超临界cfb锅炉床温控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种超临界CFB锅炉床温控制系统。该超临界CFB锅炉床温控制系统可包括多组床温控制装置，每一组床温控制装置可包括被布置在炉膛两侧的钢架副跨内的旋风分离器、被布置在该旋风分离器下的回料器和外置床，该外置床中具有用于控制床温的换热器，旋风分离器分离出的物料进入回料器，回料器中的物料被分为两部分，一部分直接返回超临界CFB锅炉的炉膛，另一部分通过外置床后返回炉膛。可将锅炉负荷的前馈作用于回料器的阀门，并且在该阀门的控制信号上叠加小幅振荡信号。本实用新型能使床温控制快速响应于实际工况，并使得床温控制独立于再热汽温调整，实现稳定、快速、准确的床温控制。
【专利说明】超临界CFB锅炉床温控制系统
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及超临界CFB锅炉领域，具体地，涉及一种超临界CFB锅炉床温控制系统。
【背景技术】
[0002]超临界机组是指过热器出口主蒸汽压力超过22.129MPa。理论上认为，在水的状态参数达到临界点(压力22.129MPa，温度374°C )时，水的完全汽化会在一瞬间完成。超临界直流锅炉没有汽包，启停速度快。与同容量亚临界火电机组的热效率相比，理论上采用超临界参数可将效率提高2% -2.5%。
[0003]循环流化床(CFB)是近年来在国际上发展起来的新一代高效低污染清洁燃烧技术，其主要特点在于燃料及脱硫剂经多次循环、反复地进行低温燃烧和脱硫反应，炉内湍流运动强烈，不但能达到低NOx排放、实现高达90%的脱硫效率和与煤粉炉相近的燃烧效率，而且具有燃料适应性广、负荷调节性能好、灰渣易于综合利用等优点，因此在国际上得到迅速的商业推广。
[0004]超临界循环硫化床锅炉(超临界CFB锅炉)结合了两者的优点，既能输出高温高压的过热蒸汽，还具有优良的环境排放特性。但由于超临界CFB锅炉的燃烧过程是一个具有强干扰、非线性、时变、多变量相关联的过程，其燃烧控制远比常规煤粉炉复杂。其中床层温度(简称床温)的控制，是整个超临界CFB锅炉控制的难点之一。
[0005]床温是直接影响CFB锅炉能否安全连续运行的重要控制参数，同时也直接影响着锅炉运行中的脱硫效率及NOx的产生量。通常可将超高温CFB锅炉的床温控制在790V?900°C之间，该温度是实现炉内脱硫的最佳温度。床温过低不但会使锅炉效率下降，而且会导致锅炉运行不稳定，容易灭火。床温过高则会使炉内脱硫效率下降并且NOx的产生量会大大增加，同时还容易造成炉膛床料结焦，而若发生炉膛床料结焦的情况则必须停炉。因此床温控制对于超高温CFB锅炉至关重要。
[0006]目前的超高温CFB燃烧控制中，通常床温控制和再热汽温调整互相耦合，床温和再热汽温的控制因素彼此干扰，不利于稳定地将床温控制在目标范围内。同时，为了准确地控制床温，需要在综合考虑多个影响床温的因素后进行决策，使得决策时间较长，导致控制操作比实时工况有一定延迟，这也是目前床温控制的一个缺陷。
实用新型内容
[0007]本实用新型的目的是提供一种超临界CFB锅炉床温控制系统，该系统能够独立地控制床温，使床温控制与再热汽温调整不耦合，并能使床温控制快速响应于实际工况需求。
[0008]为了实现上述目的，本实用新型提供了一种超临界CFB锅炉床温控制系统，该超临界CFB锅炉床温控制系统包括多组床温控制装置，每一组所述床温控制装置包括被布置在炉膛两侧的钢架副跨内的旋风分离器、被布置在所述旋风分离器下的回料器和外置床，所述外置床中具有用于控制床温的换热器，所述旋风分离器分离出的物料进入所述回料器，所述回料器中的物料被分为两部分，一部分直接返回所述超临界CFB锅炉的炉膛，另一部分通过所述外置床后返回所述炉膛。
[0009]优选地，该系统可包括4组该床温控制装置，该4组床温控制装置分别位于该炉膛中部的左右两侧和该炉膛尾部的左右两侧，左侧的两组该床温控制装置控制该炉膛左部的床温，右侧的两组该床温控制装置控制该炉膛右部的床温。
[0010]优选地，该回料器具有阀门，该阀门的开度能被调节，以调节该回料器中直接返回该炉膛和通过该外置床后返回该炉膛的物料的比例。
[0011 ] 优选地，该阀门的控制端的输入信号中可包括叠加的振荡信号。
[0012]优选地，该外置床中的用于控制床温的换热器可以是中温过热器。
[0013]本实用新型的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0015]图1是根据本实用新型的一种优选实施方式的超临界CFB锅炉床温控制系统中的一组床温控制装置的示意图；
[0016]图2是根据本实用新型的一种优选实施方式的超临界CFB锅炉床温控制方法的流程图；以及
[0017]图3是根据图2所示的实施方式中的炉膛左部床温控制回路的示例方框图。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0019]在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，炉膛尾部指炉膛靠近烟道的位置，炉膛前部指远离烟道的位置。术语“相加点”、“PID”、“加法块”等为自动控制领域的专业术语。
[0020]在一种采用本实用新型提供的超临界CFB锅炉床温控制系统的锅炉中，一次汽在加热过程中可依次经过低温过热器、一级喷水装置、中温过热器1、二级喷水装置、中温过热器I1、三级喷水装置和高温过热器。二次汽在加热过程中可依次通过低温再热器、事故喷水装置、高温再热器。各个喷水装置是否启动视具体情况而定。在理想状况下，低温过热器的入口和出口温度分别为430°C和471°C ;中温过热器I的入口和出口温度分别为461°C和4960C ;中温过热器II的入口和出口温度分别为483°C和520°C ;高温过热器的入口和出口温度分别为510°C和570°C;低温再热器的入口和出口温度分别为317°C和484°C;高温再热器的入口和出口温度分别为484°C和569°C。
[0021]本实用新型提供了一种超临界CFB锅炉床温控制系统，该超临界CFB锅炉床温控制系统包括多组床温控制装置，每一组该床温控制装置包括被布置在炉膛两侧的钢架副跨内的旋风分离器、被布置在该旋风分离器下的回料器和外置床，该外置床中具有用于控制床温的换热器，该旋风分离器分离出的物料进入该回料器，该回料器中的物料被分为两部分，一部分直接返回该超临界CFB锅炉的炉膛，另一部分通过该外置床后返回该炉膛。
[0022]图1是根据本实用新型的一种优选实施方式的超临界CFB锅炉床温控制系统中的一组床温控制装置的示意图。本实施方式中的床温控制系统包括4组床温控制装置，每组床温控制装置包括一台旋风分离器12、一台回料器13和一台外置床14，其中旋风分离器12被布置在炉膛11两侧的钢架副跨内，回料器13和外置床14被布置在旋风分离器12下。4组床温控制装置分别位于炉膛11中部的左右两侧和炉膛11尾部的左右两侧。中温过热器被布置在外置床14中，其中位于炉膛尾部左右两侧的床温控制装置中的外置床中的中温过热器可被视为中温过热器I，位于炉膛中部左右两侧的床温控制装置中的外置床中的中温过热器可被视为中温过热器II。在本实施方式中，左部床温由位于炉膛左侧的两组床温控制装置控制，右部床温由位于炉膛右侧的两组床温控制装置控制，左侧床温控制装置和右侧床温控制装置不耦合，以尽可能避免出现炉膛偏烧和热负荷不均匀的情况。为了使示图简要此处仅示出了其中的一组，其他三组结构相似，仅安装位置不同。
[0023]如图1所示，煤和石灰石等在炉膛11内完成燃烧和脱硫反应，产生的烟气被排出至旋风分离器12。旋风分离器12与尾部烟道(未示出)和对应的回料器13相连。旋风分离器12对进入的烟气进行气固两相分离，经过净化后的烟气被排至尾部烟道(未示出)，分离出的高温物料则进入回料器13。回料器13中的物料被分为两部分，一部分作为高温物料直接返回炉膛11，另一部分先进入外置床14，与外置床14中的换热器的受热面发生热交换，然后作为低温物料返回炉膛11。回料器13可具有阀门15。可通过调节阀门15的开度调节这两部分物料的比例，以达到调节床温的目的。本实施方式中的阀门15是锥形阀。
[0024]运行中，如果燃烧状况和负荷状况长时间保持稳定，可能导致阀门15由于长时间未调节而被卡涩。因此，根据本优选实施方式，可通过振荡器生成小幅振荡信号，并将该小幅振荡信号叠加至阀门15的控制信号，使得最终输入阀门15的控制端的输入信号中含振荡信号分量，以定期或不定期地驱动阀门15发生小幅动作以避免被卡涩。例如，设阀门15全开的幅度为100%，可将一个振幅为2%、动作间隔为300秒的往复振荡信号叠加至阀门15的控制信号。此时，假设根据机组负荷和燃烧情况等在很长一段时间内阀门15可保持50%的开度不变，由于控制端的输入信号中还包括振荡信号分量，因此隔300秒后阀门可被微调至开度52%,再隔300秒被调回50%,下Iv 300秒后被微调至48%,再隔300秒后调回50%，循环往复。同样，该振荡信号也可以是非周期信号。振荡信号的振幅可根据实际情况设置。
[0025]图2是根据本实用新型的一种优选实施方式的超临界CFB锅炉床温控制方法的流程图。
[0026]在SI中，可根据第一负荷对应的理想床温值、附加调整值和实际床温值确定第一开度。第一负荷是在时刻tl超临界CFB锅炉的负荷。可通过查表等方法获取对应于第一负荷的理想床温值。同时，操作员可根据需要给出一个附加调整值。理想床温值和附加调整值可作为相加点的输入，相加点的输出可作为床温设定值。例如，对于某600MW(兆瓦)超临界CFB锅炉，设tl时刻锅炉负荷为550.37MW，可得到对应的理想床温值可以是885.04°C，而操作员认为该理想床温值是合适的，所以将附加调整值设置为0°C，则相加点输出的床温设定值仍为885.04°C。设此时测得的实际床温值为884.29°C，可将床温设定值885.04°C和实际床温值884.29°C输入PID调节器。本实施方式中，还可根据需要设置PID调节死区。该PID调节器可根据输入的两个温度值(此时为885.04°C和884.29°C )得到对应的阀门(例如，锥形阀)开度，该阀门开度可被称为第一开度。例如，此时得到的第一开度可为12.45%(设阀门全开时的开度为100% )。相加点和PID调节器可以是硬件电路也可以是软件程序。附加调整值可以是正值、零或者负值。
[0027]在S2中，可根据第二负荷确定作为前馈的第二开度。完成SI中的一系列处理(特别是PID调节)需要一定时间，如果将SI中得到的第一开度直接作为阀门的控制信号，会使得控制信号滞后于实时工况。因此可根据在时刻t2的实时负荷(被称为第二负荷)得到阀门(例如锥形阀)的第二开度作为前馈。例如，从tl至t2，锅炉负荷从550.37MW变为546.57MW，可经过估计(例如，通过查表或者简单计算等方法)得到第二负荷546.57MW所对应的第二开度为20.50%。第二开度是一个较为粗略的估计值，但具有计算时间短的优点，能及时反映锅炉最新负荷状况。
[0028]在S3中，根据第一开度和第二开度确定第三开度。例如，可将已获得的第一开度和第二开度作为加法块的输入，其输出作为第三开度，该第三开度可用于控制第一阀门。例如，继续参照以上的示例，第一开度为12.45%，第二开度为20.50%，可得到第三开度为32.95%。第三开度的获取过程中既考虑了可能影响床温控制的多个因素(例如，理想床温值、附加调整值和实际床温值)，又考虑了锅炉的实时负荷，并且专注于床温控制，因此具有准确、稳定和快速的特点。
[0029]优选地，在S4中，可对第三开度进行上下限幅。例如，可将第二开度上浮15%和下浮15%后的值作为限幅的上下限。第二开度若为20.50%，则上下限幅的范围可以是[5.50%,35.50% J0上述示例中，第三开度为32.95%，该值在范围[5.50%,35.50% ]内，因此限幅后的输出值仍为32.95%。
[0030]优选地，在S5中，可给限幅后的信号叠加一个小幅振荡信号。例如，可将限幅后的信号和振荡器产生的小幅振荡信号送至加法块，其输出被送至阀门的输入端。该振荡信号可驱动阀门定期或者不定期的发生小幅动作，以防止由于长时间不动作而可能导致的阀门卡潘。例如，该振荡信号的振幅可以是阀门全开的幅度的2%左右。根据本实用新型的另一实施方式，可交换S4和S5的执行顺序，即在S3之后，可先将振荡信号叠加在第三开度上，再对叠加后的信号进行限幅。
[0031]在S6中，用S5输出的信号调节阀门开度，以使回料器中的物料被按比例分别送至炉膛和外置床，从而通过控制返回炉膛的高温物料和低温物料的比例，来控制超临界CFB锅炉的床温。例如，如果床温偏高，则可增加送入外置床的物料的比例，相应地减少通过回料器直接返回炉膛的物料的比例，以使床温降低；反之亦然。
[0032]优选地，可对超临界CFB锅炉的左部床温和右部床温进行独立控制，以避免由于燃烧情况不同导致炉膛偏烧。此时，当控制炉膛左部床温时，Si中的实际床温值为测得的炉膛左部的实际床温值，并且最终输出的信号用于调节超临界CFB锅炉床温控制系统中位于炉膛左侧的床温控制装置中的回料器的阀门；而当控制炉膛右部床温时，SI中的实际床温值为测得的炉膛右部的实际床温值，并且最终输出的信号用于调节超临界CFB锅炉床温控制系统中位于炉膛右侧的床温控制装置中的回料器的阀门。左侧床温控制装置和右侧床温控制装置彼此独立。
[0033]图3是根据图2所示的实施方式中的炉膛左部床温控制回路的示例方框图。锅炉负荷指令被送至负荷-温度映射块31，负荷-温度映射块31输出对应于该负荷(即第一负荷)的理想床温值。操作员给出的附加调整值和负荷-温度映射块31输出的理想床温值被输入至相加点32，相加点32的输出可被视为床温设定值。床温设定值和测得的左部实际床温值被输入PID调节器33，以得到第一开度。还可从开度预估块34得到作为前馈的第二开度。开度预估块34的输入是实时锅炉负荷指令(即对应于第二负荷的指令)。然后第一开度和第二开度都被送至加法块35，其输出可作为第三开度。本实施方式中，优选地，还可通过限幅块36对第三开度进行上下限幅。然后在加法块37中给经过限幅后的信号叠加一个振幅为阀门39全开时的幅度的2%的振荡信号。该振荡信号可由振荡器38产生。加法块37输出的信号可被输入至位于炉膛左侧的床温控制装置中的回料器的阀门39的输入端，以调节阀门39的开度，从而调节从左侧返回炉膛的高温物料和低温物料的比例。由于炉膛尾部和中部的左侧可以各有一组超临界CFB锅炉床温控制装置，这两组装置可实现对左部床温的两级调节，两组床温控制装置中的两个阀门39可由同一控制回路控制。通过调节回料器的阀门39，可调节从回料器中直接返回炉膛的物料和先通过外置床然后再返回炉膛的物料的比例，外置床中包括作为中温过热器的换热器，可使通过外置床的物料降温。
[0034]根据本实用新型的另一实施方式，也将加法块35的输出先送至加法块37的输入，以叠加振荡信号，然后再将加法块37的输出送至限幅块36的输入以执行限幅操作。
[0035]以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方式进行多种简单变型，例如调整限幅和/或叠加振荡信号的位置、改变限幅的范围、改变振荡信号的振幅和时间间隔等，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
[0036]另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0037]此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
【权利要求】
1.一种超临界CFB锅炉床温控制系统，其特征在于，该超临界CFB锅炉床温控制系统包括多组床温控制装置，每一组所述床温控制装置包括被布置在炉膛两侧的钢架副跨内的旋风分离器、被布置在所述旋风分离器下的回料器和外置床，所述外置床中具有用于控制床温的换热器，所述旋风分离器分离出的物料进入所述回料器，所述回料器中的物料被分为两部分，一部分直接返回所述超临界CFB锅炉的炉膛，另一部分通过所述外置床后返回所述炉膛。
2.根据权利要求1所述的超临界CFB锅炉床温控制系统，其特征在于，所述系统包括4组所述床温控制装置，所述4组所述床温控制装置分别位于所述炉膛中部的左右两侧和所述炉膛尾部的左右两侧，左侧的两组所述床温控制装置控制所述炉膛左部的床温，右侧的两组所述床温控制装置控制所述炉膛右部的床温。
3.根据权利要求1所述的超临界CFB锅炉床温控制系统，其特征在于，所述回料器具有阀门，所述阀门的开度能被调节，以调节所述回料器中直接返回所述炉膛的物料和通过所述外置床后返回所述炉膛的物料的比例。
4.根据权利要求3所述的超临界CFB锅炉床温控制系统，其特征在于，所述阀门的控制端的输入信号中包括振荡信号。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的超临界CFB锅炉床温控制系统，其特征在于，所述外置床中的用于控制床温的换热器是中温过热器。
【文档编号】F23C10/26GK204063028SQ201420587066
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年10月11日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】倪政平, 凌文, 周嗣林, 吴玉平, 杨柳, 王治金, 苏波 申请人:神华集团有限责任公司, 神华国能集团有限公司, 四川白马循环流化床示范电站有限责任公司