wěn)態(tài)控制在±0.25MPa以內(nèi),動態(tài)偏差控制在±0.5MPa以內(nèi)。
（4）流化床床溫的最佳控制溫度為850～900℃，無論在穩(wěn)態(tài)還是在動態(tài)其床溫要保持相對穩(wěn)定。
3 協(xié)調(diào)控制方案的實施
機爐在適應(yīng)電網(wǎng)負荷上存在很大差異，鍋爐的慣性和遲延大，汽機的慣性和遲延較小，即“爐慢機快”。
從設(shè)計的控制方案來分析：按照上述的協(xié)調(diào)控制方案，鍋爐側(cè)的壓力控制器，根據(jù)不同負荷給定的主汽壓力設(shè)定值計算出的能量信號與熱量信號的偏差經(jīng)壓力調(diào)節(jié)器形成鍋爐指令，給煤機根據(jù)指令不停地調(diào)整給煤量，而主汽壓力的變化則在十分鐘之后才能有明顯的變化，因此使用直接能量平衡的控制方案，鍋爐超壓就在所難免。
通過對流化床鍋爐的特性試驗發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)循環(huán)流化床鍋爐主汽壓力控制是可以做到的，而且控制效果相當(dāng)理想。針對“爐快機慢”的特點，為了使兩個控制過程相匹配，采取以下控制策略。
3.1 改直接能量平衡為間接能量平衡
間接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)方式采用負荷指令間接平衡，負荷指令經(jīng)幅值限制、速率限制等處理后同時作用于汽機主控、鍋爐主控和壓力定值形成回路，使負荷要求變化時，機、爐協(xié)調(diào)動作并在機主控、爐主控和壓力定值形成的負荷指令回路中增加微分環(huán)節(jié)和多級慣性環(huán)節(jié)，使微分時間和慣性時間為鍋爐的慣性時間（包括熱量產(chǎn)生時間和蓄熱時間），保證機、爐動作從時間上匹配。采用上述方法將機、爐有機地結(jié)合在一起，克服了汽機響應(yīng)速度快、鍋爐慣性時間長的矛盾，保證了機組運行的穩(wěn)定性。
基于上述的間接能量平衡的原理確定了本機組的協(xié)調(diào)控制方案如下所述。
3.1.1鍋爐主控的控制方案
圖1 鍋爐主控原理圖
以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制，其鍋爐控制指令由負荷指令前饋對應(yīng)的煤量、負荷指令微分、壓力給定的微分、負荷目標值的微分及壓力調(diào)節(jié)器輸出構(gòu)成。
壓力調(diào)節(jié)器的主要作用是維持鍋爐在負荷穩(wěn)定的情況下，主汽壓力與負荷相適應(yīng)的主汽壓力定值。在機組變負荷的過程中，以實際負荷指令對應(yīng)的實際瞬時煤量進行粗調(diào)，鍋爐進入滑壓控制，這時要求鍋爐壓力調(diào)節(jié)器延遲動作，在延遲期內(nèi)不作調(diào)節(jié)，當(dāng)超出延遲期后動作，根據(jù)鍋爐壓力的偏差修正鍋爐的給煤量。各種前饋起作用，維持鍋爐主汽壓力跟隨負荷的變化而增加鍋爐的出力，協(xié)調(diào)鍋爐與汽機出力的供需平衡。
3.1.2汽機主控的控制方案
BFCCS下的協(xié)調(diào)控制，汽機控制主要在于控制負荷，負荷指令由目標負荷通過速率限制和限幅后加上一次調(diào)頻的動作值而構(gòu)成，通過功率調(diào)節(jié)器運算后作為調(diào)門的指令。
3.1.3床溫的控制
原設(shè)計中有床溫偏差對一次風(fēng)量的修正，但一次風(fēng)的控制是超調(diào)動作的，必然導(dǎo)致床溫的變化，床溫高就要增加一次風(fēng)量，床溫低就要減少一次風(fēng)量，而主汽壓力要求的一次風(fēng)量的變化恰恰相反，從而導(dǎo)致故此失彼，減弱了壓力響應(yīng)效果。為此，本設(shè)計中取消床溫對一次風(fēng)量的修正，優(yōu)先滿足主汽壓力的要求，通過煤量的調(diào)節(jié)自然滿足床溫的相對穩(wěn)定。事實證明是完全正確的。
3.2 一次風(fēng)先行
循環(huán)流化床機組與正常的燃煤機組相比，其主要的蓄能來自兩個方面：一是汽包，二是是床料的蓄能。通過對一次風(fēng)的擾動試驗來看，驗證了流化床鍋爐的大遲延、大慣性的特點。同時從實驗結(jié)果也看到了床溫及床壓的變化，尤其是床溫的變化很明顯，這是必然的，但如果能及時補充煤量，隨著能量的相對平衡，床溫即可能維持相對的穩(wěn)定。由此得出結(jié)論：一次風(fēng)的增減直接影響流化床鍋爐的流化效果，直接導(dǎo)致鍋爐出力的大小，這對機組的變負荷的影響明顯。這是機組協(xié)調(diào)控制的主要手段和基礎(chǔ)，離開這一點變負荷無從談起。
圖2 一次風(fēng)控制原理圖
根據(jù)一次風(fēng)擾動試驗可知，一次風(fēng)擾動量對主汽壓的影響無論大小及響應(yīng)速度都是十分明顯的。用鍋爐主控指令取微分作為前饋加在一次風(fēng)的指令中，讓一次風(fēng)率先超調(diào)動作，改變鍋爐的流化效果，讓流化床釋放或吸收鍋爐的蓄熱，使主汽壓力實際值跟隨主汽壓力給定值的變化，隨后鍋爐指令改變給煤量，維持床溫的相對穩(wěn)定，達到機組能量的相對平衡，滿足機組負荷的變化。
4 協(xié)調(diào)控制主要對策及實施過程
4.1 投運順序
其投入順序為引風(fēng)自動→送風(fēng)自動→一次風(fēng)自動→給煤機自動→給煤主控自動→鍋爐主控自動→汽機遙控→汽機主控自動→AGC→DEH一次調(diào)頻和DCS一次調(diào)頻同時投入。
先投入鍋爐主控自動，再投入汽機主控自動，機組進入以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制。
先投入汽機主控自動，再投入鍋爐主控自動，機組進入以汽機跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制。
本次設(shè)計的協(xié)調(diào)控制涵蓋了目前所有的控制方式，其中主要采用的是以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制，即鍋爐調(diào)壓汽機調(diào)功。
投運協(xié)調(diào)控制必須投入一次風(fēng)的自動，因為設(shè)計的根本思路是利用一次風(fēng)的動作改變鍋爐的蓄熱，主要就是床上的能量來適應(yīng)變負荷的壓力變化，同時改變給煤量維持床溫的相對穩(wěn)定。
4.2 參數(shù)整定原則
在參數(shù)調(diào)整中主要考慮到壓力目標值的前饋和壓力修正的匹配問題。穩(wěn)態(tài)時主要靠壓力修正維持鍋爐主汽壓力的穩(wěn)定，尤其是在煤質(zhì)發(fā)生較大變化的時候兩者的矛盾尤為突出。
針對流化床鍋爐的大遲延、大慣性的特點，如何解決壓力響應(yīng)慢的問題，如何加快流化床鍋爐的壓力響應(yīng)，是決定整個流化床機組協(xié)調(diào)品質(zhì)好壞關(guān)鍵的關(guān)鍵。根據(jù)鍋爐特性試驗的結(jié)論，堅持一次風(fēng)先行是整個變負荷過程的關(guān)鍵步驟。如果一次風(fēng)的前饋參數(shù)整定得當(dāng)，壓力響應(yīng)快，壓力修正的作用相對削弱而其壓力目標值的前饋就可以相對加強，從而整個機組的響應(yīng)也就加快了。
本著此原則，一次風(fēng)的鍋爐指令前饋微分時間要相對適中，不能太長以達到指令響應(yīng)迅速的目的。鍋爐指令的壓力修正指令加大微分的作用，加大了預(yù)見性。
5 AGC方式下的負荷跟隨試驗
分別選擇速率為2MW/min、2.7MW/min，目標負荷的變動量為10MW進行拉動。機組負荷變動試驗在70%～100%Pe工況下、機組按滑壓方式運行時進行。
負荷變動試驗驗收品質(zhì)指標即主要參數(shù)允許偏差參照《火力發(fā)電廠熱工自動化系統(tǒng)檢修運行維護規(guī)程》中負荷擾動試驗相關(guān)參數(shù)的品質(zhì)指標，具體見表1中“允許值”一項所示。
表1 變負荷擾動下機組主要自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)品質(zhì)指標:
上表中的數(shù)據(jù)表明：在運行范圍（60～135MW）內(nèi)，機組升降負荷速率達到2%Pe/min，最大動態(tài)偏差1%Pe以內(nèi)，試驗段穩(wěn)態(tài)負荷控制精度在±0.5%Pe以內(nèi)。
6 AGC投運一年來的情況調(diào)查
目前機組處于AGC自動位，滑壓運行。
2007年7月6日對1#機組的運行情況作了檢查，分別就2007年06月28日05時50分到28日8時30分,負荷從75MW到110MW和2007年07月02日23時26分到3日2時06分,負荷從135MW到90MW各主要參數(shù)的變化情況作了分析，調(diào)查結(jié)果見表2。具體分析如下：
2007年06月28日05時50分到28日8時30分和2007年07月02日23時26分到3日2時06分, 負荷從75MW到110MW和負荷從135MW到90MW, 歷時160分鐘。AGC自動位，負荷變化率為1.8MW/min。經(jīng)過10到13個階躍6到8個鋸齒波，上下增減，階躍幅值在5MW到10MW之間，從AGC自動位負荷指令的變動來看，無論負荷、主汽壓力、床溫、床壓、爐膛負壓、汽包水位、氧量控制都在控制的允許范圍內(nèi)。
表2 AGC自動位的各主要參數(shù)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)品質(zhì)指標:
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號