直接能量平衡—DEB在循环流化床机组中的应用

邱树良　柏向阳　谭小勇

【摘 要】本文简要介绍了直接能量平衡的原理，并着重说明了其在循环流化床中协调控制逻辑的实现及应用。

【关键词】直接能量平衡；循环流化床；协调控制

【Abstract】Briefly introduces the principle of direct energy balance， and emphatically explains the implementation and application of CCS logic in circulating fluidized bed.

【Key words】DEB；CFB；CCS

0 引言

燃煤火力发电机组，都采用单元制运行.由于锅炉和汽轮机的动态特性差异很大，而负荷控制又相互关联，因而必须采用协调控制系统。随着电力工业自动化水平的提高，发电自动控制AGC（Automatic Generation Control）对单元机组协调控制系统CCS（Coordinated Control System）的控制品质也提出了越来越高的要求。这些要求主要包括：大范围的负荷变动，良好的静态、动态跟踪性能、稳定性能等。菲律宾普丁巴图项目135MW循环流化床机组采用的是以直接能量平衡-DEB（Directly Energy Balance）思想为基础的协调控制系统。

1 设备简介

菲律宾普丁巴图燃煤电站2×135MW机组采用的是东方电气集团生产的440t/h超高压，单汽包自然循环，一次中间再热，循环流化床锅炉。汽轮机采用哈尔滨汽轮机厂制造N135-13.24/535/535 超高压再热汽轮机，为国产频率为60Hz的汽轮机组。DCS采用GE上海新华公司的oce-6000分散控制系统，这是oce-6000在国外60Hz机组的首次应用。单元机组负荷控制方式可分为锅炉跟随方式、汽机跟随方式以及以锅炉跟随为基础的协调控制方式。协调控制系统包括负荷指令处理回路和机炉主控制器，并对最终的SAMA图进行了重新的设计。

2 直接能量平衡原理介绍

直接能量平衡控制思想，选用汽机调速级压力（P1）与汽机主汽门前压力（Pt）之比乘以机前压力设定值（PT0）作为汽机对锅炉的能量需求（该信号是直接能量平衡信号P1* PT0/Pt），该信号以动态前馈及控制指令的形式控制锅炉的燃料量。直接能量平衡的主要基础在于P1/PT代表了汽轮机调门的开度，在额定参数下，汽机调门开度的变化反映了汽机进汽量的变化，同样也反应了汽机对锅炉能量需求的变化。机前压力设定值PT0的改变，反映了锅炉被控参数对锅炉输入量需求的变化。因此P1* PT0/Pt可以反映负荷对锅炉燃烧的需求量，也可以满足锅炉主汽压力对燃烧的需求量。而当燃料量发生改变时，由于调节级压力P1和机前压力Pt对燃料响应的在数量上和时间上的基本一致性，使P1/Pt基本不变，这样P1*PT0/Pt就仅仅反映负荷对锅炉燃烧的需求量，而不反映燃料量的变化。具有作为燃料需求指令的基本条件。仔细分析还可以看出，在汽机调门维持不变的情况下，P1/Pt维持一定，改变压力设定值PT0即改变了锅炉的燃料指令，从而达到了控制负荷的目的，也就是说直接能量平衡信号不但适用与定压控制方式，而且适用与滑压运行方式。直接能量平衡-DEB的控制原理如图1。

直接能量平衡控制系统的另一个重要特点是采用热量信号（P1+dPd/dt）作为燃料的反馈信号。对于（P1+dPd/dt）进行适当的调整，可以使（P1+dPd/dt）在调门开度的扰动下，P1的正微分面积与dPd/dt负微分面积基本相等，使（P1+dPd/dt）在调门开度的扰动下基本不变，而仅反映燃料的变化。

3 控制逻辑

在本项目中引用了如上的DEB控制原理，协调控制分为MAN、BF、TF、CCBF四种方式。MAN方式 MAN mode，MAN方式——即锅炉主控、汽机主控都在手动方式；BF方式BF mode，BF方式——炉跟机，即锅炉控制主汽压力，汽机主控在手动方式；TF方式 TF mode，TF方式——机跟炉，即汽机控制主汽压力，锅炉主控在手动方式；CCBF（炉跟机）方式，CCBF（turbine follows boiler） mode；CCBF方式——即汽机控制功率，锅炉控制压力。这是一种控制功率为主的综合控制方式，机组指令按比例直接作用到汽机主控、锅炉主控；功率偏差、DEB与热量信号偏差作为细调。为了限制过多释放蓄热，在汽机主控设计功率修正回路。

根据CFB锅炉燃烧特点，维持相对稳定的床料高度十分必要，若料层高，太厚使布风板阻力加大，分层严重，可能引起床下风室风道振动，而且增大风机电耗；若料层簿，高度太小则会发生吹穿，燃烧热量减小，运行不稳定，带负荷能力受到影响。可见，料层厚度不仅影响床温，而且对锅炉经济运行影响很大。CFB机组不管是内置式、还是外置式，都需要保持左、右床料均衡。当左、右燃料厚度不一致，二侧阻力不相等，阻力大的一侧风量减少，阻力小的一侧风量增加；这种现象增强到到一定程度时，流化床失去稳定性，机组难于运行；严重时出现床的一侧阻力很小，风量非常大，床料被吹空；另一侧床料累积过多，床料很厚，风量很小，难于流化，甚至阻力大于风机压头，使流化风降为0，造成机组停运。这就通常所说的“翻床”现象。由于以上循环流化床的特性，设计了如下协调控制回路，在平衡调节给煤量的同时，使流化床锅炉能稳定燃烧。

燃料量的热值补偿环节用积分无差调节特性来保持燃料信号与锅炉蒸发量之间的对应关系，它和总燃料量信号之差经积分运算后送到乘法模块对燃料信号进行修正，修正范围是0.8—1.2。为了提高CFB机组变负荷能力， CFB锅炉给煤量扰动16～20min，主汽压力才有反应，风量扰动3～4min主压力就有反应。因此用机组指令按比例作用于燃料，同时风量快速跟上，是提高CFB机组变负荷能力的有效措施；而细调是对燃料指令的修正。该机组控制逻辑的实现如图2。

4 应用效果

循环流化床技术作为高效、洁净、低污染的燃煤技术，在国外得到越来越广的推广与应用。因此研究出切实可行的循环流化床自动控制技术是一项紧迫而有意义的工作。菲律宾普丁巴图项目135MW循环流化床采用的是60Hz汽轮机组，协调控制的负荷及压力控制效果如图3所示，该项目协调控制的投入及稳定运行，对于填补循环流化床机组协调控制在国外项目的运用具有非常积极的意义。

[责任编辑：汤静]