基于能量平衡的超临界cfb锅炉主蒸汽压力控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于能量平衡的超临界CFB锅炉主蒸汽压力控制方法，属于锅炉 主蒸汽压力控制技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着大容量机组的不断增加和电网调度自动化程度的日益提高，要求大容量机组 须按自动发电控制（AutomaticGenerationControl;AGC)方式运行，这就对电厂机组协 调控制系统提出了新的要求。对于发电机组而言，希望被控参数不要出现大的波动，以保证 机组安全运行，即稳定性应当优先；对于电网而言，为维持供电系统的品质，克服负荷变化 对电网产生的影响，发电机组负荷响应的快速性应当优先。为适应电网的要求，循环流化床 (CirculatingFluidizedBed;CFB)机组通常利用锅炉的蓄热和汽轮机的快速性，迅速改 变汽轮机调节门和锅炉燃料量等措施，来提高机组对电网的负荷响应能力。由于锅炉的蓄 热能力有限，动态过程滞后，这样必然引起主蒸汽压力、负荷、温度等的大幅度变化，产生不 稳定因素，影响机组的安全、经济运行，这在实际生产中都是不允许的。
[0003] 经过分析，发现影响机组主蒸汽压力控制品质和机组负荷变动响应性能的因素， 主要有以下几方面：
[0004] (I)CFB锅炉响应负荷变化的迟延特性。从改变燃料量到蒸汽流量开始发生变化 所需要的时间，即蒸汽产生的迟延时间较煤粉炉更长。由于CFB锅炉没有磨煤机，只有碎 煤机，因此入炉煤粒径比较大0~8mm，纯迟延时间很长，30(MWCFB机组约为IOmin左右， 600MWCFB机组约为18min左右。这是影响机组主蒸汽压力不稳定和负荷响应速率慢的主 要原因。
[0005] (2)当机组运行在滑压阶段时，机组升负荷时又必须升压力，不利于对锅炉蓄热的 利用，影响了升负荷的速率；当机组运行在定压运行方式时，负荷变动过程中由于不涉及到 锅炉蓄热的变化，相对于滑压运行而言，机组的负荷响应速率更慢。
[0006] (3)CFB机组在投入AGC后，经常出现加、减负荷过程中主蒸汽压力波动过大，退出 AGC和协调控制的情况。一方面，由于AGC投运率不合格导致电厂频繁遭电网考核，造成重 大的经济损失；另一方面，主蒸汽压力波动过大容易造成锅炉超压甚至跳机，严重影响机组 安全运行。
[0007] 上述分析结果也在超临界CFB锅炉的研宄和调试中得到验证，即当机组升降负荷 期间，会出现主蒸汽压力偏差较大、负荷不稳定现象，所以如何在机组负荷调节过程中保持 蒸汽参数的稳定，是机组运行品质的关键。
[0008]CFB锅炉主蒸汽压力控制的基本任务是使燃料燃烧所提供的热量适应锅炉蒸汽负 荷的需要，同时还要保证锅炉安全经济运行与环保达标要求。每台锅炉燃烧过程的具体控 制任务及控制策略的选择因燃料种类、燃烧设备以及锅炉运行方式的不同而有所区别，燃 烧控制系统的任务主要是维持锅炉主蒸汽压力的稳定。锅炉运行必须维持过热器出口汽 压，汽压的变化表示锅炉的蒸汽产量与负荷的耗汽量不相适应，这时必须相应的改变燃料 的供应量，从而改变锅炉的供汽产量。锅炉运行一般采用常规的基于实际主蒸汽压力和设 定主蒸汽压力的偏差进行给煤量控制，因为主蒸汽压力信息滞后时间太长，往往难以取得 满意的控制品质。当主蒸汽压力降低到设定值的95%时，机组汽轮机的汽耗量将增加1% 左右，蒸汽压力过高时，汽机安全门动作排出大量蒸汽，也将造成机组经济损失，同时还会 引起主蒸汽焓值和温度的较大波动，影响送往汽轮机的蒸汽品质。因此，在超临界CFB机组 运行过程中要保证主蒸汽压力的平稳变化，考虑通过对机组的特性研宄，构造关键状态参 数，需要采用新的控制策略，来改善机组的调节品质，提高主蒸汽压力控制系统的稳定性， 适应机组负荷响应的能力。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于，提供一种基于能量平衡的超临界CFB锅炉主蒸汽压力控制方 法，能够改善机组的调节品质，提高主蒸汽压力控制系统的稳定性，适应机组负荷响应的能 力。
[0010] 为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
[0011] 一种基于能量平衡的超临界CFB锅炉主蒸汽压力控制方法，包括以下步骤：
[0012] S1，机组的主蒸汽压力偏差信号Pt-PtsSPID(比例-积分-微分）调节器后输出 信号A，其中，Pt为主蒸汽压力，Pts为主蒸汽压力设定值；
【主权项】
1. 一种基于能量平衡的超临界CFB锅炉主蒸汽压力控制方法，其特征在于，该方法包 括以下步骤： 51、 机组的主蒸汽压力偏差信号Pt-PtsS PID调节器后输出信号A，其中，P :为主蒸汽 压力，Pts为主蒸汽压力设定值；
52、 通过汽轮机能量需求模型得到汽轮机需求热量信号
Ek为汽轮机的需 求热量，P1为汽轮机调节级后压力； S3)、通过即燃碳机理模型得到锅炉能提供的热量信号 EbS锅炉能 够提供的热量信号，D为锅炉所产生的蒸汽流量，单位为kg/s ;CB。为即燃碳的蓄热系数；Q 为炉膛内存储的即燃碳燃烧发热量，单位为MJ ; 54、 汽轮机需求热量信号Ek与锅炉能提供的热量信号E B相减后，经PID调节器调节后， 输出信号C ; 55、 汽轮机需求热量信号EkS过对时间微分
后，乘以比例增益k的值，得到信号B， B、A和C相加的和再一起输出到锅炉主控； 56、 根据锅炉主控输出量调节给煤量来控制主蒸汽压力。
2. 根据权利要求1所述的基于能量平衡的超临界CFB锅炉主蒸汽压力控制方法，其特 征在于：所述步骤S3中的即燃碳机理模型为：
，式中，Q(t)为 燃烧释放的总热量，MJ/s ;B(t)为即燃碳量，单位为kg ;PM(t)为总风量，单位为NmVs ;K为 模型总系数，其4
，式中，Μ。为碳的摩尔质量，单位为kg/kmol ;Η为燃料的单位 发热量，单位为MJ/kg ;k。为碳颗粒的燃烧速率常数；d。为碳颗粒平均直径，单位为m ; P。为 碳颗粒的密度，单位为kg/m3;k〇2S总风量PM(t)与氧气浓度的相关系数；R。为即燃碳的燃 烧速率，
，单位为kg/s。
3. 根据权利要求1或2所述的基于能量平衡的超临界CFB锅炉主蒸汽压力控制方法， 其特征在于：所述Cb。是随动量，所述C B。值在低负荷阶段200丽~400丽为28~30,在高 负荷阶段400MW~600MW为30~32。
4. 根据权利要求1或2所述的基于能量平衡的超临界CFB锅炉主蒸汽压力控制方法， 其特征在于：所述步骤S5中，比例增益k取值范围为0. 8~1. 2。
5. 根据权利要求1所述的基于能量平衡的超临界CFB锅炉主蒸汽压力控制方法，其特 征在于：所述步骤S6中的锅炉主控输出量为给煤量，当煤的热值出现较大变化时，根据掺 烧后的热值与4500比对后得到一个比例值1( 2，将原锅炉主控的输出给煤量乘以比例值K2， 得到新的锅炉主控的给煤值，从而进行当前煤质的煤量在线校正。
【专利摘要】一种基于能量平衡的超临界CFB锅炉主蒸汽压力控制方法，该方法包括以下步骤：S1，机组的主蒸汽压力偏差信号PT-PTS经过PID调节器后输出信号A；S2，通过汽轮机能量需求模型得到汽轮机需求热量信号S3，通过即燃碳机理模型得到锅炉能提供的热量信号S4，汽轮机需求热量信号ER与锅炉能提供的热量信号EB相减后经过PID调节器后输出信号C；S5，汽轮机需求热量信号ER经过对时间微分后乘以比例增益k，得到输出信号B，B与A、C相加的和再一起输出到锅炉主控；S6，根据锅炉主控输出量调节给煤量来控制主蒸汽压力。本发明能够改善机组的调节品质，提高超临界CFB锅炉主蒸汽压力控制系统的稳定性，适应机组负荷响应的能力。
【IPC分类】F23C10-28, F22B35-00
【公开号】CN104676574
【申请号】CN201410855386
【发明人】高明明, 岳光溪, 吴玉新, 杨海瑞, 吕俊复, 刘青, 张海
【申请人】清华大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2014年12月31日