基于能量平衡的超臨界cfb鍋爐主蒸汽壓力控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于能量平衡的超臨界CFB鍋爐主蒸汽壓力控制方法，屬于鍋爐 主蒸汽壓力控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著大容量機(jī)組的不斷增加和電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化程度的日益提高，要求大容量機(jī)組 須按自動(dòng)發(fā)電控制（AutomaticGenerationControl;AGC)方式運(yùn)行，這就對(duì)電廠(chǎng)機(jī)組協(xié) 調(diào)控制系統(tǒng)提出了新的要求。對(duì)于發(fā)電機(jī)組而言，希望被控參數(shù)不要出現(xiàn)大的波動(dòng)，以保證 機(jī)組安全運(yùn)行，即穩(wěn)定性應(yīng)當(dāng)優(yōu)先；對(duì)于電網(wǎng)而言，為維持供電系統(tǒng)的品質(zhì)，克服負(fù)荷變化 對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響，發(fā)電機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)的快速性應(yīng)當(dāng)優(yōu)先。為適應(yīng)電網(wǎng)的要求，循環(huán)流化床 (CirculatingFluidizedBed;CFB)機(jī)組通常利用鍋爐的蓄熱和汽輪機(jī)的快速性，迅速改 變汽輪機(jī)調(diào)節(jié)門(mén)和鍋爐燃料量等措施，來(lái)提高機(jī)組對(duì)電網(wǎng)的負(fù)荷響應(yīng)能力。由于鍋爐的蓄 熱能力有限，動(dòng)態(tài)過(guò)程滯后，這樣必然引起主蒸汽壓力、負(fù)荷、溫度等的大幅度變化，產(chǎn)生不 穩(wěn)定因素，影響機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，這在實(shí)際生產(chǎn)中都是不允許的。
[0003] 經(jīng)過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)影響機(jī)組主蒸汽壓力控制品質(zhì)和機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)性能的因素， 主要有以下幾方面：
[0004] (I)CFB鍋爐響應(yīng)負(fù)荷變化的遲延特性。從改變?nèi)剂狭康秸羝髁块_(kāi)始發(fā)生變化 所需要的時(shí)間，即蒸汽產(chǎn)生的遲延時(shí)間較煤粉爐更長(zhǎng)。由于CFB鍋爐沒(méi)有磨煤機(jī)，只有碎 煤機(jī)，因此入爐煤粒徑比較大0~8mm，純遲延時(shí)間很長(zhǎng)，30(MWCFB機(jī)組約為IOmin左右， 600MWCFB機(jī)組約為18min左右。這是影響機(jī)組主蒸汽壓力不穩(wěn)定和負(fù)荷響應(yīng)速率慢的主 要原因。
[0005] (2)當(dāng)機(jī)組運(yùn)行在滑壓階段時(shí)，機(jī)組升負(fù)荷時(shí)又必須升壓力，不利于對(duì)鍋爐蓄熱的 利用，影響了升負(fù)荷的速率；當(dāng)機(jī)組運(yùn)行在定壓運(yùn)行方式時(shí)，負(fù)荷變動(dòng)過(guò)程中由于不涉及到 鍋爐蓄熱的變化，相對(duì)于滑壓運(yùn)行而言，機(jī)組的負(fù)荷響應(yīng)速率更慢。
[0006] (3)CFB機(jī)組在投入AGC后，經(jīng)常出現(xiàn)加、減負(fù)荷過(guò)程中主蒸汽壓力波動(dòng)過(guò)大，退出 AGC和協(xié)調(diào)控制的情況。一方面，由于AGC投運(yùn)率不合格導(dǎo)致電廠(chǎng)頻繁遭電網(wǎng)考核，造成重 大的經(jīng)濟(jì)損失；另一方面，主蒸汽壓力波動(dòng)過(guò)大容易造成鍋爐超壓甚至跳機(jī)，嚴(yán)重影響機(jī)組 安全運(yùn)行。
[0007] 上述分析結(jié)果也在超臨界CFB鍋爐的研宄和調(diào)試中得到驗(yàn)證，即當(dāng)機(jī)組升降負(fù)荷 期間，會(huì)出現(xiàn)主蒸汽壓力偏差較大、負(fù)荷不穩(wěn)定現(xiàn)象，所以如何在機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)過(guò)程中保持 蒸汽參數(shù)的穩(wěn)定，是機(jī)組運(yùn)行品質(zhì)的關(guān)鍵。
[0008]CFB鍋爐主蒸汽壓力控制的基本任務(wù)是使燃料燃燒所提供的熱量適應(yīng)鍋爐蒸汽負(fù) 荷的需要，同時(shí)還要保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與環(huán)保達(dá)標(biāo)要求。每臺(tái)鍋爐燃燒過(guò)程的具體控 制任務(wù)及控制策略的選擇因燃料種類(lèi)、燃燒設(shè)備以及鍋爐運(yùn)行方式的不同而有所區(qū)別，燃 燒控制系統(tǒng)的任務(wù)主要是維持鍋爐主蒸汽壓力的穩(wěn)定。鍋爐運(yùn)行必須維持過(guò)熱器出口汽 壓，汽壓的變化表示鍋爐的蒸汽產(chǎn)量與負(fù)荷的耗汽量不相適應(yīng)，這時(shí)必須相應(yīng)的改變?nèi)剂?的供應(yīng)量，從而改變鍋爐的供汽產(chǎn)量。鍋爐運(yùn)行一般采用常規(guī)的基于實(shí)際主蒸汽壓力和設(shè) 定主蒸汽壓力的偏差進(jìn)行給煤量控制，因?yàn)橹髡羝麎毫π畔髸r(shí)間太長(zhǎng)，往往難以取得 滿(mǎn)意的控制品質(zhì)。當(dāng)主蒸汽壓力降低到設(shè)定值的95%時(shí)，機(jī)組汽輪機(jī)的汽耗量將增加1% 左右，蒸汽壓力過(guò)高時(shí)，汽機(jī)安全門(mén)動(dòng)作排出大量蒸汽，也將造成機(jī)組經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)還會(huì) 引起主蒸汽焓值和溫度的較大波動(dòng)，影響送往汽輪機(jī)的蒸汽品質(zhì)。因此，在超臨界CFB機(jī)組 運(yùn)行過(guò)程中要保證主蒸汽壓力的平穩(wěn)變化，考慮通過(guò)對(duì)機(jī)組的特性研宄，構(gòu)造關(guān)鍵狀態(tài)參 數(shù)，需要采用新的控制策略，來(lái)改善機(jī)組的調(diào)節(jié)品質(zhì)，提高主蒸汽壓力控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性， 適應(yīng)機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于，提供一種基于能量平衡的超臨界CFB鍋爐主蒸汽壓力控制方 法，能夠改善機(jī)組的調(diào)節(jié)品質(zhì)，提高主蒸汽壓力控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，適應(yīng)機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)的能 力。
[0010] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0011] 一種基于能量平衡的超臨界CFB鍋爐主蒸汽壓力控制方法，包括以下步驟：
[0012] S1，機(jī)組的主蒸汽壓力偏差信號(hào)Pt-PtsSPID(比例-積分-微分）調(diào)節(jié)器后輸出 信號(hào)A，其中，Pt為主蒸汽壓力，Pts為主蒸汽壓力設(shè)定值；
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于能量平衡的超臨界CFB鍋爐主蒸汽壓力控制方法，其特征在于，該方法包 括以下步驟： 51、 機(jī)組的主蒸汽壓力偏差信號(hào)Pt-PtsS PID調(diào)節(jié)器后輸出信號(hào)A，其中，P :為主蒸汽 壓力，Pts為主蒸汽壓力設(shè)定值；
52、 通過(guò)汽輪機(jī)能量需求模型得到汽輪機(jī)需求熱量信號(hào)
Ek為汽輪機(jī)的需 求熱量，P1為汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)后壓力； S3)、通過(guò)即燃碳機(jī)理模型得到鍋爐能提供的熱量信號(hào) EbS鍋爐能 夠提供的熱量信號(hào)，D為鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽流量，單位為kg/s ;CB。為即燃碳的蓄熱系數(shù)；Q 為爐膛內(nèi)存儲(chǔ)的即燃碳燃燒發(fā)熱量，單位為MJ ; 54、 汽輪機(jī)需求熱量信號(hào)Ek與鍋爐能提供的熱量信號(hào)E B相減后，經(jīng)PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后， 輸出信號(hào)C ; 55、 汽輪機(jī)需求熱量信號(hào)EkS過(guò)對(duì)時(shí)間微分
后，乘以比例增益k的值，得到信號(hào)B， B、A和C相加的和再一起輸出到鍋爐主控； 56、 根據(jù)鍋爐主控輸出量調(diào)節(jié)給煤量來(lái)控制主蒸汽壓力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于能量平衡的超臨界CFB鍋爐主蒸汽壓力控制方法，其特 征在于：所述步驟S3中的即燃碳機(jī)理模型為：
，式中，Q(t)為 燃燒釋放的總熱量，MJ/s ;B(t)為即燃碳量，單位為kg ;PM(t)為總風(fēng)量，單位為NmVs ;K為 模型總系數(shù)，其4
，式中，Μ。為碳的摩爾質(zhì)量，單位為kg/kmol ;Η為燃料的單位 發(fā)熱量，單位為MJ/kg ;k。為碳顆粒的燃燒速率常數(shù)；d。為碳顆粒平均直徑，單位為m ; P。為 碳顆粒的密度，單位為kg/m3;k〇2S總風(fēng)量PM(t)與氧氣濃度的相關(guān)系數(shù)；R。為即燃碳的燃 燒速率，
，單位為kg/s。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于能量平衡的超臨界CFB鍋爐主蒸汽壓力控制方法， 其特征在于：所述Cb。是隨動(dòng)量，所述C B。值在低負(fù)荷階段200麗~400麗為28~30,在高 負(fù)荷階段400MW~600MW為30~32。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于能量平衡的超臨界CFB鍋爐主蒸汽壓力控制方法， 其特征在于：所述步驟S5中，比例增益k取值范圍為0. 8~1. 2。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于能量平衡的超臨界CFB鍋爐主蒸汽壓力控制方法，其特 征在于：所述步驟S6中的鍋爐主控輸出量為給煤量，當(dāng)煤的熱值出現(xiàn)較大變化時(shí)，根據(jù)摻 燒后的熱值與4500比對(duì)后得到一個(gè)比例值1( 2，將原鍋爐主控的輸出給煤量乘以比例值K2， 得到新的鍋爐主控的給煤值，從而進(jìn)行當(dāng)前煤質(zhì)的煤量在線(xiàn)校正。
【專(zhuān)利摘要】一種基于能量平衡的超臨界CFB鍋爐主蒸汽壓力控制方法，該方法包括以下步驟：S1，機(jī)組的主蒸汽壓力偏差信號(hào)PT-PTS經(jīng)過(guò)PID調(diào)節(jié)器后輸出信號(hào)A；S2，通過(guò)汽輪機(jī)能量需求模型得到汽輪機(jī)需求熱量信號(hào)S3，通過(guò)即燃碳機(jī)理模型得到鍋爐能提供的熱量信號(hào)S4，汽輪機(jī)需求熱量信號(hào)ER與鍋爐能提供的熱量信號(hào)EB相減后經(jīng)過(guò)PID調(diào)節(jié)器后輸出信號(hào)C；S5，汽輪機(jī)需求熱量信號(hào)ER經(jīng)過(guò)對(duì)時(shí)間微分后乘以比例增益k，得到輸出信號(hào)B，B與A、C相加的和再一起輸出到鍋爐主控；S6，根據(jù)鍋爐主控輸出量調(diào)節(jié)給煤量來(lái)控制主蒸汽壓力。本發(fā)明能夠改善機(jī)組的調(diào)節(jié)品質(zhì)，提高超臨界CFB鍋爐主蒸汽壓力控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，適應(yīng)機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)的能力。
【IPC分類(lèi)】F23C10-28, F22B35-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104676574
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410855386
【發(fā)明人】高明明, 岳光溪, 吳玉新, 楊海瑞, 呂俊復(fù), 劉青, 張海
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2014年12月31日