660MW超临界机组燃料自动控制系统优化

吕行，胡昌林

(华电新乡发电有限公司，河南 新乡 453635)

1 问题的提出

入炉燃料量的精确控制是协调投入的必要条件之一。对于双进双出磨煤机制粉系统来说，燃料量是通过容量风风量和磨煤机料位来计算的。华电新乡发电有限公司660MW机组容量风风量测量不准，容量风挡板漏风量大、线性较差，计算出的煤量与进入炉膛的煤量偏差较大，导致主蒸汽温度出现超高温或超低温现象，负荷和主蒸汽压力波动超出规程要求;磨煤机分离器容易发生堵塞，平均每3 d就需要停运磨煤机清理1次。由于磨煤机启、停时存在建立料位的过程，容量风风量与进入炉膛的实际燃料量偏差较大，容易引发锅炉总体给煤量波动，给协调系统造成较大扰动，严重时甚至会造成锅炉灭火。

2 燃料自动控制系统优化目标

华电新乡发电有限公司宝山电厂一期工程2×660MW机组锅炉为东方锅炉(集团)有限公司生产的DG2100/25．4－Ⅱ1型超临界变压直流本生锅炉。汽轮机采用上海汽轮机公司生产的超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、凝汽式汽轮机，额定功率660MW。6台双进双出磨煤机，2台50%汽动给水泵，1台30%电动给水泵，2台一次风机，2台送风机，2台引风机。

该公司660MW机组燃料控制系统的优化目标为:

(1)容量风风量校正，通过容量风开度、磨煤机入口一次风压力计算得到的容量风风量与实际测量风量计算，得到较为准确的容量风风量。

(2)启、停磨煤机过程中减少对系统的扰动。

(3)一次风压力控制设定点随负荷指令变化，将负荷指令作为一次风压力控制前馈，增加系统动态快速反应速度。

(4)容量风挡板线性修正。

3 燃料自动控制系统优化方案

火力发电厂制粉系统的任务就是为锅炉提供一定数量、质量并满足负荷要求的煤粉。制粉系统作为原煤的加工处理设备，由于与锅炉的燃烧器直接相连，其运行的稳定性与可控性将直接影响锅炉的稳定燃烧和燃烧效率。

精确测量、计算入炉煤煤量是保证协调控制系统投入的必要条件之一。同其他类型的制粉系统不同，双进双出磨煤机制粉系统瞬间出力的调整不是靠调节给煤机的输煤转速，而是通过调节进入磨煤机的一次风量来完成的。入炉煤量是通过计算一次风风量间接获得的。在协调方式下，锅炉总的负荷要求被分配到每台磨煤机，将设定的负荷指令通过函数转换为每台磨煤机的一次风量信号并将其同实际的一次风量进行比较，差值通过PI控制单元调节磨煤机的负荷风挡板开度，进而实现对磨煤机出煤量的控制。

针对双进双出磨煤机的特性，研究制粉系统煤量测量的方法，有助于增强锅炉燃烧稳定性，能使制粉系统长期稳定运行在经济工况，降低制粉单耗，提高系统运行的经济性。在此基础上，采取优化磨煤机启/停控制策略，减小因启/停引起的燃烧波动，从而提高系统运行的稳定性和经济性。

在制粉系统中，风量测量装置精度不够高，测量数据与真实风量偏差相对较大。温度信号尽管能够准确测量，但由于风、粉混合后的温度受一次风、旁路风、密封风、煤温的影响，难以准确建立风、煤、粉间的传热关系，难以使用温度信息计算制粉系统出煤量。管道内压力测量相对准确，在经过数据分析后，筛选出给煤机瞬时煤量、一次风阀门开度、一次风阀门后压力作为入炉煤量和软测量输入辅助变量。软测量技术建立辅助变量与主导变量之间的关系，通过数学计算和估计方法实现待测主导变量的测量。因此，一般要求所选择的辅助变量数据真实、可靠性高且抗干扰能力强。

当制粉系统工作在稳定工况时，即给煤机给煤稳定、磨煤机内部料位保持稳定、一次风阀门开度不变，此时认为制粉系统中给煤量与出粉量相同。在软测量计算中，可将给煤机瞬时给煤量作为出粉量用于数据训练，建立出粉量与辅助变量的关系模型。入炉煤量、一次风阀门开度和一次风阀门后压力关系模型能够实现利用现有辅助变量对入炉煤量进行软测量，但其计算结果存在一定偏差。采用信息融合方法将2种模型预测结果进行综合处理，能够获得较单个模型预测更准确的计算结果，有助于提高入炉煤量计算的准确性。决策级的信息融合方法较多，可选择较为常用的加权平均法。但是，入炉煤量、一次风阀门开度和一次风阀门后压力的关系模型是利用制粉系统在稳态工况下的运行数据训练建立的，其假设条件是给煤机给煤稳定、磨煤机内部料位保持稳定、一次风阀门开度不变，此时认为制粉系统中给煤量与出粉量相同。而磨煤机筒体料位并非保持恒定，尤其是在启、停磨煤机过程中料位变化更大。由于料位的高低会影响风、煤比，因此，会造成入炉煤量计算偏差增大。磨煤机料位对磨煤机出力的影响难以采用测量或软测量方法直接或间接度量，可采用模糊关系运算方法分析料位对入炉煤量计算的影响，通过现场试验修正隶属度函数，以减小计算煤量与实际入炉煤量的偏差。

4 燃料自动控制优化结果

4．1 协调控制下磨煤机启动

优化后的磨煤机启动曲线如图1所示。由图1可以看出，机组在协调方式下运行，1台磨煤机在09:46启动，当时负荷为475MW，负荷变化率为9 MW/min，共有4台磨煤机容量风挡板投入自动，将近10min机组参数稳定;在磨煤机启动的过程中，主蒸汽温度变化平稳，没有出现超高温和超低温的情况，负荷变化平稳，没有出现波动，机组参数完全满足规程要求。优化后的磨煤机启动参数见表1。

表1 优化后的磨煤机启动参数

4．2 协调控制下磨煤机停止

优化后的磨煤机停止曲线如图2所示。由图2可以看出，机组在协调方式下运行，1台磨煤机在18:50停止，当时负荷为465MW，负荷变化率为9 MW/min，共有4台磨煤机容量风挡板投入自动，将近1min机组参数稳定;在磨煤机停止过程中，主蒸汽温度平稳，没有出现超高温和超低温现象，负荷变化平稳，所有参数都完全满足规程要求，多数优于规程要求。优化后的磨煤机停止参数见表2。

图1 优化后的磨煤机启动曲线

图2 优化后的磨煤机停止曲线

表2 优化后的磨煤机停止参数

5 结束语

实际运行结果表明，对入炉煤量计算值修正后，减小了由于料位过低造成的入炉煤量计算偏差，降低了料位波动对燃烧的影响。尤其是在启、停磨煤机阶段，燃烧依然能够保持稳定，表明入炉煤量计算准确，入炉煤量数值修正算法准确、有效，较好地解决了双进双出磨煤机启、停过程中的燃烧波动问题。这次优化过程取得了较好的效果，保证了主蒸汽温度的平稳性，保证了机组负荷的稳定和快速响应，为机组的安全、稳定运行打下了良好的基础。

［1］朱北恒．火电厂热工自动化系统试验［M］．北京:中国电力出版社，2005．

［2］王付生．电厂热工自动控制与保护［M］．北京:中国电力出版社，2005．

［3］开平安．火电厂热工过程先进控制技术［M］．北京:中国电力出版社，2010．