火电
LN2000在电厂温度场优化控制的应用

大型火力发电厂燃煤锅炉中,炉内温度场是反映对煤粉的着火燃尽以及锅炉的安全性具有重要影响,燃烧不稳定使锅炉效率降低噪声和污染物排放增加。同时,近年来炉膛火焰温度监测仪技术日臻成熟,温度场优化DCS闭环控制尤为重要,LN2000 DCS在莱芜、嘉祥、威海等电厂温度场优化得到了良好的应用。下面以某电厂为例详细介绍温度场DCS闭环控制。

 

1 概述

    将发电厂煤粉锅炉内温度场组织为一个均匀温度并且运行在一个合适的温度是锅炉安全、经济和环保运行的必要条件,但由于影响炉内温度场的因素众多,就运行可控因素来讲主要有五个方面:运行氧量、制粉系统的组合投运方式、吹灰频次、SOFA的风量和燃烧器摆角等。因此燃烧优化DCS闭环控制思路为首先通过调节二次风门(包括辅助风和燃尽风)将炉膛出口烟温调节均匀,然后根据#1锅炉的现场实际情况,进行以上五个方面的调节,使锅炉运行在环保和经济性最好的状态,并且实时调整。


2 燃烧优化DCS闭环控制的方案


2.1控制方案介绍:

电厂温度场优化方案为温度场优化控制系统在接收到DCS优化投入信号以后,优化功能开始执行,有温度场均衡性优化、Nox排放优化、氧量控制优化、烟温控制优化四项功能,此四项功能可以同时投入。温度场均衡性优化投入后判断炉膛内温度场燃烧是否均衡,如果存在不均衡,则发出调整指令至DCS,DCS接收到优化调整指令后去动作SOFA及二次风门。、Nox排放优化投入后,判断Nox排放是否达标,如果不达标,则发出调整指令至DCS,DCS接收到优化调整指令后去动作SOFA风门。氧量控制优化、烟温控制优化作为辅助控制功能去指导氧量控制。


2.2炉膛出口烟温的处理

从TMS-2000来20路信号,有通讯数据和AI数据两类,先准备用通讯数据。如图1所示。

 

后墙

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前墙   

图1 TMS-2000温度信号示意图


2.2.1中心区域(TMS07、TMS08、TMS09、TMS12、TMS13、TMS14)

  • 中心区域平均值,小于平均值100 ℃的数据去掉;

  • 中心区域最大值;

  • 中心区域设定值,由优化逻辑生成。


2.2.2炉墙区域:前墙(TMS01、TMS02、TMS03、TMS04、TMS05)、左墙(TMS01、TMS06、TMS11、TMS16)、后墙(TMS16、TMS17、TMS18、TMS19、TMS20)、右墙(TMS05、TMS10、TMS15、TMS20)

  • 前墙区域平均值TF,小于平均值100 ℃的数据去掉;

  • 左墙区域平均值TA,小于平均值100 ℃的数据去掉;

  • 后墙区域平均值TR,小于平均值100 ℃的数据去掉;

  • 右墙区域平均值TB,小于平均值100 ℃的数据去掉;

  • 炉墙区域最小值,从(TMS02、TMS03、TMS04、TMS06、TMS11、TMS17、TMS18、TMS19、TMS10、TMS15)求MIN


2.2.3信号采集方案

定时进行同步采集,与TMS-2000处理同步,对连续3次采集的同一个测点数据进行平均值处理,连续采集3次以上,逻辑回路才开始运算。


2.3炉膛出口烟温的区域均匀调节逻辑

由于锅炉的燃烧器为技术改造后的低氮燃烧器,在综合满足NOx排放标准的情况下,四层SOFA风的挡板开度余量较大,必须根据锅炉负荷进行区别考虑。同时考虑到炉渣含碳量因素,最底层的辅助风AA层不参与调整,考虑到燃烧器喷嘴安全和中心风量较小,中心风也不参与调整。


2.3.1 首先将运行氧量与优化氧量比较,如果运行氧量大于优化氧量,则将运行氧量调低至优化氧量,


2.3.2  Nox优化可以不依赖于氧量优化单独投入。投入后以步长为2%的速度关四层SOFA,每关2%则进行NOx的判断,当NOx浓度大于280mg/m3时停止关闭;当Nox优化切除时,所有的偏差将被取消。


2.3.3对四面墙的温度值(TF,TR,TA,TB)进行比较,选出最大值和最小值,如果|TF – TR︱ <=50℃和|TA – TB |<=50℃不要进行调整,如果|TF – TR |>50℃和|TA – TB |>50℃则需要进行调整。

温度场的调匀整体分为两步:前后墙的调匀和左右墙的调匀。

均匀性调整的整体步骤为以步长为2%进行调整,调整一次稳定1分钟,再进行前后墙和左右墙比较,稳定3分钟并进行再进行比较,调整顺序为从上直下的调整,当温度场均匀后则停止并保持。


2.3.3.1前后墙不均匀的调整

当|TF – TR |>50℃时,如果TF> TR,则首先关小前墙A/B侧的燃尽风挡板,同时同步开大后墙A/B侧的燃尽风挡板,当调整幅度为15%时,则停止燃尽风挡板的调整;当NOX浓度大于300mg/Nm3时,则停止关闭前墙A/B侧的燃尽风挡板;如果TF< TR,则首先开大前墙A/B侧的燃尽风挡板,同时同步关小后墙A/B侧的燃尽风挡板,当调整幅度为15%时,则停止燃尽风挡板的调整,当NOX浓度大于300mg/Nm3时,则停止关闭前墙A/B侧的燃尽风挡板。

当燃尽风挡板调整完毕时,|TF – TR |>50℃条件仍然存在,并且C层燃烧器投运性的情况下,则进行前墙C层挡板的调整,如果TF> TR,则关小前墙C层二次风挡板,反之亦然,当调整幅度为10%时,则停止燃尽风挡板的调整。

当C层二次风调整完毕后,|TF – TR |>50℃条件仍然存在,则进行前墙B层和后墙E层挡板的调整,如果TF> TR,则关小前墙B层二次风挡板,开大后墙E层二次风挡板,反之亦然,当调整幅度为10%时,则停止燃尽风挡板的调整。

当B/E层二次风调整完毕后,|TF – TR |>50℃条件仍然存在,则进行前墙A层和后墙C层挡板的调整,如果TF> TR,则关小前墙A层二次风挡板,开大后墙C层二次风挡板,反之亦然,当调整幅度为10%时,则停止燃尽风挡板的调整。


2.3.3.2左右墙不均匀的调整

当|TA – TB |>50℃时,如果TA> TB,如果C层燃烧器投用,则进行C层燃烧器外二次风的调整,减少C1和C2的外二次风挡板开度,增加C3和C4的的外二次风挡板开度,反之亦然,当调整幅度为10%时,则停止C层外二次风挡板的调整。

当C层外二次风调整完毕后,|TA – TB |>50℃条件仍然存在,则进行前墙B层和后墙E层外二次风挡板的调整,如果TA> TB,则减少B1,B2,E1和E2的外二次风挡板开度,同步增加B3,B4,E3和E4的外二次风挡板开度,反之亦然,当调整幅度为10%时,则停止B和E层外二次风挡板的调整。

当B和E层外二次风调整完毕后,|TA – TB |>50℃条件仍然存在,则进行前墙A层和后墙B层外二次风挡板的调整,如果TA> TB,则减少A1,A2,D1和D2的外二次风挡板开度,同步增加A3,A4,D3和D4的外二次风挡板开度,反之亦然,当调整幅度为10%时,则停止A和D层外二次风挡板的调整。

   当以上调整完毕,温度场仍有较大偏差,则可对中心风进行微调。


2.4燃烧优化调节

根据改造后的试验结果,对锅炉出口烟温寻找最优状态下的省煤器入口烟温或CO浓度值,根据省煤器入口烟温或CO浓度值寻优最佳状态,寻优的最佳变量为氧量。

具体方法是试验测量出氧量最优值作为氧量调整的指导值,以省煤器入口平均温度与省煤器入口平均温度的设计值,或者CO的实测浓度值与优化的CO浓度值做比较,计算出一个氧量的修正值,对氧量最优值进行校正,从而生成新的氧量目标值,作为氧量控制对象,从而达到优化燃烧的目的。

    锅炉目前运行方式是燃烧器摆角主要用来调节再热汽温,从考虑整台机组的经济性来讲,燃烧器摆角不作为炉膛出口烟温寻优的变量。

    由于锅炉煤种较杂乱,为保证锅炉的安全稳定运行,因此制粉系统运行方式也不作为炉膛出口烟温寻优的变量,在煤种稳定的情况下,可以将燃烧优化调节调节系统完善。


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图2 整体优化示意图


3 燃烧优化DCS闭环控制效果

通过监控炉膛燃烧工况变化,有效调整燃烧不均衡状况;避免由于燃烧不稳定造成的锅炉各受热面超温爆管状况;通过优化锅炉燃烧控制,提高燃烧工况的稳定性,降低了污染物排放,同时降低发电煤耗1.0~1.5克。

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