淺析摻燒經(jīng)濟(jì)煤對1 000 MW機(jī)組變工況下主參數(shù)穩(wěn)定性的優(yōu)化

顧小星，丁 健，許 震，左偉偉

（國電江蘇電力有限公司諫壁發(fā)電廠，江蘇 鎮(zhèn)江 212006）

1 前言

隨著近年來國內(nèi)煤價的大幅上漲，燃料成本在燃煤機(jī)組生產(chǎn)成本中所占的比例越來越高，不斷地壓縮火電廠的利潤空間，企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營壓力越來越大。因此，發(fā)電企業(yè)通過改變?nèi)霠t煤質(zhì)，摻燒經(jīng)濟(jì)煤，以達(dá)到降低燃料成本。但同時機(jī)組在變工況下的主參數(shù)穩(wěn)定性變差，大大降低了機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

2 機(jī)組簡介

國電江蘇電力有限公司諫壁發(fā)電廠七期2×1 000 MW擴(kuò)建工程采用上海鍋爐廠Alstom-Power Boiler Gmbh公司技術(shù)制造的塔式直流鍋爐（型號SG-3040/27.56-5XX），鍋爐采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配置6臺HP-1163型中速磨煤機(jī)，一次風(fēng)機(jī)為動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)（技改后可變頻控制），機(jī)組采用全滑壓運(yùn)行方式。

3 摻燒狀況介紹

鍋爐設(shè)計煤種為神混煤，典型經(jīng)濟(jì)煤種為石炭煤、中煤、褐煤、印尼煤等。正常情況下采用分倉摻燒的方式進(jìn)行，比如A磨，褐煤；B磨，神混煤；C磨，石炭；D磨，中煤；E，F(xiàn)磨，印尼煤。根據(jù)不同負(fù)荷，進(jìn)行不同的分倉摻燒工作，入爐煤的低位發(fā)熱量在13.27～22.06 MJ/kg之間波動，全年經(jīng)濟(jì)煤種摻燒率達(dá)85%左右。

表1為摻燒煤種工業(yè)分析數(shù)據(jù)。

4 摻燒后的問題

大比例摻燒經(jīng)濟(jì)煤種后，機(jī)組工況變動時機(jī)組穩(wěn)定性明顯變差，汽溫、汽壓等主要參數(shù)波動較大，主要表現(xiàn)在以下兩個方面。

表1 摻燒煤種工業(yè)分析數(shù)據(jù)（收到基）

4.1 外擾（機(jī)組負(fù)荷變化）

當(dāng)機(jī)組負(fù)荷變化時，入爐煤熱值與設(shè)計煤種偏差越大，機(jī)組穩(wěn)定性越差，汽溫、汽壓波動越大。

未進(jìn)行相關(guān)控制系統(tǒng)優(yōu)化之前，在機(jī)組變負(fù)荷速率1%的基礎(chǔ)上，機(jī)組變負(fù)荷時，汽壓波動幅度達(dá)到1.5 MPa，汽壓實(shí)際值經(jīng)常會高于其設(shè)定值1.4 MPa（偏差大于1.4 MPa時，機(jī)組高旁動作開啟泄壓）。汽壓波動大也導(dǎo)致主、再熱汽溫等參數(shù)大幅度晃動，在機(jī)組大幅增減負(fù)荷時AGC無法正常投入，電網(wǎng)調(diào)度AGC測速結(jié)果只有0.3%～0.5%（合格值為1.5%）。

4.2 內(nèi)擾（入爐煤熱值變化）

當(dāng)摻燒煤種變化，磨煤機(jī)啟、停，以及導(dǎo)致入爐煤熱值發(fā)生變化時，機(jī)組汽溫、汽壓波動較大，而且入爐煤熱值變化越大，相關(guān)參數(shù)波動越大。在這兩個因素的影響下，機(jī)組參數(shù)晃動大，穩(wěn)定性降低，使得運(yùn)行人員的調(diào)整強(qiáng)度、難度加大，不利于機(jī)組的安全運(yùn)行。

5 原因分析

5.1 入爐煤熱值差

摻燒經(jīng)濟(jì)煤后，入爐煤的熱值與設(shè)計煤種偏差大，最大偏差38%，入爐煤的熱值越低，對CCS調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的干擾及其滯后性越強(qiáng)，因此一旦機(jī)組變工況，鍋爐的汽溫、汽壓等主參數(shù)將隨之大幅度變化。

5.2 單臺磨一次風(fēng)量自動投入效果不佳

單臺磨一次風(fēng)量自動控制邏輯：通過磨煤機(jī)熱風(fēng)調(diào)整門實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)控制，磨煤機(jī)一次風(fēng)量自動跟蹤給煤量。為了保證一次風(fēng)量的投入效果良好，熱風(fēng)調(diào)整門開度需在30%～60%開度之間，這是閥門最佳調(diào)節(jié)特性區(qū)間。

摻燒水分較大煤種時，需要相對較多的一次風(fēng)量來保證磨煤機(jī)正常的干燥出力，因此該磨煤機(jī)熱風(fēng)調(diào)整門相對于其他磨開度要大得多。為了能夠保持該磨煤機(jī)的熱風(fēng)調(diào)整門開度在50%～60%，有時甚至需要開足該磨的熱風(fēng)調(diào)門，而其他磨煤機(jī)的熱風(fēng)調(diào)整門開度只有20%左右，而且當(dāng)各臺磨的煤量較小時，上述熱風(fēng)調(diào)整門開度會更小，這樣勢必影響磨煤機(jī)一次風(fēng)量的正常調(diào)節(jié)。

同時，為滿足上述一次風(fēng)量的控制要求，還必須提高一次風(fēng)母管壓力2～3 kPa。但這樣做，一方面將大幅度增加一次風(fēng)機(jī)電耗，另一方面很可能造成軸流式或變頻改造后的一次風(fēng)機(jī)失速，安全性和經(jīng)濟(jì)性大大降低。

6 解決方案

因?yàn)閱闻_磨一次風(fēng)量自動投入效果不佳，嚴(yán)重影響了煤粉的快速響應(yīng)特性，必須通過其他方法來彌補(bǔ)。根據(jù)以上的綜合分析，考慮通過煤量變化調(diào)整一次風(fēng)壓（一次風(fēng)壓自動的含義：根據(jù)單臺磨中的最大煤量自動調(diào)整一次風(fēng)機(jī)的出力，以此改變總體一次風(fēng)壓）、一次風(fēng)量，以滿足爐膛燃燒所需煤粉量的變化需求，從而提高煤粉的快速響應(yīng)特性，減小汽壓、汽溫波動幅度。鑒于此，我們提出以下3種方案。

6.1 方案一

一次風(fēng)壓不改變（即固定最高煤量），摻燒水分較大煤種的磨煤機(jī)，熱風(fēng)調(diào)整門開足，不參與一次風(fēng)量自動調(diào)整。

6.2 方案二

大幅度提高一次風(fēng)壓（即各磨煤機(jī)煤量自動投入），保證各臺磨煤機(jī)煤量變化時，一次風(fēng)壓自動變化，一次風(fēng)量隨之變化。

6.3 方案三

在方案一、二的基礎(chǔ)上，對一次風(fēng)壓自動控制進(jìn)行優(yōu)化。該方案的主要設(shè)計思想是：一方面通過一次風(fēng)壓總體進(jìn)行（粗調(diào)），另一方面通過單臺磨一次風(fēng)量自動進(jìn)行（細(xì)調(diào)），最終通過一次風(fēng)壓總體調(diào)整來替代各磨煤機(jī)的一次風(fēng)量調(diào)整，提高煤粉的快速響應(yīng)特性。因此，應(yīng)對單臺最大煤量與一次風(fēng)壓變化的數(shù)值進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。表2為優(yōu)化前、后的一次風(fēng)壓自動設(shè)定值。

機(jī)組正常運(yùn)行時，磨煤機(jī)給煤量主要調(diào)節(jié)區(qū)域范圍為50～80 t/h。表2中，優(yōu)化前一次風(fēng)壓在該區(qū)間范圍內(nèi)的變化值為2 kPa，優(yōu)化后一次風(fēng)壓變化值為3.4 kPa。

表2 一次風(fēng)壓優(yōu)化前、后自動設(shè)定值

7 理論分析對比

煤粉響應(yīng)速度性能指當(dāng)磨煤機(jī)煤量變化時，從磨煤機(jī)出粉量變化，直至出粉量穩(wěn)定與煤量基本一致的滯后時間，該時間越短，說明煤粉響應(yīng)速度性能越好，煤粉的遲滯性越低，機(jī)組變工況時的汽溫、汽壓越穩(wěn)定。通過查閱相關(guān)資料，以及現(xiàn)場試驗(yàn)?zāi)M風(fēng)壓、風(fēng)量和粉量的變化關(guān)系，并以煤量突升10 t/h為例，分析風(fēng)壓、風(fēng)量和粉量的變化關(guān)系，分別對三種方案進(jìn)行描述，并進(jìn)行比較。

圖1 方案一 圖2 方案二 圖3 方案三

方案一（圖1）：①表示煤量突升10 t/h；②表示一次風(fēng)壓不變；③表示此時一次風(fēng)量會因?yàn)槟ッ簷C(jī)的阻力上升（煤量上升10 t/h）而逐漸下降，在50 s左右穩(wěn)定；④表示煤粉量先逐漸下降，在120 s左右后逐漸上升至穩(wěn)定。

方案二（圖2）：①表示煤量突升10 t/h；②表示一次風(fēng)壓不固定且隨著煤量上升而升高，但是熱風(fēng)調(diào)門開度固定（即一次風(fēng)量不投自動，或熱風(fēng)調(diào)門開足）；③表示此時一次風(fēng)量會在15 s之內(nèi)上升；④表示煤粉量立即上升，但是上升得仍然不夠多，后續(xù)還會上升，30 s左右后趨于穩(wěn)定。

方案三（圖3）：①表示煤量突升10 t/h；②表示一次風(fēng)壓不固定且隨著煤量上升而升高；⑤表示熱風(fēng)調(diào)門投自動時，有前饋信號直接開調(diào)門，導(dǎo)致③一次風(fēng)量會超調(diào)更多一些，最終使得④粉量響應(yīng)速度更快一些，在15 s左右基本完成。

綜合考慮各方案的優(yōu)勢，我們采用方案三進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)。事實(shí)證明，通過該方式優(yōu)化后，能夠大幅度提高煤粉的響應(yīng)速度，各磨煤機(jī)一次風(fēng)量自動甚至可以都不投運(yùn)，通過一次風(fēng)壓自動大幅度變化就能夠基本滿足各臺磨煤機(jī)的一次風(fēng)量調(diào)節(jié)要求，而且響應(yīng)速度更快。由于方案三煤粉的快速響應(yīng)性能好，機(jī)組能夠?qū)Ω鞣N工況進(jìn)行快速反應(yīng)，根本上解決了變工況下主要參數(shù)穩(wěn)定性差的難題。

8 實(shí)際效果對比

選取控制系統(tǒng)優(yōu)化前、后的兩種工況進(jìn)行實(shí)際效果對比，兩種工況下?lián)綗悍N基本一致，入爐煤熱值為17.8 MJ/kg。圖4工況下，機(jī)組變負(fù)荷速率為1%；圖5工況下，機(jī)組變負(fù)荷速率為1.5%.

圖4 優(yōu)化前負(fù)荷與主汽壓曲線（5月15日）

圖5 優(yōu)化后負(fù)荷與主汽壓曲線（5月22日）

通過以上兩幅圖對比可以發(fā)現(xiàn)，在控制系統(tǒng)優(yōu)化之后，機(jī)組的變負(fù)荷速率從1%提高至1.5%，同樣的摻燒煤種、同樣的變負(fù)荷幅度，汽壓晃動幅度從1.5 MPa降至0.5 MPa以下。事實(shí)證明，在控制系統(tǒng)優(yōu)化后，機(jī)組變工況下汽壓的穩(wěn)定性明顯提高。

9 優(yōu)化后的經(jīng)濟(jì)效益

9.1 AGC測速合格

2017-05-25，機(jī)組負(fù)荷800 MW，機(jī)組CCS、AGC投入，變負(fù)荷速率1.5%，入爐煤熱值17.4 MJ/kg。06：27，電網(wǎng)調(diào)度進(jìn)行AGC測速，在未進(jìn)行人為干預(yù)的情況下，主汽溫、汽壓基本無明顯變化，AGC測速結(jié)果達(dá)到1.5%，圓滿完成了電網(wǎng)調(diào)度AGC任務(wù)。事實(shí)證明，優(yōu)化控制系統(tǒng)明顯提高了變工況下機(jī)組的穩(wěn)定性。

9.2 機(jī)組指標(biāo)

廠用電：優(yōu)化后，每臺一次風(fēng)機(jī)電流平均下降5A，廠用電電耗下降約0.04%，供電煤耗降低約0.125 g/kW·h。

主汽溫：優(yōu)化后，主汽溫更穩(wěn)定，且與設(shè)計值更接近，相比之前，平均值提高1℃，供電煤耗降低0.083 g/kW·h。

再熱汽溫：優(yōu)化后，再熱汽溫更穩(wěn)定，負(fù)荷上升時，再熱器減溫水投入少，而負(fù)荷下降時，再熱汽溫下降少，平均值提高1.2℃；供電煤耗降低0.084 g/kW·h。

主汽壓：優(yōu)化后，主汽壓更穩(wěn)定，平均值提高0.2 MPa，供電煤耗降低0.2 g/kW·h。

共累計平均降低供電煤耗0.492 g/kW·h，如果全年按80%負(fù)荷率計算，共節(jié)省約3 450 t標(biāo)煤，按標(biāo)煤640元/t計算，共節(jié)約220萬元。

10 結(jié)論

通過大量的現(xiàn)場實(shí)踐可以明顯看出，在對機(jī)組一次風(fēng)壓、一次風(fēng)量控制策略進(jìn)行優(yōu)化后，機(jī)組主要參數(shù)的穩(wěn)定性得到增強(qiáng)，且機(jī)組的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也因此有所提高，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。但由于摻燒經(jīng)濟(jì)煤種多而雜，且有時磨煤機(jī)熱風(fēng)調(diào)門基本處于開足狀態(tài)，磨煤機(jī)出口風(fēng)量和出口溫度的調(diào)節(jié)受到一定的限制。若熱風(fēng)調(diào)門長期處于開足狀態(tài)，閥門容易卡澀，在事故處理時有隱患，設(shè)備的可靠性還有待提高。因此，在今后的運(yùn)行過程中，還需要不斷地加以優(yōu)化和完善機(jī)組一次風(fēng)壓、一次風(fēng)量控制策略。