大型火力發(fā)電廠燃煤鍋爐中，爐內(nèi)溫度場是反映對煤粉的著火燃盡以及鍋爐的安全性具有重要影響，燃燒不穩(wěn)定使鍋爐效率降低噪聲和污染物排放增加。同時(shí)，近年來爐膛火焰溫度監(jiān)測儀技術(shù)日臻成熟，溫度場優(yōu)化DCS閉環(huán)控制尤為重要，LN2000 DCS在萊蕪、嘉祥、威海等電廠溫度場優(yōu)化得到了良好的應(yīng)用。下面以某電廠為例詳細(xì)介紹溫度場DCS閉環(huán)控制。

1 概述

    將發(fā)電廠煤粉鍋爐內(nèi)溫度場組織為一個(gè)均勻溫度并且運(yùn)行在一個(gè)合適的溫度是鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保運(yùn)行的必要條件，但由于影響爐內(nèi)溫度場的因素眾多，就運(yùn)行可控因素來講主要有五個(gè)方面：運(yùn)行氧量、制粉系統(tǒng)的組合投運(yùn)方式、吹灰頻次、SOFA的風(fēng)量和燃燒器擺角等。因此燃燒優(yōu)化DCS閉環(huán)控制思路為首先通過調(diào)節(jié)二次風(fēng)門(包括輔助風(fēng)和燃盡風(fēng))將爐膛出口煙溫調(diào)節(jié)均勻，然后根據(jù)#1鍋爐的現(xiàn)場實(shí)際情況，進(jìn)行以上五個(gè)方面的調(diào)節(jié)，使鍋爐運(yùn)行在環(huán)保和經(jīng)濟(jì)性最好的狀態(tài)，并且實(shí)時(shí)調(diào)整。

2 燃燒優(yōu)化DCS閉環(huán)控制的方案

2.1控制方案介紹：

電廠溫度場優(yōu)化方案為溫度場優(yōu)化控制系統(tǒng)在接收到DCS優(yōu)化投入信號以后，優(yōu)化功能開始執(zhí)行,有溫度場均衡性優(yōu)化、Nox排放優(yōu)化、氧量控制優(yōu)化、煙溫控制優(yōu)化四項(xiàng)功能，此四項(xiàng)功能可以同時(shí)投入。溫度場均衡性優(yōu)化投入后判斷爐膛內(nèi)溫度場燃燒是否均衡，如果存在不均衡，則發(fā)出調(diào)整指令至DCS，DCS接收到優(yōu)化調(diào)整指令后去動(dòng)作SOFA及二次風(fēng)門。、Nox排放優(yōu)化投入后，判斷Nox排放是否達(dá)標(biāo)，如果不達(dá)標(biāo)，則發(fā)出調(diào)整指令至DCS，DCS接收到優(yōu)化調(diào)整指令后去動(dòng)作SOFA風(fēng)門。氧量控制優(yōu)化、煙溫控制優(yōu)化作為輔助控制功能去指導(dǎo)氧量控制。

2.2爐膛出口煙溫的處理

從TMS-2000來20路信號，有通訊數(shù)據(jù)和AI數(shù)據(jù)兩類，先準(zhǔn)備用通訊數(shù)據(jù)。如圖1所示。

后墻

前墻   

圖1 TMS-2000溫度信號示意圖

2.2.1中心區(qū)域（TMS07、TMS08、TMS09、TMS12、TMS13、TMS14）

• 中心區(qū)域平均值，小于平均值100 ℃的數(shù)據(jù)去掉；

• 中心區(qū)域最大值；

• 中心區(qū)域設(shè)定值，由優(yōu)化邏輯生成。

2.2.2爐墻區(qū)域：前墻（TMS01、TMS02、TMS03、TMS04、TMS05）、左墻（TMS01、TMS06、TMS11、TMS16）、后墻（TMS16、TMS17、TMS18、TMS19、TMS20）、右墻（TMS05、TMS10、TMS15、TMS20）

• 前墻區(qū)域平均值TF，小于平均值100 ℃的數(shù)據(jù)去掉；

• 左墻區(qū)域平均值TA，小于平均值100 ℃的數(shù)據(jù)去掉；

• 后墻區(qū)域平均值TR，小于平均值100 ℃的數(shù)據(jù)去掉；

• 右墻區(qū)域平均值TB，小于平均值100 ℃的數(shù)據(jù)去掉；

• 爐墻區(qū)域最小值，從（TMS02、TMS03、TMS04、TMS06、TMS11、TMS17、TMS18、TMS19、TMS10、TMS15）求MIN

2.2.3信號采集方案

定時(shí)進(jìn)行同步采集，與TMS-2000處理同步，對連續(xù)3次采集的同一個(gè)測點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值處理，連續(xù)采集3次以上，邏輯回路才開始運(yùn)算。

2.3爐膛出口煙溫的區(qū)域均勻調(diào)節(jié)邏輯

由于鍋爐的燃燒器為技術(shù)改造后的低氮燃燒器，在綜合滿足NOx排放標(biāo)準(zhǔn)的情況下，四層SOFA風(fēng)的擋板開度余量較大，必須根據(jù)鍋爐負(fù)荷進(jìn)行區(qū)別考慮。同時(shí)考慮到爐渣含碳量因素，最底層的輔助風(fēng)AA層不參與調(diào)整，考慮到燃燒器噴嘴安全和中心風(fēng)量較小，中心風(fēng)也不參與調(diào)整。

2.3.1 首先將運(yùn)行氧量與優(yōu)化氧量比較，如果運(yùn)行氧量大于優(yōu)化氧量，則將運(yùn)行氧量調(diào)低至優(yōu)化氧量，

2.3.2  Nox優(yōu)化可以不依賴于氧量優(yōu)化單獨(dú)投入。投入后以步長為2%的速度關(guān)四層SOFA，每關(guān)2%則進(jìn)行NOx的判斷，當(dāng)NOx濃度大于280mg/m3時(shí)停止關(guān)閉；當(dāng)Nox優(yōu)化切除時(shí)，所有的偏差將被取消。

2.3.3對四面墻的溫度值(TF，TR，TA，TB)進(jìn)行比較，選出最大值和最小值，如果｜TF – TR︱ <=50℃和｜TA – TB ｜<=50℃不要進(jìn)行調(diào)整，如果｜TF – TR ｜>50℃和｜TA – TB ｜>50℃則需要進(jìn)行調(diào)整。

溫度場的調(diào)勻整體分為兩步：前后墻的調(diào)勻和左右墻的調(diào)勻。

均勻性調(diào)整的整體步驟為以步長為2%進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整一次穩(wěn)定1分鐘，再進(jìn)行前后墻和左右墻比較，穩(wěn)定3分鐘并進(jìn)行再進(jìn)行比較，調(diào)整順序?yàn)閺纳现毕碌恼{(diào)整，當(dāng)溫度場均勻后則停止并保持。

2.3.3.1前后墻不均勻的調(diào)整

當(dāng)｜TF – TR ｜>50℃時(shí)，如果TF> TR，則首先關(guān)小前墻A/B側(cè)的燃盡風(fēng)擋板，同時(shí)同步開大后墻A/B側(cè)的燃盡風(fēng)擋板，當(dāng)調(diào)整幅度為15%時(shí)，則停止燃盡風(fēng)擋板的調(diào)整；當(dāng)NOX濃度大于300mg/Nm3時(shí)，則停止關(guān)閉前墻A/B側(cè)的燃盡風(fēng)擋板；如果TF< TR，則首先開大前墻A/B側(cè)的燃盡風(fēng)擋板，同時(shí)同步關(guān)小后墻A/B側(cè)的燃盡風(fēng)擋板，當(dāng)調(diào)整幅度為15%時(shí)，則停止燃盡風(fēng)擋板的調(diào)整，當(dāng)NOX濃度大于300mg/Nm3時(shí)，則停止關(guān)閉前墻A/B側(cè)的燃盡風(fēng)擋板。

當(dāng)燃盡風(fēng)擋板調(diào)整完畢時(shí)，｜TF – TR ｜>50℃條件仍然存在，并且C層燃燒器投運(yùn)性的情況下，則進(jìn)行前墻C層擋板的調(diào)整，如果TF> TR，則關(guān)小前墻C層二次風(fēng)擋板，反之亦然，當(dāng)調(diào)整幅度為10%時(shí)，則停止燃盡風(fēng)擋板的調(diào)整。

當(dāng)C層二次風(fēng)調(diào)整完畢后，｜TF – TR ｜>50℃條件仍然存在，則進(jìn)行前墻B層和后墻E層擋板的調(diào)整，如果TF> TR，則關(guān)小前墻B層二次風(fēng)擋板，開大后墻E層二次風(fēng)擋板，反之亦然，當(dāng)調(diào)整幅度為10%時(shí)，則停止燃盡風(fēng)擋板的調(diào)整。

當(dāng)B/E層二次風(fēng)調(diào)整完畢后，｜TF – TR ｜>50℃條件仍然存在，則進(jìn)行前墻A層和后墻C層擋板的調(diào)整，如果TF> TR，則關(guān)小前墻A層二次風(fēng)擋板，開大后墻C層二次風(fēng)擋板，反之亦然，當(dāng)調(diào)整幅度為10%時(shí)，則停止燃盡風(fēng)擋板的調(diào)整。

2.3.3.2左右墻不均勻的調(diào)整

當(dāng)｜TA – TB ｜>50℃時(shí)，如果TA> TB，如果C層燃燒器投用，則進(jìn)行C層燃燒器外二次風(fēng)的調(diào)整，減少C1和C2的外二次風(fēng)擋板開度，增加C3和C4的的外二次風(fēng)擋板開度，反之亦然，當(dāng)調(diào)整幅度為10%時(shí)，則停止C層外二次風(fēng)擋板的調(diào)整。

當(dāng)C層外二次風(fēng)調(diào)整完畢后，｜TA – TB ｜>50℃條件仍然存在，則進(jìn)行前墻B層和后墻E層外二次風(fēng)擋板的調(diào)整，如果TA> TB，則減少B1，B2，E1和E2的外二次風(fēng)擋板開度，同步增加B3，B4，E3和E4的外二次風(fēng)擋板開度，反之亦然，當(dāng)調(diào)整幅度為10%時(shí)，則停止B和E層外二次風(fēng)擋板的調(diào)整。

當(dāng)B和E層外二次風(fēng)調(diào)整完畢后，｜TA – TB ｜>50℃條件仍然存在，則進(jìn)行前墻A層和后墻B層外二次風(fēng)擋板的調(diào)整，如果TA> TB，則減少A1，A2，D1和D2的外二次風(fēng)擋板開度，同步增加A3，A4，D3和D4的外二次風(fēng)擋板開度，反之亦然，當(dāng)調(diào)整幅度為10%時(shí)，則停止A和D層外二次風(fēng)擋板的調(diào)整。

   當(dāng)以上調(diào)整完畢，溫度場仍有較大偏差，則可對中心風(fēng)進(jìn)行微調(diào)。

2.4燃燒優(yōu)化調(diào)節(jié)

根據(jù)改造后的試驗(yàn)結(jié)果，對鍋爐出口煙溫尋找最優(yōu)狀態(tài)下的省煤器入口煙溫或CO濃度值，根據(jù)省煤器入口煙溫或CO濃度值尋優(yōu)最佳狀態(tài)，尋優(yōu)的最佳變量為氧量。

具體方法是試驗(yàn)測量出氧量最優(yōu)值作為氧量調(diào)整的指導(dǎo)值，以省煤器入口平均溫度與省煤器入口平均溫度的設(shè)計(jì)值，或者CO的實(shí)測濃度值與優(yōu)化的CO濃度值做比較，計(jì)算出一個(gè)氧量的修正值，對氧量最優(yōu)值進(jìn)行校正，從而生成新的氧量目標(biāo)值，作為氧量控制對象，從而達(dá)到優(yōu)化燃燒的目的。

    鍋爐目前運(yùn)行方式是燃燒器擺角主要用來調(diào)節(jié)再熱汽溫，從考慮整臺機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性來講，燃燒器擺角不作為爐膛出口煙溫尋優(yōu)的變量。

    由于鍋爐煤種較雜亂，為保證鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式也不作為爐膛出口煙溫尋優(yōu)的變量，在煤種穩(wěn)定的情況下，可以將燃燒優(yōu)化調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)系統(tǒng)完善。

圖2 整體優(yōu)化示意圖

3 燃燒優(yōu)化DCS閉環(huán)控制效果

通過監(jiān)控爐膛燃燒工況變化，有效調(diào)整燃燒不均衡狀況；避免由于燃燒不穩(wěn)定造成的鍋爐各受熱面超溫爆管狀況；通過優(yōu)化鍋爐燃燒控制，提高燃燒工況的穩(wěn)定性，降低了污染物排放，同時(shí)降低發(fā)電煤耗1.0～1.5克。