因锅炉燃煤来源广泛,各煤矿煤质差别很大,如果不对煤质进行修正,只按设计煤种进行调整,将导致输入热量过多或太少,引起机组负荷大幅波动,CCS调节品质恶化,甚至无法投入自动运行。所以必须对燃煤煤质进行在线修正,克服煤质的波动,改善CCS调节品质,使CCS能稳定可靠地投入自动运行。
(1)煤质修正原理:煤质修正见图1上部蓝色虚线框所示。其中蒸汽吸热量计算公式为:
蒸汽吸热量(MW)=0.001338F[(2.867THP+1847)-(5.021TFW-80.2)+173.9]
式中:F为主蒸汽流量,kg/s;THP为主蒸汽温度,℃; TFW为给水温度,℃。
煤质修正原理:操作员根据经验通过手操器M/A手动预置一个k值(此值为当前入炉煤的煤质和设计煤质的比值),然后将手操器投入自动运行。此时,由当前总给煤量转换(kg/s×18.495MJ/kg)来的热值(MW),乘上预置的k值,计算出送入炉膛的燃料侧热量,和计算出的蒸汽吸热量作比较,二者的差值进入纯积分块进行运算。若蒸汽吸热量大于燃料侧热量,则积分器输出将增加,即k值增加;反之则减小。积分器运算输出值为618.00-973.15MW(设计煤种热值为18.495MJ/kg,额定负荷热值为824.7MW),经过手操器换算成0.75-1.18。
煤质修正原理可理解为当煤量一定时,若煤质突然变好,则炉膛放热将增加,从蒸汽侧算出的热量将增加,积分块的输出将增加,即k值增加,此系数乘以总给煤量后导致修正后的热量增加。这样,锅炉主控制器测得的热量增加后,若超过其设定的热量,PI控制器的输出值将减小,去减少给煤量,以减小输入的热量,最终达到蒸汽侧热量和给煤侧热量相平衡。
(2)煤质修正方案修改:原设计方案中,蒸汽吸热量计算只考虑了主汽流量、主汽温度和给水温度,没有考虑主汽压力,导致主汽压力变化时计算出的热量值不准确。经研究,引入了汽包压力微分信号进行修正(见图1):当主汽压力升高时,通过微分作用增加热量;当主汽压力降低时,通过微分作用减少热量;主汽压力稳定时,微分器不起作用。修正后的方案可准确反映锅炉产生的热量。
(3)煤质修正参数整定:为了快速反映煤质的变化,热值计算积分块的积分时间应短一些;但由于煤质波动引起热值的变化有一定时间的滞后,为避免产生虚假的煤质修正系数,热值计算积分块的积分时间又需要长一些。综合这2个方面因素,积分器实际参数整定为Ti=23min。
1.1.2 氧量校正
为加快CCS的反应速度,判断给煤煤质发生的突然变化,及时对燃烧工况进行调整,在CCS中设计了氧量校正回路。当氧量变化时及时调整给煤量,快速改善燃烧工况,克服煤质的扰动。
(1)氧量校正方案修改:通常普通煤粉炉设计的氧量校正输出是去改变风量,但由于CFB锅炉燃料燃烧时间大大长于煤粉炉,再加上煤质时好时坏大幅波动,氧量输出去改变风量实际效果不好。原设计方案为氧量输出同时改变风量和煤量,但实际运行中,煤量和风量控制存在交叉干扰,参数不好整定,效果仍然不好。
分析CFB锅炉的燃烧情况可知,在煤质波动时,风量已不是主要矛盾,煤才是主要矛盾(例如当氧量突然降低,则是煤质变好,此时应该减煤,不应该加风)。因此,最后修改的方案是氧量控制器的输出只去改变煤量,而不改变风量。这样修改还可减少风量频繁波动对CFB锅炉受热面造成的磨损。
氧量校正控制回路的工作原理见图1中部粉红色虚线框部分。氧量控制采用单回路PI调节方案,设定值是锅炉负荷指令的函数,操作员可根据实际情况进行调整。左、右侧烟气含氧量二者选小值作为测量值,设定值和测量值经比较后进行PI运算,运算输出进入手操器,氧量控制输出可由操作员手动进行调整,输出限制在0.78-1.20。
(2)氧量校正参数整定:氧量校正PI调节器参数的整定原则是尽量加强比例作用,提高系统对煤质变化的响应速度;积分作用要弱一点,避免系统产生振荡。实际参数为:Kp=1.75,Ti=30min。
煤质修正计算对煤质的判断是一个较长的过程,而氧量校正对煤质的判断是一个短时的过程。氧量校正可及时改变给煤量,有利于煤质修正的快速计算(见图2、4)。煤质修正和氧量校正的配合使用,能及时克服给煤量的扰动,保证炉内良好的燃烧工况。
1.1.3 煤质修正和氧量校正实际控制曲线
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