TPS系统在300MW循环流化床机组中的应用 及自动控制研究

第41卷第10期第200期年10月108

中国电力Vol．41，No．10

郝勇生等：TPS系统在循环流化床机组中的应用及自动控制研究Oct.2008300MWPOWERELECTRIC

电力自动化

蒙古首台采用的国产化大型循环流化床锅炉项目。

蒙西发电厂2×300MW机组锅炉为上海锅炉厂第1次采用引进法国阿尔斯通技术设计生产的300

（FTA）组成。IOP主要完成I/O的前端处理，包括线性化、开方和量程转换等功能。FTA用于现场接线的接线端子板。IOP和FTA一对一使用，采用预制电缆相连，大大减少了接线工作量。

局域控制网（LCN）是TPS系统中的数据高速公路，是本系统的监控网络。在LCN网上可连结人机接口和各类网络设备如工程师站、操作员站、高级应用平台、网络接口模件（NIM）和历史数据模件（HM）等。该网络通信协议为IEEE802.4广播令牌方式，通信速率为10Mb/s。UCN网络是TPS系统的控制网络，网上可连结高性能过程管理站（HPM），每条UCN网上可连结32对冗余的HPM或64个节点的UCN设备。通信速率为5、10Mb/s自适应，通信协议为IEEE802.4载波令牌方式，最大通信距离可达2000m。

蒙西发电厂HPM控制器的配置情况：单元机

MW等级循环流化床双炉膛锅炉。该锅炉燃烧效率

高、负荷调节范围大，无需加装脱硫脱硝装置即可实现90%脱硫率，而且煤种适应性广，排出的灰渣活性好，容易实现综合利用，促进循环经济的发展。该机组配套采用德国斯必克公司先进的直接空冷设备，比湿冷机组节约用水70%以上。该机组采用的

300MW循环流化床锅炉和直接空冷相结合的模式

为国内同行提供了一个范例。

2TPS系统介绍

TPS系统是美国Honeywell公司推出的成熟

DCS系统。TPS系统由4部分组成：中央处理单元

收稿日期：2008-06-16；修回日期：2008-07-18

作者简介：郝勇生（1978-），男，江苏姜堰人，博士研究生，从事火电厂分散控制系统、优化控制的工程和研究工作。

E-mail:haoys@

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组15对、公用系统2对、空冷系统2对、DEH3对。单元机组的系统配置如图1所示。

区别。

3.1.1给煤控制

锅炉主控系统发出的燃料指令与总风量函数得

3自动控制的关键问题

蒙西发电厂采用带外置床的循环流化床锅

出的燃料指令比较取小值作为燃料控制系统调节器的设定值。采用4条给煤线的给煤率经BTU校核后作为反馈信号，其差值经比例积分运算后控制各台给煤机的转速，维持主汽压力为定值。床上燃烧器和风道燃烧器燃油流量之和经折算成相应煤量后，加上总煤量作为总燃料量。

锅炉主控系统发出的总燃料指令与总风量比较取小值作为调节器的设定值，保证锅炉指令增加时风量始终大于燃料量，也同时保证了先加风后加煤、先减煤后减风。每条给煤线包括称重式给煤机、埋刮板给煤机、螺旋给煤机，刮板给煤机和螺旋给煤机接受称重给煤机的转速指令，保证每条给煤线独立稳定运行。

炉，锅炉四角分别布置4个返料器和4个外置流化床，左前外置床中布置了中温过热器1、2，左后外置床中布置了低温过热器和高温再热器，右侧前后外置床和左侧外置床对称布置。该机组同时选用直接空冷系统，汽轮机低压缸排汽直接进入空冷岛进汽管道，通过风机的强制风和自然风冷却管道将蒸汽冷凝。

机组结构和煤种设计的特点，决定了协调控制、燃烧控制、床温和床压控制等是锅炉自动控制的难点。另外，直接空冷控制是用风机转速来控制汽轮机排汽压力，如何设定汽轮机低压缸排汽压力，以兼顾汽轮机热效率和空冷岛风机电耗率，达到一个最佳经济性指标，是值得研究的问题。

3.1.2一次风量控制

一次风通过2条床腿来流化炉膛内的床料，为确保2条床腿之间适当的平衡，采用平衡控制回路控制左右一次风调节挡板，每个挡板分别安装在各床腿的一次风道上。

锅炉主控指令经函数转换首先与左右炉膛的压

3.1燃烧控制系统

燃烧控制系统中给煤、一次风量、一次风温、二

次风量等控制回路和常规煤粉炉控制有较明显的

图1单元机组的系统配置

Fig.1DCSsystemconfigurationofpowerunit

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力差进行求和，然后和总燃料量对应的一次风量取大值，确保锅炉富氧燃烧，再与一次风量最小设定值取大值，确保锅炉运行的最小一次风量，最后形成一次风量控制回路的设定值。

一次风量控制是循环流化床锅炉控制的重点，是锅炉稳定运行的基本要求。一次风量对于防止双炉膛流化床锅炉的翻床至关重要，两侧一次风量的平衡是防止翻床的重要手段。因此将左右炉膛压力差分别作为左右一次风指令前馈，保证左右炉膛压力差限制在设定范围内

3.2床温和床压控制3.2.1床温控制

影响循环流化床床温的因素很多，如冷灰返料量、给煤量、石灰石供给量、排渣量、一次风量、二次风量、返料风量等。本系统通过调节锥形回料阀，控制经外置床返回炉膛的冷灰量来实现对床温的控制，锥形回料阀执行机构具有良好的线性控制特点，同时用循环灰来调节床温减少了对床温以外其他因素的影响。当床温偏高时，开大锥形回料阀使进入炉膛的冷灰量增加从而降低床温反之亦然3.1.3给定值，3.1.4各运行态，（1）组负荷，态时，状态时，（2）换即为指令的取大值增加时减风，总风量（3）的配比。

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料层厚度与床压具有对应关系，可通过调节床压来调节料层厚度。床压是参与炉膛保护的重要信号，因此，床压的自动控制比床温控制更重要。

本系统配置4台滚筒式冷渣器，每侧炉膛2台。通过调节冷渣器的转速控制锅炉排渣量，实现对料层厚度的控制。床压设定值由机组负荷加手动偏置设定产生，控制器输出与同侧冷渣器排渣温度的函数小选后作为冷渣器的转速指令。冷渣器控制“自动”状态下，当炉膛差压高二值报警时，将冷渣器转速强制到一个预先设定的最大转速。

调控制系统的响应曲线，其中红色曲线为机组负荷设定值，粉红色曲线为经过滤波的负荷设定值，蓝色曲线为实发功率，绿色曲线为汽轮机主控输出，试验过程中主蒸汽压力值能够稳定在设定值附近。

3.4空冷控制

通过对空冷风机转速的调节实现对低压缸排汽

压力的控制。应对排汽压力的设定值进行优化设定，在提高汽轮机热效率和降低风机电耗间找到最优点。此外，直接空冷控制投自动后，低温防冻保护能否起到作用也是直接空冷控制的重要关注点。

3.3协调控制

协调控制系统采用双向解耦补偿设计思想，锅

4结语

TPS系统经168h考核目前在现场稳定运行，

炉主控控制器接受主蒸汽压力偏差△P和功率偏差

△E的求和信号，汽轮机主控控制器接受主蒸汽压

力偏差△P和功率偏差△E的差值信号。在具体实现上，锅炉和汽轮机主控控制器均将压力偏差、功率偏差信号按一定方式前馈引入，保证系统具有较快的响应速度。据此设计的协调控制系统在国内同等级流化床机组中能够稳定投入是非常难得的。图3为

正常运行期间自动投入率在95%以上。协调控制在负荷变化率接近1MW/min时能正常投入使用。但由于煤质波动、煤质发热量低和流化床锅炉本身的大滞后特性，协调控制等复杂控制回路难以适应更大幅度的变负荷运行，这是目前和今后对大型循环流化床锅炉自动控制优化的重点方向。

2007年11月15日1号机组在做变负荷试验时协

参考文献：

［1］美国Honeywell公司．TPS系统硬件手册［M］．2006．

HoneywellCompany．HardwarehandbookofTPSsystem［M］.2006．［2］李

军，桑永福，郝勇生.北方联合电力蒙西发电厂DCS逻辑设计说明［Z］.西安：西安热工研究院有限公司，2006．

LIJun，SANGYong-fu，HAOYong-sheng.DCSlogicdesignofMengxiPowerPlant［Z］.Xi’an：Xi’anThermalPowerResearchInstitute，2006．［3］赵志丹.北方联合电力蒙西发电厂控制部分调试技术报告［R］.

西安：西安热工研究院有限公司，2007．

missioningreportonthecontrolpartofMengxiPowerPlant［R］.Xi’an：Xi’anThermalPowerResearchInstitute，2007．

图3负荷响应曲线

（责任编辑

吕

玲）

Fig.3Loadresponsecurve

ApplicationofTPSsystemin300MWCFBpowerunitandresearchontheautomaticcontrol

HAOYong-sheng1，2，LIJun3，ZHAOZhi-dan3，HOUZi-liang4，WUJian-zhong5，ZHAOZhong-sheng5

（1.SchoolofPowerandEnvironment,SouthEastUniversity,Nanjing210096,China;2.NanjingNari-relaysElectricCo.,Ltd.,Nanjing

211100,China;3.Xi’anThermalPowerResearchInstitute,Xi’an710032,China;4.TechnicalCommitteeonThermalAutomationof

StandardizationAdministrationofPowerIndustry,Beijing100011,China;5.MengxiPowerPlant,Wuhai016004,China）

Abstract:TPSsystemwasusedtobuildtheintegratedplatformofmain-machinecontrolforthe300MWCFBboilerunitinMengxiPowerPlant,includingDCS,DEHandACC,soastoimprovethereliabilityofcontrolsystem.Bymeansofcompensation,decouplingandfeedfor-wardcontrol,severalproblemsinlargeCFBboilerhavebeensolved,suchasthecontrolofprimaryairflow,bedtemperature,bedpressureandCCSetc.Theautomationlevelofpowerunithasbeenimprovedeffectively,providingsignificantexperiencesforthesameCFBboiler.CurrentlytheTPSisinstableoperationandtheexpecteddesignhasbeenobtainedwiththethrow-inrateofautomationabove95%.

CFB;DCS;TPS;automaticcontrol;directACC

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