火電廠分磨摻燒熱值校正控制策略研究

程 功

（國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院，福建福州350007）

0 引言

近年來(lái)，火力發(fā)電廠為了控制燃煤成本，保障燃煤穩(wěn)定供應(yīng)，大量摻燒非設(shè)計(jì)煤種。直吹式制粉鍋爐常見(jiàn)的配煤摻燒主要有“爐前摻混，爐內(nèi)混燒”“不同煤種間隔燃燒”“分磨磨制，爐內(nèi)分燒”等?！盃t前摻混，爐內(nèi)混燒”和“不同煤種間隔燃燒”兩種方式更適合特性相近的煤種，對(duì)于煤質(zhì)偏差較大的煤種，采用上述兩種方法可能會(huì)出現(xiàn)煤質(zhì)波動(dòng)大、煤粉顆粒度不均、燃燒不穩(wěn)、易結(jié)焦等問(wèn)題。而“分磨磨制，爐內(nèi)分燒”的摻燒方法，可在不同磨煤機(jī)磨制不同種類(lèi)的原煤，針對(duì)不同煤種應(yīng)用不同溫度區(qū)域燃燒配風(fēng)，同時(shí)還可簡(jiǎn)化混煤步驟。因此，“分磨磨制，爐內(nèi)分燒”的摻燒方式具備更廣泛的適用性，但是也對(duì)控制策略提出了新的要求。

1 傳統(tǒng)熱值校正控制回路及其存在的問(wèn)題

1.1 傳統(tǒng)熱值校正控制回路

超臨界直流鍋爐通過(guò)控制給水量、燃料量來(lái)維持鍋爐汽機(jī)間的質(zhì)量和能量平衡，通過(guò)燃料量、送風(fēng)量控制鍋爐燃燒，因此需要同時(shí)平衡給水量、燃料量、送風(fēng)量來(lái)保障機(jī)組的負(fù)荷、氣溫、氣壓穩(wěn)定。而機(jī)組控制系統(tǒng)中的水、煤、風(fēng)的基準(zhǔn)關(guān)系通常都是由設(shè)計(jì)煤種所確定。當(dāng)入爐煤與設(shè)計(jì)煤種偏差較大時(shí)，控制系統(tǒng)需要通過(guò)中間點(diǎn)溫度修正、氧量修正不斷進(jìn)行調(diào)整，使水、煤、風(fēng)達(dá)到新的平衡，系統(tǒng)擾動(dòng)大，穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)。因此，需要熱值校正（BTU）回路及時(shí)修正入爐煤的熱值，使修正后的煤量滿(mǎn)足系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行所要求的水煤比、風(fēng)煤比。

熱值校正是指當(dāng)煤的熱值偏離設(shè)計(jì)熱值后，將實(shí)測(cè)煤量修正至對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)熱值的修正煤量的一種控制方法。通常以機(jī)組負(fù)荷或主蒸汽流量作為燃煤能量輸出的表征信號(hào)，通過(guò)表征信號(hào)理論值和實(shí)際值的偏差產(chǎn)生熱值修正系數(shù)，機(jī)組實(shí)際煤量通過(guò)熱值修正系數(shù)生成校正后煤量，由校正后煤量作用于燃料主控等控制回路，進(jìn)而通過(guò)間接作用改變實(shí)際燃料量。

1.2 傳統(tǒng)熱值校正存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)熱值校正僅設(shè)置一個(gè)總熱值修正系數(shù)。由于火電機(jī)組燃煤鍋爐控制對(duì)象具有大慣性、大遲延的特性，BTU回路的控制參數(shù)較弱，計(jì)算速度較慢，變負(fù)荷過(guò)程中也不進(jìn)行熱值校正計(jì)算。在入爐煤平均熱值波動(dòng)不大的情況下，即使用單一煤種或使用“爐前摻混”方法時(shí)，尚能滿(mǎn)足控制要求。但使用“分磨磨制”摻燒方法時(shí)，不同煤種差異較大，且在部分磨煤機(jī)人為設(shè)置增減煤量或啟停磨煤機(jī)時(shí)，當(dāng)前的入爐煤平均熱值會(huì)隨機(jī)發(fā)生變化，熱值校正系統(tǒng)需要很長(zhǎng)時(shí)間才能使修正系數(shù)與實(shí)際工況相匹配，需要運(yùn)行人員頻繁手動(dòng)干預(yù)，加上混煤情況復(fù)雜，往往容易發(fā)生預(yù)估熱值不準(zhǔn)的情況，在變負(fù)荷尤其是低負(fù)荷過(guò)程中，容易導(dǎo)致燃燒擾動(dòng)、調(diào)節(jié)失穩(wěn)，甚至威脅機(jī)組安全運(yùn)行。

2 控制策略?xún)?yōu)化

2.1 熱值校正分層控制優(yōu)化

將熱值校正BTU功能分層級(jí)，分為單臺(tái)磨煤機(jī)控制及燃料主控兩個(gè)層級(jí)。每臺(tái)磨煤機(jī)均增加獨(dú)立的熱值信號(hào)，通過(guò)與設(shè)計(jì)煤種熱值進(jìn)行比較，將各臺(tái)給煤機(jī)的實(shí)時(shí)煤量直接折算為設(shè)計(jì)煤種的煤量。在單臺(tái)磨煤機(jī)煤量發(fā)生變化時(shí)可以更直接、更快速地反映實(shí)際燃煤的總能量的變化。燃料主控部分將各臺(tái)磨煤機(jī)折算后的煤量相加，再通過(guò)傳統(tǒng)熱值校正回路對(duì)總校正煤量進(jìn)行二次校正，進(jìn)一步提高、協(xié)調(diào)、控制煤種品質(zhì)?；痣姀S利用“分磨初設(shè)+自動(dòng)細(xì)調(diào)”的控制模式，熱值校正回路響應(yīng)更快，可減少燃料主控部分的熱值校正自動(dòng)控制回路的工作壓力。

熱值校正采用分層控制后，燃料主控回路所計(jì)算的校正值無(wú)法真實(shí)反映入爐煤的熱值狀態(tài)，為了方便運(yùn)行人員了解鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況，需增加實(shí)際入爐煤平均熱值計(jì)算回路。通過(guò)累加所有磨煤機(jī)瞬時(shí)煤量與熱量的乘積以代表當(dāng)前入爐總熱量，再除以實(shí)際總煤量，即得到當(dāng)前入爐煤的實(shí)際平均熱值。

2.2 變負(fù)荷過(guò)程燃料量控制優(yōu)化

傳統(tǒng)協(xié)調(diào)控制在變負(fù)荷階段，會(huì)根據(jù)煤、水、風(fēng)在增減負(fù)荷過(guò)程中的不同特性，按不同的變負(fù)荷率，分別對(duì)燃料量、給水量、送風(fēng)量設(shè)置微分前饋，以提高機(jī)組變負(fù)荷速度。通過(guò)不同磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)的不同熱值，控制系統(tǒng)可以更加合理地分配機(jī)組變負(fù)荷時(shí)各臺(tái)磨煤機(jī)的燃料量。在增減負(fù)荷階段，燃料量的微分前饋優(yōu)先調(diào)整熱值高于平均熱值的磨煤機(jī)，低熱值磨煤機(jī)減小煤量前饋?zhàn)饔?。進(jìn)一步設(shè)置熱值曲線，當(dāng)部分磨煤機(jī)熱值低于限值，在一定負(fù)荷范圍內(nèi)保持煤量不變，既可以保證鍋爐燃燒和制粉系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，又可以提高機(jī)組變負(fù)荷能力。

2.3 二次風(fēng)量控制優(yōu)化

根據(jù)“分磨磨制，爐內(nèi)分燒”的原則，可以根據(jù)不同煤種針對(duì)進(jìn)行燃燒調(diào)整試驗(yàn)，并將燃燒優(yōu)化的結(jié)果在機(jī)組控制系統(tǒng)中實(shí)施，控制系統(tǒng)根據(jù)本臺(tái)磨煤機(jī)的熱值數(shù)據(jù)信息，可以逐層優(yōu)化各煤層小風(fēng)門(mén)等的風(fēng)量控制，實(shí)現(xiàn)不同煤層在燃燒不同煤種下的二次風(fēng)的精確控制，有利于提高鍋爐效率，降低NOx排放，減少鍋爐結(jié)焦現(xiàn)象。

2.4 RB回路優(yōu)化

在傳統(tǒng)控制回路中，當(dāng)輔機(jī)RB發(fā)生后，機(jī)組以50%額定負(fù)荷作為目標(biāo)進(jìn)行控制，RB邏輯按一定順序跳閘對(duì)應(yīng)的磨煤機(jī)，給水量、給煤量、送風(fēng)量均按照一定速率降至50%負(fù)荷對(duì)應(yīng)關(guān)系值，這一過(guò)程區(qū)間的中間點(diǎn)溫度控制、氧量控制、熱值修正等自動(dòng)修正回路均不起作用，由于RB后所保留的各臺(tái)磨煤機(jī)煤種熱值不同，所對(duì)應(yīng)的燃煤帶載能力可能無(wú)法與對(duì)應(yīng)的給水量相匹配，進(jìn)而造成煤水比失調(diào)，影響機(jī)組的安全運(yùn)行。所以RB邏輯回路應(yīng)根據(jù)保留的磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)熱值進(jìn)行修正，將校正后的煤量根據(jù)設(shè)計(jì)煤-負(fù)荷曲線重新計(jì)算出對(duì)應(yīng)的燃料負(fù)荷帶載能力。當(dāng)帶載能力超過(guò)50%額定負(fù)荷時(shí)，RB目標(biāo)值可保持不變，當(dāng)帶載能力不足50%額定負(fù)荷時(shí)，機(jī)組RB目標(biāo)負(fù)荷以實(shí)際帶載能力為目標(biāo)負(fù)荷。

一次風(fēng)機(jī)RB動(dòng)作時(shí)，由于低熱值煤在同樣負(fù)荷下所需煤量更多，所需一次風(fēng)也較多，更容易導(dǎo)致一次風(fēng)壓低引起的MFT。因此，一次風(fēng)機(jī)RB回路可按煤層分布設(shè)置多個(gè)跳閘磨組，當(dāng)一次風(fēng)機(jī)RB發(fā)生后，優(yōu)先考慮跳閘熱值水平較低的跳閘磨組，以保證一次風(fēng)機(jī)RB過(guò)程的安全性。

2.5 熱值信號(hào)輸入

本臺(tái)磨煤機(jī)所用煤的熱值，可由運(yùn)行人員根據(jù)煤質(zhì)報(bào)告，在集控操作員站手動(dòng)設(shè)置，也可通過(guò)煤場(chǎng)分區(qū)取料，由DCS系統(tǒng)判斷該臺(tái)磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)煤倉(cāng)所用煤，自動(dòng)輸入熱值信號(hào)。當(dāng)煤種變化時(shí)，熱值輸入隨之變化，磨煤機(jī)存在“不同煤種間隔燃燒”及“煤倉(cāng)內(nèi)摻混”的情況，為保證煤種切換過(guò)程給煤量變化盡量平穩(wěn)，需在邏輯上增加煤種切換功能。當(dāng)單臺(tái)磨煤機(jī)煤種輸入熱值改變后，開(kāi)始對(duì)給煤量進(jìn)行積分計(jì)算，將累積值與煤倉(cāng)容量之比作為切換系數(shù)，將更換后煤種熱值與原倉(cāng)內(nèi)煤種熱值加權(quán)計(jì)算得到混合煤熱值，混合煤熱值作為該臺(tái)磨煤機(jī)輸出熱值參與控制計(jì)算，隨著切換后給煤機(jī)累計(jì)煤量不斷增加，最終達(dá)到混合煤熱值與更換煤種后的熱值一致時(shí)，本臺(tái)給煤量累計(jì)值清零，切換系數(shù)置初始值。

3 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)“分磨磨制，爐內(nèi)分燒”的摻燒方法，采用分磨修正煤種熱值的控制策略，解決了傳統(tǒng)BTU控制回路對(duì)多煤種摻燒的控制問(wèn)題，減少了摻燒對(duì)鍋爐燃燒的擾動(dòng)，優(yōu)化了煤種調(diào)節(jié)品質(zhì)，同時(shí)提高了多煤種摻燒時(shí)變煤種摻燒的可靠性和安全性。