火電機(jī)組制粉系統(tǒng)自啟停智能優(yōu)化控制策略

吳 瓊，鄧 楊

（華能南通電廠，江蘇 南通 226003）

0 引言

現(xiàn)代大型火電機(jī)組容量大、設(shè)備多、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)組或各子系統(tǒng)的啟停往往需要運行人員經(jīng)過大量的操作才得以實現(xiàn)。分散控制系統(tǒng)（DCS）在火電機(jī)組應(yīng)用的日益成熟，不僅大大提高了熱控系統(tǒng)的可靠性，也為火電機(jī)組自動化技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊空間。隨著火電機(jī)組自動化水平的不斷提高，基于整機(jī)自啟停系統(tǒng)（APS）的先進(jìn)控制思想在大型火電機(jī)組的控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，不但可以減輕運行人員的操作強(qiáng)度，同時也減少了誤操作的可能，有利于機(jī)組的安全穩(wěn)定運行，提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益［1-4］。目前，國內(nèi)真正能實現(xiàn)自啟停的機(jī)組僅是少數(shù)全進(jìn)口機(jī)組，機(jī)組自啟停控制是電廠自動化發(fā)展的趨勢。

制粉系統(tǒng)作為一個功能相對獨立且完整的系統(tǒng)，可以設(shè)計成一個能實現(xiàn)啟停和自動控制的子功能級，用以納入整個發(fā)電機(jī)組APS控制系統(tǒng)，通過機(jī)組級功能組對其調(diào)用，共同實現(xiàn)機(jī)組的全程自啟?？刂?。

1 制粉系統(tǒng)概述

華能南通電廠二期機(jī)組總裝機(jī)容量為2×350 MW，均為亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包鍋爐。鍋爐為U型結(jié)構(gòu)，燃燒器為前后墻對沖布置，采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺爐配4臺MPS-89G磨煤機(jī)，每臺磨煤機(jī)向同一層的8只燃燒器供粉，每只燃燒器上均配有滑行擋板，用以調(diào)節(jié)從二次風(fēng)箱進(jìn)入該燃燒器的二次風(fēng)量。二期鍋爐設(shè)計燃料為山西晉北煙煤，3臺磨煤機(jī)運行時可滿足鍋爐額定出力需要。鍋爐燃燒器布置如圖1所示。

圖1 鍋爐燃燒器布置

機(jī)組投產(chǎn)后曾使用過大同煙煤和神木煤，隨著國內(nèi)電力燃料市場的變化，為了降低發(fā)電燃料成本，經(jīng)論證和試驗，機(jī)組選用高熱值、低灰分、高揮發(fā)性的進(jìn)口印尼煤進(jìn)行摻燒。

近年來，隨著電網(wǎng)對火電機(jī)組供電品質(zhì)要求逐步提高，對負(fù)荷響應(yīng)速率和精度要求日益增強(qiáng)，電廠制粉系統(tǒng)的啟停模式直接關(guān)系到機(jī)組帶負(fù)荷能力、機(jī)組協(xié)調(diào)控制品質(zhì)及廠用電率等指標(biāo)。華能南通電廠通過智能優(yōu)化控制方案，滿足了二期機(jī)組制粉系統(tǒng)自啟停的順控需求，解決了在揮發(fā)分較高煤種下預(yù)暖、啟、停磨組的方式切換，完成了節(jié)油運行方式的自動選擇，降低了電廠磨組啟停過程中的燃油消耗量，同時實現(xiàn)了磨組一次風(fēng)量、磨后溫度等模擬量的全程自動調(diào)節(jié)。

2 制粉系統(tǒng)智能優(yōu)化策略

2.1 煤種選擇優(yōu)化

煤種選擇優(yōu)化就是根據(jù)不同煤種選擇相應(yīng)的控制策略，在磨組自啟停操作畫面中布置 “印尼煤選擇”站，運行人員可通過操作站選擇“印尼煤種”（邏輯1）或“正常煤種”（邏輯0），邏輯默認(rèn)選擇為“正常煤種”。

當(dāng)磨組煤斗內(nèi)為印尼煤時，選擇“印尼煤種”方式，自動將順控步序、一次風(fēng)流量調(diào)節(jié)器和磨后溫度調(diào)節(jié)器將切換至“印尼煤模式”，隨之采取相應(yīng)的控制策略：1）適當(dāng)降低磨煤機(jī)出口溫度。原設(shè)計為暖磨時控制在60℃，正常運行時控制在79～85℃，停磨時冷卻到60℃，而燃燒印尼煤時無需暖磨，正常運行時需控制在60℃左右，停磨時需冷卻到50℃左右。2）為了防止著火提前或燃燒器噴嘴處結(jié)焦，適當(dāng)增加一次風(fēng)量，保證一次風(fēng)速大于18 m／s。原設(shè)計磨組一次風(fēng)量控制在75 t／h，而燃燒印尼煤時需控制在85 t／h左右。3）印尼煤磨組啟動時，提前投用惰性蒸汽。4）印尼煤磨組停止時，適當(dāng)延長一次風(fēng)吹掃冷卻時間，并于給煤機(jī)停止后投用惰性蒸汽。

2.2 節(jié)油方式優(yōu)化

鍋爐正常運行中，在啟停磨組時（包括第3磨組）原設(shè)計均需要投用油槍進(jìn)行助燃，具體程序為：啟動磨組時，先點燃待啟動磨組對應(yīng)的8只油燃燒器，然后依次進(jìn)行暖磨、啟動磨煤機(jī)、增加煤量等操作，待磨組煤量增至最低煤量，退出相應(yīng)的油槍；停運磨組時，先降低至最低煤量，然后點燃待停運磨組對應(yīng)的8只油燃燒器，再停運給煤機(jī)、磨煤機(jī)等操作。

為了降低燃油消耗，電廠進(jìn)行了不投油啟、停第3臺磨組試驗，試驗結(jié)果表明：當(dāng)負(fù)荷不低，實際煤種低于設(shè)計煤種不太多情況下，啟停第3臺磨組可以不需要投油助燃。根據(jù)試驗結(jié)果對制粉系統(tǒng)控制邏輯進(jìn)行修改：當(dāng)機(jī)組負(fù)大于180 MW，已有2臺磨組正常運行（其中1臺運行磨組必須在待啟動磨組下層），啟動第3臺磨組不投油；當(dāng)機(jī)組負(fù)大于180 MW，已有3臺磨組正常運行 （其中1臺運行磨組必須在待停止磨組下層），停止待停運磨組不投油［5］。

制粉系統(tǒng)自啟停功能組能夠自動調(diào)用該節(jié)油邏輯，當(dāng)滿足節(jié)油條件，順控啟動時自動跳過步序5（投用1、2組油槍），順控停運時自動跳過步序2（投用 1、2 組油槍）和步序 13（停運 1、2 組油槍）；當(dāng)不滿足節(jié)油條件，順控啟停時則依次自動執(zhí)行以上步序。以上模式選擇無需運行人員任何操作，均通過邏輯判斷自動執(zhí)行。為了保障磨組啟動初期的穩(wěn)定運行，順控啟動磨組步序中未設(shè)計自動停運油槍，需運行人員根據(jù)煤火檢、給煤量以及二次風(fēng)溫度等工況手動停運油槍。

3 制粉系統(tǒng)自啟停順控策略

3.1 啟動順控策略

磨組順控啟動允許條件：自動滅火投入（磨后溫度＞95℃，惰性蒸汽自動投用），冷風(fēng)門全開、熱風(fēng)門全關(guān)，液壓油泵運行。滿足以上條件，操作順控啟動按鈕后，自動執(zhí)行表1所示步序。

表1 順控啟動步序

3.2 停止順控策略

磨組順控停止允許條件：自動滅火投入（磨后溫度＞95℃，惰性蒸汽自動投用），磨煤機(jī)運行，給煤機(jī)運行，磨組無跳閘條件。滿足以上條件，操作順控停止按鈕后，自動執(zhí)行表2所示步序。

表2 順控停止步序

3.3 自啟停操作概況

磨組自啟、停前根據(jù)實際煤種選擇好“印尼煤”或“非印尼煤”方式，根據(jù)工況要求設(shè)定好“一次風(fēng)流量”“暖磨溫度”“磨后溫度”偏置，以上偏置設(shè)定范圍均為±50，如表3所示。

表3 順控啟、停過程中模擬量調(diào)節(jié)設(shè)定值

順控啟、停操作畫面分為兩部分，左側(cè)為順控步序顯示和操作，右側(cè)為磨組各設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控。運行人員在畫面左側(cè)窗口進(jìn)行順控投、退操作，能看到每個步序的推進(jìn)過程，同時能在右側(cè)看到設(shè)備運轉(zhuǎn)狀況，監(jiān)控到馬達(dá)運行反饋、閥門開關(guān)狀態(tài)，以及一次風(fēng)量和磨出口溫度的變化。畫面總貌和步序操作如圖2～3所示。

操作人員根據(jù)需要，在畫面中點擊“磨組順控啟（停）操作”按鈕，彈出操作窗口，點擊“自動”和“開始”按鈕，則自動執(zhí)行啟動（停止）步序。從 “當(dāng)前步序”指示條中可看到磨組啟停操作執(zhí)行到哪一步，當(dāng)全部執(zhí)行完后“當(dāng)前步序”顯示0，“順控啟（停）操作”操作窗口顯示“完成”。點擊 “跳步”按鈕，可結(jié)束當(dāng)前步序并自動執(zhí)行下一步序。點擊“復(fù)位”按鈕可以終止順控程序，運行人員可手動進(jìn)行后續(xù)操作，不影響已完成步序的設(shè)備狀態(tài)。

畫面中每一步序的顯示時間為當(dāng)前步序最大允許執(zhí)行時間，執(zhí)行到該步序時數(shù)字會以倒計時方式顯示，若當(dāng)前步序已超時，此時“順控啟（停）操作”操作窗口會顯示“失敗”，需按下操作窗口“故障確認(rèn)”，并重新點擊“自動”可繼續(xù)從當(dāng)前步序開始執(zhí)行自啟（停）步序。

3.4 自啟停過程中模擬量自動調(diào)節(jié)

在磨組自啟、停過程中，磨組一次風(fēng)流量、磨出口溫度控制站會根據(jù)表1中的設(shè)定值進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，運行人員也可通過操作站調(diào)整設(shè)定值，只要調(diào)節(jié)到設(shè)定值附近且滿足穩(wěn)定時間，則不會影響下一步序的自動執(zhí)行。

圖2 順控啟動操作畫面總貌

圖3 順控啟動步序顯示畫面

由于原磨出口溫度調(diào)節(jié)器作用較弱，僅可滿足磨組穩(wěn)定運行期間的冷、熱風(fēng)門調(diào)節(jié)，容易造成自啟、停步序中調(diào)節(jié)過程緩慢，引起執(zhí)行超時失敗。因此重新設(shè)計磨后溫度調(diào)節(jié)回路，適當(dāng)放大了比例作用，減小了積分作用；增加磨后溫度超馳環(huán)節(jié)，當(dāng)印尼煤磨組停運時，直接開啟冷風(fēng)門，關(guān)閉熱風(fēng)門進(jìn)行冷卻吹掃。在自啟、停方式下，切換到較強(qiáng)作用的調(diào)節(jié)回路，通過相互跟蹤和保持實現(xiàn)手動啟停、自動啟停、正常運行3種狀態(tài)的無擾切換，從而保障磨出口溫度和一次風(fēng)量的調(diào)節(jié)穩(wěn)定。經(jīng)過幾次磨組啟停試驗期間的參數(shù)調(diào)整，目前該調(diào)解系統(tǒng)已能滿足磨組順控啟、停期間的模擬量調(diào)節(jié)需要。磨組順控停運過程中磨出口溫度、一次風(fēng)量調(diào)節(jié)曲線如圖4～5所示。

圖4 順控停過程中磨出口溫度調(diào)節(jié)曲線

圖5 順控停過程中一次風(fēng)量調(diào)節(jié)曲線

4 結(jié)語

經(jīng)過精心設(shè)計及調(diào)試，華能南通電廠二期機(jī)組制粉系統(tǒng)自啟停功能組的各項功能均已正常投入使用，解決了不同煤種下預(yù)暖、啟動、停運磨組的方式切換，完成了磨組啟、停過程中節(jié)油方式的自動選擇，實現(xiàn)了一次風(fēng)量、磨后溫度等模擬量全程自動調(diào)節(jié)。制粉系統(tǒng)自啟停功能組的實現(xiàn)，減少了運行人員的工作強(qiáng)度，降低了人工產(chǎn)生的誤操作率，提升了制粉設(shè)備的可控性和可用率，提高了機(jī)組的自動化水平和運行穩(wěn)定性，也為實現(xiàn)整機(jī)的APS控制創(chuàng)造了條件。