基于動(dòng)態(tài)功煤比的快速燃料熱值校正方法

王 強(qiáng)

(大唐東北電力試驗(yàn)研究院有限公司,長春 130012)

0 引 言

傳統(tǒng)的功煤配比方式,在協(xié)調(diào)狀態(tài)下的基礎(chǔ)煤量值為機(jī)組電負(fù)荷指令加供熱負(fù)荷后經(jīng)f(x)折線函數(shù)得出,函數(shù)關(guān)系的確定,根據(jù)建廠初期的設(shè)計(jì)煤種熱值狀態(tài)下,得出的機(jī)組負(fù)荷對(duì)應(yīng)的靜態(tài)燃料量,此數(shù)值為負(fù)荷對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)燃料量。此函數(shù)必須準(zhǔn)確,才能保證鍋爐主控系統(tǒng)對(duì)煤量調(diào)節(jié)的平穩(wěn)性,才能保證機(jī)組燃料量、給水流量、總風(fēng)量等參數(shù)的穩(wěn)定[1]。若現(xiàn)有煤種偏離設(shè)計(jì)煤種,則無法保證此f(x)函數(shù)的準(zhǔn)確性,也就無法保證基礎(chǔ)煤量的準(zhǔn)確性。為解決以上問題,通過燃煤熱值校正技術(shù),以實(shí)現(xiàn)煤種差異下的煤量校正。

1 現(xiàn)有控制邏輯燃煤熱值校正方法

1.1 控制邏輯分析

控制過程邏輯,實(shí)際負(fù)荷對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)煤量作為熱值校正PID的設(shè)定值,實(shí)際值為當(dāng)前校正的燃料量,PID的積分時(shí)間ti一般設(shè)置為6 000～8 000 s,PID的輸出值為燃料熱值校正系數(shù),此熱值校正系數(shù)乘以實(shí)際燃料量作為校正后的燃料量,校正后的燃料量再次作為熱值校正PID的實(shí)際值,進(jìn)行循環(huán)校正,直到實(shí)時(shí)校正系數(shù)等于目標(biāo)校正系數(shù)為止。校正后的燃料量作為最終的實(shí)際燃料量,同步進(jìn)入燃料主控的閉環(huán)控制[2]。通過SAMA圖可以較為清晰地了解此技術(shù)的控制理念,例如當(dāng)校正系數(shù)為1.1時(shí),說明設(shè)計(jì)煤種的熱值是當(dāng)前燃料量熱值的1.1倍,當(dāng)前負(fù)荷下設(shè)計(jì)煤種需量100 t/h,當(dāng)前熱值的燃煤需量110 t/h。通過換算關(guān)系完成燃煤的熱值校正,控制邏輯如圖1所示。

圖1 現(xiàn)有燃煤熱值校正功能控制邏輯

圖1中,BTU被用來描述燃料的熱值,英制熱量單位(British thermal unit, BTU)。

1.2 現(xiàn)有基礎(chǔ)功煤比及熱值校正功能的缺點(diǎn)

機(jī)組負(fù)荷對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)煤量函數(shù)f(x),此函數(shù)為設(shè)計(jì)煤種煤量關(guān)系式,當(dāng)煤種發(fā)生較大變化、各輔機(jī)特性變化、鍋爐大修等因素產(chǎn)生后,此f(x)函數(shù)關(guān)系式將不再準(zhǔn)確,煤量偏差較大時(shí),將給燃煤熱值校正功能造成很大的擾動(dòng)。

常規(guī)燃煤熱值校正是根據(jù)機(jī)組負(fù)荷指令對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)煤量與實(shí)際煤量進(jìn)行比較,當(dāng)機(jī)組負(fù)荷、壓力、中間點(diǎn)溫度、煤量穩(wěn)定時(shí),需要經(jīng)過PID控制進(jìn)行緩慢校正煤量。當(dāng)燃料品質(zhì)發(fā)生大范圍變化時(shí),將對(duì)主汽壓力控制產(chǎn)生擾動(dòng)[3]。通過鍋爐主控的閉環(huán)作用再次調(diào)整煤量,達(dá)到校正的作用,校正時(shí)間過快導(dǎo)致機(jī)組煤量、主蒸汽壓力、主再熱蒸汽溫度波動(dòng)大。校正作用設(shè)置較慢時(shí),雖然對(duì)機(jī)組各主要參數(shù)影響稍弱,但校正功能較弱,使機(jī)組協(xié)調(diào)無法適應(yīng)煤種的變化?，F(xiàn)階段隨著AGC變負(fù)荷速率更快、幅度更大、頻率更高的影響,機(jī)組長期處于穩(wěn)定工況的時(shí)間較短,而且隨著火電機(jī)組對(duì)燃料的迫切需求,在大比例摻燒經(jīng)濟(jì)煤種后,入爐煤加權(quán)平均熱值往往和設(shè)計(jì)煤種差別很大[4]。入爐煤種無法滿足設(shè)計(jì)煤種的要求,燃煤熱值變動(dòng)較大,協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中負(fù)荷對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)煤量已不是準(zhǔn)確的數(shù)值,實(shí)際功煤比與原設(shè)計(jì)值相差很大。所以常規(guī)的功能已無法滿足現(xiàn)階段機(jī)組協(xié)調(diào)的控制需求,燃煤熱值無法及時(shí)的被校正,將會(huì)造成機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)煤量非正常過調(diào)或欠調(diào),機(jī)組長時(shí)間處于不穩(wěn)定的工況,不僅對(duì)機(jī)組安全性產(chǎn)生影響,而且不利于機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[5]。上述問題一直是影響火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)品質(zhì)的重要因素。

2 零擾動(dòng)快速燃煤熱值校正方法

通過實(shí)時(shí)變化的機(jī)組負(fù)荷與燃煤量的比值計(jì)算出機(jī)組功煤比參數(shù),通過機(jī)組穩(wěn)態(tài)方式條件加以判斷,確定出機(jī)組穩(wěn)態(tài)功煤比系數(shù),當(dāng)機(jī)組燃煤熱值發(fā)生變化以后能夠準(zhǔn)確、快速的進(jìn)行熱值校正,校正的差值量對(duì)鍋爐主控進(jìn)行反向補(bǔ)償,既達(dá)到功煤比系數(shù)校正的快速性,又保證了功煤比系數(shù)校正過程的無擾性?；诠γ罕热〈Ｒ?guī)負(fù)荷對(duì)應(yīng)煤量的f(x)函數(shù)功能,能夠保證負(fù)荷變化時(shí),煤量跟隨變化的精準(zhǔn)性,同時(shí)煤熱值校正過程中的擾動(dòng)性也能夠避免。該方法可以大幅提高機(jī)組協(xié)調(diào)控制的調(diào)節(jié)品質(zhì),煤量波動(dòng)更小,煤量、機(jī)組給水流量、主/再熱蒸汽溫度、主蒸汽壓力等機(jī)組主要參數(shù)在機(jī)組動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)下改變負(fù)荷時(shí),均能保持較好的穩(wěn)定性。此校正方法,對(duì)于燃煤熱值變化較大,煤種不穩(wěn)定的電廠,效果尤為明顯。熱值校正流程圖如圖2所示。

圖2 基于功煤比及零擾動(dòng)快速燃煤熱值校正方法流程圖

3 控制邏輯優(yōu)化

3.1 實(shí)現(xiàn)方法

控制邏輯實(shí)現(xiàn)方法由三部分構(gòu)成:功煤比運(yùn)算回路、功煤比反向補(bǔ)償計(jì)算回路、功煤比反向補(bǔ)償回路。

圖3為功煤比運(yùn)算回路。此功能回路利用機(jī)組穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的判斷條件，對(duì)功煤比回路進(jìn)行運(yùn)算，得出準(zhǔn)確、穩(wěn)定的功煤比系數(shù)，通過與當(dāng)前負(fù)荷指令進(jìn)行乘積運(yùn)算，得出機(jī)組當(dāng)前負(fù)荷對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)煤量。利用機(jī)組實(shí)際負(fù)荷加上供熱負(fù)荷得到機(jī)組實(shí)際出力水平?？?cè)剂狭颗c機(jī)組負(fù)荷之比得出機(jī)組實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)功煤比。此動(dòng)態(tài)功煤比不一定是機(jī)組穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)準(zhǔn)確的功煤比數(shù)值，所以需要對(duì)功煤比計(jì)算狀態(tài)進(jìn)行限制[6]。當(dāng)機(jī)組在協(xié)調(diào)方式時(shí)，機(jī)組主蒸汽壓力偏差小于0.2 MPa，主蒸汽壓力偏差的60 s微分值小于0.1 MPa，機(jī)組不在變負(fù)荷狀態(tài)，機(jī)組未發(fā)生RB等條件滿足時(shí)，按照50 t/min的變化速率，將動(dòng)態(tài)功煤比轉(zhuǎn)化為機(jī)組穩(wěn)態(tài)的功煤比。為了避免機(jī)組穩(wěn)態(tài)時(shí)，功煤比小幅度波動(dòng)，應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)功煤比及穩(wěn)態(tài)功煤比進(jìn)行比較，偏差小于0.1 t/(10 MW)時(shí),則保持當(dāng)前的穩(wěn)態(tài)功煤比數(shù)值,穩(wěn)態(tài)功煤比代表了當(dāng)前熱值的燃煤增減10 MW負(fù)荷對(duì)燃料的準(zhǔn)確需求量[7]。此穩(wěn)態(tài)功煤比數(shù)值乘以機(jī)組負(fù)荷指令則代表了機(jī)組當(dāng)前負(fù)荷對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)煤量指令。用此種方法取代機(jī)組負(fù)荷指令,對(duì)應(yīng)f(x)得出當(dāng)前負(fù)荷對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)煤量指令,是因煤種多變性,此時(shí)單一恒定的f(x)函數(shù)已不夠準(zhǔn)確。而采用功煤比回路就能準(zhǔn)確的確定出功煤關(guān)系,機(jī)組變負(fù)荷時(shí),使得煤量變化更精準(zhǔn),盡量減少鍋爐主控閉環(huán)滯后的煤量調(diào)整幅度和頻率[8]。

圖3 功煤比運(yùn)算回路

圖4為功煤比煤量校正鍋爐主控反向補(bǔ)償計(jì)算回路。此功能回路是功煤比無擾校正的關(guān)鍵所在。當(dāng)功煤比校正觸發(fā)期間,當(dāng)前機(jī)組負(fù)荷靜態(tài)煤量指令的變化量進(jìn)行運(yùn)算得到單次功煤比煤量校正數(shù)值。在此次校正結(jié)束后,此次校正的絕對(duì)煤量差值將被保持住,下一次功煤比校正觸發(fā)時(shí),在原有的校正煤量上繼續(xù)進(jìn)行疊加。當(dāng)鍋爐主控切除自動(dòng)后延時(shí)0.5 s,將鎖存的煤量進(jìn)行清零。此補(bǔ)償回路的疊加補(bǔ)償計(jì)算功能,通過功煤比觸發(fā)及功煤比觸發(fā)消失的判斷條件,對(duì)4個(gè)“T”選塊進(jìn)行切換和鎖存,達(dá)到疊加補(bǔ)償?shù)墓δ堋?/p>

圖4 功煤比反向補(bǔ)償計(jì)算回路

圖5為功煤比反向補(bǔ)償回路,對(duì)功煤比校正的煤量絕對(duì)值在鍋爐主控煤量輸出中進(jìn)行反向補(bǔ)償,這樣當(dāng)功煤比校正煤量時(shí),鍋爐主控煤量輸出不發(fā)生變化,實(shí)現(xiàn)機(jī)組煤量無擾動(dòng)狀態(tài)下的功煤比校正功能。

圖5 功煤比反向補(bǔ)償回路

3.2 應(yīng)用效果

圖6、圖7為煤質(zhì)變動(dòng)后,機(jī)組穩(wěn)態(tài)、負(fù)荷變動(dòng)時(shí)協(xié)調(diào)及主要參數(shù)變化曲線。應(yīng)用改進(jìn)型動(dòng)態(tài)功煤比及燃料熱值快速無擾校正技術(shù)后,當(dāng)煤質(zhì)熱值發(fā)生較大改變時(shí),機(jī)組穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)變負(fù)荷都能保證主蒸汽壓力、主再熱蒸汽溫度的穩(wěn)定,機(jī)組協(xié)調(diào)系統(tǒng)對(duì)煤種適應(yīng)性更好,控制指標(biāo)更為優(yōu)良。

圖6 穩(wěn)態(tài)工況下機(jī)組參數(shù)曲線

圖7 機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)150 MW參數(shù)曲線

4 結(jié) 語

改進(jìn)型動(dòng)態(tài)功煤比及燃料熱值快速無擾校正技術(shù),采用穩(wěn)態(tài)功煤比乘以機(jī)組負(fù)荷指令的方式,得出當(dāng)前燃煤熱值下的精準(zhǔn)煤量指令,取代常規(guī)機(jī)組負(fù)荷指令,通過單一恒定函數(shù)得出粗略的煤量指令。燃煤熱值發(fā)生變化時(shí),功煤比動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能,將會(huì)以“零擾動(dòng)”的方式對(duì)功煤比進(jìn)行校正,機(jī)組穩(wěn)態(tài)工況下校正時(shí)間20 s內(nèi)即可完成。改進(jìn)方法通過煤質(zhì)校正僅需要傳統(tǒng)控制策略校正時(shí)間的3‰,并且校正過程完全無擾,極大地提升了機(jī)組燃煤與機(jī)組負(fù)荷的匹配精準(zhǔn)度,機(jī)組負(fù)荷與煤量波動(dòng)小,主、再熱蒸汽壓力及溫度穩(wěn)定,機(jī)組經(jīng)濟(jì)性得到提高。