姚 遠(yuǎn)，張?zhí)旆牛?毅，胡紹宇，張連旭

（國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006）

專論

摻燒褐煤的直吹式超臨界機(jī)組AGC控制優(yōu)化

姚 遠(yuǎn)，張?zhí)旆牛?毅，胡紹宇，張連旭

（國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006）

某超臨界機(jī)組摻燒褐煤后，制粉系統(tǒng)控制難度增加，鍋爐主控前饋適應(yīng)性變差，主蒸汽壓力變化范圍加大，機(jī)組不能滿足電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電控制 （AGC）的要求。針對(duì)以上問題，對(duì)機(jī)組摻燒褐煤后的協(xié)調(diào)控制策略進(jìn)行了優(yōu)化，設(shè)計(jì)了單臺(tái)磨煤機(jī)智能控制策略，修改了鍋爐主控前饋控制方式，增加了主蒸汽壓力滑壓定值變速率控制。新的控制策略已成功應(yīng)用于機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行中，效果良好。

摻燒褐煤；自動(dòng)發(fā)電控制 （AGC）；超臨界機(jī)組；控制優(yōu)化

近年來，很多電廠為了降低燃料成本，在設(shè)計(jì)燃用的煙煤中大量摻燒熱值低、價(jià)格廉的褐煤，造成鍋爐慣性增加，機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)能力下降，無法滿足AGC的要求［1-3］。需要對(duì)機(jī)組摻燒褐煤的工況進(jìn)行有針對(duì)性的控制優(yōu)化，提高機(jī)組對(duì)煤質(zhì)變化的適應(yīng)能力。

某電廠2臺(tái)600 MW超臨界機(jī)組設(shè)計(jì)煤種為發(fā)熱量21 230 kJ／kg的煙煤，近期開始摻燒褐煤，熱量為12 560～14 653 kJ／kg。褐煤與設(shè)計(jì)煤種差異較大，當(dāng)褐煤摻燒比例超過40%時(shí)，各主要運(yùn)行參數(shù)的控制品質(zhì)明顯下降，無法滿足AGC的要求。為此，對(duì)該機(jī)組摻燒褐煤工況進(jìn)行了控制優(yōu)化，并進(jìn)行了AGC負(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過控制優(yōu)化后各主要參數(shù)的控制品質(zhì)得到提高，能夠滿足AGC的要求。

1 摻燒褐煤后影響AGC控制品質(zhì)的因素分析

1.1 制粉系統(tǒng)控制難度增加［4］

常規(guī)協(xié)調(diào)控制策略中，制粉系統(tǒng)按照燃料主控的輸出控制磨煤機(jī)的給煤量，按照風(fēng)煤比曲線控制磨煤機(jī)的一次風(fēng)量，每臺(tái)磨煤機(jī)的控制基本相同。摻燒褐煤后，磨煤機(jī)的實(shí)際制粉能力與設(shè)計(jì)工況發(fā)生了較大偏差，主要體現(xiàn)在干燥出力明顯不足，隨著褐煤摻燒比例的增加，相同給煤量的工況下，磨煤機(jī)出口溫度逐漸降低，最終熱風(fēng)門全開，冷風(fēng)門全關(guān)，磨煤機(jī)的出口溫度也無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，控制難度明顯增加。

1.2 鍋爐主控前饋適應(yīng)性變差［5］

常規(guī)協(xié)調(diào)控制策略中，鍋爐主控前饋為負(fù)荷指令對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)煤量。摻燒褐煤后，實(shí)際入爐的燃料熱值嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)煤種熱值，導(dǎo)致負(fù)荷變化時(shí)，鍋爐主控前饋?zhàn)兓拿毫繜o法滿足負(fù)荷變化量的要求，出現(xiàn)主蒸汽壓力偏差大，AGC負(fù)荷響應(yīng)滯后，同時(shí)造成煤水比、風(fēng)煤比失衡，主蒸汽溫度、氧量、爐膛負(fù)壓等波動(dòng)比較大，AGC指標(biāo)難以達(dá)到電網(wǎng)的要求。

1.3 主蒸汽壓力控制與AGC矛盾突出

常規(guī)協(xié)調(diào)控制策略中，主蒸汽壓力為滑壓控制方式，該方式下主蒸汽壓力設(shè)定值與AGC負(fù)荷設(shè)定值變化方向一致。AGC負(fù)荷設(shè)定值變化時(shí)，實(shí)際主蒸汽壓力在負(fù)荷變化開始階段與其設(shè)定值變化方向相反，造成壓力偏差較大。摻燒褐煤后，鍋爐燃燒的滯后特性更加顯著，更容易造成主蒸汽壓力變化范圍加大、煤量過調(diào)及負(fù)荷閉鎖等問題，既不能滿足AGC的控制要求，也無法實(shí)現(xiàn)機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

2 摻燒褐煤后AGC控制優(yōu)化措施

2.1 制粉系統(tǒng)控制優(yōu)化

a.單臺(tái)磨煤機(jī)采用單一煤種控制。單臺(tái)磨煤機(jī)在一定時(shí)間內(nèi)全部磨制褐煤或者全部磨制煙煤，褐煤和煙煤在爐膛內(nèi)完成摻燒，采用此種摻燒方式可以更準(zhǔn)確地掌握進(jìn)入爐膛的總能量，減少反饋回路的動(dòng)作幅度，保證機(jī)組在快速響應(yīng)負(fù)荷的同時(shí)，主要參數(shù)滿足要求。對(duì)褐煤摻燒比例的控制方法為：負(fù)荷360 MW以下，4臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行全部磨制褐煤；360～480 MW 4臺(tái)褐煤磨煤機(jī)和1臺(tái)煙煤磨煤機(jī)運(yùn)行；480～600 MW 4臺(tái)褐煤磨煤機(jī)和2臺(tái)煙煤磨煤機(jī)運(yùn)行?？刂圃砣鐖D1所示。

圖1 褐煤摻燒方式

b.單臺(tái)磨煤機(jī)出力智能控制。運(yùn)行人員在操作界面輸入單臺(tái)磨煤機(jī)的實(shí)際燃煤熱值，控制邏輯依據(jù)磨煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，對(duì)本臺(tái)磨煤機(jī)的出力能力進(jìn)行計(jì)算，形成修正系數(shù)，用此系數(shù)修正本臺(tái)磨煤機(jī)的燃料主控指令，滿足本臺(tái)磨煤機(jī)磨制的煤質(zhì)要求，最終實(shí)現(xiàn)磨制不同煤質(zhì)的磨煤機(jī)均能按照本身的出力能力進(jìn)行等比例增、減煤量，實(shí)現(xiàn)煤量既快又穩(wěn)控制?？刂圃砣鐖D2所示。

c.設(shè)計(jì)了一次風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化控制器，如圖3所示。優(yōu)化控制器的輸入變量為負(fù)荷指令、實(shí)際負(fù)荷、主蒸汽壓力設(shè)定值、主蒸汽壓力實(shí)際值、一次風(fēng)壓力，優(yōu)化控制器的輸出變量為一次風(fēng)壓力設(shè)定值修正量、磨煤機(jī)入口風(fēng)量設(shè)定值修正量。優(yōu)化控制器的作用是在機(jī)組變負(fù)荷過程中，通過快速改變一次風(fēng)壓力和磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量，利用磨煤機(jī)和煤粉管道中的殘留煤粉，加快鍋爐的熱負(fù)荷變化，

提高機(jī)組對(duì)AGC負(fù)荷指令的響應(yīng)速度。

圖2 磨煤機(jī)出力控制

圖3 一次風(fēng)優(yōu)化控制

2.2 鍋爐主控系統(tǒng)控制優(yōu)化

鍋爐主控系統(tǒng)采用能量信號(hào)取代煤量信號(hào)進(jìn)行控制，克服褐煤摻燒過程中煤質(zhì)波動(dòng)的影響，即輸入鍋爐的能量等于當(dāng)前工況鍋爐所需能量。輸入鍋爐的能量由各運(yùn)行磨煤機(jī)的能量求和得出，當(dāng)前工況鍋爐所需能量由前饋指令和PID調(diào)節(jié)器輸出組成，前饋指令由負(fù)荷—能量曲線和變負(fù)荷能量補(bǔ)償組成。依據(jù)鍋爐當(dāng)前運(yùn)行工況形成修正系數(shù)對(duì)負(fù)荷—能量曲線進(jìn)行修正，提高曲線的準(zhǔn)確性，滿足不同工況下對(duì)進(jìn)入鍋爐總能量的控制。采用變參數(shù)和預(yù)測控制計(jì)算變負(fù)荷能量補(bǔ)償量，提高變負(fù)荷過程中能量補(bǔ)償?shù)倪m應(yīng)性，既滿足協(xié)調(diào)方式下大幅度變負(fù)荷的要求，又滿足AGC方式下小幅度頻繁變負(fù)荷的要求。采用變參數(shù)控制對(duì)PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化?？刂圃砣鐖D4所示。

2.3 主蒸汽壓力系統(tǒng)控制優(yōu)化

主蒸汽壓力的滑壓設(shè)定值由滑壓目標(biāo)值與滑壓速率共同作用實(shí)現(xiàn)，滑壓目標(biāo)值與機(jī)組的負(fù)荷指令一一對(duì)應(yīng)，滑壓目標(biāo)值經(jīng)過滑壓速率限制后形成滑壓設(shè)定值，控制實(shí)際的主蒸汽壓力?；瑝涸O(shè)定值采用變速率方法進(jìn)行控制優(yōu)化，當(dāng)機(jī)組變負(fù)荷時(shí)，先判斷此時(shí)主蒸汽壓力變化趨勢(shì)，若主蒸汽壓力的變化方向與負(fù)荷變化方向一致，則滑壓設(shè)定值按照正常的滑壓速率跟隨負(fù)荷指令變化，若主蒸汽壓力不變或與負(fù)荷變化方向相反，則降低滑壓速率，當(dāng)主蒸汽壓力的變化方向與負(fù)荷變化方向一致后，滑壓設(shè)定值再按照正常的滑壓速率變化。

圖4 鍋爐主控

3 優(yōu)化效果

利用機(jī)組停運(yùn)的機(jī)會(huì)將上述AGC控制優(yōu)化措施應(yīng)用到機(jī)組的實(shí)際DCS控制邏輯中。機(jī)組啟動(dòng)后，進(jìn)行了AGC負(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)曲線如圖5所示。試驗(yàn)中褐煤摻燒比例為55%，AGC控制方式為不帶基點(diǎn)的跟蹤聯(lián)絡(luò)線模式 （NOB），AGC指令在300～600 MW變化，主蒸汽溫度變化范圍±3℃；中間點(diǎn)溫度變化范圍±3℃；機(jī)前壓力變化范圍±0.5 MPa，實(shí)際負(fù)荷變化率為9.3 MW／min。

圖5 AGC負(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn)曲線1——AGC負(fù)荷指令；2——實(shí)際負(fù)荷；3——主蒸汽壓力設(shè)定值；4——主蒸汽壓力實(shí)際值；5——燃料綜合熱值；6——主蒸汽溫度

4 結(jié)束語

應(yīng)用本文提出的摻燒褐煤優(yōu)化控制策略后，機(jī)組的褐煤摻燒比例大幅提高，由40%提高到65%，同時(shí)，機(jī)組AGC的調(diào)節(jié)品質(zhì)能夠滿足電網(wǎng)調(diào)度的要求，各主要運(yùn)行參數(shù)指標(biāo)良好。實(shí)踐表明，本文提出的摻燒褐煤AGC優(yōu)化方案合理、可行，為其它同類型機(jī)組進(jìn)行摻燒褐煤優(yōu)化控制提供了很好的借鑒。

［1］ 姚 遠(yuǎn)，管慶相，吳 松，等.直吹式鍋爐機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化 ［J］.東北電力技術(shù)，2007，28（8）：1-4.

［2］ 姚 遠(yuǎn)，劉 巖.600 MW超超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.東北電力技術(shù)，2009，30（1）：42-45.

［3］ 張成鑄，姚 遠(yuǎn).300 MW 循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組協(xié)調(diào)控制優(yōu)化設(shè)計(jì) ［J］.東北電力技術(shù)，2012，33（6）：5-7.

［4］ 雷 霖，焦慶豐，張棟梁.煤質(zhì)對(duì)超臨界600 MW機(jī)組調(diào)峰特性影響的試驗(yàn)研究 ［J］.熱力發(fā)電，2013，42（8）：55-57.

［5］ 何 鈞，劉寶玲.超臨界600 MW機(jī)組協(xié)調(diào)控制策略優(yōu)化［J］.電站系統(tǒng)工程，2012，28（11）：68-70.

AGC Control Optimization for Direct?fired Supercritical Unit of Lignite Mixed Burning

YAO Yuan，ZHANG Tian?fang，SHAO Yi，HU Shao?yu，ZHANG Lian?xu
（Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

After a supercritical unit was added lignite mixed burning，it becomes much more difficult to control the pulverizing system，the adaptability of the boiler master control gets worse，the change range of the main steam pressure is increased，the unit could not meet the requirements of automatic generation control（AGC）.According to these problems，the control stragegy is optimized，the in?teeligent control stragegy of the single coal mill is desinged，the control mode is modified and the variable rate control is added.The new control stragegy is effective and applied to the practical operation.

Lignite mixed burning；AGC；Supercritical unit；Control optimization

TM621

A

1004-7913（2015）11-0001-03

姚 遠(yuǎn) （1979—），男，碩士，高級(jí)工程師，從事熱工技術(shù)研究工作。

2015-08-10）