可再生能源中生物質(zhì)能源由于具有資源豐富、可再生且分布地域廣、可實(shí)現(xiàn)CO2零排放、大氣污染物排放少等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有前途的綠色可再生能源之一。隨著國(guó)家《可再生能源法》的頒布實(shí)施，生物質(zhì)能發(fā)電已經(jīng)迎來(lái)一個(gè)發(fā)展高峰。但是生物質(zhì)燃料的熱值隨著濕度等特性的變化很不穩(wěn)定，因此不能通過(guò)常規(guī)控制方法按負(fù)荷計(jì)算出應(yīng)該投入的燃料量，而應(yīng)該通過(guò)對(duì)風(fēng)量的計(jì)算調(diào)節(jié)給料量，從而在本質(zhì)上改變了常規(guī)燃煤電廠的控制方式；另外，生物質(zhì)燃料的成分和煤粉存在極大差異，因而產(chǎn)生結(jié)焦、腐蝕的工藝參數(shù)及環(huán)境也與普通燃煤爐不同，對(duì)自動(dòng)化控制提出了不同要求。

1.LN2000DCS在生物質(zhì)發(fā)電廠應(yīng)用中的配置

LN2000的冗余現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)特別適用于地理位置分散的環(huán)境。通過(guò)雙絞線或光纖，可將智能I/O模塊任意擴(kuò)展到幾公里范圍內(nèi)的任意地方，而其控制站則可集中布置。這些正適合生物質(zhì)電廠的需求。LN2000 DCS近年來(lái)已經(jīng)在龍江、臨沂、南宮、邳州等十余臺(tái)生物質(zhì)發(fā)電廠中投入運(yùn)行，效果良好。LN2000在生物質(zhì)電廠的通常配置如圖1所示。

圖1  生物質(zhì)電廠系統(tǒng)配置圖

它由三部分構(gòu)成：

（1）主控室及電子間：布置鍋爐、汽機(jī)和發(fā)電機(jī)以及相關(guān)輔助系統(tǒng)的控制柜的控制，可對(duì)整個(gè)電廠的所有設(shè)備進(jìn)行操作和監(jiān)控。

（2）遠(yuǎn)程I/O電子間1：布置秸稈的處理、儲(chǔ)存和輸送設(shè)備的控制柜。

（3）遠(yuǎn)程I/O電子間2：布置灰渣處理設(shè)備的控制柜。

三部分通過(guò)雙絞線和光纖，有機(jī)的結(jié)合在一起，在遠(yuǎn)程電子間內(nèi)，可設(shè)置緊急操作臺(tái)，對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行緊急操作。電廠所有設(shè)備的操作和監(jiān)視，都可在主控制室內(nèi)完成。這種結(jié)構(gòu)，不僅能夠減少電纜附設(shè)，降低工程費(fèi)用，而且能夠減人增效，并且維護(hù)方便。所以LN2000分散控制系統(tǒng)可以在適當(dāng)范圍內(nèi)滿足生物質(zhì)電廠的控制要求。

2.生物質(zhì)能發(fā)電綜合自動(dòng)化控制策略分析研究

生物質(zhì)能電廠與常規(guī)火力發(fā)電廠最大的不同是燃料的不同，尤其是生物質(zhì)燃料的水分含量較高且不穩(wěn)定，其熱值不固定，進(jìn)而導(dǎo)致了鍋爐燃燒方式的不同。而汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等系統(tǒng)的控制方式與相同規(guī)模的常規(guī)電廠并沒(méi)有太大的不同。根據(jù)近年來(lái)生物電廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的跟蹤和設(shè)計(jì)，對(duì)生物質(zhì)能電廠鍋爐的主要控制做簡(jiǎn)要的分析研究。

1.給料控制

負(fù)荷控制器的輸出轉(zhuǎn)化為每條給料線的負(fù)荷設(shè)定值。這是通過(guò)各個(gè)播料機(jī)的負(fù)荷分配的反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)的。負(fù)荷分配信號(hào)表示各條給料線間實(shí)際轉(zhuǎn)速的比值，當(dāng)全部給料線的負(fù)荷設(shè)定值為0意味著給料線停運(yùn)。

每臺(tái)播料機(jī)的給料線負(fù)荷正常時(shí)遵從給料線負(fù)荷信號(hào)為1:1，但是在給料線啟動(dòng)時(shí)，如果手動(dòng)操作給料線，這就有不同。在給料線啟動(dòng)時(shí)，手動(dòng)將轉(zhuǎn)速調(diào)整為理想的給料負(fù)荷，或當(dāng)操作人員已經(jīng)調(diào)整了給料線的需要負(fù)荷時(shí)，負(fù)荷分配的反饋能確保全部給料線相應(yīng)地作出調(diào)整，目的是彌補(bǔ)各條給料線的差別。

爐排不是連續(xù)運(yùn)行，而是周期運(yùn)行，整個(gè)周期包括由負(fù)荷決定的暫停時(shí)間和振動(dòng)時(shí)間。當(dāng)主燃料穩(wěn)定燃燒時(shí)，由操作人員啟動(dòng)振動(dòng)周期。當(dāng)振動(dòng)周期啟動(dòng)后，再啟動(dòng)灰渣系統(tǒng)。一旦發(fā)生主燃料跳閘，將自動(dòng)停止振動(dòng)周期。如果濕式撈渣機(jī)停運(yùn)超過(guò)30分鐘后，停運(yùn)振動(dòng)周期并報(bào)警。

在爐排振動(dòng)時(shí)，爐排上的燃料被攪動(dòng)，釋放出的氣體立即使鍋爐負(fù)荷增加。這將導(dǎo)致空氣的過(guò)剩量減少，增加了一氧化碳的排放量和鍋爐負(fù)荷。為了遏制這些問(wèn)題的產(chǎn)生，在振動(dòng)前減少一次風(fēng)量和增加上二次風(fēng)量。保持總的空氣量不變，僅僅臨時(shí)地改變空氣量的分配。逐漸地消除空氣分配量的變化，最終使空氣分配量在振動(dòng)周期三分之二的暫停時(shí)間后，返回到正常值。振動(dòng)周期的作用是控制振動(dòng)和使空氣分配量的變化和爐排的實(shí)際運(yùn)動(dòng)同步。

2.LBA裝置負(fù)荷控制

鍋爐裝置負(fù)荷控制的基本思想是基于運(yùn)行模式“蒸汽鍋爐控制（汽輪機(jī)跟隨）”。基于主蒸汽流量的鍋爐負(fù)荷控制器可以確保維持理想的平均負(fù)荷，但是，必須要預(yù)料到由于燃料的隨機(jī)變動(dòng)引起的負(fù)荷波動(dòng)。

由操作人員設(shè)置鍋爐裝置負(fù)荷的設(shè)定值，逐漸加載鍋爐裝置的負(fù)荷，從而保證設(shè)定值在最大的允許變化速率值內(nèi)。最大允許負(fù)荷的設(shè)定值是由播料機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)和鍋爐汽包的實(shí)際壓力來(lái)決定的。其它控制器中大量的由負(fù)荷決定的設(shè)定值是來(lái)源于裝置負(fù)荷的設(shè)定值。最重要的值如下：

●       總的燃燒空氣與需要的過(guò)量空氣的比值；

●       主要燃料的需要量；

●       各種燃燒空氣分配的設(shè)定值。

3.2.1  過(guò)量空氣的控制器

由于不清楚燃料的組分和短時(shí)間內(nèi)可能發(fā)生的較大變化，所以，燃料的變動(dòng)必然要導(dǎo)致過(guò)量空氣數(shù)量的變化。因此，過(guò)量空氣的控制器用于調(diào)節(jié)給料機(jī)的轉(zhuǎn)速以達(dá)到理想的過(guò)量空氣系數(shù)，而不是改變總的燃燒空氣量。

3.2.2  鍋爐負(fù)荷的控制器

基于主蒸汽流量的鍋爐負(fù)荷控制器可以確保維持理想的平均負(fù)荷，但是，必須要預(yù)料到由于燃料的隨機(jī)變動(dòng)引起的負(fù)荷波動(dòng)?？刂破鞯慕Y(jié)構(gòu)是三個(gè)并列的獨(dú)立控制器，目的是確保在前饋和消除偏差方面的較強(qiáng)的適應(yīng)性。

3.爐膛的壓力控制

爐膛壓力控制為簡(jiǎn)單的單回路閉環(huán)控制，通過(guò)調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速或引風(fēng)機(jī)入口擋板的開(kāi)度來(lái)控制爐膛的壓力。當(dāng)送風(fēng)機(jī)沒(méi)有投運(yùn)時(shí)，爐膛壓力的設(shè)定值增加到最小負(fù)壓值，這樣就可以減少空氣漏入燃燒區(qū)中。這有助于發(fā)生主燃料跳閘時(shí)，縮短停止?fàn)t排燃燒的時(shí)間。

4.送風(fēng)控制

由負(fù)荷控制器決定的總?cè)紵諝庑枨罅渴峭ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速或送風(fēng)機(jī)入口擋板的開(kāi)度來(lái)控制的。通過(guò)調(diào)節(jié)燃燒空氣系統(tǒng)中的各個(gè)擋板來(lái)控制燃燒空氣的分配，由三個(gè)不同的流量控制器來(lái)控制爐排空氣流量，每個(gè)控制器都有由負(fù)荷決定的設(shè)定值。

爐膛前、后墻上的下部噴嘴的二次風(fēng)流量由壓力控制器來(lái)調(diào)節(jié)，該壓力控制器控制噴嘴上游的總管壓力。壓力的設(shè)定值由鍋爐負(fù)荷決定。

通過(guò)由負(fù)荷決定的設(shè)定值來(lái)控制播料風(fēng)的壓力，目的是確保足夠的空氣進(jìn)入播料機(jī)。

剩余的燃燒空氣引到前、后墻的上部噴嘴中，通過(guò)調(diào)節(jié)燃燒空氣供給系統(tǒng)的壓力，即上部噴嘴的兩個(gè)調(diào)節(jié)擋板來(lái)實(shí)現(xiàn)。前、后墻風(fēng)量的分配比值可由操作人員來(lái)調(diào)整。

5.過(guò)熱器的溫度控制

每個(gè)過(guò)熱器的溫度控制器都設(shè)計(jì)為典型的雙回路控制器。過(guò)熱器進(jìn)口溫度的響應(yīng)記錄作為過(guò)熱器出口偏差記錄的反作用。反作用延時(shí)后停止，與過(guò)熱器實(shí)際過(guò)程響應(yīng)相類(lèi)似。這可以通過(guò)回路的積分器和Pt1過(guò)濾器（也被稱為Dt回路）來(lái)實(shí)現(xiàn)。

如果過(guò)熱器出口的溫降記錄為10℃，那么停止噴水直到過(guò)熱器進(jìn)口溫度升高10℃。然后，閥位或多或少維持不變，直到過(guò)熱器出口溫升達(dá)到過(guò)熱器出口記錄的溫降。

三個(gè)減溫器的出口溫度都要監(jiān)視。如果溫度降低到比實(shí)際壓力決定的飽和溫度的高20℃時(shí)，停止繼續(xù)開(kāi)大減溫器的調(diào)節(jié)閥。

設(shè)定值通過(guò)經(jīng)過(guò)減溫器的溫降來(lái)確定的，該溫降由負(fù)荷來(lái)決定。操作人員可以修正這個(gè)計(jì)算設(shè)定值，目的是彌補(bǔ)如燃料組分的變化和受熱面的積灰。

過(guò)熱器的溫度控制作為特殊措施來(lái)避免低噴水流量下運(yùn)行和不能充分蒸發(fā)。這些措施默認(rèn)為不起作用的，但是必須按下面的要求來(lái)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

如果第一、二級(jí)減溫器的計(jì)算流量降到最小值，帶有持續(xù)脈沖的溫度控制器的輸出變?yōu)?，同樣地，控制器的設(shè)定值增加大約10℃，為的是確保直到有大量噴水要求前，控制器都保持關(guān)閉。當(dāng)蒸汽溫度升高到足以使控制器（設(shè)定值已經(jīng)增加）再次開(kāi)啟，去掉加在設(shè)定值上的10℃，從而確?？刂破髡业叫碌墓ぷ鼽c(diǎn)，此工作點(diǎn)在前面提及的最小流量之上。

第二、三級(jí)減溫器都帶有兩個(gè)噴嘴，兩個(gè)噴嘴共有一個(gè)噴水調(diào)節(jié)閥。其中一個(gè)噴嘴通過(guò)遙控操作隔離閥關(guān)斷。當(dāng)進(jìn)入減溫器的計(jì)算噴水流量降到某一極限值時(shí)，關(guān)閉隔離閥；如果噴水流量超過(guò)另一個(gè)值時(shí)，打開(kāi)隔離閥。正常時(shí)，如前所述的雙回路控制器能夠處理隔離閥操作后引起的溫度變化，但是，如果情況不是這樣的話，過(guò)熱器的溫度控制溫度控制器作為特殊措施。這些措施默認(rèn)為不起作用的，但是必須按下面的要求來(lái)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)隔離閥關(guān)閉時(shí)，相關(guān)溫度控制器的輸出將增加預(yù)定百分?jǐn)?shù)來(lái)抵消減溫器的壓降。同樣地，當(dāng)隔離閥打開(kāi)時(shí)，輸出減少。

與常規(guī)電廠每級(jí)過(guò)熱器出口人為設(shè)置溫度設(shè)定點(diǎn)不同，前兩級(jí)過(guò)熱器出口的溫度設(shè)定點(diǎn)取后一級(jí)減溫器入口的溫度。這樣整個(gè)系統(tǒng)整合為一個(gè)整體，為控制主蒸汽溫度服務(wù)，縮短了控制時(shí)間，增強(qiáng)了溫度的穩(wěn)定性，提高了控制的效率，提高了主蒸汽的品質(zhì)。

3.結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，LN2000高可靠的硬件和靈活、強(qiáng)大的軟件功能為生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組的控制和運(yùn)行提供了可靠的保證，以上控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)生物質(zhì)能電廠的自動(dòng)化控制，保證電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。相信隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及技術(shù)的提高，這種既有經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，又能保護(hù)環(huán)境的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用前景將會(huì)越來(lái)越廣闊。