淺析摻燒經濟煤對1 000 MW機組變工況下主參數穩定性的優化

顧小星，丁 健，許 震，左偉偉

（國電江蘇電力有限公司諫壁發電廠，江蘇 鎮江 212006）

1 前言

隨著近年來國內煤價的大幅上漲，燃料成本在燃煤機組生產成本中所占的比例越來越高，不斷地壓縮火電廠的利潤空間，企業的生產經營壓力越來越大。因此，發電企業通過改變入爐煤質，摻燒經濟煤，以達到降低燃料成本。但同時機組在變工況下的主參數穩定性變差，大大降低了機組的安全性和經濟性。

2 機組簡介

國電江蘇電力有限公司諫壁發電廠七期2×1 000 MW擴建工程采用上海鍋爐廠Alstom-Power Boiler Gmbh公司技術制造的塔式直流鍋爐（型號SG-3040/27.56-5XX），鍋爐采用正壓直吹式制粉系統，配置6臺HP-1163型中速磨煤機，一次風機為動葉可調軸流風機（技改后可變頻控制），機組采用全滑壓運行方式。

3 摻燒狀況介紹

鍋爐設計煤種為神混煤，典型經濟煤種為石炭煤、中煤、褐煤、印尼煤等。正常情況下采用分倉摻燒的方式進行，比如A磨，褐煤；B磨，神混煤；C磨，石炭；D磨，中煤；E，F磨，印尼煤。根據不同負荷，進行不同的分倉摻燒工作，入爐煤的低位發熱量在13.27～22.06 MJ/kg之間波動，全年經濟煤種摻燒率達85%左右。

表1為摻燒煤種工業分析數據。

4 摻燒后的問題

大比例摻燒經濟煤種后，機組工況變動時機組穩定性明顯變差，汽溫、汽壓等主要參數波動較大，主要表現在以下兩個方面。

表1 摻燒煤種工業分析數據（收到基）

4.1 外擾（機組負荷變化）

當機組負荷變化時，入爐煤熱值與設計煤種偏差越大，機組穩定性越差，汽溫、汽壓波動越大。

未進行相關控制系統優化之前，在機組變負荷速率1%的基礎上，機組變負荷時，汽壓波動幅度達到1.5 MPa，汽壓實際值經常會高于其設定值1.4 MPa（偏差大于1.4 MPa時，機組高旁動作開啟泄壓）。汽壓波動大也導致主、再熱汽溫等參數大幅度晃動，在機組大幅增減負荷時AGC無法正常投入，電網調度AGC測速結果只有0.3%～0.5%（合格值為1.5%）。

4.2 內擾（入爐煤熱值變化）

當摻燒煤種變化，磨煤機啟、停，以及導致入爐煤熱值發生變化時，機組汽溫、汽壓波動較大，而且入爐煤熱值變化越大，相關參數波動越大。在這兩個因素的影響下，機組參數晃動大，穩定性降低，使得運行人員的調整強度、難度加大，不利于機組的安全運行。

5 原因分析

5.1 入爐煤熱值差

摻燒經濟煤后，入爐煤的熱值與設計煤種偏差大，最大偏差38%，入爐煤的熱值越低，對CCS調節控制系統的干擾及其滯后性越強，因此一旦機組變工況，鍋爐的汽溫、汽壓等主參數將隨之大幅度變化。

5.2 單臺磨一次風量自動投入效果不佳

單臺磨一次風量自動控制邏輯：通過磨煤機熱風調整門實現調節控制，磨煤機一次風量自動跟蹤給煤量。為了保證一次風量的投入效果良好，熱風調整門開度需在30%～60%開度之間，這是閥門最佳調節特性區間。

摻燒水分較大煤種時，需要相對較多的一次風量來保證磨煤機正常的干燥出力，因此該磨煤機熱風調整門相對于其他磨開度要大得多。為了能夠保持該磨煤機的熱風調整門開度在50%～60%，有時甚至需要開足該磨的熱風調門，而其他磨煤機的熱風調整門開度只有20%左右，而且當各臺磨的煤量較小時，上述熱風調整門開度會更小，這樣勢必影響磨煤機一次風量的正常調節。

同時，為滿足上述一次風量的控制要求，還必須提高一次風母管壓力2～3 kPa。但這樣做，一方面將大幅度增加一次風機電耗，另一方面很可能造成軸流式或變頻改造后的一次風機失速，安全性和經濟性大大降低。

6 解決方案

因為單臺磨一次風量自動投入效果不佳，嚴重影響了煤粉的快速響應特性，必須通過其他方法來彌補。根據以上的綜合分析，考慮通過煤量變化調整一次風壓（一次風壓自動的含義：根據單臺磨中的最大煤量自動調整一次風機的出力，以此改變總體一次風壓）、一次風量，以滿足爐膛燃燒所需煤粉量的變化需求，從而提高煤粉的快速響應特性，減小汽壓、汽溫波動幅度。鑒于此，我們提出以下3種方案。

6.1 方案一

一次風壓不改變（即固定最高煤量），摻燒水分較大煤種的磨煤機，熱風調整門開足，不參與一次風量自動調整。

6.2 方案二

大幅度提高一次風壓（即各磨煤機煤量自動投入），保證各臺磨煤機煤量變化時，一次風壓自動變化，一次風量隨之變化。

6.3 方案三

在方案一、二的基礎上，對一次風壓自動控制進行優化。該方案的主要設計思想是：一方面通過一次風壓總體進行（粗調），另一方面通過單臺磨一次風量自動進行（細調），最終通過一次風壓總體調整來替代各磨煤機的一次風量調整，提高煤粉的快速響應特性。因此，應對單臺最大煤量與一次風壓變化的數值進行相應的優化。表2為優化前、后的一次風壓自動設定值。

機組正常運行時，磨煤機給煤量主要調節區域范圍為50～80 t/h。表2中，優化前一次風壓在該區間范圍內的變化值為2 kPa，優化后一次風壓變化值為3.4 kPa。

表2 一次風壓優化前、后自動設定值

7 理論分析對比

煤粉響應速度性能指當磨煤機煤量變化時，從磨煤機出粉量變化，直至出粉量穩定與煤量基本一致的滯后時間，該時間越短，說明煤粉響應速度性能越好，煤粉的遲滯性越低，機組變工況時的汽溫、汽壓越穩定。通過查閱相關資料，以及現場試驗模擬風壓、風量和粉量的變化關系，并以煤量突升10 t/h為例，分析風壓、風量和粉量的變化關系，分別對三種方案進行描述，并進行比較。

圖1 方案一 圖2 方案二 圖3 方案三

方案一（圖1）：①表示煤量突升10 t/h；②表示一次風壓不變；③表示此時一次風量會因為磨煤機的阻力上升（煤量上升10 t/h）而逐漸下降，在50 s左右穩定；④表示煤粉量先逐漸下降，在120 s左右后逐漸上升至穩定。

方案二（圖2）：①表示煤量突升10 t/h；②表示一次風壓不固定且隨著煤量上升而升高，但是熱風調門開度固定（即一次風量不投自動，或熱風調門開足）；③表示此時一次風量會在15 s之內上升；④表示煤粉量立即上升，但是上升得仍然不夠多，后續還會上升，30 s左右后趨于穩定。

方案三（圖3）：①表示煤量突升10 t/h；②表示一次風壓不固定且隨著煤量上升而升高；⑤表示熱風調門投自動時，有前饋信號直接開調門，導致③一次風量會超調更多一些，最終使得④粉量響應速度更快一些，在15 s左右基本完成。

綜合考慮各方案的優勢，我們采用方案三進行了技術改進。事實證明，通過該方式優化后，能夠大幅度提高煤粉的響應速度，各磨煤機一次風量自動甚至可以都不投運，通過一次風壓自動大幅度變化就能夠基本滿足各臺磨煤機的一次風量調節要求，而且響應速度更快。由于方案三煤粉的快速響應性能好，機組能夠對各種工況進行快速反應，根本上解決了變工況下主要參數穩定性差的難題。

8 實際效果對比

選取控制系統優化前、后的兩種工況進行實際效果對比，兩種工況下摻燒煤種基本一致，入爐煤熱值為17.8 MJ/kg。圖4工況下，機組變負荷速率為1%；圖5工況下，機組變負荷速率為1.5%.

圖4 優化前負荷與主汽壓曲線（5月15日）

圖5 優化后負荷與主汽壓曲線（5月22日）

通過以上兩幅圖對比可以發現，在控制系統優化之后，機組的變負荷速率從1%提高至1.5%，同樣的摻燒煤種、同樣的變負荷幅度，汽壓晃動幅度從1.5 MPa降至0.5 MPa以下。事實證明，在控制系統優化后，機組變工況下汽壓的穩定性明顯提高。

9 優化后的經濟效益

9.1 AGC測速合格

2017-05-25，機組負荷800 MW，機組CCS、AGC投入，變負荷速率1.5%，入爐煤熱值17.4 MJ/kg。06：27，電網調度進行AGC測速，在未進行人為干預的情況下，主汽溫、汽壓基本無明顯變化，AGC測速結果達到1.5%，圓滿完成了電網調度AGC任務。事實證明，優化控制系統明顯提高了變工況下機組的穩定性。

9.2 機組指標

廠用電：優化后，每臺一次風機電流平均下降5A，廠用電電耗下降約0.04%，供電煤耗降低約0.125 g/kW·h。

主汽溫：優化后，主汽溫更穩定，且與設計值更接近，相比之前，平均值提高1℃，供電煤耗降低0.083 g/kW·h。

再熱汽溫：優化后，再熱汽溫更穩定，負荷上升時，再熱器減溫水投入少，而負荷下降時，再熱汽溫下降少，平均值提高1.2℃；供電煤耗降低0.084 g/kW·h。

主汽壓：優化后，主汽壓更穩定，平均值提高0.2 MPa，供電煤耗降低0.2 g/kW·h。

共累計平均降低供電煤耗0.492 g/kW·h，如果全年按80%負荷率計算，共節省約3 450 t標煤，按標煤640元/t計算，共節約220萬元。

10 結論

通過大量的現場實踐可以明顯看出，在對機組一次風壓、一次風量控制策略進行優化后，機組主要參數的穩定性得到增強，且機組的經濟指標也因此有所提高，取得了一定的經濟效益。但由于摻燒經濟煤種多而雜，且有時磨煤機熱風調門基本處于開足狀態，磨煤機出口風量和出口溫度的調節受到一定的限制。若熱風調門長期處于開足狀態，閥門容易卡澀，在事故處理時有隱患，設備的可靠性還有待提高。因此，在今后的運行過程中，還需要不斷地加以優化和完善機組一次風壓、一次風量控制策略。