基于柔性順控的制粉系統(tǒng)一鍵啟停控制技術(shù)在1 000 MW超超臨界火電機(jī)組的實(shí)踐與應(yīng)用

（華能玉環(huán)電廠，浙江 玉環(huán) 317600）

0 引言

制粉系統(tǒng)是火電機(jī)組燃燒控制系統(tǒng)的重要組成部分，也是火電機(jī)組AGC（自動發(fā)電控制）運(yùn)行方式下的斷點(diǎn)。制粉系統(tǒng)自啟停技術(shù)是實(shí)現(xiàn)AGC全程無斷點(diǎn)的必要條件，一鍵啟停是實(shí)現(xiàn)自啟停的前提。

制粉系統(tǒng)的一鍵啟停包含磨煤機(jī)、給煤機(jī)及其他相關(guān)設(shè)備的啟停，冷熱風(fēng)門的自動投切與初始值給定、初始給煤率的給定等過程。制粉系統(tǒng)啟停一次需按照順序操作以上設(shè)備，同時還需保證磨煤機(jī)出口溫度及入口風(fēng)量在一定范圍，該流程重復(fù)且復(fù)雜，依賴操作員手動控制，工作量大，嚴(yán)重時可能因啟停不及時而影響機(jī)組負(fù)荷，運(yùn)行中由于制粉系統(tǒng)啟停不及時造成機(jī)組RB（輔機(jī)故障減負(fù)荷）的事件偶有發(fā)生，給發(fā)電廠造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

不同機(jī)組在設(shè)計之初都有制粉系統(tǒng)啟停順序控制，現(xiàn)實(shí)中由于相關(guān)輔機(jī)可靠性不足，順控執(zhí)行不連續(xù)，邏輯的適應(yīng)性較差，大部分發(fā)電廠制粉系統(tǒng)啟停需要操作員手動干預(yù)。作為一個相對獨(dú)立的系統(tǒng)，不少發(fā)電廠展開了制粉系統(tǒng)自動啟?；蛘咭绘I啟停的改進(jìn)與研究。本研究在浙江某超超臨界機(jī)組上進(jìn)行試驗(yàn)，采用了制粉系統(tǒng)的柔性順控，即利用等效分析的手段或?qū)嶋H工況的輔助判據(jù)表征設(shè)備狀態(tài)，有效提高了順控系統(tǒng)的容錯性，同時按照操作員的操作習(xí)慣模擬制粉系統(tǒng)啟停過程及故障處理，取得了較好的效果，實(shí)現(xiàn)了制粉系統(tǒng)真正意義上的一鍵啟停。

1 常規(guī)順控存在的問題及柔性順控

某發(fā)電廠4×1 000 MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，采用直吹式制粉系統(tǒng)，每臺鍋爐配置6臺HP1163中速磨煤機(jī)，6臺EG3690給煤機(jī)。每臺磨煤機(jī)配置4個出口閘板門，冷、熱風(fēng)快關(guān)門各1個，冷、熱風(fēng)調(diào)門各1個，密封風(fēng)門1個。每臺給煤機(jī)配置上、下閘板門各1個，密封風(fēng)門1個。

制粉系統(tǒng)原始順控啟停存在以下問題：

（1）僅考慮了開關(guān)量控制，未考慮一鍵啟停中模擬量控制。

（2）開關(guān)量控制邏輯過于簡單，按照設(shè)備控制說明設(shè)計，沒有考慮系統(tǒng)的整體需要。

（3）沒有考慮設(shè)備的可靠性，系統(tǒng)的容錯性不足。

（4）沒有考慮系統(tǒng)特性差異沿用同一套邏輯及參數(shù)，控制的魯棒性較差。

實(shí)際上原有的順控模塊沒有實(shí)質(zhì)上的應(yīng)用，要實(shí)現(xiàn)真正意義上的一鍵啟停，系統(tǒng)控制需要具有較好的容錯性和魯棒性，滿足不同制粉系統(tǒng)不同工況下的應(yīng)用。

柔性順控指利用容錯技術(shù)，對已經(jīng)獲取的信號進(jìn)行分析從而準(zhǔn)確捕獲目標(biāo)信息，規(guī)避設(shè)備動作不正?；蛘咴O(shè)備狀態(tài)表征信號異常引起的不必要的程控斷點(diǎn)。如磨煤機(jī)啟動中，其熱風(fēng)擋板位置反饋異常,傳統(tǒng)順控邏輯會在該步序故障停步,柔性順控技術(shù)通過容錯處理，順控執(zhí)行可以不受影響。在本次改造實(shí)踐中，運(yùn)用容錯控制及柔性控制手段，達(dá)到了很好的效果。

2 制粉系統(tǒng)順控啟停難點(diǎn)及解決方案

制粉系統(tǒng)的一鍵啟?？刂拼嬖谝恍╇y點(diǎn)：

順控啟停如何同步實(shí)現(xiàn)模擬量自動是難點(diǎn)之一，啟動主要包含分離器轉(zhuǎn)速給定轉(zhuǎn)速及升速率控制，暖磨期間風(fēng)量、風(fēng)溫控制，給煤率給定及其升速率控制。啟動完成后風(fēng)量、風(fēng)溫控制及初始給定。停運(yùn)主要包含給煤率給定及其降速率控制，風(fēng)量風(fēng)溫控制。

啟動、停止過程中，由于執(zhí)行設(shè)備卡澀或者設(shè)備狀態(tài)表征信號不可靠，會對開關(guān)量控制產(chǎn)生影響。如風(fēng)、粉擋板位置反饋異常，中斷順控步序的執(zhí)行。

啟動、停止過程中，由于閥門風(fēng)、粉系統(tǒng)的特性存在差異，同一種控制參數(shù)和邏輯，無法滿足不同磨組，或者相同磨組不同工況的要求，邏輯的通用性不強(qiáng)。如風(fēng)門的密封性存在較大差異，啟停制粉系統(tǒng)時需要設(shè)置不同的初始參數(shù)。如何提高系統(tǒng)的魯棒性也是難點(diǎn)之一。

2.1 制粉系統(tǒng)啟停順控

根據(jù)制粉系統(tǒng)的啟動說明，結(jié)合多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對啟停步序及方案進(jìn)行了優(yōu)化。具體啟動、停止順控步序如表1、表2所示。

2.2 制粉系統(tǒng)啟停模擬量控制優(yōu)化

模擬量控制主要難點(diǎn)在于如何提高系統(tǒng)的魯棒性，優(yōu)化中進(jìn)了以下改進(jìn)：

順控啟離器，為防止分離器啟動時電流超限，分離器給定目標(biāo)轉(zhuǎn)速為正常運(yùn)行最低轉(zhuǎn)速，升速率限定為15 r/min。

冷、熱風(fēng)門方面，通過驗(yàn)證得出，熱風(fēng)門漏流量比較大，暖磨過程中不宜開熱風(fēng)快關(guān)門、熱風(fēng)調(diào)節(jié)門，開磨煤機(jī)出口門后利用冷風(fēng)門暖磨。為防止暖磨時冷風(fēng)門開啟過快，一次風(fēng)機(jī)動葉來不及調(diào)整，導(dǎo)致一次風(fēng)母管壓力下降過快影響其他制粉系安全運(yùn)行，限制冷風(fēng)調(diào)節(jié)門開啟速率，以1%/s的速率開冷風(fēng)調(diào)節(jié)門，超馳至50%。同時出口溫度設(shè)定為70℃，并將冷風(fēng)調(diào)節(jié)門強(qiáng)制投自動。由于磨煤機(jī)風(fēng)溫由冷風(fēng)調(diào)節(jié)門響應(yīng)，啟動過程中風(fēng)溫低，冷風(fēng)門自動情況下會自動關(guān)小，所以在順控啟動時進(jìn)行限定，即磨煤機(jī)出口溫度低于70℃且處于順控啟動時冷風(fēng)調(diào)節(jié)門閉鎖減。通過以上手段，有效解決了暖磨過程中風(fēng)溫、風(fēng)量控制難點(diǎn)。

表1 制粉系統(tǒng)啟動順控步序表

表2 制粉系統(tǒng)停運(yùn)順控步序

給煤率方面，啟動給煤機(jī)自動給定最小給煤率（20 t/h），為防止啟動中可能存在的落煤不暢，造成磨煤機(jī)溫度超限，在實(shí)際給煤率未達(dá)到最小給煤率前，熱風(fēng)調(diào)節(jié)門全關(guān)。給煤量達(dá)到最小給煤率時，磨煤機(jī)溫度會迅速下降，為此，當(dāng)給煤率達(dá)到20 t/h及以上時，熱風(fēng)調(diào)節(jié)門超馳開至20%，同時將熱風(fēng)調(diào)節(jié)門強(qiáng)制投自動，冷風(fēng)調(diào)節(jié)門超馳關(guān)至40%。由于不同制粉系統(tǒng)風(fēng)門特性差異較大，超馳指令中設(shè)置偏置，操作員可以根據(jù)實(shí)際情況，該超馳指令上疊加±20%的偏置，實(shí)際運(yùn)用中，很好地滿足了不同制粉系統(tǒng)的要求，控制邏輯有較好的魯棒性。

停運(yùn)制粉系統(tǒng)時，既要保證風(fēng)量、風(fēng)溫、煤量平穩(wěn)下降，又要保證停運(yùn)過程對協(xié)調(diào)控制的沖擊小。因此停運(yùn)給煤機(jī)走空皮帶時，在制粉系統(tǒng)順控指令發(fā)出后，設(shè)定給煤率為最小值（25 t/h），超馳全關(guān)熱風(fēng)調(diào)節(jié)門，超馳開冷風(fēng)調(diào)節(jié)門至70%。為防止停運(yùn)過程中煤量下降過快、風(fēng)煤比失調(diào)過大，設(shè)定給煤率的下降速率為0.2 t/s，熱風(fēng)調(diào)節(jié)門的關(guān)閉速率為1%/s，冷風(fēng)調(diào)節(jié)門的開啟速率為1%/s。熱風(fēng)調(diào)節(jié)門全關(guān)后強(qiáng)制切手動，出口溫度設(shè)定值為60℃，保證最小風(fēng)量情況下，磨煤機(jī)溫度不超標(biāo)，控制效果良好。模擬量控制的超馳和閉鎖時間，需要根據(jù)調(diào)試情況而定。

2.3 制粉系統(tǒng)啟停開關(guān)量控制優(yōu)化

開關(guān)量控制主要難點(diǎn)在于如何提高系統(tǒng)的容錯性能，主要通過優(yōu)化順控步序、等效信號判斷等手段，通過邏輯容錯，滿足啟停要求。

由于熱風(fēng)快關(guān)門漏風(fēng)率大，冷態(tài)啟動或熱態(tài)啟動中可能發(fā)生斷煤，造成磨煤機(jī)出口溫度高。調(diào)整順控步序，啟動時先啟動給煤機(jī)，再同時開啟磨煤機(jī)熱風(fēng)快關(guān)門、給煤機(jī)上閘板門，取消給煤機(jī)啟動允許條件中的熱風(fēng)快關(guān)門開啟條件。啟動順序優(yōu)化后，磨煤機(jī)溫度控制較好。

鑒于熱風(fēng)快關(guān)門開到位反饋信號不可靠、磨煤機(jī)上閘板門容易卡澀開不到位。用熱風(fēng)門關(guān)到位信號消失替代磨煤機(jī)熱風(fēng)快關(guān)門全開、入口閘板門關(guān)信號消失替代給煤機(jī)上閘板門全開的反饋信號，不影響系統(tǒng)運(yùn)行，有效地提高了控制系統(tǒng)的容錯性能。

停運(yùn)制粉系統(tǒng)，為防止低給煤率時計量不準(zhǔn)，給煤機(jī)皮帶走空判斷條件為給煤率小于5 t/h超過10 s。給煤機(jī)下閘板門容易卡澀，用給煤機(jī)下閘板門關(guān)到位信號，或者關(guān)閉指令發(fā)出后延時50 s作為順控返回信號。設(shè)備正常時，閘板關(guān)閉后執(zhí)行下一步（關(guān)閉熱風(fēng)快關(guān)門）的條件，設(shè)備卡澀時，順控步序執(zhí)行一定時間后執(zhí)行下一步，不中斷停運(yùn)步序執(zhí)行。關(guān)閉磨煤機(jī)熱風(fēng)快關(guān)門時，熱風(fēng)門全關(guān)信號不可靠，用熱風(fēng)門開信號丟失延時20 s，或者熱風(fēng)快關(guān)門關(guān)到位信號表征，事實(shí)證明效果良好。為保證磨煤機(jī)不積粉，熱風(fēng)快關(guān)門關(guān)閉后，延時10 min，再執(zhí)行停運(yùn)磨煤機(jī)及聯(lián)停旋轉(zhuǎn)分離器步序。

3 調(diào)試效果及改進(jìn)

優(yōu)化后制粉系統(tǒng)一鍵啟動時，溫度、風(fēng)量控制較好，啟停過程對爐膛負(fù)壓及主汽溫度調(diào)節(jié)擾動較小。一鍵啟動的過程（如圖1所示）與操作員手動啟動制粉系統(tǒng)的過程（如圖2所示）比較，在不包括油站啟動時（油站一般長期運(yùn)行），操作員手動啟動制粉系統(tǒng)最快約需30 min，根據(jù)不同操作員的操作習(xí)慣，完成整個過程平均需要約35 min，而一鍵啟停技術(shù)應(yīng)用后僅需約4 min。

圖1 制粉系統(tǒng)順控啟動過程參數(shù)

圖2 運(yùn)行手動啟動制粉系統(tǒng)過程參數(shù)

制粉系統(tǒng)一鍵啟動節(jié)約時間，降低操作強(qiáng)度，可以避免制粉系統(tǒng)啟停中的誤操作。按照每日每臺機(jī)組啟停3臺次制粉系統(tǒng)統(tǒng)計，單臺機(jī)組一年共啟停磨組約1 000次。每次一鍵啟停平均節(jié)約時間0.5 h，一年節(jié)約空載時間500 h。磨煤機(jī)空載運(yùn)行功率650 kW，按0.5元/kWh計算，單臺機(jī)組每年可節(jié)約電費(fèi)16萬元左右。計算不包括提升AGC方式下的負(fù)荷響應(yīng)對2個細(xì)則考核效益的提升。同時，減少磨煤機(jī)磨損，降低維護(hù)成本。

制粉系統(tǒng)一鍵停運(yùn)與手動停運(yùn)比較，時間改善效果不明顯。停運(yùn)過程曲線如圖3、圖4所示。

圖3 制粉系統(tǒng)手動停運(yùn)過程參數(shù)

圖4 制粉系統(tǒng)順控停運(yùn)過程參數(shù)

直吹式制粉系統(tǒng)機(jī)組磨煤機(jī)的運(yùn)行臺數(shù)和出力需保持與機(jī)組負(fù)荷同步。制粉系統(tǒng)的啟停時機(jī)影響機(jī)組帶負(fù)荷能力、協(xié)調(diào)品質(zhì)、廠用電率等。運(yùn)行中需要根據(jù)機(jī)組的目標(biāo)負(fù)荷、制粉系統(tǒng)出力狀況、煤質(zhì)等判斷制粉系統(tǒng)的啟停時機(jī)。

制粉系統(tǒng)一鍵啟停較好實(shí)現(xiàn)后，制粉系統(tǒng)的自啟停有了實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。由于對負(fù)荷的預(yù)測及升降負(fù)荷的判斷手段有限，本次優(yōu)化在啟停時機(jī)上做了較淺的探索。制粉系統(tǒng)運(yùn)行套數(shù)可以實(shí)時得到，而其最大允許給煤率為運(yùn)行套數(shù)的函數(shù)關(guān)系，因此可以得出最大允許給煤率，當(dāng)最大允許給煤率（或最大允許負(fù)荷）與鍋爐主控對應(yīng)的給煤率（或鍋爐主控對應(yīng)的負(fù)荷）之差小于限值，初設(shè)20 t/h（負(fù)荷表征時為50 MW），發(fā)出啟動制粉系統(tǒng)提示。當(dāng)制粉系統(tǒng)運(yùn)行套數(shù)對應(yīng)的最大允許給煤率（或最大允許負(fù)荷）與鍋爐主控對應(yīng)的給煤率（或鍋爐主控對應(yīng)的負(fù)荷）之差大于限值，初設(shè)90 t/h（負(fù)荷表征時為230 MW），發(fā)出停運(yùn)制粉系統(tǒng)提示。防止AGC方式下，制粉系統(tǒng)啟停不及時影響機(jī)組負(fù)荷或者增加電耗，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性。

4 結(jié)語

制粉系統(tǒng)一鍵啟停需要考慮風(fēng)煙系統(tǒng)擋板的嚴(yán)密性對執(zhí)行步序的影響，以及擋板位置反饋不可靠對一鍵啟停的影響，還需要注意模擬量控制和開關(guān)量控制的配合。運(yùn)用適當(dāng)?shù)娜蒎e邏輯，借鑒運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)調(diào)整實(shí)際執(zhí)行步序，模擬量控制采用超馳控制，配合適當(dāng)?shù)拈]鎖，可以很好地實(shí)現(xiàn)制粉系統(tǒng)的一鍵啟停。

運(yùn)用基于柔性順控的一鍵啟停技術(shù)，可以很好解決一鍵啟停中設(shè)備不可靠和系統(tǒng)特性不一致的問題，大幅縮短啟動時間，降低制粉系統(tǒng)啟停對協(xié)調(diào)控制的沖擊，在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中有較好的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。本方案可供火電廠制粉系統(tǒng)一鍵啟停優(yōu)化借鑒。