基于“两炉一机”循环流化床RB控制技术研究

昌学年 刘文丰 李云飞

（中国能源建设集团科技发展有限公司 天津市 300171）

RB 控制在大型火电机组上的应用有很多子系统，是一种综合性非常高的复杂控制形式。根据《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》DL/T 657-2015 中3.7、附录A5.4 要求，RB 控制策略的优劣直接影响到机组的安全性和稳定性。

结合正在实施项目，重点研究基于“两炉一机”大型循环流化床机组主要自动调节系统的动态特性、RB 功能动作条件、具体的控制策略等。现场通过实际RB 功能静态试验、动态试验，验证各主要自动调节系统的特性，证明RB 功能设计的科学可靠性。

1 “两炉一机”循环流化床机组RB控制技术重要性分析

1.1 研究的目的和意义

循环流化床锅炉是一种高效、低污染的节能产品，其特殊的燃烧方式大大减少了主要大气污染源的排放。我国电力工业30 多年的发展实践证明，采用循环流化床洁净煤发电新技术可以合理、清洁、高效的利用劣质煤资源。

RB（Run Back）功能试验，指用于检验机组在辅机发生故障跳闸后锅炉出力低于给定功率时，自动控制系统将机组负荷快速降低至实际所能达到的相应出力的能力，是对机组自动控制系统性能和功能的考验。大型循环流化床机组运行过程中，操作复杂、故障几率高，如何通过先进的自动控制技术，有效减少甚至避免机组的非停、异停，特别是基于“两炉一机”大型循环流化床机组RB 控制技术，是迫切需要研究的课题。目前关于“两炉一机”大型循环流化床机组RB 控制技术研究甚少。本项目的实施具有很明显的现实意义。

1.2 技术难点

循环流化床锅炉不同于煤粉炉，其控制回路多，系统比较复杂。锅炉燃烧过程中，主汽压力的稳定维持、送引风的配比、料高的控制、特别是床层的温度控制都直接影响着机组的稳定性和经济性。常规PID 自动控制，虽然简单易行，但整体自动控制将存在很大问题，根本不能满足机组正常运行。因此，常规煤粉炉的RB 控制策略无法满足流化床机组RB 试验的要求，无法客观准确的发现流化床机组自动控制系统的缺陷。通过建立适用于“两炉一机”流化床机组的RB 控制试验流程并进行试验，挖掘各主要自动调节系统的特性，是衡量机组可靠性极其重要的一环，对国内机组更好的适应智能电网的要求也具有重要的参考意义。

两炉一机机组锅炉的并、解汽控制是机组安全运行的关键，涉及到主蒸汽的并解汽、冷段再热蒸汽和热段再热蒸汽的并解汽，其控制顺序也有很严格的要求，整个机组的自动控制是一个多重耦合的过程。基于“两炉一机”大型循环流化床机组RB 技术正是对这样一个多变量紧密耦合的控制对象进行解耦，通过科学合理的控制策略，在机组辅机故障工况工况时进行科学的燃料和蒸汽再分配，达到维护机组安全稳定运行的目的。

图1：二次风机RB 动作各主参数运行趋势

图2：引风机RB 动作各主参数运行趋势

图3：一次风机RB 动作各主参数运行趋势

2 “两炉一机”循环流化床机组RB控制功能控制技术

某2×600MW 燃煤电厂工程采用“两炉一机”型式，锅炉为亚临界循环流化床；汽轮机由哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产；发电机由哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产。该容量等级的机组配置形式，目前在国内没有参考案例。通过对循环流化床机组RB 控制策略与“两炉一机”大型机组自动调节系统的匹配关系研究，，并结合运行人员操作经验和机组实际运行特点，重点研究机组主要自动调节系统的动态特性、RB 功能动作条件、具体的控制策略等，通过现场试验证明了RB 功能的可靠性。

RB 控制策略的制定，主要考虑两炉一机同时运行的工况，一炉一机的情况下负荷不可能带太高，否则其温度和压力与汽轮机参数不匹配影响机组的安全。还有一个难点就是其锅炉临界硫化风量给出的保护值较低，当发生风机RB 时，由于同侧联跳，单台风机运行的情况下硫化风量基本在锅炉保护值的附近，这对控制逻辑的实现带来了极大地挑战。

2.1 “两炉一机”循环流化床机组RB功能控制策略

无论哪种RB 动作，两台锅炉主控切手动，汽轮机控制切换为TF 方式，并连锁投入滑压运行方式。同时另一台CFB 锅炉主控指令随动快减（两台锅炉主控指令允许有15t/h 的死区）。

2.1.1 二次风机RB

二次风机RB 发生后，联跳该锅炉同侧引风机。锅炉总燃料量指令与二次风机总风量控制指令及一次风机风压控制指令的前馈量存在函数关系。产生二次风机RB 的CFB 锅炉燃料量指令快减，至额定燃料指令的50%；

2.1.2 引风机RB

引风机RB 发生后，联跳该锅炉同侧二次风机。锅炉总燃料量指令与二次风机总风量控制指令及一次风机一次风量控制指令的前馈量存在函数关系。产生引风机RB 的CFB 锅炉燃料量指令快减，至额定燃料指令的50%。

2.1.3 一次风机RB

跳闸一次风机导叶关至0%。未跳闸一次风机导叶指令，以2%/s 的速率增加20s，指令目标值为额定电流对应的挡板开度的95%，一次风切手动。两台引风机的动叶指令均立刻叠加-12%的前馈指令(为该锅炉实际总燃料量的函数)。之后，维持引风机自动控制方式。

3 “两炉一机”循环流化床机组RB控制功能的实际应用

3.1 RB功能设计特点

根据电厂“两炉一机”的布置特性，单台发电机组锅炉侧的RB 功能（即二次风机RB、引风机RB 及一次风机RB）都需要设置两套完整的控制逻辑。为方便运行人员操作和监控，在机组控制画面中设计了专门的RB 投退控制区和动作报警区。

3.2 RB功能试验结果及分析

3.2.1 二次风机RB

二次风机RB 试验过程各主要参数运行趋势如图1所示。

由图1 可知，机组RB 功能投入的情况下，二次风机RB 触发后，机组RB 逻辑按照预设程序自动跳闸同侧引风机，未跳闸侧风机自动增加出力，同时锅炉控制回路同步自动减少给煤量，在RB动作过程中，机组负荷从550MW 降至300MW 左右，炉膛压力最高为1464Pa，最小为-834Pa，然后稳定在-10Pa 左右，主汽压力从16.7MPa 滑降至12.2MPa，主汽温度从535℃降至534℃然后维持稳定，再热气温从530℃降至500℃左右维持稳定，整个过程自动完成，机组主要参数波动幅度在合理范围。

3.2.2 引风机RB

引风机RB 试验过程各主要参数运行趋势如图2所示。

由图2 可知，机组RB 功能投入的情况下，引风机RB 触发后，机组RB 逻辑按照预设程序自动跳闸同侧二次风机，未跳闸侧风机自动增加出力，同时锅炉控制回路同步自动减少给煤量，在RB 动作过程中，机组负荷从550MW 降至300MW 左右，炉膛压力最高为117Pa，最小为-1204Pa，然后稳定在-30Pa 左右，主汽压力从16MPa 滑降至12.3MPa，主汽温度从536℃降至521℃然后恢复到538℃维持稳定，再热气温从537℃降至505℃后恢复到517℃左右维持稳定，整个过程自动完成，机组主要参数波动幅度在合理范围。

3.2.3 一次风机RB

一次风机RB 试验过程各主要参数运行趋势如图3所示。

由图3 可知，机组RB 功能投入的情况下，一次风机RB 触发后，机组RB 逻辑按照预设程序自动增加未跳闸侧风机出力，同时锅炉控制回路同步自动减少给煤量，在RB 动作过程中，机组负荷从550MW 降至268MW 左右，炉膛压力最高为895Pa，最小为-872Pa，然后稳定在-100Pa 左右，主汽压力从16.9MPa 滑降至11.6MPa，主汽温度从534℃降至533℃然后维持稳定，再热气温从529℃降至504℃后维持稳定，整个过程自动完成，机组主要参数波动幅度在合理范围。

4 结论

由于现在全世界范围内都在提倡节能减排以及对能效要求的进一步提高，目前国内外对新建机组电能质量要求越来越高，对火电机组调峰的负荷范围要求越来越大，对发电企业的安全、稳定、经济运行也越来越重视。

基于“两炉一机”大型循环流化床机组RB 控制技术研究成果将为成功解决上述问题的一个重要方面，本项目的实施，有利于有效降低机组的非停、异停风险，减少污染物排放具备非常好的市场前景，降低运行人员在设备故障情况下的误操作风险和劳动强度，充分保障机组利用小时数，显著提高机组的经济性，对火力发电企业安全、稳定、环保运行均会产生巨大影响。