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、可實現(xiàn)CO2零排放、大氣污染物排放少等優(yōu)點，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有前途的綠色可再生能源之一。隨著國家《可再生能源法》的頒布實施，生物質(zhì)能發(fā)電已經(jīng)迎來一個發(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，因此不能通過常規(guī)控制方法按負(fù)荷計算出應(yīng)該投入的燃料量，而應(yīng)該通過對風(fēng)量的計算調(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，對自動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)場總線結(jié)構(gòu)特別適用于地理位置分散的環(huán)境。通過雙絞線或光纖，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近年來已經(jīng)在龍江、臨沂、南宮、邳州等十余臺生物質(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，可對整個電廠的所有設(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，對相關(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)電廠并沒有太大的不同。根據(jù)近年來生物電廠自動化控制系統(tǒng)的跟蹤和設(shè)計，對生物質(zhì)能電廠鍋爐的主要控制做簡要的分析研究。

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。這是通過各個播料機(jī)的負(fù)荷分配的反饋來實現(xiàn)的。負(fù)荷分配信號表示各條給料線間實際轉(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)。

每臺播料機(jī)的給料線負(fù)荷正常時遵從給料線負(fù)荷信號為1:1，但是在給料線啟動時，如果手動操作給料線，這就有不同。在給料線啟動時，手動將轉(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，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，整個周期包括由負(fù)荷決定的暫停時間和振動時間。當(dāng)主燃料穩(wěn)定燃燒時，由操作人員啟動振動周期。當(dāng)振動周期啟動后，再啟動灰渣系統(tǒng)。一旦發(fā)生主燃料跳閘，將自動停止振動周期。如果濕式撈渣機(jī)停運(yùn)超過30分鐘后，停運(yùn)振動周期并報警。

在爐排振動時，爐排上的燃料被攪動，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。為了遏制這些問題的產(chǎn)生，在振動前減少一次風(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周期三分之二的暫停時間后，返回到正常值。振動周期的作用是控制振動和使空氣分配量的變化和爐排的實際運(yùn)動同步。

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）”?；谥髡羝髁康腻仩t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)變動引起的負(fù)荷波動。

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)行臺數(shù)和鍋爐汽包的實際壓力來決定的。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  過量空氣的控制器

由于不清楚燃料的組分和短時間內(nèi)可能發(fā)生的較大變化，所以，燃料的變動必然要導(dǎo)致過量空氣數(shù)量的變化。因此，過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)變動引起的負(fù)荷波動。控制器的結(jié)構(gòu)是三個并列的獨(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

爐膛壓力控制為簡單的單回路閉環(huán)控制，通過調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速或引風(fēng)機(jī)入口擋板的開度來控制爐膛的壓力。當(dāng)送風(fēng)機(jī)沒有投運(yùn)時，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，縮短停止?fàn)t排燃燒的時間。

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^調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速或送風(fēng)機(jī)入口擋板的開度來控制的。通過調(diào)節(jié)燃燒空氣系統(tǒng)中的各個擋板來控制燃燒空氣的分配，由三個不同的流量控制器來控制爐排空氣流量，每個控制器都有由負(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。

通過由負(fù)荷決定的設(shè)定值來控制播料風(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，通過調(diào)節(jié)燃燒空氣供給系統(tǒng)的壓力，即上部噴嘴的兩個調(diào)節(jié)擋板來實現(xiàn)。前、后墻風(fēng)量的分配比值可由操作人員來調(diào)整。

5.過熱器的溫度控制

每個過熱器的溫度控制器都設(shè)計為典型的雙回路控制器。過熱器進(jìn)口溫度的響應(yīng)記錄作為過熱器出口偏差記錄的反作用。反作用延時后停止，與過熱器實際過程響應(yīng)相類似。這可以通過回路的積分器和Pt1過濾器（也被稱為Dt回路）來實現(xiàn)。

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

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

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

過熱器的溫度控制作為特殊措施來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設(shè)計和實現(xiàn)。

如果第一、二級減溫器的計算流量降到最小值，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，此工作點在前面提及的最小流量之上。

第二、三級減溫器都帶有兩個噴嘴，兩個噴嘴共有一個噴水調(diào)節(jié)閥。其中一個噴嘴通過遙控操作隔離閥關(guān)斷。當(dāng)進(jìn)入減溫器的計算噴水流量降到某一極限值時，關(guān)閉隔離閥；如果噴水流量超過另一個值時，打開隔離閥。正常時，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設(shè)計和實現(xiàn)。

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

與常規(guī)電廠每級過熱器出口人為設(shè)置溫度設(shè)定點不同，前兩級過熱器出口的溫度設(shè)定點取后一級減溫器入口的溫度。這樣整個系統(tǒng)整合為一個整體，為控制主蒸汽溫度服務(wù)，縮短了控制時間，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

實踐證明，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)能電廠的自動化控制，保證電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。相信隨著我國國民經(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)用前景將會越來越廣闊。