300MW循环液化床空冷机组的RB控制策略及优化试验

引言
      300MW循环流化床机组在自动控制上存在热惯性大和迟滞大等难题，辅机故障减负荷（RB）功能试验是对机组控制特性的重大考验。通过对华能北方联合电力蒙西电厂首台300MW循环流化床空冷机组的试验，对原设计的控制方案进行了优化，取得了比较好的RB 试验结果。
      华能北方联合电力蒙西发电厂循环流化床机组是首台300MW循环流化床空冷机组。锅炉是由上海锅炉厂有限公司设计制造的SG-1057/17-M型、单锅筒自然循环、集中下降管、平衡通风、绝热式旋风气固分离器、循环流化床燃烧方式（裤权型结构带4合外置流化床）、滚筒式冷渣器的循环流化床锅炉，过热器采用3级喷水减温，再热器采用外置床调节蒸汽温度为主、事故喷水装置调节蒸汽温度为辅，供煤采用4条给煤线（2条运行满足100％负荷），给水采用3合电动给水泵（2台运行1台备用）。汽轮机是由上海汽轮机有限公司设计制造的N300-16.7/538/538型一次再热、单轴、三缸（高中压合缸）四排汽、直接空冷凝汽式汽轮机。热工控制系统采用美国Honeywell公司生产的 TPS分散控制系统，实现整台机组的一体化控制。
一、流化床机组的RB控制策略
       循环流化床机组的RB控制功能与常规煤粉炉基本相同，都是在辅机故障的情况下快速降负荷至机组允许的最大出力，但由于流化床燃烧工艺上的特点，在 RB 控制策略上的主要区别在于常规煤粉炉的RB控制由模拟量控制系统（MCS）和炉膛安全监控系统（FSSS）共同实现，而流化床机组的RB控制仅由MCS来完成，FSSS的给煤线主要是控制RB状态下对应的煤量，保证锅炉在低负荷期间燃烧稳定，RB发生后不存在快速切除燃料量及稳燃投油的控制逻辑。此外，在RB试验内容上，床温超温、分离器超温、缺氧燃烧的RB触发逻辑为流化床机组所特有，RB动作过程的一些参数控制也有很大差别。流化床机组在MCS逻辑中一般包含几个特有的RB控制回路：RB信号生成逻辑，用于判断机组当前的运行状态；RB目标负荷计算，形成不同RB状态下的目标负荷设定值；协调控制方式切换，在RB发生时，机组的运行状态切至汽轮机跟随（TF) 方式；主汽压力控制方式切换，某些RB工况发生时切至滑压运行；还有二次风机、引风机、床温、床压、汽包水位控制等回路在RB发生后控制偏差大切手动信号屏蔽逻辑等。300MW循环流化床机组设置的主要RB功能如下。
1.1 床温超温、分离器超温、缺氧燃烧触发RB逻辑(RBI)
       以下逻辑相“或”触发 RBI 逻辑：(1)锅炉总燃料量大于5O%，左、右侧旋风分离器出口温度大于1030℃(每侧4取2后相“或”);(2)左、右侧分叉腿上部温度大于980 ℃(每侧3取2后相“或”);(3)烟气含氧量平均值低低(延时15S)。
1.2 引风机、二次风机、一次风机跳闸触发RB逻辑(RBZ)
       引风机、二次风机、一次风机跳闸触发(RB2)逻辑见图1，其他的RB触发逻辑与图1类似。
         
    (1) 锅炉总燃料量大于5O%,2合二次风机运行中1合跳闸，发5S脉冲RB2信号；
    (2) 锅炉总燃料量大于5O%,2台一次风机运行中1台跳闸，发5S脉冲RB2信号；
    (3) 锅炉总燃料量大于50%,2台引风机运行中1台跳闸，发5S脉冲RB2信号。
    引风机RB过程中，同侧的二次风机联跳，运行的引风机及二次风机同时快开至最大出力，在满足锅炉风量的前提下，维持炉膛压力的平衡。
    二次风机RB状态下，控制逻辑中二次风机出力的平均值作为引风机静叶开度的前馈，合适的前馈量能很好地超驰控制2台运行引风机静叶同时关小一定开度，维持炉膛负压的稳定。
    一次风机RB状态下，运行的单台一次风机超驰快开至最大出力，保证一次风量不小于最低流化风量。但有的流化床锅炉控制策略中将一次风机RB功能取消，直接触发 M 盯。
1.3 给水泵跳闸触发RB逻辑(RB3)
    锅炉总燃料量大于60%,2台电动给水泵（以下简称电泵）运行，1台电泵跳闸，备用电泵5S内联锁不成功，发3S脉冲RB3信号。
    在给水泵RB试验过程中，虽然单台电泵能够满足60％负荷下给水流量的要求，但由于流化床锅炉的热惯性较大，RB发生煤量下降后的锅炉蒸发量仍较大，应将燃料量的目标值设定得更低一些或采用先较低再逐渐增加至50％。
1.4 给煤线跳闸触发RB逻辑(RB4)
    锅炉总燃料量大于70%, 3条给煤线运行中任意1条给煤线跳闸，发5S脉冲RB4信号。
    根据机组满负荷情况下给煤线投入的情况（2条给煤线可带100％负荷），因此在上述工况下，只需通过调节给煤量便能满足机组运行的要求，将 RB4 的触发逻辑取消。
二、RB 控制策略的相关要求
    (l) 在所有RB工况中，RB1、RB2发生时，锅炉主控指令降至50%; RB3发生时，锅炉主控指令降至60%; RB4发生时，锅炉主控指令降至70％。
    (2) RB动作时，考虑流化床的热惯性较大，实际主汽压力下降较慢，机组维持定压运行，但在给水泵RB3发生时，为提高给水流量投入滑压运行。
    (3) RB过程的复位：在RB发生一段时间(300s)或机组已处于稳定状态(达到RB目标负荷值或负荷的变化率小于3MW/min)，由运行人员手动复位或逻辑自动复位；在危及机组安全运行的工况出现时，可手动复位结束 RB 过程。
    (4) RB功能投入允许条件：常规煤粉炉由于协调控制的投入率较高，通常在协调方式或汽轮机跟随方式下燃料控制投入自动，允许投入RB功能。而循环流化床机组运行中存在调节的滞后性，通常的协调控制性能有可能达不到要求，因此，在机炉手动方式下，只要将“RB投”，按钮按下，当辅机故障RB触发时自动将汽轮机主控投入自动，协调方式由手动切至汽轮机跟随方式，同时将所有运行的给煤机投人自动，能够自动完成整个RB过程。
三、RB控制策略的要点
3.1 偏差大切手动逻辑屏蔽
    在正常调节状态下，当各主要子系统的设定值与反馈偏差大及执行机构的指令与反馈偏差大时，调节器切手动。而在RB工况下对上述逻辑闭锁，使恶劣工况下的各主要控制系统仍处于自动状态，直到整个RB过程自动结束。
3.2 给水泵RB状态下的超驰快开
    正常状态下，2台电泵运行，第3台电泵处于备用状态，如果2台运行电泵中1台跳闸，备用泵联锁不成功，运行的单台电泵的勺管应当超驰快开，将出力增加至最大，尽最大可能维持汽包水位在正常范围，防止MFT的发生。在有的RB控制策略中可判断备用泵的状态，如果备用给水泵联锁未投人或有保护条件无法联启，则不用等待5s判断备用泵是否联启成功，直接在给水泵跳闸时将运行给水泵的勺管超驰快开，水位下降通常为100mm左右。
3.3 防止风机过电流的上限闭锁控制
    当引风机或二次风机跳闸时，控制逻辑上将跳闸风机的控制指令叠加至运行的风机，此时指令已经达到最大，动叶、静叶以最大速度正向开，因为指令已输出，所以对风机的过电流闭锁增控制通常不再起作用，此时必须在控制上设置好最大允许电流与调节挡板开度的对应关系或设置好指令输出的变化率（使风机的过电流闭锁增控制起作用），确保运行风机的安全。
3.4 燃料量控制
    常规煤粉炉在RB发生后按磨煤机的运行方式直接切除部分运行的磨煤机。循环流化床机组存在很大的热惯性，RB发生后燃料量通过调节快速下降，而不是直接切除给煤线。在不同煤质下，RB目标值对应的设计煤种下的百分比燃料量是变化的，因此在 RB发生时，判断1Mw负荷对应的燃料量并将其换算为RB目标负荷对应的燃料量，确保 RB 目标值的准确。
3.5 RB与汽轮机的相互协调
    (l) RB发生后汽轮机主控维持机前压力，CCS方式切换至TF方式运行，这时应考虑切换时的实际主汽压力，如果RB发生时的实际主汽压力高于设定值，TF方式下汽轮机调门将先开启，由于流化床机组燃烧热惯性较大使RB过程时间加长，必须在逻辑上闭锁RB发生时调门的反向开，以当前开度作为汽轮机指令的上限。
    (2) 对采用数字电液控制系统(DEH)中含有RB功能的，还应检查ccs至DEH的联系信号，确定脉冲宽度与调门开度的对应关系；通常在DEH控制逻辑中都设有RB功能，如不采用，应将ccs至DEH的RB信号切除。
四、RB试验过程中需关注的问题
    蒙西300MW CFB空冷机组RB试验结果如图2－5所示。
           
           
           
           
    通过分析图2－5曲线，可看到RB动作过程需要关注的问题：
    (l) 由于流化床机组物料的循环过程对床温、过热和再热蒸汽温度影响很大，RB 动作后，快速降低燃料量的同时。应迅速改变总风量，保证一定的风煤比。
    (2) RB动作后，应密切注意床温的变化(大幅下降）；外置床灰量变化是一个滞后的过程，主汽、再热汽温度因蒸汽流量的减小会有15~25℃的快速上升，减温调节要快速动作，再热器事故喷水应及时投入防止超温。
    (3) 给水泵RB动作后，为适应流化床锅炉的热
喷性，目标煤量应设置得更低一些，以满足单台给水泵运行状态下的汽、水平衡。
    (4) RB 过程中要重点注意总风量，特别是一次风量在RB过程中的控制，其动作应快速、准确，有利于迅速减负荷，维持床温的稳定及两侧床压的平衡。
    (5) 常规湿冷机组的循环水泵出力为固定值，因此冷却水量始终处于额定状态，负荷变化时凝汽器真空基本保持恒定；空冷机组的冷却风机转速处于维持某一负荷的固定值，因此，负荷变化时，空冷机组的背压将出现一定幅度的波动，影响机组负荷的变化过程。具体表现在开始升负荷时空冷凝汽器背压升高，开始降负荷时空冷凝汽器背压下降，这与实际负荷的变化过程正好相反。因此，RB状态下随动改变空冷凝汽器背压的设定，能在一定程度上克服流化床大惯性导致的负荷变化缓慢。
五、结语
    通过首台300MW循环流化床空冷机组的RB控制策略优化及RB试验，实现全自动状态下对RB功能的考核，提高了机组运行的安全性和稳定性，同时为今后300MW循环流化床机组的RB功能设计提供了借鉴。