基于多變量能量解耦優(yōu)化煤水調(diào)節(jié)品質(zhì)的方法

張丁月

摘要：本文在分析本廠現(xiàn)有煤水協(xié)調(diào)控制策略的基礎(chǔ)上，提出一種基于多變量能量解耦控制方法，該方法首先通過判斷機(jī)組參數(shù)變化確定內(nèi)擾來源，而后采用能量平衡原理和多變量對角矩陣方法實現(xiàn)機(jī)組煤水協(xié)調(diào)控制，減少耦合關(guān)系，解決了超臨界機(jī)組煤水調(diào)節(jié)較強(qiáng)耦合性，實現(xiàn)對機(jī)組主要參數(shù)的精確控制，對機(jī)組優(yōu)化協(xié)調(diào)控制有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：多變量;煤水比;能量解耦;調(diào)節(jié)：經(jīng)濟(jì)性

Abstract：On the basis of coal-water coordinated control strategy analysis，we propose a multivariable decoupling control method，the method first determine the source of interference within the parameters set by the judge，and then using the energy balance principle and multivariate diagonal matrix method implementation coal-water unit coordinated control，reduce coupling relationship，solve supercritical coal-water conditioning unit strong coupling，accurate control of the main parameters of the unit，the unit coordinated control optimization have some reference.

Key words：Multi-variable;Coal water regulating quality;Decoupling;economy;

1.引言

隨著經(jīng)濟(jì)增速放緩，產(chǎn)能結(jié)構(gòu)調(diào)整，供給側(cè)改革，火電廠有效發(fā)電利用小時數(shù)呈階梯狀下滑，機(jī)組頻繁啟停、深度調(diào)峰現(xiàn)象明顯上升，對機(jī)組自動化水平的要求越來越高，同時，協(xié)調(diào)系統(tǒng)自動化水平的優(yōu)劣直接關(guān)系著機(jī)組整體性能，甚至是安全穩(wěn)定性，特別是在煤質(zhì)較差、煤質(zhì)不穩(wěn)定和減溫水大幅動作等外擾的情況下，由于燃料量和給水流量較強(qiáng)的耦合關(guān)系，將有可能造成煤水發(fā)散振蕩波動，導(dǎo)致主汽溫度過高、過低或變化速度過快，會使過熱器管道和汽輪機(jī)高壓缸等設(shè)備承受過高的熱應(yīng)力而變形損壞，嚴(yán)重影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

目前超臨界機(jī)組現(xiàn)場所應(yīng)用的控制方案主要有兩種：第一種方案是常見的“水跟煤”控制方式：給水系統(tǒng)控制中間點溫度，燃料量控制主蒸汽壓力，給水系統(tǒng)跟隨給煤量的變化而變化;第二種方案是 “煤跟水”控制方式：給水控制主蒸汽壓力，燃料量控制中間點溫度，燃料量跟隨給水量的變化而變化。第一種方案特點是，燃料量發(fā)生擾動時，燃料和給水都將很快動作，從而由燃料量內(nèi)擾引起的溫度偏差將由給水流量變化來消除。這種方案適用于燃用劣質(zhì)煤或進(jìn)入爐膛的燃料量很難測量準(zhǔn)確的控制系統(tǒng)中，特點是主汽溫度控制較好但主汽壓力波動較大。第二種方案的特點是：燃料量發(fā)生的擾動由燃料控制器自行消除，維持過熱汽溫的基本穩(wěn)定，燃料內(nèi)擾時，穩(wěn)定給水流量有利于蒸汽流量和主汽壓力的穩(wěn)定，但是主汽溫度波動較大。以上兩種方案都存在優(yōu)點和缺點，沒有很好地對給水和燃料進(jìn)行解耦控制。

結(jié)合該電廠超臨界鍋爐煤水控制協(xié)調(diào)特點，經(jīng)過長期觀察和對比交流，提出一種新的多變量能量解耦控制方法，實現(xiàn)超臨界機(jī)組煤水協(xié)調(diào)在穩(wěn)態(tài)和動態(tài)過程中的快速準(zhǔn)確控制。

2?煤水協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

某廠2× 600MW燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，鍋爐為超臨界參數(shù)變壓直流爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。采用中速磨冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每爐配6 臺磨煤機(jī)。給水系統(tǒng)配置二臺汽動泵（50%容量），一臺電動泵（30%或者50%容量）。

煤水控制即采用水跟煤的控制方式，機(jī)組燃料量和給水量耦合關(guān)系較強(qiáng)，給水流量控制中間點溫度，燃料量控制主蒸汽壓力，給水流量跟隨給煤量的變化而變化，如圖1所示。燃料量指令為負(fù)荷指令對應(yīng)燃料與主汽壓力偏差經(jīng)過PI運(yùn)算之和，給水指令為燃料量指令與中間點溫度偏差經(jīng)過PI運(yùn)算之和。在機(jī)組變負(fù)荷時鍋爐主控主要通過負(fù)荷指令前饋提高機(jī)組響應(yīng)速度，鍋爐主控PI運(yùn)算進(jìn)行偏差校正，提高機(jī)組穩(wěn)態(tài)性和準(zhǔn)確性。給水指令主要是通過燃料量前饋來大致滿足水煤比，保證中間點溫度在可控范圍內(nèi)，中間點溫度（或焓值）PI運(yùn)算是對中間點溫度偏差修正，對主蒸汽溫度進(jìn)行粗調(diào)，保證主蒸汽溫度在合理的范圍內(nèi)，為主蒸汽溫度快速準(zhǔn)確控制做好基礎(chǔ)。

盡管經(jīng)典煤水協(xié)調(diào)控制提高了機(jī)組快速響應(yīng)，但在控制精度和耦合關(guān)系上還沒有達(dá)到很好的效果。其原因主要有以下三點：

第一，超臨界機(jī)組燃料量和給水量耦合關(guān)系較強(qiáng)，是超臨界機(jī)組控制的核心。由于燃料量要經(jīng)過給煤機(jī)加載、磨煤機(jī)研制、一次風(fēng)送入爐膛燃燒再傳熱到水冷壁后轉(zhuǎn)化到中間點溫度和主汽壓力，需要較長的時間;而給水流量通過提高汽動給水泵轉(zhuǎn)速直接改變中間點溫度和主汽壓力，速度相對較快，兩者耦合關(guān)系較強(qiáng)。造成控制系統(tǒng)穩(wěn)定性差，控制質(zhì)量不好。

第二，煤質(zhì)不穩(wěn)定時，容易造成機(jī)組參數(shù)周期性頻繁動作。由于煤質(zhì)不穩(wěn)定，造成爐膛燃燒、各部位吸熱分配不穩(wěn)定，機(jī)組參數(shù)大幅波動，給水流量指令主要由燃料量指令經(jīng)過運(yùn)算得出，這樣就會讓燃料量和給水量在頻繁波動，控制品質(zhì)較差。

第三，給水流量指令在動態(tài)和穩(wěn)態(tài)時沒有較好的分離，影響了控制系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)精度。機(jī)組在動態(tài)運(yùn)行時，負(fù)荷指令首先動作，同時作用于汽機(jī)主控和鍋爐主控，鍋爐主控動作使給水流量指令改變，提高機(jī)組快速響應(yīng)能力。在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，由于主汽壓力動作而使燃料主控指令在調(diào)節(jié)，給水流量指令主要由燃料量指令經(jīng)過運(yùn)算得出，由此給水指令的燃料前饋使得給水在頻繁動作，造成穩(wěn)態(tài)運(yùn)行機(jī)組調(diào)節(jié)品質(zhì)較差。