1 000 MW機(jī)組密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)門改造的分析

摘 要：在某1 000 MW火電廠對密封風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能降耗改造的過程中，將兩臺密封風(fēng)機(jī)的進(jìn)口門改為電動(dòng)調(diào)門，以磨煤機(jī)的密封風(fēng)/一次風(fēng)的壓差為控制對象，搭建密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)門的控制邏輯，快速動(dòng)態(tài)地調(diào)整密封風(fēng)機(jī)的進(jìn)口調(diào)門，實(shí)現(xiàn)密封系統(tǒng)風(fēng)量的節(jié)流控制，減少不必要的密封風(fēng)浪費(fèi)。改造后，制粉系統(tǒng)運(yùn)行更加安全穩(wěn)定，且降低了密封風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)的電耗以及鍋爐的排煙溫度，減少了廠用電，從而提高了機(jī)組的發(fā)電效率，為火力發(fā)電節(jié)能降耗奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：密封風(fēng)機(jī)；控制邏輯；節(jié)能降耗

中圖分類號：TM621.2" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）14-0081-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.14.019

0" " 引言

隨著火力發(fā)電機(jī)組容量的增大、技術(shù)的成熟，節(jié)能降耗成為火力發(fā)電研究的熱點(diǎn)問題之一。在鍋爐直吹式制粉系統(tǒng)中，磨煤機(jī)的密封風(fēng)是用于防止煤粉外漏、避免臟污氣體及煤粉漏入磨輥潤滑油中，但過多的密封風(fēng)不僅會導(dǎo)致密封風(fēng)的浪費(fèi)，使得鍋爐排煙溫度上升，降低鍋爐效率[1]，而且會造成密封風(fēng)機(jī)和一次風(fēng)機(jī)電耗上升，增加廠用電率。

為了解決過剩的密封風(fēng)造成的弊端，提高鍋爐效率，大多數(shù)電廠都選擇將鍋爐密封風(fēng)機(jī)的進(jìn)口門改造為可調(diào)節(jié)的電動(dòng)門，在滿足磨煤機(jī)密封風(fēng)安全運(yùn)行條件要求的前提下，減少過剩的密封風(fēng)量。現(xiàn)有的密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)門控制技術(shù)是基于鍋爐燃燒穩(wěn)定的工況，以密封風(fēng)母管的壓力或者磨煤機(jī)的密封風(fēng)/一次風(fēng)壓差為控制目標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。現(xiàn)有技術(shù)不足之處主要有兩大類：一是就地監(jiān)測裝置取值反饋并計(jì)算流程較多，且由于調(diào)門特性對密封風(fēng)機(jī)調(diào)門開度調(diào)整反應(yīng)滯后，不能快速跟蹤響應(yīng)磨煤機(jī)密封風(fēng)壓差變化；二是鍋爐制粉系統(tǒng)在各種異常工況下對密封風(fēng)系統(tǒng)有較大影響，密封風(fēng)系統(tǒng)不能及時(shí)快速響應(yīng)。

針對這些缺點(diǎn)，本文提出一種1 000 MW機(jī)組鍋爐密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)門邏輯控制技術(shù)，以磨煤機(jī)的密封風(fēng)/一次風(fēng)壓差為控制目標(biāo)，結(jié)合磨煤機(jī)運(yùn)行臺數(shù)和進(jìn)口調(diào)門調(diào)節(jié)區(qū)間性能，自動(dòng)校正PID控制模塊的參數(shù)，輸出指令控制密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)門，自動(dòng)跟蹤控制磨煤機(jī)密封風(fēng)/一次風(fēng)最小壓差值。

1" " 密封風(fēng)機(jī)系統(tǒng)改造

某1 000 MW機(jī)組配置100%容量的密封風(fēng)機(jī)2臺，1臺運(yùn)行，1臺備用，向6臺磨煤機(jī)及給煤機(jī)提供密封風(fēng)，防止煤粉外漏。密封風(fēng)機(jī)的進(jìn)口風(fēng)取自一次風(fēng)機(jī)出口的冷一次風(fēng)機(jī)母管，原密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口門只有0%和100%位置，不能實(shí)現(xiàn)節(jié)流控制風(fēng)量，本次改造將密封風(fēng)機(jī)的進(jìn)口門改為可調(diào)節(jié)的電動(dòng)門，減少不必要的密封風(fēng)浪費(fèi)。密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口門改造如圖1所示。

2" " 密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)門邏輯控制

結(jié)合現(xiàn)場磨煤機(jī)的運(yùn)行方式，設(shè)計(jì)密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)門快速響應(yīng)控制邏輯，滿足磨煤機(jī)安全運(yùn)行密封風(fēng)量的動(dòng)態(tài)需求。調(diào)門的邏輯設(shè)計(jì)如圖2所示，密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)門控制邏輯以磨煤機(jī)密封風(fēng)/一次風(fēng)的壓差最小值為控制對象，考慮磨煤機(jī)的壓差跳閘值為1 kPa，確保磨煤機(jī)密封風(fēng)的壓差調(diào)節(jié)有余量，將最小值的控制目標(biāo)值設(shè)定為3.5 kPa，經(jīng)過PID控制模塊輸出密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)門指令。

2.1" " PID模塊動(dòng)態(tài)控制

考慮實(shí)際鍋爐工況的變化，需要密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)門也能夠快速做出響應(yīng)，確保制粉系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，本文結(jié)合密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)門開度的性能區(qū)間和磨煤機(jī)不同的運(yùn)行臺數(shù)，構(gòu)建f1（x）和f2（x）函數(shù)，將兩個(gè)函數(shù)的輸出乘積作為PID模塊的可變系數(shù)。對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系如表1、表2所示。

本文設(shè)計(jì)要求鍋爐制粉系統(tǒng)在各種不同工況下，密封風(fēng)系統(tǒng)能夠快速做出響應(yīng)，自動(dòng)校正PID控制模塊的參數(shù)，實(shí)時(shí)對進(jìn)口調(diào)門進(jìn)行修正，快速地跟蹤控制磨煤機(jī)的密封風(fēng)的壓差。

2.2" " 密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)門的前饋

在磨煤機(jī)啟停或者給煤機(jī)斷煤事故情況下，需要大幅度開大磨煤機(jī)冷風(fēng)調(diào)門控制磨煤機(jī)的出口溫度，會導(dǎo)致磨煤機(jī)密封風(fēng)壓差瞬間降低，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致磨煤機(jī)跳閘。如圖2密封風(fēng)進(jìn)口調(diào)門控制邏輯圖所示，構(gòu)建磨煤機(jī)冷風(fēng)調(diào)門開度之和與密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)門前饋f3（x）函數(shù)關(guān)系如表3所示。

如表3所示，根據(jù)磨煤機(jī)冷風(fēng)調(diào)門開度之和計(jì)算出密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)門前饋f3（x），疊加至密封風(fēng)機(jī)調(diào)門自動(dòng)控制中，超馳開大密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)門，磨煤機(jī)密封風(fēng)壓差迅速回升，確保磨煤機(jī)的安全運(yùn)行。

2.3" " 其他異常工況下的調(diào)門控制

如圖2所示，在密封風(fēng)進(jìn)口調(diào)門邏輯控制中，增加其他特殊工況的邏輯控制，完善密封風(fēng)機(jī)系統(tǒng)控制技術(shù)[2]，保障制粉系統(tǒng)運(yùn)行安全。

1）當(dāng)一次風(fēng)機(jī)RB動(dòng)作時(shí)，冷一次風(fēng)母管的壓力突降，會造成磨煤機(jī)密封風(fēng)壓差迅速降低，進(jìn)一步可能造成磨煤機(jī)跳閘，嚴(yán)重危害機(jī)組的安全運(yùn)行。本文增加超馳開指令，最大可能提高密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力，提升磨煤機(jī)密封風(fēng)壓差，避免達(dá)到磨煤機(jī)跳閘值。

2）運(yùn)行密封風(fēng)機(jī)跳閘時(shí)，備用密封風(fēng)機(jī)聯(lián)起，備用密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)門聯(lián)開響應(yīng)不及時(shí)，會導(dǎo)致磨煤機(jī)密封風(fēng)壓差瞬間降低，本文增加超馳開指令，最大可能提高密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力，提升磨煤機(jī)密封風(fēng)壓差，避免達(dá)到磨煤機(jī)跳閘值。

3）鍋爐MFT動(dòng)作時(shí)，防止制粉系統(tǒng)爆炸，需要聯(lián)關(guān)磨煤機(jī)密封風(fēng)的漏入。本文增加超馳關(guān)，迅速關(guān)閉密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)門，防止磨煤機(jī)漏入冷風(fēng)，導(dǎo)致制粉系統(tǒng)爆炸事故。

3" " 效果分析

本文結(jié)合密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)門的特性和磨煤機(jī)的運(yùn)行方式，設(shè)計(jì)快速響應(yīng)控制邏輯。在保證磨煤機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)控制磨煤機(jī)需求的密封風(fēng)量，進(jìn)而解決過剩的密封風(fēng)造成能源浪費(fèi)的問題。

3.1" " 控制目標(biāo)的對比

在負(fù)荷不變的前提下，對比密封風(fēng)進(jìn)口門改造前后，調(diào)取6臺磨煤機(jī)密封風(fēng)/一次風(fēng)壓差值，如圖3、圖4所示。滿足制粉系統(tǒng)安全前提下，如圖4所示，以運(yùn)行磨煤機(jī)的密封風(fēng)/一次風(fēng)壓差的最小值（A磨）為控制目標(biāo)，設(shè)定值可降至3 kPa，進(jìn)一步降低密封風(fēng)量的浪費(fèi)。

1）密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口門100%位置時(shí)，A-F磨煤機(jī)的密封風(fēng)/一次風(fēng)壓差值（兩個(gè)測點(diǎn)）如圖3所示，均值=

（5.92+5.92+6.69+6.45+6.36+6.32+5.81+6.05+6.22+

5.70+6.27+6.18）/12≈6.16 kPa。

2）密封風(fēng)進(jìn)口調(diào)門投入自動(dòng)調(diào)節(jié)后，A-F磨煤機(jī)的密封風(fēng)/一次風(fēng)壓差值（兩個(gè)測點(diǎn)）如圖4所示，均值=（2.82+2.90+3.64+3.70+3.24+3.19+3.12+4.41+

3.52+3.49+3.74+3.61）/12≈3.45 kPa。通過改造前后壓差值的對比，本文提出的密封風(fēng)進(jìn)口調(diào)門控制邏輯，以各臺磨煤機(jī)的密封風(fēng)壓差最小值（兩個(gè)測點(diǎn)的均值）作為控制目標(biāo)，達(dá)到了對目標(biāo)調(diào)節(jié)控制的預(yù)想，具有明顯的磨煤機(jī)密封風(fēng)節(jié)流效果。

3.2" " 控制目標(biāo)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)

機(jī)組負(fù)荷以及磨煤機(jī)運(yùn)行方式的變化都會影響磨煤機(jī)的密封風(fēng)壓差的變化。本文根據(jù)目標(biāo)值的變化，實(shí)時(shí)對調(diào)門進(jìn)行修正，控制目標(biāo)穩(wěn)定在設(shè)定范圍內(nèi)，調(diào)門的動(dòng)態(tài)響應(yīng)如圖5所示。

如圖5所示，當(dāng)負(fù)荷負(fù)變化時(shí)，密封風(fēng)進(jìn)口調(diào)門基本上沒有波動(dòng)，磨煤機(jī)密封風(fēng)/一次風(fēng)壓差穩(wěn)定在3 kPa左右。

在磨煤機(jī)停運(yùn)或者給煤機(jī)斷煤時(shí)，磨煤機(jī)冷風(fēng)調(diào)門開大控制磨煤機(jī)出口溫度時(shí)，必然會拉低一次風(fēng)機(jī)出口壓力，密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)門超調(diào)開大，控制磨煤機(jī)密封風(fēng)壓差值穩(wěn)定。如圖5所示，磨煤機(jī)停運(yùn)時(shí)，密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)門由33%超調(diào)至38%。給煤機(jī)斷煤時(shí)，密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)門由32%超調(diào)至35%。本文設(shè)計(jì)PID模塊動(dòng)態(tài)控制以及密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)門的前饋控制邏輯，使密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)門能夠快速響應(yīng)。

3.3" " 節(jié)能分析

通過本次密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口門的改造，調(diào)取密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)門改造前后的密封風(fēng)機(jī)的電流、一次風(fēng)機(jī)的電流、磨煤機(jī)的密封風(fēng)壓差以及預(yù)熱器的排煙溫度，如表4、表5所示。

通過表4、表5可以看出，密封風(fēng)機(jī)和一次風(fēng)機(jī)的電流下降明顯。在機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)，密封風(fēng)機(jī)和一次風(fēng)機(jī)的電流下降分別為26、10、10 A，相當(dāng)于每天可節(jié)約電量為24×（26×380+10×6 000+10×6 000）×1.732×0.85/1 000≈4 589.02 kW·h，廠用電率下降約0.4%。磨煤機(jī)密封風(fēng)壓差下降約為3.3 kPa，可減少磨煤機(jī)總冷風(fēng)量為3.3×2.5（系數(shù)）×6（臺）=49.5 t/h，大大提高了磨煤機(jī)的出力[2-3]。預(yù)熱器的排煙溫度下降了3 ℃，鍋爐的效率可提高3/10×1%=0.3%，節(jié)能效果顯著。

4" " 結(jié)論

本文基于火力發(fā)電廠鍋爐密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口門的節(jié)能改造，搭建密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)門的控制邏輯。該控制增加了調(diào)門控制前饋，能實(shí)時(shí)跟蹤目標(biāo)，提高密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)門的快速響應(yīng)，確保制粉系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)還能減少磨煤機(jī)的密封風(fēng)量，降低密封風(fēng)機(jī)和一次風(fēng)機(jī)電耗、廠用電率以及鍋爐排煙溫度，有效地提高鍋爐效率。

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收稿日期：2024-03-27

作者簡介：孫玉堂（1988—），男，江蘇連云港人，工程師，研究方向：熱力系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)化。