630MW機(jī)組燃控系統(tǒng)優(yōu)化研究

作者簡(jiǎn)介：趙大偉（1990.01-），男、漢族，山東省日照市，大學(xué)本科、助理工程師，長(zhǎng)期從事電廠熱控工作，主要對(duì)儀表測(cè)量、自動(dòng)化控制以及模擬量控制、協(xié)調(diào)控制、DEH控制、ETS、TSI、一次調(diào)頻等具有深入研究。

摘要：近年來(lái)，火力發(fā)電廠普遍面臨煤源雜，煤種多，煤質(zhì)多變，配煤摻燒等燃煤?jiǎn)栴}，并衍生出許多問(wèn)題，其中比較突出的一類問(wèn)題就是燃料控制不穩(wěn)定，導(dǎo)致燃煤等發(fā)生大幅擾動(dòng)，引起燃料主控調(diào)節(jié)振蕩發(fā)散，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文對(duì)630MW機(jī)組燃控系統(tǒng)優(yōu)化研究，提升設(shè)備管理水平，提高人員效率，同時(shí)對(duì)原煤倉(cāng)空氣炮振打控制進(jìn)行優(yōu)化，提升設(shè)備可靠性，降低人員維護(hù)強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：燃料控制;優(yōu)化;自動(dòng);空氣炮

1 前言

近年來(lái)我廠給煤機(jī)斷煤情況時(shí)有發(fā)生，如果發(fā)現(xiàn)后處理不及時(shí)，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)造成鍋爐滅火事故的發(fā)生。燃煤堵在落煤管以及煤倉(cāng)出現(xiàn)打洞后發(fā)生斷煤，會(huì)引發(fā)磨煤機(jī)分離器溫度突升，總煤量調(diào)節(jié)波動(dòng)，燃燒不穩(wěn)定引起火檢信號(hào)波動(dòng)，水煤比失衡，主汽溫、主汽壓力波動(dòng)，此時(shí)比較有效的解決辦法是投油穩(wěn)燃但是經(jīng)濟(jì)性不高。

本文從自動(dòng)控制方面入手，通過(guò)優(yōu)化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)邏輯參數(shù)，提高燃料主控抗干擾能力，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自動(dòng)調(diào)節(jié)品質(zhì)，解決斷煤產(chǎn)生的擾動(dòng)對(duì)燃料主控的影響，零成本投入，提高設(shè)備可靠性，降低人員維護(hù)強(qiáng)度，提升經(jīng)濟(jì)性。此外，我廠空氣炮僅有斷煤聯(lián)鎖功能和就地振打功能，最初沒(méi)有設(shè)計(jì)遠(yuǎn)方操作功能。為防止斷煤，維護(hù)人員需要定期就地手動(dòng)振打空氣炮，人員維護(hù)強(qiáng)度大。本次在不改變就地空氣炮設(shè)備的前提下，從控制回路方面進(jìn)行優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方定期振打功能，降低原煤倉(cāng)、落煤管堵塞幾率，零成本投入，提高設(shè)備可靠性，降低人員維護(hù)強(qiáng)度，獲得較大收益。

2 斷煤控制優(yōu)化可行性分析

2.1 優(yōu)化前機(jī)組運(yùn)行情況介紹：

事件1發(fā)生于2019年10月6日11：50 ，機(jī)組負(fù)荷559MW，ABCDE給煤機(jī)投自動(dòng)運(yùn)行，F(xiàn)給煤機(jī)手動(dòng)方式運(yùn)行，總煤量262t/h，主汽壓24.01MPa，機(jī)組協(xié)調(diào)方式運(yùn)行。F給煤機(jī)發(fā)生連續(xù)斷煤期間，燃料主控調(diào)節(jié)品質(zhì)發(fā)生劣化，在給煤機(jī)斷煤恢復(fù)后，總煤量持續(xù)發(fā)生波動(dòng)，成振蕩發(fā)散趨勢(shì)。運(yùn)行人員手動(dòng)及時(shí)調(diào)整至穩(wěn)定狀態(tài);近期后夜調(diào)峰期間頻繁斷煤自動(dòng)調(diào)整困難，增大運(yùn)行人員操作難度，影響機(jī)組安全運(yùn)行。總煤量和燃料主控設(shè)定值最大偏差30t/h。

事件2發(fā)生于2019年10月9日，機(jī)組負(fù)荷330MW，AEF給煤機(jī)投自動(dòng)運(yùn)行，B給煤機(jī)手動(dòng)方式運(yùn)行，總煤量142t/h，協(xié)調(diào)方式運(yùn)行，B給煤機(jī)發(fā)生斷煤時(shí)，燃料主控調(diào)節(jié)趨勢(shì)發(fā)生等幅振蕩，最大偏差40t。

2.2 總煤量調(diào)節(jié)振蕩的原因分析

通過(guò)對(duì)煤量調(diào)節(jié)趨勢(shì)數(shù)據(jù)分析，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在正常工況下運(yùn)行穩(wěn)定，一旦頻繁斷煤等惡劣工況出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，出現(xiàn)明顯劣化趨勢(shì)，引起調(diào)節(jié)振蕩發(fā)散，通過(guò)對(duì)機(jī)組燃料主控對(duì)象模型進(jìn)行辨識(shí)，并通過(guò)MATLAB工具對(duì)被調(diào)量對(duì)象的特性進(jìn)行仿真，得出以下結(jié)論：總煤量調(diào)節(jié)對(duì)象特性是一個(gè)時(shí)變、非線性調(diào)節(jié)對(duì)象，在不同的負(fù)荷段，以及投自動(dòng)的給煤機(jī)數(shù)量不同，發(fā)生給煤機(jī)斷煤情況時(shí)，總煤量發(fā)生波動(dòng)程度存在一定規(guī)律。在機(jī)組負(fù)荷較高，投入自動(dòng)的給煤機(jī)數(shù)量多的時(shí)候，煤量調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)，總煤量不容易發(fā)生等幅振蕩和發(fā)散。在低負(fù)荷，在僅有2-3臺(tái)給煤機(jī)投自動(dòng)時(shí)，在出現(xiàn)斷煤時(shí)，燃料主控調(diào)節(jié)極易發(fā)生總煤量振蕩發(fā)散。燃料主控調(diào)節(jié)系統(tǒng)是采用經(jīng)典PID調(diào)節(jié)，比例和積分作用根據(jù)投自動(dòng)的給煤機(jī)數(shù)量進(jìn)行變參數(shù)調(diào)節(jié)。3號(hào)爐給煤機(jī)頻繁斷煤，屬于極端工況，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在連續(xù)性大幅擾動(dòng)期間，自動(dòng)調(diào)節(jié)品質(zhì)發(fā)生劣化，由于自動(dòng)調(diào)節(jié)沒(méi)能及時(shí)切除自動(dòng)，造成了煤量調(diào)節(jié)持續(xù)大幅波動(dòng)。^[1]

通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)對(duì)比分析，在外部擾動(dòng)過(guò)大，自動(dòng)調(diào)節(jié)不過(guò)來(lái)時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)及時(shí)判斷切手動(dòng)控制，降低對(duì)整個(gè)協(xié)調(diào)系統(tǒng)的擾動(dòng)。對(duì)比發(fā)現(xiàn)3號(hào)爐燃料主控指令反饋偏差大切手動(dòng)定值設(shè)置的不合理，數(shù)值過(guò)大，偏離實(shí)際運(yùn)行工況，容易造成切手動(dòng)不及時(shí)。

2.3 煤量調(diào)節(jié)振蕩的問(wèn)題癥結(jié)

燃料主控PID調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置不合適，需要進(jìn)行優(yōu)化。燃料主控指令反饋偏差大切手動(dòng)定值設(shè)置的不合理，數(shù)值過(guò)大，偏離實(shí)際運(yùn)行工況要求，容易造成切手動(dòng)不及時(shí)，對(duì)協(xié)調(diào)產(chǎn)生擾動(dòng)。

3 優(yōu)化策略及實(shí)施效果

3.1 對(duì)燃料主控自動(dòng)邏輯及參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化

對(duì)燃料主控PID控制器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在保證穩(wěn)定工況下自動(dòng)調(diào)節(jié)品質(zhì)穩(wěn)、準(zhǔn)、快的前提下，對(duì)PID比例、積分參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)弱化，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。針對(duì)斷煤等突發(fā)的異常工況增加了煤量非線性修正，提高設(shè)備的穩(wěn)定性。對(duì)六臺(tái)給煤機(jī)煤量反饋信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化處理，降低給煤機(jī)斷煤對(duì)總煤量信號(hào)擾動(dòng)。基于直吹式制粉系統(tǒng)的特性，短時(shí)間斷煤不會(huì)對(duì)燃燒造成較大影響，對(duì)給煤機(jī)煤量信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低斷煤擾動(dòng)對(duì)整個(gè)燃料主控系統(tǒng)的影響。

表1 燃料主控邏輯PID 控制參數(shù)優(yōu)化前后對(duì)比

投入自動(dòng)的給煤機(jī)數(shù)量"""""" 3號(hào)爐燃料主控PID調(diào)節(jié)器比例系數(shù) 3號(hào)爐燃料主控PID調(diào)節(jié)器積分時(shí)間

單位（臺(tái)）""" 優(yōu)化前""" 優(yōu)化后""" 優(yōu)化前""" 優(yōu)化后

0"""" 1.3"" 1.3"" 15""" 25

1"""" 1.3"" 1.3"" 15""" 25

2"""" 0.65 0.6"" 15""" 35

3"""" 0.44 0.4"" 25""" 35

4"""" 0.33 0.28 40""" 40

5"""" 0.26 0.17 40""" 40

6"""" 0.26 0.15 40""" 40

對(duì)燃料主控的設(shè)定煤量與總煤量反饋信號(hào)偏差大切手動(dòng)定值進(jìn)行優(yōu)化，在外部擾動(dòng)過(guò)大，自動(dòng)調(diào)節(jié)不過(guò)來(lái)時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)及時(shí)判斷，切至手動(dòng)控制，降低對(duì)整個(gè)協(xié)調(diào)系統(tǒng)的擾動(dòng)。通過(guò)對(duì)斷煤引起的燃料主控指令反饋偏差大的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，得出偏差數(shù)值集中分布在（30～50）t。

對(duì)比各給煤機(jī)平均出力參數(shù)情況，發(fā)現(xiàn)機(jī)組燃料主控指令反饋偏差大切手動(dòng)定值設(shè)置的不合理，數(shù)值過(guò)大，偏離實(shí)際運(yùn)行工況要求，容易造成切手動(dòng)不及時(shí)。根據(jù)各項(xiàng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果綜合考慮，將燃料主控指令反饋偏差大切手動(dòng)定值參數(shù)由原參數(shù)70t，優(yōu)化為50t，通過(guò)長(zhǎng)期對(duì)運(yùn)行情況跟蹤分析，效果較好，既有效避免了因數(shù)值設(shè)置過(guò)小導(dǎo)致的頻繁誤切手動(dòng)，同時(shí)又杜絕了極端惡劣工況下切手動(dòng)拒動(dòng)引起調(diào)節(jié)發(fā)散。

對(duì)給煤機(jī)煤量信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化處理，增加了斷煤擾動(dòng)信號(hào)濾波功能，通過(guò)對(duì)給煤機(jī)實(shí)時(shí)煤量信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理和判斷，主要是對(duì)給煤機(jī)煤量的變化速率和幅值進(jìn)行判斷，分析當(dāng)前給煤機(jī)是否發(fā)生斷煤，當(dāng)邏輯判斷出斷煤后，對(duì)煤量信號(hào)進(jìn)行抗擾動(dòng)處理，對(duì)給煤機(jī)煤量信號(hào)進(jìn)行多階慣性濾波，慣性時(shí)間為變參數(shù)調(diào)節(jié)，可以根據(jù)斷煤的劣化情況進(jìn)行變參數(shù)調(diào)節(jié)，并對(duì)抗干擾功能有效動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行控制，邏輯設(shè)計(jì)如下圖1所示。

3.2 對(duì)自動(dòng)邏輯參數(shù)優(yōu)化后效果

優(yōu)化后：對(duì)機(jī)組燃料主控自動(dòng)調(diào)節(jié)PID參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)斷煤擾動(dòng)信號(hào)進(jìn)行濾波，在給煤機(jī)發(fā)生斷煤時(shí)，總煤量能夠在快速恢復(fù)穩(wěn)定，等幅振蕩以及調(diào)節(jié)發(fā)散情況消失，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性顯著提升，極大的減輕了運(yùn)行人員的工作量，保障了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。優(yōu)化后調(diào)節(jié)效果，如圖2所示，從趨勢(shì)可以看到優(yōu)化后在給煤機(jī)出現(xiàn)斷煤后，燃料主控自動(dòng)調(diào)節(jié)正常，沒(méi)有出現(xiàn)等幅振蕩和發(fā)散等異常情況，總煤量趨勢(shì)（藍(lán)色曲線）穩(wěn)定無(wú)較大波動(dòng)。

3.3 原煤倉(cāng)空氣炮控制回路優(yōu)化

將原煤倉(cāng)空氣炮控制回路進(jìn)行升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制功能，并對(duì)就地硬回路順序控制，優(yōu)化為DCS邏輯順序控制。

優(yōu)化前給煤機(jī)空氣炮控制回路，僅能夠?qū)崿F(xiàn)#1～#6空氣炮就地手動(dòng)振打，DCS發(fā)出斷煤信號(hào)后聯(lián)鎖空氣炮循環(huán)振打。原空氣炮順序控制采用就地時(shí)間繼電器硬回路搭建實(shí)現(xiàn)，可靠性不高。每臺(tái)給煤機(jī)#1～#6空氣炮共用一個(gè)電源空開(kāi)，檢修不方便。

優(yōu)化后：取消時(shí)間繼電器硬回路，將斷煤聯(lián)鎖投空氣炮控制回路優(yōu)化為DCS邏輯順序控制方式。對(duì)DCS邏輯和畫面進(jìn)行優(yōu)化，在CRT畫面增加上、中、下層空氣炮操作端，實(shí)現(xiàn)DCS遠(yuǎn)方手動(dòng)分層振打控制功能。在CRT畫面增加上層空氣炮聯(lián)鎖操作端，實(shí)現(xiàn)DCS手動(dòng)投上層空氣炮聯(lián)鎖振打控制功能，聯(lián)鎖投入后，上層空氣炮可以每間隔一段時(shí)間振打一次，預(yù)防原煤倉(cāng)打洞。對(duì)就地操作按鈕控制回路進(jìn)行優(yōu)化實(shí)現(xiàn)就地#1～#6空氣炮手動(dòng)獨(dú)立振打功能。獨(dú)立空開(kāi)配置，對(duì)每層空氣炮電源采用獨(dú)立空開(kāi)設(shè)計(jì)，提高設(shè)備可靠性，同時(shí)方便檢修和維護(hù)。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)問(wèn)題原因進(jìn)行深入分析，并綜合各方面因素進(jìn)行判斷和論證后，確認(rèn)解決的方案。通過(guò)對(duì)自動(dòng)控制邏輯關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提高了自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力。在機(jī)組啟動(dòng)后持續(xù)跟蹤觀察，煤量調(diào)節(jié)在給煤機(jī)頻繁斷煤時(shí)總煤量調(diào)節(jié)品質(zhì)顯著提高，極大的減輕了運(yùn)行人員的工作量，保障了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).DT/T774-2004火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)檢修運(yùn)行維護(hù)規(guī)程[Z].2004-10-24.

[2] 國(guó)家能源局.DT/T657-2015火力發(fā)電廠模擬量控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程[Z].2015-12-01.

[3] 中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).DT/T658-2006火力發(fā)電廠開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程[Z].2007-03-01.