火電廠直吹式制粉系統(tǒng)一次風(fēng)量自動控制的優(yōu)化研究

大唐戶縣第二熱電廠 胡明軍

火電廠直吹式制粉系統(tǒng)一次風(fēng)量自動控制的優(yōu)化研究

大唐戶縣第二熱電廠 胡明軍

1 機組概況

大唐戶縣第二熱電廠總裝機容量為2×300MW機組，鍋爐是哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的亞臨界參數(shù)、單爐膛、四角切圓燃燒、自然循環(huán)汽包爐，最大連續(xù)蒸發(fā)量為1025t/h。制粉系統(tǒng)形式為中速正壓一次風(fēng)直吹式，每臺爐配五臺磨煤機，設(shè)計工況下為四臺運行、一臺備用。DCS系統(tǒng)采用新華XDPS6.0控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)設(shè)計為冷、熱風(fēng)管路風(fēng)混合后進入磨煤機，采用熱風(fēng)調(diào)節(jié)門調(diào)整一次風(fēng)量，冷風(fēng)調(diào)節(jié)門調(diào)整磨煤出口風(fēng)粉混合物溫度。

優(yōu)化背景：

自2005年底大唐戶縣第二發(fā)電廠兩臺機組投入商業(yè)運行以來，一次風(fēng)量自動控制方案不完善和控制參數(shù)不理想等諸多因素，是運行人員在燃燒調(diào)整時缺乏依據(jù)，運行人員為了防止堵磨將一次風(fēng)機母管壓力、磨煤機一次風(fēng)量保持在一個安全水平，但這樣造成燃燒器風(fēng)粉管道壁管磨損嚴重，考慮到節(jié)能效果，運行人員操作使一次風(fēng)母管壓力、磨煤機一次風(fēng)量運行在在較低的工況，這樣又使磨煤機內(nèi)頻繁的堵煤，風(fēng)量控制投入自動時，各項調(diào)節(jié)品質(zhì)均達不到調(diào)節(jié)要求。

我們通過試驗對一次風(fēng)量自動控制方案和PID控制參數(shù)反復(fù)的修改和優(yōu)化，將兩臺機組磨煤機的一次風(fēng)量和溫度自動全部投入運行，使得各種工況下一次風(fēng)量自動調(diào)節(jié)品質(zhì)優(yōu)良，攻克了這一火力燃煤電廠一次風(fēng)量自動控制的共同難題。

2 自動調(diào)節(jié)問題判斷和處理方案

2.1 一次風(fēng)量調(diào)節(jié)邏輯及PID調(diào)節(jié)參數(shù)問題分析

采用對控制曲線和分析邏輯方案的解析，判斷主要有以下4方面不合理方面：

（1）在負荷穩(wěn)態(tài)時，一次風(fēng)量測量信號有一定量的瞬時擾動，使得運算后的一次風(fēng)量值有一定的波動，此波動信號會使風(fēng)量控制PID的比例功能產(chǎn)生一次風(fēng)量調(diào)節(jié)門頻繁擾動開關(guān)，進而導(dǎo)致調(diào)節(jié)回路的不正常波動。

（2）磨組一次風(fēng)量調(diào)節(jié)控制邏輯里，每臺一次風(fēng)量需求值是根據(jù)每臺給煤機瞬時給煤量命令配比的一次風(fēng)量（風(fēng)/煤比率）給定的值。通過分析運行數(shù)據(jù)，因我廠設(shè)計為直吹式給煤系統(tǒng), 給煤機的給煤量由各臺給煤機電機頻率控制的,給煤機改變的煤量變化成煤粉進入磨煤機，存在慣性環(huán)節(jié)很大，不解決這一問題，很難實現(xiàn)當前電網(wǎng)要求的電負荷快速相應(yīng)的要求。

（3）熱力系統(tǒng)一次風(fēng)出口母管的壓力控制通過A、B側(cè)一次風(fēng)機入口控制擋板調(diào)節(jié)，以前邏輯為值班員手動設(shè)定一次風(fēng)機出口母管壓力的需求值。這樣的設(shè)計使得鍋爐主控指令改變時每臺臺磨煤機一次風(fēng)量改變，每臺磨煤機風(fēng)門開大，一次風(fēng)量變化后導(dǎo)致一次風(fēng)機出口壓力滿足不了動態(tài)平衡值，產(chǎn)生惡性自耦效應(yīng)。

（4）優(yōu)化前邏輯中熱、冷風(fēng)控制有互動邏輯，當冷風(fēng)調(diào)門動作后，熱風(fēng)調(diào)門也要向相反方向動作，進而造成磨煤機一次風(fēng)量變化，磨煤機一次風(fēng)量變化使得磨煤機混合風(fēng)溫度變化，同理，這種控制動作必然造成互耦問題。

（5）采用大量的不同負荷段、不同工況、不同煤質(zhì)、不同的閥門運行狀態(tài)，判斷以前整定的PID內(nèi)的值不能滿足實際控制需要。

2.2 控制調(diào)節(jié)方案的改善和PID的內(nèi)部比例、積分優(yōu)化

2．2．1 磨煤機風(fēng)量采樣數(shù)據(jù)波動解決方案

一次風(fēng)量測量信號有一定量的的瞬時擾動，在風(fēng)差壓壓運算為風(fēng)量信號后，采用新華控制系統(tǒng)的八次濾波邏輯，使風(fēng)量瞬時擾動引起磨煤機熱風(fēng)調(diào)門頻繁動作的問題有所改善。同時，通過邏輯判斷為異常的信號，使磨煤機熱風(fēng)調(diào)門不正常的動作，造成磨煤機風(fēng)量大范圍的擾動，在磨煤機一次風(fēng)量處理環(huán)節(jié)采用了風(fēng)量值異常變化自動保持原值邏輯，控制原理如圖1所示。

圖1 FilterT風(fēng)量信號NYleadlag信號濾波信號滯后EV≤-33R調(diào)節(jié)用風(fēng)量信號

2．2．2 優(yōu)化風(fēng)量需求值

風(fēng)量需求值改變最佳方案就是鍋爐主控指令改變后立即改變，這樣有利于熱力系統(tǒng)的快速響應(yīng)，為此在原邏輯的基礎(chǔ)上優(yōu)化增加給煤機指令的前饋控制功能，在給煤機指令變化時，一次風(fēng)量需求值改變由風(fēng)/煤比率所需要風(fēng)量需求值和給煤機指令前饋共同計算的值得出，達到控制的超前控制，目的是通過風(fēng)量的改變使磨煤機內(nèi)前期存在的成品煤吹進鍋爐中或滯后在粉倉中，改變爐膛的燃燒，有利于主汽壓力的調(diào)整。

圖2 煤量信號Diff信號微分∑A風(fēng)量設(shè)定值F(x)風(fēng)煤比∑B手動偏置

通過此控制邏輯的優(yōu)化后，通過后期的試驗驗證，主要提高了風(fēng)量需求值的迅速變化需求，同時鍋爐主控需要增加煤量時，第一時間通過改變風(fēng)量達到增加進入爐膛的煤量，很大程度上提高了電網(wǎng)要求的電負荷的快速響應(yīng)。

2．2．3 熱、冷風(fēng)控制互動邏輯優(yōu)化

熱、冷風(fēng)控制互動動作造成互耦問題。通過對熱力工藝的分析，冷風(fēng)調(diào)門的動作對一次風(fēng)量不會引起大的變化，根據(jù)設(shè)計煤種，磨煤機的出口溫度在一個較大范圍內(nèi)均可，所以刪除了熱、冷風(fēng)控制互動動作的邏輯，進行優(yōu)化后，解決了互耦問題，磨煤機溫度能控制在正常范圍內(nèi)，磨煤機風(fēng)量也能滿足要求。

2．2．4 一次風(fēng)出口母管壓力控制邏輯的改進

一次風(fēng)出口母管壓力控制邏輯的改進，一次風(fēng)機出口母管壓力控制需求值是協(xié)調(diào)控制壓力控制回路組成，協(xié)調(diào)控制壓力控制回路，利用風(fēng)量控制調(diào)門門動作和一次風(fēng)母管壓力的變化同時動作調(diào)節(jié)，達到一次風(fēng)量的控制。優(yōu)化方案后，通過一次風(fēng)母管壓力調(diào)節(jié)控制，使鍋爐主蒸汽壓力控制更精確。具體控制方案如圖3所示。

圖3 燃料量信號A風(fēng)壓設(shè)定值F(x)∑B手動偏置Diff≯取大值

2．2．5 風(fēng)量、溫度控制調(diào)節(jié)PID的內(nèi)部參數(shù)的優(yōu)化整定

大唐戶縣第二熱電廠的磨煤機出口溫度、一次風(fēng)量調(diào)節(jié)控制，一次風(fēng)母管壓力邏輯的PID參數(shù)是基建期調(diào)試整定的，只適應(yīng)穩(wěn)態(tài)工況。近幾年電網(wǎng)《兩個細則》要求，在AGC控制方式下，電網(wǎng)AGC負荷指令變化速率快、上下波動大，這就對我廠的協(xié)調(diào)控制提出更高的要求。我們通過對工藝系統(tǒng)及閥門的控制曲線分析，重新整定了各PID調(diào)節(jié)內(nèi)部參數(shù)。

3 一次風(fēng)量自動控制的優(yōu)化后的成果

3.1 磨煤機風(fēng)量控制調(diào)節(jié)成果分析

磨煤機風(fēng)量控制調(diào)節(jié)和出口風(fēng)粉混合溫度調(diào)節(jié)投入自動控制后，在各種AGC控制工況下，均達到了控制需求，不僅減少了運行人員的操作任務(wù)，同時很大程度的提高了控制的精確度。分析優(yōu)化后的控制效果，磨煤機風(fēng)量控制最大偏差小于3t/h，穩(wěn)態(tài)情況下風(fēng)量偏差小于1t/h，擾動時磨煤機出口混合風(fēng)溫偏差小于5攝氏度，穩(wěn)定工況下出口混合風(fēng)溫偏差小于2攝氏度，其他控制指標均達到優(yōu)良。

3.2 優(yōu)化后對鍋爐主控系統(tǒng)的效果分析

風(fēng)量控制調(diào)節(jié)和出口風(fēng)粉混合溫度調(diào)節(jié)及一次風(fēng)母管壓力控制優(yōu)化后，AGC負荷響應(yīng)速度很大的提高，通過試驗，AGC需求負荷變化率為3%MCR/min，變化幅度45MW的動態(tài)試驗下，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的功率響應(yīng)延時時間約為90s，主蒸汽壓力偏差不大于0.7MPa，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)實際功率變化率約為2.5%MCR/min，過熱主蒸汽溫度偏差小于10℃，再熱主蒸汽溫最大偏差小于12℃。

4 優(yōu)化過程中出現(xiàn)的問題和處理方案

4.1 優(yōu)化過程中出現(xiàn)的問題

磨煤機一次風(fēng)量控制調(diào)整中，在高負荷階段，熱風(fēng)調(diào)門開度大于75%后，調(diào)節(jié)擋板繼續(xù)開大，但風(fēng)量基本沒有變化，在風(fēng)量控制邏輯PID積分的作用下，擋板繼續(xù)開大，直至全開位。在此種工況下，當磨煤機負荷減少時，擋板需要從全開位調(diào)整向下關(guān)，在全開至80%開度范圍內(nèi)，風(fēng)量不變，處于調(diào)節(jié)“空行程”，無法滿足煤量變化風(fēng)量跟進的需求。

4.2 處理方案

后期經(jīng)過各臺磨熱風(fēng)擋板開度變化對風(fēng)量影響的試驗，查閱熱風(fēng)擋板控制的流量曲線，將熱風(fēng)擋板開度在自動控制方式下最大開度限制在80%，使其完全在可調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，很好的解決了熱風(fēng)擋板控制的流量曲線的設(shè)備缺陷。

5 結(jié)語

我廠通過對自動調(diào)節(jié)控制方案的優(yōu)化及控制參數(shù)的重新調(diào)整后，滿足了目前AGC運行工況下負荷大范圍變化的要求，大大降低了廠用耗電量，做到了節(jié)能降耗。各項控制調(diào)節(jié)品質(zhì)方案均滿足電網(wǎng)的《兩個細則》的指標，滿足了我廠安全、經(jīng)濟運行的生產(chǎn)要求。