青島生物質(zhì)鍋爐http://www.qdswzgl.com/
一、生物質(zhì)直燃發(fā)電的基本原理
生物質(zhì)能發(fā)電主要有兩條工藝技術(shù)路線，即氣化發(fā)電和直接燃燒發(fā)電，其系統(tǒng)構(gòu)成和工藝過程有很大的差別。氣化發(fā)電由于工藝過程復雜,難以適應大規(guī)模應用，主要用于較小規(guī)模的發(fā)電項目。生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電則是目前實現(xiàn)規(guī)模化應用唯一現(xiàn)實的途徑，也是本文討論的重點。
生物質(zhì)直燃發(fā)電的基本原理是由生物質(zhì)鍋爐利用生物質(zhì)直接燃燒后的熱能產(chǎn)生蒸汽，再利用蒸汽推動汽輪機發(fā)電系統(tǒng)進行發(fā)電，在原理上與燃煤鍋爐火力發(fā)電十分類似。通常燃燒發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成包括生物質(zhì)原料收集系統(tǒng)、預處理系統(tǒng)、儲存系統(tǒng)、熱利用系統(tǒng)和煙氣處理系統(tǒng)。
生物質(zhì)燃燒電廠的流程圖如圖1所示，生物質(zhì)原料從附近各個收集點運送至電站，經(jīng)預處理(破碎、分選、壓實)后存放到原料存貯倉庫，倉庫容積至少保證可以存放5天的發(fā)電原料量;然后由原料輸送裝置將預處理的生物質(zhì)送入鍋爐燃燒，通過鍋爐換熱，利用生物質(zhì)燃燒后的熱能把鍋爐給水轉(zhuǎn)化為蒸汽，為汽輪發(fā)電機組提供汽源進行發(fā)電。生物質(zhì)燃燒后的灰渣落入出灰裝置，由輸灰機送到灰坑，進行灰渣處理。煙氣經(jīng)過處理系統(tǒng)后由煙囪排放入大氣中，其蒸汽發(fā)電部分與常規(guī)的燃煤電廠的蒸汽發(fā)電部分基本相同。
二、鍋爐設備簡介
本文以內(nèi)蒙古西方能源有限公司生物質(zhì)熱電(2×12MW)新建工程為例，介紹生物質(zhì)直燃發(fā)電鍋爐的燃燒控制。
該生物質(zhì)熱電廠鍋爐型式為單爐排橫梁式正轉(zhuǎn)鏈條角管式鍋爐，全膜式壁結(jié)構(gòu)，固態(tài)排渣。
鍋爐采用單鍋筒，橫向布置于爐頂前部;爐膛水冷壁分成4個流程，分別為前墻水冷壁、兩側(cè)前水冷壁、兩側(cè)后水冷壁、隔墻水冷壁。爐膛出口的水平煙道中和尾部煙道中，將過熱器分成三級，第一級為高溫過熱器，第二級第三級為低溫過熱器。減溫型式為噴水減溫。尾部采用光管式省煤器及管式空氣預熱器。鍋爐排渣分別經(jīng)設在每臺鍋爐兩側(cè)的冷渣機冷卻后連續(xù)排至渣斗，定時排入設在渣斗下的倉泵或發(fā)送器，通過正壓氣力輸送系統(tǒng)輸送至灰渣倉。
上料及給料系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)是生物質(zhì)直燃發(fā)電廠與常規(guī)火電廠在工藝系統(tǒng)上的最大區(qū)別。本工程鍋爐采用木材點火。鍋爐給料分為上下兩層爐前給料，上層給料量約為鍋爐所需燃料量的2/3，下層給料量約為鍋爐所需燃料量的1/3。本工程一臺爐設置1個儲料倉，9臺螺旋給料機，上層6臺，下層3臺，每臺出力為1～3t/h。鍋爐主要參數(shù)及燃料成分如表1、表2所示。
三、生物質(zhì)直燃發(fā)電鍋爐燃燒控制。
3.1 燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)
為了保證機組滿足負荷需求，燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務是為達到此目的提供合適的燃料，維持鍋爐安全經(jīng)濟燃燒。
協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)機理基于直接能量平衡(DEB)控制。鍋爐燃料量的測量采用傳統(tǒng)的熱量信號測量方法。鍋爐側(cè)主汽壓力調(diào)節(jié)器經(jīng)多平衡輸出環(huán)節(jié)去控制爐前給料變頻電動機螺旋輸送機，通過控制9臺爐前給料變頻電動機螺旋輸送機的開度維持所需的沙柳料的進料量，沙柳料進料量的控制實現(xiàn)自平衡無擾手動/自動切換，每臺爐前給料變頻電動機螺旋輸送機設有M/A控制站，確保系統(tǒng)安全可靠。
當爐前給料變頻電動機螺旋輸送機的M/A站處于手動狀態(tài)時，該臺爐前給料變頻電動機螺旋輸送機的開度反饋到多輸出平衡環(huán)節(jié)，使該臺爐前給料變頻電動機螺旋輸送機經(jīng)手動控制后，總的反饋信號最終等于爐前給料變頻電動機螺旋輸送機的開度，實現(xiàn)自平衡無擾手/自動切換。
燃料和風量之間設有交叉控制，增負荷先增風再增燃料，減負荷先減燃料后減風量。
3.2 送風自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)
送風調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務是供給爐膛內(nèi)燃燒的燃料以合適的風量，保證燃料的合理經(jīng)濟燃燒。其控制機理是通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制兩臺送風機風門的開度，改變進入爐內(nèi)的總風量。
3.2.1 風量信號的測量與處理
在甲、乙爐膛前風道上裝設風量測量裝置，經(jīng)溫度補償計算后作為進入鍋爐的總風量信號。
3.2.2 煙氣氧量信號
氧量信號采用雙支氧化鋯進行測量。煙氣中的氧量客觀地反映了鍋爐燃料量和空氣量之間的匹配平衡關(guān)系。由于進入爐內(nèi)風量變化到鍋爐尾部氧量信號的反映需要較長的時間，而且是一個變化的動態(tài)過程，故需對氧量的測量信號進行補償，系統(tǒng)中是以積分器實現(xiàn)其氧量信號的動態(tài)補償。
煙氣中含氧量的大小與負荷有關(guān)，負荷變化時，最佳含氧量也隨之變化，故系統(tǒng)中取代表蒸汽負荷經(jīng)過函數(shù) 修正的值作為氧量調(diào)節(jié)的定值，經(jīng)氧量調(diào)節(jié)器始終維持煙氣氧量為最佳值，從而有效地保證燃燒的經(jīng)濟性。
3.2.3 風量控制
(1)一次風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)
總風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)出的一次風量指令作為一次風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定值，與一次風量的測量值一起送入PID中進行運算，運算結(jié)果去調(diào)節(jié)一次風機進口風門，以調(diào)節(jié)送入爐膛的一次風量。一次風量測量值是在考慮了溫度修正和壓力修正后才送入PID中進行運算的。一次風量指令在進行處理時，需要考慮燃料的特性及負荷變化情況。燃料特性不同時，助燃空氣量會有所不同。同時，負荷變化時一次風量占總風量的比例也會發(fā)生變化。由于一次風對鍋爐床溫具有調(diào)節(jié)作用，故在構(gòu)造一次風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)時也考慮了床溫修正。如果床溫偏高，在一定范圍內(nèi)可減少一次風量;如果床溫偏低，在一定范圍內(nèi)可增大一次風量。由于床溫主要靠燃料供給量及返料來調(diào)節(jié)，一次風量不作為調(diào)節(jié)床溫的主要手段，故在一次風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)中床溫信號僅作為修正信號。
(2)二次風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)
二次風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。煙氣含氧量測量值與給定值一起送入主調(diào)中進行PID運算，運算結(jié)果與總風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)出的二次風量指令一起進行函數(shù)處理后作為副調(diào)的給定值，與二次風量測量值進行PID運算，運算結(jié)果分為兩路作為上部二次風流量和下部二次風流量的調(diào)節(jié)指令。由于燃料量變化到煙氣含氧量變化需要一段時間，故在二次風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)中直接對燃料量進行處理，把其結(jié)果作為前饋信號加到調(diào)節(jié)輸出中，以提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的快速響應性。在對給料量進行處理的 函數(shù)中，考慮了負荷指令及一次風量等因素，其運算結(jié)果直接疊加到PID運算的輸出上。
3.2.4 引風(爐膛負壓)調(diào)節(jié)系統(tǒng)
爐膛壓力控制系統(tǒng)的任務是通過調(diào)節(jié)引風機進口風門的開度，與送風系統(tǒng)相配合，使鍋爐壓力保持在允許范圍內(nèi)。
為提高系統(tǒng)的可靠性，爐膛壓力采用三個變送器優(yōu)選值。為控制小幅度高頻偏差信號引起引風機風門的頻繁變化調(diào)節(jié)，模塊設有死區(qū)限值器進行處理。為改善爐膛壓力的動態(tài)響應特性，系統(tǒng)中比例引入送風量指令信號進行前饋控制。此外，在發(fā)生燃料跳閘，由于滅火爐膛壓力此時將有大幅度的下降，容易引發(fā)內(nèi)爆事故，為了防止由此引起的爐膛內(nèi)爆事故的發(fā)生，控制系統(tǒng)中除設計了與送風指令成比例的前饋信號，通過加法器控制引風機風門，此外，還考慮了較為有效的超弛控制策略。當發(fā)生鍋爐燃料跳閘時，斜坡發(fā)生器立即投入運行，產(chǎn)生一個可調(diào)的上升斜坡信號，通過加法器快速降低引風機轉(zhuǎn)速，減少抽出的煙氣量，經(jīng)過一定的延時時間后，斜坡信號自動下降，直到為零，使引風機風門恢復正常運行。為防止爐膛壓力變化過大，系統(tǒng)中還設計了方向閉鎖控制，當爐膛壓力過高時，自動閉鎖引風機進口風門的進一步關(guān)小。當爐膛壓力過低時，自動閉鎖引風機進口風門進一步開大。
當爐膛壓力變送器故障或風門位置偏大時，發(fā)信號報警。
當執(zhí)行機構(gòu)均處于非自動狀態(tài)時，引風調(diào)節(jié)系統(tǒng)切跟蹤，相應地切送風自動控制為跟蹤狀態(tài)。
當下列條件滿足時，系統(tǒng)可投入自動。
1)爐膛負壓偏差不大
2)輸出端無故障
3)輸入端無故障
4)無MFT
3.3 報警和聯(lián)鎖
(1)當三個爐膛壓力變送器中有一個故障時，自動切換為二選一，并發(fā)出報警;一個以上故障時，系統(tǒng)不允許投自動并發(fā)出報警。
(2)爐膛的防內(nèi)爆外爆控制一直是大型鍋爐設計控制方案時需要考慮的問題，控制系統(tǒng)應作周密的考慮。當鍋爐發(fā)生MFT時，爐內(nèi)壓力將會產(chǎn)生瞬間的急劇降落，此時通過設定的函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生一個斜坡信號，去降低引風機風門，經(jīng)預定的時間后再恢復正常的控制。
(3)在一定工況下，控制系統(tǒng)能直接閉鎖引風機控制。爐膛壓力低至極限時，閉鎖引風量增大;爐膛壓力高至定值時，閉鎖引風量減小。
(4)引風機跳閘，保持檔板位置不變。
(5)MFT動作時，引風機風門開度關(guān)小，并切手動。
(6)吸風自動切手動時，送風自動退出至手動。
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