燃煤對沖鍋爐脫硝改造后提高機組AGC自動控制水平的分析與研究

郭俊

摘 要：目前我國某些電廠鍋爐送風控制系統采用風壓控制方式，設計不先進，控制品質差，協調控制系統采用西門子經典控制思路，但由于沒有配套相關優化系統，調節品質不能滿足AGC自動調整的需求。為了進一步提高機組整體運行控制品質，對現有鍋爐送風控制系統、協調控制系統和AGC自動調整系統進行調查，本文分析并探索、研究出了關于改善現狀的基本方法。

關鍵詞：鍋爐送風控制系統；協調控制系統；AGC自動調整；優化方法

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）18-0157-02

公司四臺機組在運行過程中存在送風量控制系統和協調控制系統品質差的問題，在機組跟隨AGC指令自動調整期間負荷跟蹤速率偏低，調節精度偏大，經常出現超溫、超壓、負荷靜態偏差大等問題出現。因此，需要對機組的鍋爐送風控制系統、協調控制系統進行分析、優化，以提高機組運行穩定性和AGC自動控制水平，爭取更多發電量，保障機組安全、經濟運行。

1 現狀分析與調查

火力發電廠送風控制系統屬于鍋爐燃燒控制的一部分，一般有兩種控制方式：一是送風機調節風量，二次風擋板調節風箱與爐膛的差壓；二是二次風擋板調節風量，送風機調節風箱壓力。在機組進行低NOx燃燒器改造后，鍋爐配風發生了改變，對送風量的控制提出了更高的要求，因此，采用方式一送風機調節風量，二次風擋板調節風箱與爐膛的差壓的控制方式可以提高風量響應速度，改善鍋爐燃燒控制。

協調優化的手段主要按照兩個方向進行分析研究：一是立足鍋爐燃燒，夯實協調系統優化的基礎；二是采用一種全新的機組協調控制思路，基于實時獲得的機組動態模型，利用先進的預測控制算法，充分利用機組的蓄能，使機組迅速響應負荷的需求變化，并充分考慮到脫硝改造后機組燃燒工況的變化和二次風配比發生改變的情況，以解決該機組對電網負荷需求變化響應過慢的缺點。

鍋爐送風機出口應裝設送風量流量信號測點，送風機動葉根據此信號進行風量的調節，可快速跟蹤鍋爐煤量變化，配套二次風箱與爐膛差壓信號，可有效保障燃燒安全性，具有較為成熟的成功經驗。在機組進行脫硝改造后，需要對二次風配風進行重新調整，以兼顧鍋爐穩定燃燒和NDx的環保指標，進而保障鍋爐送風控制系統的調節品質。從我廠實際情況看，現在使用的二次風流量測量裝置為機翼測量裝置，測量精度低，而且存在設計缺陷，運行中容易出現堵塞和信號波動的現象，不利于送風量的自動調節。

協調控制系統方面，我國目前較常用的機爐協調控制策略的設計思想出發點是在保證機組穩定運行的前提下，提高機組的動態穩定性和負荷響應快速性。其基本指導思想是用強烈的鍋爐燃燒前饋實現汽機快速回路與鍋爐大遲延、大慣性回路的部分解耦，使機組各項參數保持在允許的范圍之內。為適應機組在電網中所承擔任務的不同，一般有機跟爐、爐跟機兩種運行方式。

1.1 機跟爐方式

該運行方式為汽機調主汽壓力，鍋爐調負荷。以升負荷過程為例說明其調節過程：當負荷指令升高時，鍋爐調節器根據負荷偏差增加燃料量，加強鍋爐燃燒。由于制粉系統及燃燒遲滯，主汽壓力并不立即變化。因此，汽機調節器輸出不變，汽機調門保持原開度，負荷不變。經過一段時間后，增加的燃料量燃燒效果逐漸顯現，主汽壓力逐漸有上升趨勢。此時，汽機調節器為保持壓力設定點，抑制壓力上升，逐漸增大調門開度，使主汽壓力恢復至設定點，同時機組負荷也隨之升高，直至達到新的負荷設定點。這種方式機爐動態調節過程平穩，對其他系統沖擊小，但負荷響應性差，有時不能滿足電網要求。

1.2 爐跟機方式

該方式是汽機調負荷，鍋爐調主汽壓力。鍋爐動態特性為大遲延、大慣性，且無自平衡能力，系統不穩定。同樣以升負荷過程為例，說明其調節過程：負荷指令升高，汽機調節器根據負荷偏差迅速增大調門開度，利用鍋爐汽包蓄熱提升負荷，同時主汽壓力下降；鍋爐調節器根據負荷前饋和壓力偏差增加燃料量，加強鍋爐燃燒以恢復主汽壓力。但由于鍋爐相對于汽機遲延和慣性很大，極易造成燃料量超調，使鍋爐燃燒不穩定。因此，爐跟機方式可控性差，對其他系統沖擊大，但負荷響應性較好。

2 存在問題分析

2.1 鍋爐送風控制系統存在問題

鍋爐沒有單獨的送風風量測點，總風量信號由磨煤機一次風流量信號、燃燒層二次風流量信號和OFA流量信號相加形成，A、B送風機動葉只調節二次風母管壓力，二次風調門根據當前負荷進行開環調節，不參與二次風的調節，加之沒有二次風箱與爐膛的差壓信號進行安全保護，造成送風量自動調節品質差，氧量自動調節由于受到鍋爐低負荷二次風母管壓力安全性考慮，只對送風機動葉進行微小偏置，調節能力受限；二次風配風不合理，造成鍋爐變負荷期間汽溫、汽壓波動大，有時甚至出現汽溫和汽壓反向變化的情況，NOx參數控制不及時，AGC跟蹤速度慢，負荷升降斜率不能滿足電網公司要求；現有燃燒器A、B側二次風流量測量裝置測量偏差大且設備老化，測量偏差大，運行穩定性低，經常出現管路堵塞、顯示偏差等問題，不能真實反映鍋爐送風量的變化。

2.2 協調控制系統存在問題

調節品質分析無論機跟爐還是爐跟機，其基本控制結構均以燃燒控制前饋提高鍋爐響應特性，輔以智能控制（如自適應算法、模糊判斷等），來實現其控制目的。采用燃燒前饋，雖然提高了爐的響應速度，使機爐動態參數保持在一定允許范圍之內，但使燃燒過程擾動加劇，爐膛熱負荷反復激變，爐膛內受熱面承受交變熱應力，導致設備壽命降低，檢修維護費用升高。同時，燃燒前饋也使制粉系統設備磨損加劇，壽命降低，設備故障率升高。

3 優化方法研究與探討

我廠現有送風控制系統的調節方式為送風機調節二次風箱壓力，二次風調節擋板根據機組負荷進行開環調節，主要控制主燃區NOx的生成，鍋爐氧量自動調節受到二次風箱壓力安全性的影響，起不到應有的調節作用。因此，首先需要新增送風機出口風量測點、二次風箱與爐膛差壓信號測點，采用送風機調節風量，二次風擋板調節風箱與爐膛的差壓控制方式進行送風量調節，提高風量響應速度，獲得更準確、更合理的風煤比，進而改善鍋爐燃燒控制和協調控制品質。其次，優化鍋爐氧量自動調節，更多的參與二次風流量的調節，根據鍋爐氧量的變化對送風量進行優化，可以更好的控制鍋爐燃燒和NOx的生成；同時，進行爐膛負壓調整、優化協調控制系統，在鍋爐送風量得到優化的條件下，協調控制品質將進一步提高，進而可以有效提高機組AGC響應速度，更好控制機組運行過程中超溫、超壓現象的發生，保障機組經濟、安全運行。

在協調控制方面，采用一種全新的機組協調控制思路，基于實時獲得的機組動態模型，利用先進的預測控制算法，充分利用機組的蓄能，使機組迅速響應負荷的需求變化，并充分考慮到脫硝改造后機組燃燒工況的變化和二次風配比發生改變的情況，以解決該機組對電網負荷需求變化響應過慢的缺點.

機組新協調控制模塊在接到負荷變化的指令（未來的信息）后，綜合系統當前的壓力，實際功率和煤量等信息，根據機爐數學模型預測機組未來的蓄熱能力和實際負荷的變化趨勢，進而預測系統未來的負荷指令，該負荷指令作用于系統后再經過模型輸出誤差（預測的負荷指令與實際的負荷）進行反饋校正，應用二次型性能指標進行滾動優化，再預測出當前應加于系統的控制指令，如此反復而完成整個控制循環。可見這種控制算法是先預測系統未來的輸出狀態，再去確定當前時刻的控制動作，即先預測后控制，然后根據模型誤差再去優化預測指令，直至完成整個控制循環，控制動作具有明顯的預見性。

4 結語

新送風控制系統數學模型的建立和實施采用基于總風量控制的方式，并輔以氧量自動控制系統了，提高機組送風量控制的響應速度，獲得更好的風煤比。新增送風機流量測點采用矩陣式測量裝置，并加裝防堵裝置，可有效提高風量測量準確性和設備運行穩定性。鍋爐送風系統進行優化后進行的爐膛壓力控制優化試驗、協調優化試驗，可以在保證機組安全、穩定運行的基礎上提高機組AGC響應品質，從而提升企業的競爭力。endprint