1000MW超超臨界機組制粉系統(tǒng)熱控設備改造及應用

王守會

神華國華徐州發(fā)電有限公司 江蘇 徐州 221000

0 前言

本廠鍋爐采用的是中速磨煤機一次風正壓直吹式制粉系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括6臺原煤斗、6臺耐壓電子稱重式給煤機、2臺動葉可調軸流一次風機、6臺中速磨煤機（帶動態(tài)旋轉分離器）、2臺密封風機、煤粉管、石子煤排放裝置等設備。機組運行過程中，因制粉系統(tǒng)所屬熱控設備故障，導致制粉系統(tǒng)主設備及附屬設備可靠性降低，影響機組安全運行。本文針對本廠2號機組鍋爐制粉系統(tǒng)熱控設備出現故障問題和控制方案問題所進行的改造和優(yōu)化設計進行分析［1］。

1 給煤機控制系統(tǒng)熱控設備優(yōu)化改造

當鍋爐的負荷要求變化時，燃料調節(jié)系統(tǒng)應使燃料量、送風量、引風量同時按比例的快速改變，以適應外界負荷的要求。

燃料量的快速改變，通過給煤機轉速控制系統(tǒng)實現，給煤機控制系統(tǒng)故障，會使燃料量大小無法及時調整，引起主汽壓力、氧量、爐膛負壓等機組重要參數大幅波動，為此把降低給煤機控制系統(tǒng)熱控設備故障次數作為首要目標［2］。

對給煤機控制系統(tǒng)熱控設備的現狀進行調查并查閱了2013年10～12月給煤機控制系統(tǒng)熱控設備出現的所有故障，進行了仔細的分析，得出調查結果如下。

表1 2013年10～12月給煤機控制系統(tǒng)熱控設備故障次數統(tǒng)計表

1.1 給煤機給煤量主控系統(tǒng)策略

圖1所示為給煤量主控簡化原理圖，由單元機組主控系統(tǒng)發(fā)來的鍋爐指令BMOUT經f（x）變換后轉變成燃料量指令，燃料量指令經交叉限制處理后，即作為煤量指令要求值與作為被調量的總煤量信號一起，進入煤量主控調節(jié)器，它們二者之間的偏差經PI運算后的輸出信號代表鍋爐要求的煤量供應能量的變化量，煤量調節(jié)器的輸出代表了與負荷相適應的要求供煤量，被送到各個給煤機的供煤控制子回路中去［4］。

圖1 給煤量主控系統(tǒng)簡化原理圖

煤量調節(jié)器控制的是投在自動狀態(tài)的給煤機，因此給煤量調節(jié)器增益必須根據投自動的給煤機數量而變化，為此控制系統(tǒng)中設置了變增益的函數，以實現投自動的給煤機數量變化時保持系統(tǒng)的增益不變。

1.2 給煤機控制板件升級改造

本廠原給煤機就地控制裝置接插件多，是沈陽施道克給煤機廠90年代的產品，結構復雜、部件多、產品可靠性差，多次導致給煤機在運行中跳閘。為此將原有196NT控制系統(tǒng)升級為配備DT-9控制系統(tǒng)，原來的電源板件、CPU板件、操作顯示板件全部集成在一個封裝模塊里，結構簡單、可靠性更高。

DT-9控制器支持現場總線溝通技術，有效實現現場設備與網絡的互聯，可以使更多的信息直接傳送到控制室或更加偏遠的診斷程式。允許輸入與輸出在不改變現存數據的情況下更加可配置化，可以按照需求來定制給煤機控制并組合配置附屬的器材及傳感器［3］。

給煤機控制系統(tǒng)改造前后主要性能特點對比如下：

（1）彩色觸摸屏取代熒光真空顯示屏，支持圖形、文字、曲線顯示，信息量大，功耗低、使用壽命長；

（2）由16位單處理器變?yōu)?2位雙處理器布置，信號處理、邏輯運算分開控制，系統(tǒng)更可靠；

（3）每個稱重信號轉換卡單獨配置一個24位A/D轉換器，分辨率提高，雙轉換卡布置使左右側稱重信號干擾減??；

（4）輸入輸出接口更加豐富，大部分信號接口可按需要進行設置不同功能，不再程序固化，需要時不用重新改寫程序；

（5）故障記錄可存儲數目增加，分可忽略、需確認、不需確認、報警跳機4種故障報警顯示及動作。

圖2 改造前/后的給煤機控制板件

通過對給煤機控制電源、給煤機控制板件以及給煤量控制策略等一系列改造后給煤機控制系統(tǒng)熱控設備裝置故障率明顯降低，故障次數大大減少。下面是在改造后（截止到2014年08月31日）給煤機控制系統(tǒng)故障次數對比表。

表2 給煤機系統(tǒng)熱控設備故障次數對比表

2 降低熱一次風系統(tǒng)熱控設備故障次數

在制粉系統(tǒng)中，把輸送煤粉經燃燒器進入爐膛并滿足揮發(fā)分燃燒需要的空氣稱為一次風，一次風經一次風機加壓后分為熱一次風、冷一次風和混合風，其中熱一次風系統(tǒng)出現故障的概率最高。一次風系統(tǒng)故障會導致磨煤機跳閘甚至會引起機組RB動作，會導致磨煤機因無法啟動影響機組的正常運行，對機組的安全指標和經濟指標都會帶來嚴重的后果［6］。

2.1 磨煤機熱一次風量控制策略

磨煤機出口一次風量控制通過調節(jié)進入磨煤機的一次風的熱風擋板的位置來達到控制目的。經壓力和溫度校正的風量與風量定值經過PID調節(jié)器產生調節(jié)指令控制磨一次風熱風門。磨的一次風流量定值為給煤機給煤量設定的函數。同時，一次風量調節(jié)器的輸出還作用到磨煤機出口溫度控制系統(tǒng)，相應的改變一次風的冷風檔板，從而保證在增加（或減?。┮淮物L量的同時使磨煤機的出口溫度基本不變。 控制回路投入自動后，通過偏置微調風量定值?；芈肥謩訒r，偏置模塊使得風量定值跟蹤實際風量，使得手/自動無擾切換［8］。

圖3 磨煤機熱一次風量控制簡化原理圖

磨煤機進口風量經過磨煤機進口壓力和磨煤機進口風溫補償后經過5s濾波后進入PID。同時，根據機組實際工況，需要對磨煤機進口風量設定值進行修正，本廠設定偏置塊上下限為±100t/h，慢速變化率為1t/h，快速變化率為4t/h。

燃水比輸出微分對磨進口風量補償，水煤比微分值代表了過熱器入口溫度變化的速率，如果微分量輸出值很大，表示蒸汽溫度變化很快，通過改變磨煤機進口風量來較快的改變進入爐膛的煤量，從而保證鍋爐蒸汽溫度［7］。

前饋部分包括動態(tài)前饋OVERLOAD、冷風擋板指令到熱風擋板指令的解耦前饋和靜態(tài)部分給煤機通過f（x）對應的風量。靜態(tài)前饋部分為給煤機對應的磨煤機熱風擋板開度值。由分段線性函數發(fā)生器算法，通過一組坐標點產生分段線性函數f（x），相應的坐標點如下：

100給煤量（t/h）0熱風擋板開度（%） 30 10 10 10

2.2 熱一次風系統(tǒng)熱控設備改造

通過對熱一次風系統(tǒng)熱控設備可靠性差的原因進行認真分析，最終確定了到位開關安裝結構不合理、到位行程開關觸點動作不正確、繼電器可靠性低、電磁閥質量差這4條主要原因。通過認真研究，對熱一次風系統(tǒng)熱控設備故障原因制訂出以下針對措施：

（1）將到位開關的固定位置移位，并改變觸動桿的類型，將觸動桿由一字型改為Z字型，確保到位開關每次都能正確動作，且遠離熱源，避免開關高溫老化；

（2）將動作不正確的到位開關進行更換，并且把到位開關遠離熱源固定，保證到位開關觸點動作及時，觸點接觸可靠，并且觸點能及時斷開，無粘連現象；

（3）更換故障繼電器，對正常的繼電器進行試驗，排查端子排接線，接線松動的進行緊固，外觀有破損的端子排進行更換；

（4）更換故障電磁閥，對正常的電磁閥進行試驗，檢查進氣管路和排氣管路，并確保壓縮空氣品質合格，保證電磁閥動作及時，吸合正確，氣路切換正確。

通過一系列的改造后熱一次風系統(tǒng)熱控設備裝置故障率明顯降低，改造效果顯著。下面是在改造前和改造后熱一次風系統(tǒng)故障次數對比表。

表3 熱一次風系統(tǒng)熱控設備故障次數改造前后對比表

3 結束語

鍋爐制粉系統(tǒng)熱控設備改造后經過三個月的運行檢驗，效果顯著，給煤機控制系統(tǒng)、熱一次風系統(tǒng)等熱控設備故障次數大大減少。改造后，設備的工作環(huán)境有了明顯的改善，使用壽命大大增加，制粉系統(tǒng)出現故障的次數大大降低，減少了磨煤機不必要的啟停次數，其中給煤機控制系統(tǒng)每年取得的直接經濟價值為30萬，熱一次風系統(tǒng)熱控設備為15萬，為我廠的百萬機組日常維護節(jié)省了開支，提高了我廠的經濟效益，創(chuàng)造了顯著的價值，為機組的安全穩(wěn)定運行提供了支持。

［1］國華徐州發(fā)電有限公司生產準備部.1000MW超超臨界火力發(fā)電機組培訓教材鍋爐分冊［M］.徐州：國華徐州發(fā)電有限公司，2010：45-62.

［2］國華徐州發(fā)電有限公司生產準備.1000MW超超臨界火力發(fā)電機組培訓教材熱控分冊［M］.徐州：國華徐州發(fā)電有限公司，2010：30-33.

［3］沈陽施道克電力設備有限公司.給煤機DT-9控制器中文說明書［M］.沈陽：沈陽施道克電力設備有限公司，2013：15-17.

［4］北京國電智深控制技術有限公司.國華徐州發(fā)電有限公司1000MW超超臨界機組MCS功能設計說明書［M］.北京：北京國電智深控制技術有限公司，2014：37-39.

［5］蓋立嵩.大壩電廠Ⅱ期給煤機轉速控制系統(tǒng)的改進［J］.寧夏電力，2005，（3）：149-150.

［6］付新河.火電廠制粉系統(tǒng)優(yōu)化控制方案的探討［J］.廣東電力，2008，（3）：45-46.

［7］陸梁.燃燒系統(tǒng)控制策略及注意事項［R］.上海：上海調試所，2011：5-7.

［8］王付生.熱工自動與保護［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［9］畢貞福.火力發(fā)電廠熱工自動控制實用技術［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［10］王東風.多變量智能控制在電廠制粉系統(tǒng)中的應用研究［D］.保定：華北電力大學，2001.