660MW超臨界機組燃料自動控制系統優化

呂行，胡昌林

(華電新鄉發電有限公司，河南 新鄉 453635)

1 問題的提出

入爐燃料量的精確控制是協調投入的必要條件之一。對于雙進雙出磨煤機制粉系統來說，燃料量是通過容量風風量和磨煤機料位來計算的。華電新鄉發電有限公司660MW機組容量風風量測量不準，容量風擋板漏風量大、線性較差，計算出的煤量與進入爐膛的煤量偏差較大，導致主蒸汽溫度出現超高溫或超低溫現象，負荷和主蒸汽壓力波動超出規程要求;磨煤機分離器容易發生堵塞，平均每3 d就需要停運磨煤機清理1次。由于磨煤機啟、停時存在建立料位的過程，容量風風量與進入爐膛的實際燃料量偏差較大，容易引發鍋爐總體給煤量波動，給協調系統造成較大擾動，嚴重時甚至會造成鍋爐滅火。

2 燃料自動控制系統優化目標

華電新鄉發電有限公司寶山電廠一期工程2×660MW機組鍋爐為東方鍋爐(集團)有限公司生產的DG2100/25．4－Ⅱ1型超臨界變壓直流本生鍋爐。汽輪機采用上海汽輪機公司生產的超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、凝汽式汽輪機，額定功率660MW。6臺雙進雙出磨煤機，2臺50%汽動給水泵，1臺30%電動給水泵，2臺一次風機，2臺送風機，2臺引風機。

該公司660MW機組燃料控制系統的優化目標為:

(1)容量風風量校正，通過容量風開度、磨煤機入口一次風壓力計算得到的容量風風量與實際測量風量計算，得到較為準確的容量風風量。

(2)啟、停磨煤機過程中減少對系統的擾動。

(3)一次風壓力控制設定點隨負荷指令變化，將負荷指令作為一次風壓力控制前饋，增加系統動態快速反應速度。

(4)容量風擋板線性修正。

3 燃料自動控制系統優化方案

火力發電廠制粉系統的任務就是為鍋爐提供一定數量、質量并滿足負荷要求的煤粉。制粉系統作為原煤的加工處理設備，由于與鍋爐的燃燒器直接相連，其運行的穩定性與可控性將直接影響鍋爐的穩定燃燒和燃燒效率。

精確測量、計算入爐煤煤量是保證協調控制系統投入的必要條件之一。同其他類型的制粉系統不同，雙進雙出磨煤機制粉系統瞬間出力的調整不是靠調節給煤機的輸煤轉速，而是通過調節進入磨煤機的一次風量來完成的。入爐煤量是通過計算一次風風量間接獲得的。在協調方式下，鍋爐總的負荷要求被分配到每臺磨煤機，將設定的負荷指令通過函數轉換為每臺磨煤機的一次風量信號并將其同實際的一次風量進行比較，差值通過PI控制單元調節磨煤機的負荷風擋板開度，進而實現對磨煤機出煤量的控制。

針對雙進雙出磨煤機的特性，研究制粉系統煤量測量的方法，有助于增強鍋爐燃燒穩定性，能使制粉系統長期穩定運行在經濟工況，降低制粉單耗，提高系統運行的經濟性。在此基礎上，采取優化磨煤機啟/停控制策略，減小因啟/停引起的燃燒波動，從而提高系統運行的穩定性和經濟性。

在制粉系統中，風量測量裝置精度不夠高，測量數據與真實風量偏差相對較大。溫度信號盡管能夠準確測量，但由于風、粉混合后的溫度受一次風、旁路風、密封風、煤溫的影響，難以準確建立風、煤、粉間的傳熱關系，難以使用溫度信息計算制粉系統出煤量。管道內壓力測量相對準確，在經過數據分析后，篩選出給煤機瞬時煤量、一次風閥門開度、一次風閥門后壓力作為入爐煤量和軟測量輸入輔助變量。軟測量技術建立輔助變量與主導變量之間的關系，通過數學計算和估計方法實現待測主導變量的測量。因此，一般要求所選擇的輔助變量數據真實、可靠性高且抗干擾能力強。

當制粉系統工作在穩定工況時，即給煤機給煤穩定、磨煤機內部料位保持穩定、一次風閥門開度不變，此時認為制粉系統中給煤量與出粉量相同。在軟測量計算中，可將給煤機瞬時給煤量作為出粉量用于數據訓練，建立出粉量與輔助變量的關系模型。入爐煤量、一次風閥門開度和一次風閥門后壓力關系模型能夠實現利用現有輔助變量對入爐煤量進行軟測量，但其計算結果存在一定偏差。采用信息融合方法將2種模型預測結果進行綜合處理，能夠獲得較單個模型預測更準確的計算結果，有助于提高入爐煤量計算的準確性。決策級的信息融合方法較多，可選擇較為常用的加權平均法。但是，入爐煤量、一次風閥門開度和一次風閥門后壓力的關系模型是利用制粉系統在穩態工況下的運行數據訓練建立的，其假設條件是給煤機給煤穩定、磨煤機內部料位保持穩定、一次風閥門開度不變，此時認為制粉系統中給煤量與出粉量相同。而磨煤機筒體料位并非保持恒定，尤其是在啟、停磨煤機過程中料位變化更大。由于料位的高低會影響風、煤比，因此，會造成入爐煤量計算偏差增大。磨煤機料位對磨煤機出力的影響難以采用測量或軟測量方法直接或間接度量，可采用模糊關系運算方法分析料位對入爐煤量計算的影響，通過現場試驗修正隸屬度函數，以減小計算煤量與實際入爐煤量的偏差。

4 燃料自動控制優化結果

4．1 協調控制下磨煤機啟動

優化后的磨煤機啟動曲線如圖1所示。由圖1可以看出，機組在協調方式下運行，1臺磨煤機在09:46啟動，當時負荷為475MW，負荷變化率為9 MW/min，共有4臺磨煤機容量風擋板投入自動，將近10min機組參數穩定;在磨煤機啟動的過程中，主蒸汽溫度變化平穩，沒有出現超高溫和超低溫的情況，負荷變化平穩，沒有出現波動，機組參數完全滿足規程要求。優化后的磨煤機啟動參數見表1。

表1 優化后的磨煤機啟動參數

4．2 協調控制下磨煤機停止

優化后的磨煤機停止曲線如圖2所示。由圖2可以看出，機組在協調方式下運行，1臺磨煤機在18:50停止，當時負荷為465MW，負荷變化率為9 MW/min，共有4臺磨煤機容量風擋板投入自動，將近1min機組參數穩定;在磨煤機停止過程中，主蒸汽溫度平穩，沒有出現超高溫和超低溫現象，負荷變化平穩，所有參數都完全滿足規程要求，多數優于規程要求。優化后的磨煤機停止參數見表2。

圖1 優化后的磨煤機啟動曲線

圖2 優化后的磨煤機停止曲線

表2 優化后的磨煤機停止參數

5 結束語

實際運行結果表明，對入爐煤量計算值修正后，減小了由于料位過低造成的入爐煤量計算偏差，降低了料位波動對燃燒的影響。尤其是在啟、停磨煤機階段，燃燒依然能夠保持穩定，表明入爐煤量計算準確，入爐煤量數值修正算法準確、有效，較好地解決了雙進雙出磨煤機啟、停過程中的燃燒波動問題。這次優化過程取得了較好的效果，保證了主蒸汽溫度的平穩性，保證了機組負荷的穩定和快速響應，為機組的安全、穩定運行打下了良好的基礎。

［1］朱北恒．火電廠熱工自動化系統試驗［M］．北京:中國電力出版社，2005．

［2］王付生．電廠熱工自動控制與保護［M］．北京:中國電力出版社，2005．

［3］開平安．火電廠熱工過程先進控制技術［M］．北京:中國電力出版社，2010．