1 000 MW機(jī)組泛熱值煤燃燒適應(yīng)控制策略研究與應(yīng)用

朱繼峰，李恩長，楊 展，卓魯鋒

（浙江浙能中煤舟山煤電有限責(zé)任公司，浙江 舟山 316131）

0 引言

隨著國內(nèi)煤價(jià)高漲且燃煤機(jī)組可利用小時(shí)數(shù)進(jìn)一步下降，加強(qiáng)煤炭經(jīng)濟(jì)適燒工作是降本增效、提升發(fā)電企業(yè)競爭力的有效途徑。

但是，摻燒煤種與設(shè)計(jì)煤種如果偏差較大，會影響鍋爐的安全穩(wěn)定和機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。特別是在機(jī)組摻燒比例越來越大的背景下，火電機(jī)組原有的保護(hù)與控制策略已不適用，必須做出調(diào)整來適應(yīng)泛熱值煤種變化的需求。

某發(fā)電公司在泛熱值煤摻燒中，采取一系列控制策略來提高機(jī)組對入爐煤熱值變化的快速響應(yīng)，并且修正了原有的保護(hù)策略以適應(yīng)低熱值煤摻燒的工況，保證機(jī)組的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 設(shè)備情況

該公司2×1 030 MW超超臨界燃煤機(jī)組，鍋爐為北京B&W公司制造的超超臨界參數(shù)、螺旋爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、露天布置的Π型鍋爐，型號為B&WB-3048/26.15/605-M，每臺爐配置6臺HP1163-Dyn型中速磨煤機(jī)，采用前后墻對沖燃燒方式。

2 泛熱值煤摻燒存在的問題

2.1 協(xié)調(diào)控制

由于采用分倉燃用的摻燒方式，且燃用低熱值煤的磨煤機(jī)煤量在變負(fù)荷過程中基本保持不變，因此在不同的負(fù)荷段機(jī)組低熱值煤與常規(guī)煤的煤量比例差異較大，使得入爐煤的平均熱值差異較大。常規(guī)的BTU（鍋爐熱值修正）計(jì)算速度較慢，變負(fù)荷過程中也不進(jìn)行熱值校正，這導(dǎo)致在動(dòng)態(tài)工況下經(jīng)校正的反饋煤量與實(shí)際入爐的標(biāo)煤當(dāng)量存在較大差異，從而出現(xiàn)煤量不準(zhǔn)、變負(fù)荷前饋超調(diào)、煤水比失衡、控制效果不佳等問題。

2.2 燃料能力與RB目標(biāo)值

RB（輔機(jī)故障減負(fù)荷）邏輯建立在設(shè)計(jì)煤種的動(dòng)作負(fù)荷、目標(biāo)負(fù)荷、單臺磨煤機(jī)燃料能力的基礎(chǔ)上，目前的RB邏輯無法適應(yīng)燃料熱值大幅變動(dòng)的工況。

因此，必須考慮泛熱值特性煤種對機(jī)組制粉系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)造成的影響，并以此為依據(jù)進(jìn)一步細(xì)化機(jī)組的主、重要保護(hù)策略。

2.3 一次風(fēng)機(jī)RB

一次風(fēng)機(jī)RB動(dòng)作負(fù)荷為600 MW，在燃用標(biāo)煤或與標(biāo)煤熱值偏差不大的煤種時(shí)，1臺風(fēng)機(jī)能滿足600 MW負(fù)荷下的一次風(fēng)量。

而當(dāng)機(jī)組燒低熱值煤時(shí)，同樣負(fù)荷下所需的煤量較標(biāo)準(zhǔn)煤多，所需一次風(fēng)量也較設(shè)計(jì)值多，此時(shí)1臺風(fēng)機(jī)在600 MW負(fù)荷時(shí)就裕量不足。針對這種情況需要調(diào)整一次風(fēng)機(jī)RB的動(dòng)作負(fù)荷及相應(yīng)邏輯。

3 控制策略優(yōu)化

3.1 傳統(tǒng)BTU回路的局限

鍋爐基準(zhǔn)線定位完成后，當(dāng)煤種變化時(shí)，需要通過BTU自動(dòng)修正來調(diào)節(jié)，其計(jì)算回路如圖1所示。

圖1 原煤量反饋計(jì)算回路

BTU是對實(shí)際燃煤與設(shè)計(jì)燃煤的矯正，傳統(tǒng)的BTU參數(shù)整定難，對煤種突變適應(yīng)性差，BTU輸出幅度大，啟停磨煤機(jī)擾動(dòng)大。當(dāng)機(jī)組摻燒不同煤種且熱值差異較大時(shí)，傳統(tǒng)的BTU難以滿足運(yùn)行要求。

3.2 BTU回路修正

新設(shè)計(jì)的煤量反饋計(jì)算回路（見圖2），將BTU的部分校正功能分散至各臺磨煤機(jī)的煤量計(jì)算中，通過手動(dòng)輸入熱值，將各臺磨煤機(jī)的煤量直接折算為設(shè)計(jì)煤種的當(dāng)量，避免負(fù)荷變動(dòng)后煤種比例變化對煤量反饋計(jì)算造成影響，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)過程中對入爐煤量的精確反饋。BTU校正回路在穩(wěn)態(tài)工況下對煤量反饋進(jìn)行微調(diào)，以補(bǔ)償小范圍內(nèi)煤質(zhì)的變化，提高協(xié)調(diào)控制的品質(zhì)。

圖2 新煤量反饋計(jì)算回路

為保證煤種變化時(shí)給煤量不發(fā)生波動(dòng)，在煤種熱值輸入后加入了限速環(huán)節(jié)，限制煤量熱值的變化速率，使煤種切換過程中的給煤量變化更加平穩(wěn)。在采用新的邏輯之后，計(jì)算得到的總煤量和BTU校正值可能無法真實(shí)反映煤種的熱值情況，為方便運(yùn)行人員掌握機(jī)組運(yùn)行的狀態(tài)，增加相應(yīng)的邏輯進(jìn)行相關(guān)參數(shù)計(jì)算，供運(yùn)行人員監(jiān)視，如圖3所示。

3.3 實(shí)施效果

圖3 入爐平均熱值及總給煤量計(jì)算回路

機(jī)組摻燒低熱值煤時(shí)，停運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)熱值煤種的磨煤機(jī)組，會對入爐平均熱值產(chǎn)生很大的影響，通過傳統(tǒng)BTU方式完成熱值修正需較長時(shí)間，在這期間如運(yùn)行未及時(shí)調(diào)整，煤水比失衡會對主汽溫、主汽壓造成較大擾動(dòng)，如圖4所示。

圖4 BTU回路改進(jìn)前停磨煤機(jī)參數(shù)擾動(dòng)

通過加入單臺磨煤機(jī)熱值設(shè)定回路，機(jī)組可識別每臺磨煤機(jī)的熱值，在停運(yùn)高熱值磨煤機(jī)組時(shí)能及時(shí)準(zhǔn)確響應(yīng)熱值變化，機(jī)組參數(shù)相當(dāng)平穩(wěn)，如圖5所示。

機(jī)組摻燒低熱值煤時(shí)，若未對BTU回路進(jìn)行優(yōu)化，變負(fù)荷期間易導(dǎo)致煤水失調(diào)。BTU優(yōu)化前后機(jī)組在摻燒低熱值煤時(shí)的變負(fù)荷曲線如圖6所示，主汽溫度波動(dòng)較大，煤水失調(diào)嚴(yán)重。

圖5 BTU回路改進(jìn)后停磨煤機(jī)參數(shù)擾動(dòng)

圖6 BTU回路改進(jìn)前變負(fù)荷數(shù)據(jù)

BTU優(yōu)化前后機(jī)組在摻燒低熱值煤時(shí)的變負(fù)荷曲線如圖7所示，機(jī)組熱值判斷在一級BTU的基礎(chǔ)上，結(jié)合單臺磨煤機(jī)組熱值設(shè)定回路，形成二級BTU。機(jī)組變負(fù)荷時(shí)，二級BTU能迅速反應(yīng)入爐熱值的變化，煤水失調(diào)問題得到緩解，主汽溫度平穩(wěn)。

圖7 BTU回路改進(jìn)后變負(fù)荷數(shù)據(jù)

4 RB保護(hù)回路優(yōu)化

4.1 燃料能力與RB

4.1.1 存在問題及解決方案

保護(hù)邏輯優(yōu)化前，當(dāng)發(fā)生輔機(jī)RB后，所保留運(yùn)行的磨煤機(jī)中，可能存在使用低熱值煤的，這勢必導(dǎo)致機(jī)組的帶載能力受到影響。如繼續(xù)以原來RB邏輯設(shè)定的目標(biāo)負(fù)荷（500 MW）進(jìn)行控制，則可能無法帶足負(fù)荷，造成煤水比失調(diào)等后果，影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

修改后的RB邏輯按照當(dāng)前燃用方式選擇對應(yīng)的RB策略，引入煤種熱值修正智能識別每臺磨煤機(jī)對應(yīng)的負(fù)荷量，計(jì)算RB后機(jī)組可帶的標(biāo)煤量，根據(jù)煤量折算出燃料可帶負(fù)荷，生成RB目標(biāo)負(fù)荷，以確保機(jī)組的實(shí)際帶載能力。

4.1.2 回路設(shè)計(jì)

如圖8所示設(shè)計(jì)RB燃料帶載能力的計(jì)算回路，對所燃用煤的熱值情況進(jìn)行判斷，對磨煤機(jī)的帶載能力進(jìn)行校正。

圖8 RB燃料帶載能力計(jì)算回路

4.1.3 設(shè)計(jì)說明

在燃用低熱值煤時(shí)，由于煤的發(fā)熱量較低，其所能夠承擔(dān)的機(jī)組負(fù)荷也無法達(dá)到相同煤量下標(biāo)煤的帶載能力。因此，需要對煤量進(jìn)行熱值校正，將低熱值煤的煤量折算為標(biāo)煤煤量，折算系數(shù)以低熱值煤發(fā)熱值除以標(biāo)煤熱值得到，并以折算后的標(biāo)煤煤量進(jìn)行磨煤機(jī)帶載能力的計(jì)算。由于磨煤機(jī)內(nèi)煤種的熱值目前無法通過實(shí)時(shí)測量手段獲得，所以燃用煤種的熱值需要根據(jù)磨煤機(jī)運(yùn)行狀況和煤的檢驗(yàn)情況及時(shí)手動(dòng)輸入，以實(shí)現(xiàn)上述功能。

其他的計(jì)算邏輯采用RB邏輯中的燃料帶載能力計(jì)算回路，經(jīng)過折算后的帶載煤量為設(shè)計(jì)煤種煤量，由原來的煤-負(fù)荷曲線即可換算得到機(jī)組的負(fù)荷帶載能力。

RB目標(biāo)負(fù)荷邏輯修改后的一次風(fēng)機(jī)RB試驗(yàn)曲線如圖9所示，機(jī)組在一次風(fēng)機(jī)RB后，剩余2臺低熱值印尼煤磨煤機(jī)組、1臺常規(guī)煤種磨煤機(jī)組，燃料目標(biāo)最低至446 MW，RB目標(biāo)值為446 MW，機(jī)組各參數(shù)在可控范圍內(nèi)波動(dòng)，機(jī)組RB試驗(yàn)成功。

圖9 優(yōu)化后一次風(fēng)機(jī)RB試驗(yàn)曲線

4.2 一次風(fēng)機(jī)RB邏輯優(yōu)化

機(jī)組的一次風(fēng)機(jī)RB觸發(fā)的動(dòng)作負(fù)荷為600 MW，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷小于600 MW時(shí)如果發(fā)生一次風(fēng)機(jī)跳閘，不觸發(fā)RB，會導(dǎo)致磨煤機(jī)一次風(fēng)量快速下降，當(dāng)磨煤機(jī)一次風(fēng)量低于80 t/h，延時(shí)20 s時(shí)，會聯(lián)跳相應(yīng)給煤機(jī)。在此工況下，如果處理不當(dāng)，有可能造成機(jī)組MFT（主燃料跳閘）。如圖10所示，手動(dòng)拍停D磨煤機(jī)后，保留3臺制粉系統(tǒng)運(yùn)行，才能維持一次風(fēng)壓及其它運(yùn)行制粉系統(tǒng)一次風(fēng)量。

為了適應(yīng)低熱值煤摻燒所需一次風(fēng)量較大的工況，對機(jī)組RB邏輯進(jìn)行如下修改：一次風(fēng)機(jī)跳閘觸發(fā)RB條件中動(dòng)作負(fù)荷600 MW改為515 MW；一次風(fēng)機(jī)RB觸發(fā)聯(lián)鎖關(guān)閉冷一次風(fēng)聯(lián)絡(luò)擋板；一次風(fēng)機(jī)RB觸發(fā)且磨煤機(jī)停運(yùn)聯(lián)鎖關(guān)閉該磨煤機(jī)冷、熱一次風(fēng)氣動(dòng)快關(guān)擋板。該保護(hù)邏輯修改后在RB試驗(yàn)中進(jìn)行了驗(yàn)證，一次風(fēng)機(jī)RB后，一次風(fēng)壓迅速恢復(fù)，滿足了機(jī)組運(yùn)行要求，如圖11所示。

圖10 一次風(fēng)機(jī)跳閘未觸發(fā)RB時(shí)工況

圖11 觸發(fā)邏輯修改后一次風(fēng)機(jī)RB工況試驗(yàn)曲線

5 結(jié)論

通過優(yōu)化BTU回路、設(shè)計(jì)單臺磨煤機(jī)熱值設(shè)定接口，提供了獨(dú)立靈活的熱值干預(yù)方式，解決了泛熱值煤分層摻燒工況下燃料修正不準(zhǔn)確、不及時(shí)的問題，經(jīng)過優(yōu)化后的系統(tǒng)能及時(shí)反應(yīng)入爐熱值的變化，減少了調(diào)節(jié)擾動(dòng)，改善了泛熱值工況下機(jī)組摻燒適應(yīng)能力和靈活性，提高了機(jī)組安全性。

同時(shí)，考慮到泛熱值煤摻燒工況下輔機(jī)負(fù)載的變動(dòng)幅度影響到了機(jī)組主、重要保護(hù)，對燃料能力、RB目標(biāo)值、一次風(fēng)機(jī)RB動(dòng)作負(fù)荷等相關(guān)保護(hù)與控制回路進(jìn)行了適時(shí)優(yōu)化，提高了機(jī)組在泛熱值煤種變化摻燒工況下的安全性和可靠性。