中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)改直吹后的鍋爐協(xié)調(diào)控制策略?xún)?yōu)化

程際云， 陳 綱， 王 會(huì)

（1.華東電力試驗(yàn)研究院有限公司，上海 200437；2.華能上海石洞口第一發(fā)電廠，上海 200942；3.國(guó)華寧海B廠，浙江 寧波 315612）

1 概述

華能上海石洞口第一發(fā)電廠1號(hào)、2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N320-16.8/535/535型單軸四缸、四排汽、再熱、沖動(dòng)凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，鍋爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)的SG-1025-16.7-540/540型螺旋上升直流鍋爐，機(jī)組協(xié)調(diào)控制以爐跟機(jī)為主。鍋爐由燃燒貧煤改為煙煤后，制粉系統(tǒng)由中間儲(chǔ)倉(cāng)式改為中速磨煤機(jī)正壓冷一次風(fēng)直吹式，每爐配5臺(tái)中速磨煤機(jī)，鍋爐的燃燒特性有了較大的變化，具有更大的延遲性、不確定性，因此必須對(duì)原有的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）做出相應(yīng)改進(jìn)，才能滿(mǎn)足CCS穩(wěn)態(tài)和變負(fù)荷時(shí)的性能品質(zhì)要求。

2 協(xié)調(diào)系統(tǒng)控制方案改進(jìn)及參數(shù)優(yōu)化

2.1 分離器入口溫度控制的改進(jìn)

將分離器入口溫度（中間點(diǎn)溫度）由單一的水量調(diào)節(jié)，改為由水量、給煤量、一次風(fēng)量的立體調(diào)節(jié)。

中間儲(chǔ)倉(cāng)式制粉系統(tǒng)的燃料量控制是通過(guò)控制變頻式給粉機(jī)實(shí)現(xiàn)的，給粉量均勻、穩(wěn)定，時(shí)滯短、精度較高，分離器入口溫度（中間點(diǎn)溫度）由給水量單一調(diào)節(jié)即可。改成直吹式制粉系統(tǒng)后，由于燃料量的控制是通過(guò)控制給煤機(jī)的給煤量完成，因此對(duì)比改造前，燃料量的控制均勻性差、穩(wěn)定性差、時(shí)滯長(zhǎng)、精度較低，分離器入口溫度穩(wěn)定性差，由單一的水量調(diào)節(jié)已不能滿(mǎn)足其要求，特別是溫度大范圍波動(dòng)時(shí)，其單一控制的弊端更為突出。

分離器入口溫度的穩(wěn)定對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定至關(guān)重要。根據(jù)直吹式制粉系統(tǒng)的燃燒特性，在原有的單一水量調(diào)節(jié)中增加了給煤量對(duì)分離器入口溫度的調(diào)節(jié)（慢），和一次風(fēng)量對(duì)分離器入口溫度的調(diào)節(jié)（快）。當(dāng)分離器入口溫度大于設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)作用分別加大給水量、減少煤量、減小磨煤機(jī)的入口一次風(fēng)量；反之則減少給水量、增加煤量和加大磨煤機(jī)的入口一次風(fēng)量。分離器入口溫度控制SAMA圖如圖1所示。

圖1 分離器入口溫度控制SAMA圖

通過(guò)一次風(fēng)量、水量、給煤量的共同作用，將分離器入口溫度控制在相對(duì)穩(wěn)定的范圍內(nèi)（變負(fù)荷時(shí)±10℃、穩(wěn)態(tài)時(shí)±5℃），實(shí)際應(yīng)用后的記錄曲線如圖2所示?？梢钥闯觯谧冐?fù)荷開(kāi)始時(shí)分離器入口溫度會(huì)有較大幅度的變化，但能很快收斂到設(shè)定值附近。

圖2 分離器入口溫度控制曲線

2.2 鍋爐主控動(dòng)作后煤水控制方式的改進(jìn)

針對(duì)直吹式制粉系統(tǒng)指令延遲和燃燒變化不穩(wěn)定性大的特性，將CCS調(diào)節(jié)由原來(lái)的鍋爐主控BM動(dòng)作后煤水指令同時(shí)變化改為先煤后水。

改為直吹式制粉系統(tǒng)后，原煤經(jīng)給煤機(jī)送至磨煤機(jī)進(jìn)行輾磨，同時(shí)磨煤機(jī)輸入合適的一次風(fēng)量對(duì)原煤進(jìn)行干燥，磨制好的煤粉直接送到燃燒器。由于從原煤到煤粉的制粉過(guò)程較長(zhǎng)，所以給煤量變化到煤粉量變化有純延遲時(shí)間且有一定的慣性，煤粉量對(duì)給煤量的響應(yīng)特性可表示為：

式中：FP為煤粉量；FM為給煤量；T1和τ1為慣性和延遲時(shí)間常數(shù)。T1和τ1隨磨煤機(jī)的運(yùn)行工況變化，較難測(cè)定，尤其是連續(xù)雨天煤較濕時(shí)，T1和τ1會(huì)明顯增加。穩(wěn)態(tài)時(shí)，F(xiàn)P=FM。

由于從煤量指令發(fā)出到鍋爐實(shí)際煤量變化的延遲時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1～2 min甚至更長(zhǎng)，如果按照原來(lái)中間儲(chǔ)倉(cāng)式制粉系統(tǒng)的煤水控制，即煤水指令根據(jù)BM指令同時(shí)變化，會(huì)造成短時(shí)間內(nèi)煤水失調(diào)，從而引起中間點(diǎn)溫度和主汽壓力的較大波動(dòng)，影響機(jī)組燃燒穩(wěn)定。因此，根據(jù)直吹式制粉系統(tǒng)燃料量遲滯長(zhǎng)的特點(diǎn)，將煤水動(dòng)作時(shí)間錯(cuò)開(kāi)，即改為先煤后水。根據(jù)多次試驗(yàn)結(jié)果，一般水比煤滯后動(dòng)作70 s即能基本保證煤水協(xié)調(diào)，有助于爐內(nèi)燃燒工況的穩(wěn)定，因此在給水控制子系統(tǒng)的給水指令處加入了延遲功能塊。

2.3 負(fù)荷指令超調(diào)量影響因素的調(diào)整

在由負(fù)荷段和變負(fù)荷速率決定的負(fù)荷指令超調(diào)量中增加變負(fù)荷絕對(duì)量大小的影響因素。

中間儲(chǔ)倉(cāng)式制粉系統(tǒng)主要是由變負(fù)荷時(shí)的變負(fù)荷速率及所處負(fù)荷段特性來(lái)決定變負(fù)荷時(shí)超調(diào)量的大小，由于煤、水、風(fēng)的響應(yīng)比較快，因此只需較小的超調(diào)量就能滿(mǎn)足機(jī)組變負(fù)荷時(shí)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的指標(biāo)要求。改成直吹式制粉系統(tǒng)后，由于煤和水的延遲響應(yīng)，變負(fù)荷時(shí)的超調(diào)量要增大較多，機(jī)組才能達(dá)到動(dòng)態(tài)品質(zhì)指標(biāo)。由于加大超調(diào)量對(duì)鍋爐擾動(dòng)也相當(dāng)大，因此增加引入變負(fù)荷絕對(duì)量作為決定超調(diào)量大小的條件，根據(jù)變負(fù)荷絕對(duì)量大小、變負(fù)荷速率、變負(fù)荷時(shí)所處負(fù)荷段特性這3個(gè)條件來(lái)決定超調(diào)量的大小，在變負(fù)荷時(shí)使實(shí)際負(fù)荷變化速率跟上負(fù)荷指令的變化速率，并可大大縮短負(fù)荷相應(yīng)純延時(shí)，負(fù)荷一般在30 s內(nèi)即能響應(yīng)指令要求。調(diào)整后，在變負(fù)荷過(guò)程中，負(fù)荷偏差基本控制在±5 MW，實(shí)際變負(fù)荷曲線如圖3、圖4所示。

2.4 汽機(jī)主控壓力拉回回路參數(shù)調(diào)整

圖3 減負(fù)荷曲線

圖4 加負(fù)荷曲線

由于直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐燃料量的不穩(wěn)定性，燃燒內(nèi)擾比中間儲(chǔ)倉(cāng)式制粉系統(tǒng)嚴(yán)重，壓力波動(dòng)比較大。同時(shí)機(jī)組的協(xié)調(diào)控制是基于爐跟機(jī)的協(xié)調(diào)控制，由汽機(jī)主控控負(fù)荷，保持負(fù)荷偏差的品質(zhì)要求，同時(shí)受燃燒遲滯性的影響，一般會(huì)造成低負(fù)荷低汽壓、高負(fù)荷高汽壓現(xiàn)象，對(duì)機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)鍋爐燃燒的安全性和穩(wěn)定性極為不利。因此對(duì)原來(lái)使用的壓力拉回回路參數(shù)重新進(jìn)行了設(shè)置，主汽壓力偏差值設(shè)定動(dòng)態(tài)時(shí)由1 MPa改為0.4 MPa，穩(wěn)態(tài)時(shí)由1 MPa改為 0.3 MPa，當(dāng)壓力偏差達(dá)到動(dòng)作值時(shí)，汽機(jī)主控TM由功率控制改為壓力控制，這樣可以使鍋爐的燃燒工況更快地趨于穩(wěn)定，從而也有利于主蒸汽壓力的穩(wěn)定。調(diào)整后，在變負(fù)荷過(guò)程中，壓力偏差可控制在±0.5 MPa，穩(wěn)態(tài)時(shí)也基本能控制在 ±0.3 MPa，實(shí)際壓力控制曲線如圖3、圖4所示。

但壓力拉回回路在保障壓力穩(wěn)定的同時(shí)，對(duì)負(fù)荷調(diào)節(jié)特性有一定負(fù)面影響，當(dāng)壓力拉回回路動(dòng)作、調(diào)門(mén)調(diào)節(jié)壓力的動(dòng)作方向與負(fù)荷的要求相反時(shí)，會(huì)減緩負(fù)荷的響應(yīng)速度；反之，如方向一致，則會(huì)加快負(fù)荷的響應(yīng)。

3 結(jié)論

通過(guò)不斷改進(jìn)協(xié)調(diào)系統(tǒng)及各子系統(tǒng)的控制方案并優(yōu)化調(diào)節(jié)參數(shù)，有效提高了負(fù)荷響應(yīng)速度和調(diào)節(jié)品質(zhì)，機(jī)組CCS各主要被調(diào)參數(shù)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)品質(zhì)指標(biāo)達(dá)到了要求，使改造后機(jī)組CCS能順利投入，也為AGC（Auto Generation Control，自動(dòng)發(fā)電控制）的投入奠定了基礎(chǔ)。

[1]DL/T 657-2006火力發(fā)電廠模擬量控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程[S].北京：中國(guó)電力出版社，2007.