鄒祥君，張再明

（華能湖南岳陽發(fā)電有限責(zé)任公司，湖南岳陽414002)

一次風(fēng)壓控制鍋爐負(fù)荷的火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制優(yōu)化

鄒祥君，張再明

（華能湖南岳陽發(fā)電有限責(zé)任公司，湖南岳陽414002)

傳統(tǒng)火電機(jī)組直吹式制粉系統(tǒng)磨煤機(jī)入口容量風(fēng)門進(jìn)出口處節(jié)流損失大，燃料量的響應(yīng)延遲問題突出，造成一次風(fēng)機(jī)能耗高和負(fù)荷調(diào)節(jié)滯后或是超調(diào)，負(fù)荷響應(yīng)速率不能滿足AGC要求。為解決這些問題，本文提出基于保持磨煤機(jī)入口容量風(fēng)門風(fēng)擋板全開的協(xié)調(diào)控制的新方式。該控制方式不但具有明顯的節(jié)能效果，而且提高了系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)和鍋爐對負(fù)荷的響應(yīng)速率。

一次風(fēng)壓；直吹式制粉系統(tǒng)；協(xié)調(diào)控制；節(jié)流損失；優(yōu)化

在國家建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的要求下，節(jié)能環(huán)保已成為當(dāng)前火電企業(yè)的重點(diǎn)工作。同時，電網(wǎng)對供電側(cè)的要求越來越高，電能的考核細(xì)則更加嚴(yán)格，因此實(shí)現(xiàn)常規(guī)火電機(jī)組的高效節(jié)能和對電網(wǎng)快速反應(yīng)是火電廠的重點(diǎn)工作方向。某電廠積極響應(yīng)國家節(jié)能減排要求，開展了一系列的提質(zhì)改造工作，通過采用一次風(fēng)壓控制鍋爐負(fù)荷模式的火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)邏輯優(yōu)化項目，實(shí)現(xiàn)了全部機(jī)組一次風(fēng)機(jī)節(jié)能運(yùn)行及燃料量的快速響應(yīng)，取得了良好的效果。

1 系統(tǒng)簡介

該電廠是總裝機(jī)容量為2 525 MW的火力發(fā)電廠，分三期建設(shè)。一期工程為2×362.5 MW亞臨界機(jī)組，二期工程為2×300 MW英國成套引進(jìn)亞臨界機(jī)組，三期工程2×600 MW國產(chǎn)超超臨界機(jī)組，一、二期工程為汽包爐，三期工程為直流爐。6臺機(jī)組均采用直吹式雙進(jìn)雙出鋼球磨制粉系統(tǒng)，其協(xié)調(diào)控制策略為同一框架。

原系統(tǒng)設(shè)計都是采用由負(fù)荷指令進(jìn)行計算生成鍋爐主控BID，在由該指令生成燃料量指令至磨主控去控制每臺磨煤機(jī)的出力，以達(dá)到燃料量響應(yīng)鍋爐負(fù)荷需求。磨煤機(jī)出力主要是靠調(diào)節(jié)磨煤機(jī)入口DE/NDE端容量風(fēng)門開度，即調(diào)節(jié)進(jìn)入磨煤機(jī)的一次風(fēng)量來達(dá)到調(diào)節(jié)送入爐膛的煤粉量實(shí)現(xiàn)的〔1〕。磨煤機(jī)入口容量風(fēng)門的開度一般在50%～70%左右，低負(fù)荷期間甚至達(dá)到30%。一次風(fēng)的控制主要是維持一次風(fēng)母管壓力(一、二期機(jī)組采用風(fēng)機(jī)變頻控制，三期采用動葉調(diào)節(jié))。

2 存在的問題

1)直吹式制粉系統(tǒng)瞬時燃料量計算困難。

眾所周知，中速磨煤量計算比較容易，即使有煤質(zhì)的變化，也可以通過煤質(zhì)修正后給出總?cè)剂狭?，然后按照煤水比后進(jìn)行控制給水量，這樣能較好地控制分離器出口的過熱度，實(shí)現(xiàn)蒸汽溫度的初級調(diào)節(jié)。而雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)很難計算出瞬時總煤量，只能通過一次風(fēng)流量(磨煤機(jī)一次風(fēng)門的開度)進(jìn)行瞬時煤量折算。即使相同的一次風(fēng)流量也可能因為煤位的不同、啟停磨煤機(jī)等原因造成折算煤量實(shí)際偏差很大，說明用容量風(fēng)門折算出瞬時燃料量不適合于鋼球磨煤機(jī)的特性，除了造成給水計量不準(zhǔn)確外，還給運(yùn)行人員啟動磨煤機(jī)操作造成困難。

2)制粉系統(tǒng)燃料量的響應(yīng)延遲問題突出，負(fù)荷響應(yīng)速率不能滿足AGC要求。

由于汽機(jī)側(cè)負(fù)荷響應(yīng)快，鍋爐的熱慣性大〔2〕，制粉系統(tǒng)燃料量的響應(yīng)延遲問題比較突出。同時，由于水煤比交叉限制又造成給水控制不佳、負(fù)荷響應(yīng)速率不能滿足AGC要求。

3)一次風(fēng)機(jī)能耗高。

磨煤機(jī)出力控制是通過調(diào)節(jié)磨煤機(jī)入口容量風(fēng)門開度實(shí)現(xiàn)的，其進(jìn)出口之間存在較大的節(jié)流損失，擋板前后差壓最高可達(dá)到5 kPa，一次風(fēng)機(jī)存在極大的電能浪費(fèi)。特別是已進(jìn)行變頻改造的一次風(fēng)機(jī)，完全沒有實(shí)現(xiàn)變頻節(jié)能的效果。

4)磨煤機(jī)入口容量風(fēng)門故障率高，嚴(yán)重影響鍋爐負(fù)荷自動控制。

由于磨煤機(jī)入口容量風(fēng)門工作環(huán)境溫度高、變化大等原因，容量風(fēng)門擋板易發(fā)生卡澀而無法動作，嚴(yán)重影響磨煤機(jī)出力和鍋爐負(fù)荷自動控制。

3 優(yōu)化控制策略

將磨煤機(jī)出力控制由容量風(fēng)門開度控制改為一次風(fēng)母管壓力控制，即運(yùn)行中保持磨煤機(jī)容量風(fēng)門處于全開方式，磨煤機(jī)出力由調(diào)節(jié)一次風(fēng)母管壓力實(shí)現(xiàn)。同時，解決水煤比交叉限制，提高給水控制品質(zhì)，達(dá)到縮短燃料量響應(yīng)的大延遲環(huán)節(jié)，提高機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)速率，減少磨煤機(jī)容量風(fēng)門的節(jié)流損失，降低一次風(fēng)機(jī)能耗的目的。涉及的控制回路主要包括鍋爐主控、煤主控、一次風(fēng)壓力控制、給水控制等控制系統(tǒng)。

4 主要優(yōu)化內(nèi)容

1)鍋爐主控。

原協(xié)調(diào)控制中的鍋爐主控通過負(fù)荷和主蒸汽壓力偏差計算總?cè)剂狭恐噶睿饕ㄟ^調(diào)節(jié)磨煤機(jī)入口容量風(fēng)門擋板開度，控制進(jìn)入磨煤機(jī)的一次風(fēng)量，調(diào)節(jié)磨煤機(jī)出力，實(shí)現(xiàn)鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)〔3〕；同時作為煤水比例交叉限制，控制給水流量。要實(shí)現(xiàn)磨煤機(jī)入口擋板保持全開的運(yùn)行方式，調(diào)節(jié)磨煤機(jī)出力只能靠改變一次風(fēng)壓力。因此，優(yōu)化方案鍋爐主控由負(fù)荷指令直接計算一次風(fēng)母管壓力。主汽壓力控制通過滑壓曲線與實(shí)際壓力求偏差經(jīng)PID運(yùn)算后作為一次風(fēng)壓的補(bǔ)償調(diào)節(jié)量，共同控制爐側(cè)的熱負(fù)荷，以滿足機(jī)組負(fù)荷要求及主汽壓力的參數(shù)穩(wěn)定。同時，取消煤水之間的交叉限制，將給水和總?cè)剂狭窟M(jìn)行解耦控制，較好地解決了煤量計算不準(zhǔn)確對給水和主蒸汽溫度造成的影響。

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2)磨煤機(jī)出力控制。

磨煤機(jī)出力控制通過調(diào)節(jié)磨煤機(jī)入口容量風(fēng)門擋板開度，控制進(jìn)入磨煤機(jī)的一次風(fēng)量，改為保持全開磨煤機(jī)入口容量風(fēng)門擋板，通過調(diào)節(jié)一次風(fēng)壓直接控制一次風(fēng)量〔4〕。因此，取消了入口容量風(fēng)門擋板控制器自動，在磨煤機(jī)正常運(yùn)行時，保持全開狀態(tài)，特殊情況時，運(yùn)行人員可以手動操作。

燃料量控制，采用調(diào)節(jié)給煤機(jī)轉(zhuǎn)速，維持磨煤機(jī)大罐粉位在一個手動設(shè)定值的控制方式。

由于始終控制磨煤機(jī)大罐粉位保持在一個手動設(shè)定位置，因此，有效防止了空磨和堵磨現(xiàn)象發(fā)生。同時，磨煤機(jī)大罐粉位相對穩(wěn)定，只要控制進(jìn)入磨的一次風(fēng)量，就能較好地控制磨煤機(jī)出力。

3)一次風(fēng)控制。

原一次風(fēng)系統(tǒng)控制主要根據(jù)鍋爐主控指令維持母管壓力。改造后，一次風(fēng)壓力已變?yōu)殄仩t負(fù)荷調(diào)節(jié)的主要參數(shù)，因此一次風(fēng)母管壓力值根據(jù)鍋爐主控自動計算和調(diào)節(jié)。實(shí)際應(yīng)用中加入了負(fù)荷和燃料主控微分的前饋控制。

給水控制優(yōu)化分進(jìn)行了煤和水的解耦控制，有干態(tài)和濕態(tài)兩種控制方式。干態(tài)方式(溫度調(diào)節(jié)模式):當(dāng)干態(tài)時是根據(jù)水、蒸汽需求(根據(jù)負(fù)荷指令計算需求蒸汽)、分離器出口溫度進(jìn)行三沖量控制。其中主調(diào)是分離器出口溫度(過熱度)，副調(diào)節(jié)器是水、蒸汽需求量。濕態(tài)方式(壓力調(diào)節(jié)模式):濕態(tài)方式也就是壓力調(diào)節(jié)模式，因為在濕態(tài)情況下水和蒸汽量之間是不平衡的，此時的控制類似汽包爐的水位控制模式〔5〕，給水泵此時投入自動時則自動確保母管壓力定壓運(yùn)行，壓力設(shè)置為15 MPa。

通過干濕態(tài)之間的無擾切換，既進(jìn)行了煤水的解耦控制，又能確保給水安全。

5)其他控制系統(tǒng)。

由于鍋爐主控輸出對象變化了，鍋爐側(cè)主要的模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如給煤機(jī)的粉位控制系統(tǒng)、送風(fēng)的氧量控制以及蒸汽溫度控制等均采用了鍋爐主控前饋PID的控制方式。

5 優(yōu)化后整體效果

1)節(jié)能效果明顯。

控制方式優(yōu)化后，一次母管風(fēng)壓在6～13 kPa之間調(diào)節(jié)，磨煤機(jī)入口容量風(fēng)差壓降低到1 kPa以下，一次風(fēng)機(jī)變頻電流下降20 A左右，可降低廠用電率近0.1%，節(jié)能效果極為明顯。

2)提高了自動調(diào)節(jié)品質(zhì)和負(fù)荷響應(yīng)能力。

由于保持磨煤機(jī)入口容量風(fēng)擋板全開的運(yùn)行方式，整個系統(tǒng)由負(fù)荷指令直接作用一次風(fēng)的控制，僅調(diào)節(jié)一次風(fēng)機(jī)馬達(dá)頻率或是風(fēng)機(jī)動葉開度，即可消除磨煤機(jī)入口容量風(fēng)門的非線性調(diào)節(jié)和擋板執(zhí)行器的動作遲滯對系統(tǒng)的影響，極大地提升了系統(tǒng)響應(yīng)速度。同時減少了系統(tǒng)的交叉計算環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)和鍋爐負(fù)荷響應(yīng)能力明顯提高，趨勢圖如圖1—2所示，各項指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于考核標(biāo)準(zhǔn)，具體參數(shù)見表1。

圖1 600 MW機(jī)組協(xié)調(diào)邏輯修改后升負(fù)荷曲線

圖2 600 MW機(jī)組協(xié)調(diào)邏輯修改后減負(fù)荷曲線

表1 機(jī)組動態(tài)擾動試驗參數(shù)記錄表

3)消除了磨煤機(jī)入口容量風(fēng)門故障造成的影響。

由于保持磨煤機(jī)入口容量風(fēng)門擋板全開的運(yùn)行方式，機(jī)組正常運(yùn)行中容量風(fēng)門無需調(diào)節(jié)，消除了磨煤機(jī)入口容量風(fēng)擋板門卡澀等故障對系統(tǒng)調(diào)節(jié)造成的影響，極大提高了自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)可靠性。

6 總結(jié)

一次風(fēng)機(jī)壓控制鍋爐負(fù)荷的火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制方式在該電廠6臺不同爐型的機(jī)組都得到很好應(yīng)用。實(shí)際運(yùn)行證明，這種協(xié)調(diào)控制方式節(jié)能效果明顯，系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)及主汽壓力的跟蹤速度和鍋爐對負(fù)荷的響應(yīng)速率明顯得到提高。一次風(fēng)機(jī)壓控制鍋爐負(fù)荷的火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制方式優(yōu)化不需要改變?nèi)魏喂に囅到y(tǒng)，無硬件改造費(fèi)用，國內(nèi)的火電機(jī)組中，有很大部分采用直吹式雙進(jìn)雙出鋼球磨制粉系統(tǒng)，因此此控制方式供同類型機(jī)組調(diào)節(jié)參考。

〔1〕肖大雛.超超臨界機(jī)組控制設(shè)備及系統(tǒng) 〔M〕.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

〔2〕湖南省電力試驗研究所.熱工自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)試驗作業(yè)指導(dǎo)書 〔R〕.2002.

〔3〕陳花桂.正壓直吹式制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗分析 〔J〕.江蘇電機(jī)工程，2004，23(6):51-53.

〔4〕國家能源局.火力發(fā)電廠模擬量控制系統(tǒng)驗收測試規(guī)程:DL/ T657—2015〔S〕.北京:中國電力出版社，2016.

〔5〕施永紅.600 MW機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)投入技術(shù)難點(diǎn)及處理措施〔J〕.東北電力技術(shù)，2007，28(9):48-50.

Optimization of Coordinated Control for Thermal Power Unit with Primary Air Pressure Control Boiler Load

ZOU Xiangjun，ZHANG Zaiming
(Huaneng Hunan Yueyang Power Plant Co.，Ltd.，Yueyang 414002，China)

There are some prominent problems like mill entrance door capacity inlet and outlet throttling loss and the amount of fuel，in direct fired pulverizing system of traditional thermal power unit，it may cause the high energy consumption of primary fan and the lag or overshoot of load.The load response speed can not meet the requirements of AGC.In order to solve these problems，this paper introduces a new control mode of primary air pressure.This method not only has obvious energy saving effect，but also improves the quality of the system and the response rate of the boiler to the load.It can be used in all direct fired pulverizing system and it has broad application potential.

primary air pressure；direct-fired pulverized system；coordinated control；throttling loss；optimization

TK229.6

B

1008-0198(2017)04-0015-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.04.005

2016-12-26 改回日期:2017-02-10