ovation系統(tǒng)控制策略建議方案

1、ovation系統(tǒng)生物質(zhì)燃燒發(fā)電控制方案艾默生過程控制有限公司公用事業(yè)部2010-9-201項(xiàng)目背景生物質(zhì)能是i種重要的可再生能源，利用農(nóng)業(yè)、林業(yè)和工業(yè)廢棄物，如秸 稈、樹皮等為原材料，采取直接燃燒或者氣化方式進(jìn)行發(fā)電。國家發(fā)改委已經(jīng) 將生物質(zhì)直燃發(fā)電列為叮再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要內(nèi)容。作為節(jié)能壞保和叮再 生能源發(fā)屯的先鋒企業(yè)，武漢凱迪集團(tuán)計(jì)劃在全國范圍內(nèi)建設(shè)一批30mw高溫超 高壓生物質(zhì)電廠項(xiàng)目。鍋爐采用凱迪自主設(shè)計(jì)的lx120t/h高溫超高壓循環(huán)流 化床鍋爐，汽機(jī)采用高溫超高壓汽輪機(jī)。計(jì)劃第一批項(xiàng)口 11臺(tái)機(jī)組的投產(chǎn)順序 為湖北來風(fēng)、湖北崇陽、湖北松滋、四川眉山（彭山）、湖南臨澧、安徽南陵、

2、 廣西北流、吉林蛟河、吉林汪清（后2個(gè)項(xiàng)目為2 x 30mw機(jī)組），未來會(huì)增加到 30個(gè)左右生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目。2生物質(zhì)直燃發(fā)電的控制特點(diǎn)與常規(guī)火電廠不同，生物質(zhì)發(fā)電廠無論在工藝流程，還是運(yùn)行特點(diǎn)都具有 其特殊性，體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：燃料種類多、熱值和濕度變化大。生物質(zhì)發(fā)電廠的燃料一般可以分為灰桿 燃料和黃桿燃料兩大類，熱值各不相同，而月隨著燃料水分的變化，熱值 也會(huì)有相應(yīng)的改變。止常燃燒時(shí)，往往會(huì)將多種燃料混合進(jìn)行摻燒；加z 燃料收集和運(yùn)輸過程的不確定性和天氣環(huán)境等因素，導(dǎo)致進(jìn)入爐膵的燃料 熱值經(jīng)常波動(dòng)。因此，燃燒的口動(dòng)控制必須考慮熱值變動(dòng)這個(gè)重要因素， 燃燒控制回路必須具備足夠的魯棒性，才能夠

3、真止實(shí)現(xiàn)燃燒的口動(dòng)調(diào)節(jié)。曲于生物質(zhì)發(fā)電的環(huán)保性，發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷特性屬于屯網(wǎng)基本負(fù)荷，不參 與調(diào)峰，即“機(jī)組能發(fā)多少，電網(wǎng)接收多少”。從鍋爐和汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)的 整體來看，汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)部分的控制已經(jīng)非常成熟，而且響應(yīng)很快；發(fā) 屯負(fù)荷的多少取決于鍋爐的燃燒情況和蒸發(fā)量。顯然，控制策略的設(shè)計(jì)必 須以“機(jī)跟爐”為基礎(chǔ)來進(jìn)行，汽輪機(jī)則根據(jù)鍋爐側(cè)的蒸汽流量和壓力來 自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電岀力。負(fù)荷控制由鍋爐來完成，考慮到生物質(zhì)燃料熱值的頻 繁變化，鍋爐控制應(yīng)以蒸汽量為核心參量，通過蒸汽量來實(shí)現(xiàn)燃料量、風(fēng) 量和氧量的控制。生物質(zhì)燃料的灰分屮含冇大量堿金屈鹽，這些成分導(dǎo)致其灰熔點(diǎn)較煤粉 低，容易產(chǎn)生結(jié)焦和腐蝕。因此鍋爐床

4、溫與床壓應(yīng)控制在合理的范圍。顯然，生物質(zhì)直燃發(fā)電口動(dòng)控制的關(guān)鍵技術(shù)主要集中在負(fù)荷控制、燃燒控 制、給料控制等方面，而汽輪機(jī)控制、爐膛火焰監(jiān)視和順序控制策略則與常規(guī) 火電機(jī)組類似。3艾默生控制策略艾默生結(jié)合循環(huán)流化床和垃圾焚燒方面的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和生物質(zhì)宜燃發(fā)屯過程 的特點(diǎn)，提岀以蒸汽負(fù)荷作為主控方式，bp：按照蒸汽負(fù)荷和燃料熱值來計(jì)算 燃料量，從而得出風(fēng)量和過量氧量，達(dá)到燃燒控制的口的，生物質(zhì)能直燃發(fā)電 負(fù)荷控制系統(tǒng)原理圖見圖1.生物質(zhì)能電廠與常規(guī)火力發(fā)電廠最大的區(qū)別是燃料的不同，尤其是生物質(zhì)燃 料的水分含量和熱值不穩(wěn)定，進(jìn)而導(dǎo)致給料方式，燃燒控制，和負(fù)荷控制與常規(guī) 火力發(fā)電廠有著較大區(qū)別.通過操作

5、員設(shè)定的負(fù)荷值經(jīng)f(x)轉(zhuǎn)換得到主蒸汽流量設(shè)定值，也可以直 接輸入主蒸汽流量設(shè)定值，由蒸汽熱值計(jì)算模塊計(jì)算蒸汽熱值根據(jù)生物質(zhì)燃料 低位發(fā)熱量，計(jì)算生物質(zhì)燃料熱值需求值.通過操作員設(shè)定的過剩空氣設(shè)定值，由基準(zhǔn)空氣流量計(jì)算模塊計(jì)算出對(duì)應(yīng)鍋 爐負(fù)荷下的基準(zhǔn)空氣流量值此基準(zhǔn)空氣流量值作為風(fēng)量控制的設(shè)定值，分別作 為一次風(fēng),播料風(fēng)，流化風(fēng)的控制依據(jù)，在此環(huán)節(jié)中實(shí)際是完成根據(jù)鍋爐的負(fù)荷按 一定的比例分配形成一次風(fēng)，播料風(fēng)，流化風(fēng)。由生物質(zhì)燃料熱值需求值可求得所需生物質(zhì)燃料的重量，作為床壓控制回 路的設(shè)定值。按生物質(zhì)燃料比重可求得所需生物質(zhì)燃料的體積，從而求得燃料 給料機(jī)的基準(zhǔn)速度，作給料機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定值。一

6、般給料機(jī)有多臺(tái)組成，用平衡 模塊控制多臺(tái)給料機(jī)，將負(fù)荷平均分配到投入口動(dòng)的給料機(jī)上。從生物質(zhì)能直燃發(fā)電負(fù)荷控制系統(tǒng)圖中可以看出一系列的計(jì)算模塊中最為 關(guān)鍵的是生物質(zhì)燃料的熱值問題，市于燃料的性質(zhì)已經(jīng)決定了其熱值不可在線 測(cè)量的特性，在類似的工程實(shí)踐中燃料熱值的在線計(jì)算是切實(shí)叮行的方案。負(fù)荷控制計(jì)算是將蒸汽量作為主控參量，利用熱平衡原理，得出各個(gè)負(fù)荷 下對(duì)應(yīng)的蒸汽量、需要的燃料量和送風(fēng)量以及煙氣氧量。蒸汽量的計(jì)算公式 為：d 旳=kde式屮：為期槊的蒸汽流量，單位t/h；斤為期槊的負(fù)荷比例值；0,為滿負(fù)荷蒸發(fā)量，單位t/h。燃料量的計(jì)算公式為:b 二 gq -hqd® +入、幾(1%

7、-hg)-叫qa式中：為燃料量，單位t/h； h:(/為鍋爐出口蒸汽焙，單位kj/kg； 為鍋爐 給水焙，單位kj/kg； hbh為鍋爐飽和水焙，單位kj/kg； ilpw為鍋爐排污率； 7訶為鍋爐效率；為燃料收到基低位發(fā)熱量，單位kj/kgo顯然，要從蒸汽量得岀燃料量，必須要知道鍋爐效率和燃料的低位發(fā)熱 量。鍋爐效率可以利用艾默生公司的全局性能計(jì)算包屮的鍋爐效率計(jì)算模塊或 者直接在控制邏輯中根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)曲線進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，詳見夠靈tc滋彈從 能計(jì)算軟件包及鍋爐效率計(jì)算模塊。送風(fēng)量的計(jì)算，則可以通過單位標(biāo)準(zhǔn)熱值燃料需要的風(fēng)量，乘以過?？諝?系數(shù)得出。根據(jù)負(fù)荷計(jì)算出送風(fēng)量和給料量后，再根據(jù)實(shí)際

8、主蒸汽流量和尾部氧量對(duì) 計(jì)算值進(jìn)行修止，使負(fù)荷保持穩(wěn)定并使過量空氣系數(shù)保持在較理想的狀態(tài)，以 使鍋爐在較高效率下運(yùn)行。由于實(shí)際情況小燃料熱值經(jīng)常在較大范圍內(nèi)變化， 因此很難通過調(diào)節(jié)鍋爐燃料量來保持負(fù)荷的穩(wěn)定。木文選擇利用蒸汽量反饋調(diào) 節(jié)給風(fēng)量，利用氧量反饋調(diào)節(jié)給料量。主蒸汽流量反饋有較長時(shí)間的滯后，是比較慢的調(diào)節(jié)回路，因此送風(fēng)量調(diào) 節(jié)需要有較大的時(shí)間常數(shù)，而氧量反饋相對(duì)較快，可以適應(yīng)燃料熱值經(jīng)常性的 波動(dòng)?；?蒸汽流量的負(fù)荷控制可以確保維持理想的平均負(fù)荷，同時(shí)可以很大程 度地消除由丁燃料的隨機(jī)波動(dòng)引起的負(fù)荷波動(dòng)。負(fù)荷控制和過量空氣控制都是 pid環(huán)節(jié)，在前饋環(huán)節(jié)和消除偏并方面有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

9、32熱值計(jì)算牛物質(zhì)能直燃鍋爐燃料熱值的正確性，直接影響到鍋爐燃料控制系統(tǒng)的自動(dòng)投 入率，為了得到較為正確的燃料熱值，可以采用在線計(jì)算的方法獲得。計(jì)算原 理見圖2計(jì)算原理如下：qil = w x lhvlhv 二(qol+qo2+qo3+qo4+qo5+qo6+qo7-qi2-qi3-qi4-qi5-qi6-qi7- qi8) / w其中：1 qol:過熱蒸汽輸出熱量；2 qo2:排岀煙氣熱量；3 qo3:爐渣排出熱量;4 qo4:爐渣含未燃碳熱量；5 qo5:飛灰排出熱量；6 qo6:爐膛熱損失；7 qo7:鍋爐疏水熱量.8 qi 1:生物質(zhì)燃料輸入熱量；9 qi2:生物質(zhì)燃料熱焙；10 qi

10、3: 次風(fēng)輸入熱量；11 qi4:二次風(fēng)輸入熱量；12 qi5:流化風(fēng)輸入熱量；13 qi6:點(diǎn)火燃燒器輸入熱量；m qi7:點(diǎn)火燃燒器燃燒空氣熱量；15 qi8:給水輸入熱量；其中：qox, qix可通過對(duì)應(yīng)的熱工計(jì)算公式得到從lhv計(jì)算過程口j以看出，要獲得正確的lhv,正確測(cè)量進(jìn)入鍋爐的生物質(zhì)燃料 的重量是一個(gè)重要環(huán)節(jié).3.3給料量控制鍋爐的給料系統(tǒng)分為爐前中間料倉和6臺(tái)單螺旋給料機(jī)組成，牛物質(zhì)燃料 由轉(zhuǎn)速可調(diào)的螺旋給料機(jī)送入爐膛。給料系統(tǒng)進(jìn)行了裕量設(shè)計(jì)，給料量負(fù)荷會(huì) 轉(zhuǎn)換為6臺(tái)給料機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定值，通過ovation的平衡器算法(balancer,具體 介紹參見附錄2）分配到每臺(tái)給料機(jī)上

11、；如杲個(gè)別給料機(jī)切手動(dòng)，或者出現(xiàn)故 障，平衡器算法能夠迅速自動(dòng)調(diào)整其他給料機(jī)的出力，保持鍋爐負(fù)荷的基本穩(wěn) 定。同時(shí)，運(yùn)行人員可以通過調(diào)整偏置在一定程度上調(diào)整每臺(tái)給料機(jī)的出力。取料機(jī)、輸料機(jī)和配料機(jī)的轉(zhuǎn)速與給料機(jī)的轉(zhuǎn)速成比例關(guān)系，能夠保證每 臺(tái)給料機(jī)的中間料倉都存冇充足的燃料，中間料倉的料位對(duì)轉(zhuǎn)速冇一定的修正 作用。鍋爐采用平衡通風(fēng)方式，配置1臺(tái)一次風(fēng)機(jī)，2臺(tái)二次風(fēng)機(jī)，2臺(tái)引風(fēng) 機(jī)、1臺(tái)播料增壓風(fēng)機(jī)和2臺(tái)回料器高壓流化風(fēng)機(jī)。顯然，風(fēng)量控制系統(tǒng)的任 務(wù)是保證為鍋爐燃燒提供充足的燃燒空氣量，并按照一定比例將空氣分配為一 次風(fēng)、二次風(fēng)、播料風(fēng)、流化風(fēng)等，保證爐膛燃燒的穩(wěn)定。風(fēng)量控制包括總風(fēng)量控制和一，

12、二次風(fēng)比率的控制?？傦L(fēng)量根據(jù)燃燒指令 獲得，并根據(jù)過?？諝庀禂?shù)校正，形成總風(fēng)量指令。一，二次風(fēng)比率的控制是 通過調(diào)節(jié)風(fēng)燃比，并受到床溫控制回路的校正。（風(fēng)量控制部分需要過工結(jié)合鍋 爐流程圖捉出簡(jiǎn)要原理）35床溫控制床溫的控制直接影響爐內(nèi)的脫硫和脫硝，能有效去除so?和no、的最佳床溫 是850°c950°co采用改變一，二次風(fēng)比率的方法來調(diào)節(jié)床溫。（床溫控制部分是否可以添加流化床的已有經(jīng)驗(yàn)）36床料高度控制床料高度不僅影響床溫，而冃對(duì)鍋爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行影響很人，過高會(huì)使布風(fēng) 板阻力增大，并可能造成風(fēng)道和風(fēng)室振動(dòng)；過低時(shí)負(fù)荷又帶不上去。床料高度 的控制是通過排渣量的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)的。

13、（床料高度控制部分是否口j以添加流化床的已冇經(jīng)驗(yàn)）37主蒸汽溫度控制鍋爐煙道內(nèi)，過熱器受熱面包含三個(gè)部分：低溫過熱器、屏式過熱器和高 溫過熱器，采用二級(jí)噴水減溫方式，第一級(jí)噴水減溫起粗調(diào)作用，第二級(jí)噴水 減溫作為細(xì)調(diào)，確保鍋爐出11汽溫為給定值，以滿足運(yùn)行要求。每個(gè)噴水減溫 回路都為串級(jí)控制。 一級(jí)噴水減溫主環(huán)控制的過程變量為低溫過熱器出口蒸汽溫度，付環(huán)控制的過程變量為一級(jí)減溫器出口蒸汽溫度。主環(huán)控制的輸出加上一個(gè)由蒸汽流量代表的機(jī)組負(fù)荷函數(shù)發(fā)生器所給出的前饋信號(hào)為付環(huán)的設(shè)定值。二級(jí)噴水減溫主環(huán)控制的過程變量為高溫過熱器出口蒸汽溫度，付環(huán)控制的過程變量為二級(jí)減溫器出口蒸汽溫度。主環(huán)控制的輸出加

14、上一個(gè)由蒸汽 流量代表的機(jī)組負(fù)荷函數(shù)發(fā)生器所給岀的前饋信號(hào)為付壞的設(shè)定值，運(yùn)行 人員可根據(jù)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行工況在上述基木設(shè)定值基礎(chǔ)上手動(dòng)進(jìn)行偏置 38機(jī)組運(yùn)行方式出于生物質(zhì)能直燃發(fā)電燃料的特殊性，發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行方式不能采用常規(guī) fcb鍋爐的協(xié)調(diào)控制方式和鍋爐跟蹤方式，可行的運(yùn)行方式是汽機(jī)跟蹤方式。 即鍋爐負(fù)荷由燃料量決定，鍋爐與汽機(jī)之間的能量平衡體現(xiàn)在主蒸汽壓力上， 由汽機(jī)來控制主蒸汽壓力的方式可以保證鍋爐燃燒的穩(wěn)定性。另外生物質(zhì)能直 燃發(fā)電機(jī)組容量較小，電網(wǎng)對(duì)其負(fù)荷相應(yīng)的能力無嚴(yán)格的要求。在控制系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)屮只要求汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)方式具有負(fù)荷控制方式，閥位控制方 式外，還要求具有主汽門

15、入口壓力控制方式。見圖3.4總結(jié)在生物質(zhì)發(fā)電方面，艾默生公司在國外有多個(gè)已投運(yùn)案例，包括：位于紐 約的greenidge 4號(hào)機(jī)組（廢木材燃料，108mw），佛羅里達(dá)州的cedar灣電廠 （廢木材燃料，285mw） o在循環(huán)流化床和垃圾焚燒發(fā)電方而，艾默生在國內(nèi)外也 有眾多的案例，比如：宜昌東陽光300mw循壞流化床和成都洛帶垃圾焚燒電 廠，機(jī)組主設(shè)備控制都由0vation系統(tǒng)完成，我們的工程隊(duì)伍有著豐富的設(shè) 計(jì)、調(diào)試經(jīng)驗(yàn)。我們相信能夠與凱迪集團(tuán)在鍋爐設(shè)計(jì)與控制方面深入配合，提 供我們?cè)跈C(jī)組控制方面的國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，將生物質(zhì)發(fā)電的控制水平提升到一個(gè)新 的高度。附錄附錄1總體性能計(jì)算軟件包及鍋爐效率

16、計(jì)算模塊global performance advisor （總體性能顧問軟件包）可以為操作人員提 供連續(xù)監(jiān)視主要工廠設(shè)備性能并與期槊的特性指標(biāo)進(jìn)行比較的能力?？傮w性能 顧問軟件包通過跟蹤機(jī)組熱效率偏茅、設(shè)備性能偏茅以及由此偏茅所產(chǎn)生的成 本損耗，來降低運(yùn)行成本。操作人員可以根據(jù)顧問軟件包的提示，采取正確的 操作，減少運(yùn)行損耗。總體性能顧問軟件包為用戶提供關(guān)鍵性能參數(shù)，以增進(jìn) 總體發(fā)電效率?？傮w性能顧問軟件包包括多個(gè)客戶化模塊，以滿足具體電廠的性能監(jiān)視需 求。針對(duì)具體機(jī)組類型，不同的模塊組合將用于評(píng)估機(jī)組設(shè)備和過程性能。具 體的模塊包括：鍋爐給水加熱器模塊、蒸汽輪機(jī)模塊、凝汽器性能模塊、汽輪

17、 機(jī)組熱耗率模塊、鍋爐效率-反平衡模塊、鍋爐效率-正平衡模塊、余熱鍋爐效 率模塊、省煤器性能模塊、機(jī)組整體性能模塊、給水泵性能模塊、燃?xì)廨啓C(jī)性 能模塊、冷卻塔性能模塊等。所有模塊算法都預(yù)先封裝，屬于完全圖形化組 態(tài)，使用時(shí)僅需要設(shè)置相應(yīng)的計(jì)算參數(shù)或者設(shè)備參數(shù)即口j,不需要復(fù)雜的編程 計(jì)算，非常易于學(xué)習(xí)和維護(hù)。鍋爐性能模塊一通過使用asme ptc 4. 1熱損失方法進(jìn)行鍋爐性能計(jì)算。 性能計(jì)算所需要的燃料分析數(shù)據(jù)，由工廠操作員利用現(xiàn)有控制系統(tǒng)界面進(jìn)行輸 入，并且周期性地對(duì)其進(jìn)行更新。鍋爐性能模塊動(dòng)態(tài)測(cè)量煙道氣體屮的氧氣成 分，煙氣和空氣溫度以及燃料流動(dòng)速率。對(duì)于采用組合燃料(如煤，油，燃 氣，

18、炭，右灰右等)、并已知料流速率的鍋爐，可以十進(jìn)制分?jǐn)?shù)的形式計(jì)算每 種燃料的相對(duì)重量。通過分析計(jì)算含有這些燃料的相對(duì)含量配比。通過計(jì)算完 全燃燒時(shí)空氣的重量以及標(biāo)準(zhǔn)溫度和大氣壓(stp)下每磅燃料所耗空氣的量，可 得到下述熱損失的值： 干燥氣體熱損失的值由于燃料水分導(dǎo)致的熱損失由于氫燃料生成水分的熱損失所提供的空氣中的水分導(dǎo)致的熱損失由于灰產(chǎn)生的熱損失未測(cè)量到的熱損失輻射損失由于一氧化碳導(dǎo)致的熱損失利用計(jì)算岀的熱損失，可以得出鍋爐效率和過剩的空氣比并將其與設(shè)計(jì)效 率進(jìn)行比較，并給岀結(jié)果偏差報(bào)告。鍋爐效率計(jì)算也可以按照asme ptc 4.1所規(guī)定的輸入一輸出方法進(jìn)行計(jì) 算，即正平衡法。附錄2 b

19、alancer算法說明balancer （平衡器）算法能夠監(jiān)視多達(dá)16路下游信號(hào)算法，并且當(dāng)所有下游信號(hào)要求被跟蹤時(shí)，執(zhí)行用戶口定義類型的跟蹤。balancer算法的專有配置 組態(tài)方式，能夠用于平術(shù)卜游的多路手/口動(dòng)切換站的輸出。下游信號(hào)的具體數(shù)量曲用戶設(shè)定。這個(gè)算法的輸出可以連接到任一個(gè)下游算法的in1輸入，或者下游選擇器類算法的im2輸入。配置balancer算法時(shí), 可以指定哪些下游算法（可以在不同的控制頁，其至不同的控制器）需要用到balancer的輸出。balancer算法會(huì)檢杳反饋信號(hào)，以確認(rèn)多少個(gè)卜游算法在請(qǐng) 求上游算法進(jìn)行跟蹤（多少個(gè)算法處于手動(dòng)模式）。接著，balancer算法會(huì)運(yùn)用 這些信息，連同初始的控制類型信息，來計(jì)算發(fā)送到下游算法輸入端的模擬量輸出值。balancer算法有兩種控制模式：nonueil （般模式）和ma balancer（手口動(dòng)站平衡器），使