台州发电厂5号机组锅炉自动控制改造初探

【摘 要】高压锅炉是发电厂重要的设备之一，对燃煤锅炉进行自动控制改造，使得锅炉操作实现自动化、程序化，从而降低劳动强度，提高作业效率本文针对台州发电厂5号机组燃煤锅炉的现状，借鉴国内外成功的改造经验，提出了对5号机组锅炉进行改造的具体策略，以实现PID自动控制，达到锅炉燃烧工况良好、节能降耗的目标要求。

【关键词】发电厂；锅炉；自动控制；改造

台州发电厂是台州市最大的发电企业，也是我国东南沿海起步较早的发电厂之一，属于燃煤发电厂，发电厂位于台州市椒江区前所街道，濒临东海，始建于1979年，占地面积1600亩，是国家“六五”、“七五”计划的重点工程，历经5期工程，截止目前，共装有10台机组，总装机容量达2070MW，被誉为“浙东南经济腾飞的翅膀”，装机规模仅次于该市兴建的玉环华能电厂，随着国家环保节能减排政策的推广，台州发电厂1-3号共6台135MW的老机组已经整体关停，运行40多年来，已累计发电1800多亿千瓦时。为台州市的经济腾飞和华东电网的电能供应提供了源源不绝的动力，作出了巨大的贡献。

1 五号机组锅炉运行存在的问题

台州发电厂的5号机组属于国家“七五”期间建设的机组，属于“七五”时期台州市重点工程，于1992年年末投产发电，4号机组由于建设时间较晚，其机组的现代化水平比前四台机组已经有了明显的提升，特别是计算机技术得到了较为广泛的应用。锅炉特别是高压锅炉是发电厂的一个核心设施，任何发电厂都离不开这个装置，因此，锅炉相关操作的自动化程度也越来越高，比如启用锅炉时，锅炉要应声而起，停止运行时，要应声而熄，将时间缩短到毫秒级，还要加强锅炉各种状态的在线监测，通过模拟的测试器将温度压力等实时信号按照设定的数模转换模式及时传递到系统中枢，达到在线监测和预警的目的，确保锅炉始终运行在十分可靠、稳定和可控的状态下。但是比对这个要求，5号机组的锅炉还相当于半自动化状态，存在很多需要升级的地方，比如：自动化程度低，仪表简单落后，煤种不固定，操作依靠压力表、负压、流量等参数，手动操作调节挡风板和炉排速度来满足蒸汽量的变化，且负荷变化波动较大，常常为满足生产，一味加大鼓风和炉排速度，造成漏风系数、烟气量、排烟温度、灰渣含碳量等升高，同时锅炉设计过程中，根据固定的煤种，按照负荷计算好使用的风机，都要打出设计安全系数等等，这些因素造成锅炉不在最佳状态运行，浪费能源。因此，必须将5号锅炉的自动化系统进行更新改造，使锅炉的操作能够实现启动和停止全自动，一键实现各类操作，本次改造拟PLC为主要控制元件，对锅炉生产过程实现快速、准确的控制，控制系统拟采用的是国Roekwell公司Control Logix系列PLC，系统更新改造最直接的目的是低成本实现高效益，本文重点分析应用新系统实现一键启动和一键停机。

2 5号机组锅炉PID控制改造策略

5号机组高压锅炉的容量200吨，配套250MW机组，锅炉设计临界蒸汽温度500度，设计的临界蒸汽压力5.2MPa，要实现锅炉的自动启动操作，就是要将锅炉里的液体从常温液态到达到设计蒸汽压力时的全过程控制，将以往以人工辅助形式，大量占用人力资源的控制模式进行转化或者自动化、程序化，将操作人员的数量大幅减少，劳动强度也大大降低，将原先需要操作的逐一程序或者流程自动化，运用计算机自动控制程序进行自动反馈、判断继而实施控制，将十分繁琐的操作手续和高强度的数据实时监测工作解放出来，工作人员仅仅通过系统上的终端微机（工控机），以软件指令的模式进行操作，操作后系统将按照设定的判定标准进行一系列自动的控制，在这一过程中，主要实现预先监测检测和故障设别阶段、锅炉点火燃烧加热阶段和锅炉升温后气压控制过程等三个过程的自动化。

2.1 预先监测检测及故障设别

高压锅炉是发电厂的重要设备，高压锅炉与发电机组一样，运行的状态监测和检测十分重要，高压锅炉的状态监测和检测及故障设别包括对锅炉及其附属设备，比如风机、燃烧炉、水泵等设备检查，判断设备的各类参数指标，对比数据库中预设的临界值，进行判断设备的基本状态。从运行的经验分析，在一般情况下，锅炉的启动阶段的预先监测和检测最为关键是实现对锅炉内的水位情况、水温情况进行实时取样读数，以保障锅炉在点火时或者锅炉启用时有适宜的水位和水温，否则若是水位大于锅炉容量的三分之二，或者少于锅炉容量的三分之一，锅炉的运行就处于不稳定状态，前者将导致蒸汽量损失，富余的蒸汽量通过过热控制器散失掉；后者则会导致锅炉因缺水升温过快，影响锅炉的安全和寿命。应用PLC控制程序实现预先监测检测和故障设别的流程如图1所示。

图1 锅炉预先监测检测及故障设别

2.2 锅炉点火燃烧加热控制

锅炉启动需要燃烧炉，台州发电厂5号机组燃烧炉采用的是销售CB公司的CB-700-700-200型锅炉燃烧器，一台锅炉由两台燃烧器供热，按照发电机组运行要求，两台燃烧器必须同时点燃，而且必须是两台同时工作才能正常运行，若其中的一台燃烧器出现了问题或者故障无法点燃或者点燃的效率明显不足，那么正常燃烧工作的燃烧炉也必须停止工作，只有两台锅炉同时供热燃烧，才能确保锅炉加热的均匀和稳定，在设定锅炉自动控制程序时，发送一个指令，两台机器必须同时受命运行，燃烧炉的点火也有十分严格的流程，主要有：火焰情况读取、鼓风机的风压读取、燃煤的燃烧率读取、炉膛的灰尘排除和点火燃烧等几个步骤，缺一不可，也不可以颠倒进行，锅炉燃烧炉的点火燃烧加热控制流程见图2、图3。

图3 燃烧炉点火控制流程图

2.3 锅炉工作后气温、气温监测控制

机组燃煤高压锅炉一旦点火成功，就会逐步进入升温升压过程，这是自动控制的关键和核心部分，升温升压时间段的长短表示着锅炉的启动到运行的时间长短，一般来说，发电厂总是追求效率最大化，也就是将锅炉的升温升压阶段尽量缩短，台州发电厂5号机组的参数要求锅炉在45分钟内完成启动程序，相对于传统发电厂锅炉要求一个小时的而言，技术难度大，自动化的要求比较高，升温升压阶段及其后续运行阶段都要确保稳定安全。为了满足这个要求，在对锅炉自动控制系统进行升级改造时，可以采取分级分段升温升压的阶段性负荷控制程序，使得这一过程稳定顺畅可控。负荷控制流程图见图4。

图4 负荷控制流程图

从图4可知，负荷控制主要涉及到两个方面，一个是分段控制问题，一个是PID程序控制问题。当锅炉的蒸汽压力在2.5MPa内时，可以选择从图中可以看出控制系统分为两个部分，一部分是分段控制，另一部分是PID控制。当蒸汽压力大于等于1.2MPa时，同时锅炉内蒸汽温度少于200度时，则应用PID控制，当气压小于2.5MPa时同时温度大于200度时，则应用分段控制，分段曲线负荷值的具体大小由锅炉的性能和燃煤的燃烧率等现场参数具体确定，分段控制的切换是平顺的，图中函数F（x）就是分段控制应用的数学模型或者是拟定函数，其中锅炉蒸汽的函数F（x）曲线图见图5。

图5

2.4 锅炉的停止运行控制

锅炉的自动控制既包括启动和运行控制，也包括停止或者终止运行控制，停止或者终止运行的饿目的在于将锅炉的负荷降低，按照台州发电厂5号机组锅炉的性能参数说明，锅炉的停止运行降压由四个阶梯组成，也就是锅炉的降压分五步进行，每次要求将锅炉的负荷降低一键停止程序主要包括降负荷程序。降负荷程序我们分四次降负荷，每次降低的数值原来负荷的25%，全部过程要求在2.5min内结束，锅炉负荷降低到0时，燃烧炉也将同时停止运行，假定锅炉燃烧负荷为A，那么整个停止运行过程控制的输出曲线如图6所示。

图6

3 结语

台州发电厂五号机组锅炉自动控制改造是一项难度中等的技改项目，利用PID控制锅炉的运行已经不再是一道不可逾越的鸿沟，目前国内外发电厂的锅炉改造已经积累的大量的经验，他山之石可以攻玉，台州发电厂的锅炉通过控制自动化改造升级，既是一项迫在眉睫的举措，也是一项投入产出比较高的项目，系统的改造能将锅炉操作流程程序化，大幅度提高自动化水平，大大降低操作人员的操作失误。

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[责任编辑：王静]

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