一次风压控制锅炉负荷的火电机组协调控制优化

邹祥君，张再明

（华能湖南岳阳发电有限责任公司，湖南岳阳414002)

一次风压控制锅炉负荷的火电机组协调控制优化

邹祥君，张再明

（华能湖南岳阳发电有限责任公司，湖南岳阳414002)

传统火电机组直吹式制粉系统磨煤机入口容量风门进出口处节流损失大，燃料量的响应延迟问题突出，造成一次风机能耗高和负荷调节滞后或是超调，负荷响应速率不能满足AGC要求。为解决这些问题，本文提出基于保持磨煤机入口容量风门风挡板全开的协调控制的新方式。该控制方式不但具有明显的节能效果，而且提高了系统调节品质和锅炉对负荷的响应速率。

一次风压；直吹式制粉系统；协调控制；节流损失；优化

在国家建设资源节约型和环境友好型社会的要求下，节能环保已成为当前火电企业的重点工作。同时，电网对供电侧的要求越来越高，电能的考核细则更加严格，因此实现常规火电机组的高效节能和对电网快速反应是火电厂的重点工作方向。某电厂积极响应国家节能减排要求，开展了一系列的提质改造工作，通过采用一次风压控制锅炉负荷模式的火电机组协调控制系统逻辑优化项目，实现了全部机组一次风机节能运行及燃料量的快速响应，取得了良好的效果。

1 系统简介

该电厂是总装机容量为2 525 MW的火力发电厂，分三期建设。一期工程为2×362.5 MW亚临界机组，二期工程为2×300 MW英国成套引进亚临界机组，三期工程2×600 MW国产超超临界机组，一、二期工程为汽包炉，三期工程为直流炉。6台机组均采用直吹式双进双出钢球磨制粉系统，其协调控制策略为同一框架。

原系统设计都是采用由负荷指令进行计算生成锅炉主控BID，在由该指令生成燃料量指令至磨主控去控制每台磨煤机的出力，以达到燃料量响应锅炉负荷需求。磨煤机出力主要是靠调节磨煤机入口DE/NDE端容量风门开度，即调节进入磨煤机的一次风量来达到调节送入炉膛的煤粉量实现的〔1〕。磨煤机入口容量风门的开度一般在50%～70%左右，低负荷期间甚至达到30%。一次风的控制主要是维持一次风母管压力(一、二期机组采用风机变频控制，三期采用动叶调节)。

2 存在的问题

1)直吹式制粉系统瞬时燃料量计算困难。

众所周知，中速磨煤量计算比较容易，即使有煤质的变化，也可以通过煤质修正后给出总燃料量，然后按照煤水比后进行控制给水量，这样能较好地控制分离器出口的过热度，实现蒸汽温度的初级调节。而双进双出钢球磨煤机直吹式制粉系统很难计算出瞬时总煤量，只能通过一次风流量(磨煤机一次风门的开度)进行瞬时煤量折算。即使相同的一次风流量也可能因为煤位的不同、启停磨煤机等原因造成折算煤量实际偏差很大，说明用容量风门折算出瞬时燃料量不适合于钢球磨煤机的特性，除了造成给水计量不准确外，还给运行人员启动磨煤机操作造成困难。

2)制粉系统燃料量的响应延迟问题突出，负荷响应速率不能满足AGC要求。

由于汽机侧负荷响应快，锅炉的热惯性大〔2〕，制粉系统燃料量的响应延迟问题比较突出。同时，由于水煤比交叉限制又造成给水控制不佳、负荷响应速率不能满足AGC要求。

3)一次风机能耗高。

磨煤机出力控制是通过调节磨煤机入口容量风门开度实现的，其进出口之间存在较大的节流损失，挡板前后差压最高可达到5 kPa，一次风机存在极大的电能浪费。特别是已进行变频改造的一次风机，完全没有实现变频节能的效果。

4)磨煤机入口容量风门故障率高，严重影响锅炉负荷自动控制。

由于磨煤机入口容量风门工作环境温度高、变化大等原因，容量风门挡板易发生卡涩而无法动作，严重影响磨煤机出力和锅炉负荷自动控制。

3 优化控制策略

将磨煤机出力控制由容量风门开度控制改为一次风母管压力控制，即运行中保持磨煤机容量风门处于全开方式，磨煤机出力由调节一次风母管压力实现。同时，解决水煤比交叉限制，提高给水控制品质，达到缩短燃料量响应的大延迟环节，提高机组负荷响应速率，减少磨煤机容量风门的节流损失，降低一次风机能耗的目的。涉及的控制回路主要包括锅炉主控、煤主控、一次风压力控制、给水控制等控制系统。

4 主要优化内容

1)锅炉主控。

原协调控制中的锅炉主控通过负荷和主蒸汽压力偏差计算总燃料量指令，主要通过调节磨煤机入口容量风门挡板开度，控制进入磨煤机的一次风量，调节磨煤机出力，实现锅炉负荷调节〔3〕；同时作为煤水比例交叉限制，控制给水流量。要实现磨煤机入口挡板保持全开的运行方式，调节磨煤机出力只能靠改变一次风压力。因此，优化方案锅炉主控由负荷指令直接计算一次风母管压力。主汽压力控制通过滑压曲线与实际压力求偏差经PID运算后作为一次风压的补偿调节量，共同控制炉侧的热负荷，以满足机组负荷要求及主汽压力的参数稳定。同时，取消煤水之间的交叉限制，将给水和总燃料量进行解耦控制，较好地解决了煤量计算不准确对给水和主蒸汽温度造成的影响。

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2)磨煤机出力控制。

磨煤机出力控制通过调节磨煤机入口容量风门挡板开度，控制进入磨煤机的一次风量，改为保持全开磨煤机入口容量风门挡板，通过调节一次风压直接控制一次风量〔4〕。因此，取消了入口容量风门挡板控制器自动，在磨煤机正常运行时，保持全开状态，特殊情况时，运行人员可以手动操作。

燃料量控制，采用调节给煤机转速，维持磨煤机大罐粉位在一个手动设定值的控制方式。

由于始终控制磨煤机大罐粉位保持在一个手动设定位置，因此，有效防止了空磨和堵磨现象发生。同时，磨煤机大罐粉位相对稳定，只要控制进入磨的一次风量，就能较好地控制磨煤机出力。

3)一次风控制。

原一次风系统控制主要根据锅炉主控指令维持母管压力。改造后，一次风压力已变为锅炉负荷调节的主要参数，因此一次风母管压力值根据锅炉主控自动计算和调节。实际应用中加入了负荷和燃料主控微分的前馈控制。

给水控制优化分进行了煤和水的解耦控制，有干态和湿态两种控制方式。干态方式(温度调节模式):当干态时是根据水、蒸汽需求(根据负荷指令计算需求蒸汽)、分离器出口温度进行三冲量控制。其中主调是分离器出口温度(过热度)，副调节器是水、蒸汽需求量。湿态方式(压力调节模式):湿态方式也就是压力调节模式，因为在湿态情况下水和蒸汽量之间是不平衡的，此时的控制类似汽包炉的水位控制模式〔5〕，给水泵此时投入自动时则自动确保母管压力定压运行，压力设置为15 MPa。

通过干湿态之间的无扰切换，既进行了煤水的解耦控制，又能确保给水安全。

5)其他控制系统。

由于锅炉主控输出对象变化了，锅炉侧主要的模拟量调节系统，如给煤机的粉位控制系统、送风的氧量控制以及蒸汽温度控制等均采用了锅炉主控前馈PID的控制方式。

5 优化后整体效果

1)节能效果明显。

控制方式优化后，一次母管风压在6～13 kPa之间调节，磨煤机入口容量风差压降低到1 kPa以下，一次风机变频电流下降20 A左右，可降低厂用电率近0.1%，节能效果极为明显。

2)提高了自动调节品质和负荷响应能力。

由于保持磨煤机入口容量风挡板全开的运行方式，整个系统由负荷指令直接作用一次风的控制，仅调节一次风机马达频率或是风机动叶开度，即可消除磨煤机入口容量风门的非线性调节和挡板执行器的动作迟滞对系统的影响，极大地提升了系统响应速度。同时减少了系统的交叉计算环节，系统的调节品质和锅炉负荷响应能力明显提高，趋势图如图1—2所示，各项指标均达到或优于考核标准，具体参数见表1。

图1 600 MW机组协调逻辑修改后升负荷曲线

图2 600 MW机组协调逻辑修改后减负荷曲线

表1 机组动态扰动试验参数记录表

3)消除了磨煤机入口容量风门故障造成的影响。

由于保持磨煤机入口容量风门挡板全开的运行方式，机组正常运行中容量风门无需调节，消除了磨煤机入口容量风挡板门卡涩等故障对系统调节造成的影响，极大提高了自动调节系统可靠性。

6 总结

一次风机压控制锅炉负荷的火电机组协调控制方式在该电厂6台不同炉型的机组都得到很好应用。实际运行证明，这种协调控制方式节能效果明显，系统调节品质及主汽压力的跟踪速度和锅炉对负荷的响应速率明显得到提高。一次风机压控制锅炉负荷的火电机组协调控制方式优化不需要改变任何工艺系统，无硬件改造费用，国内的火电机组中，有很大部分采用直吹式双进双出钢球磨制粉系统，因此此控制方式供同类型机组调节参考。

〔1〕肖大雏.超超临界机组控制设备及系统 〔M〕.北京:化学工业出版社，2008.

〔2〕湖南省电力试验研究所.热工自动调节系统调节品质试验作业指导书 〔R〕.2002.

〔3〕陈花桂.正压直吹式制粉系统优化调整试验分析 〔J〕.江苏电机工程，2004，23(6):51-53.

〔4〕国家能源局.火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程:DL/ T657—2015〔S〕.北京:中国电力出版社，2016.

〔5〕施永红.600 MW机组协调控制系统投入技术难点及处理措施〔J〕.东北电力技术，2007，28(9):48-50.

Optimization of Coordinated Control for Thermal Power Unit with Primary Air Pressure Control Boiler Load

ZOU Xiangjun，ZHANG Zaiming
(Huaneng Hunan Yueyang Power Plant Co.，Ltd.，Yueyang 414002，China)

There are some prominent problems like mill entrance door capacity inlet and outlet throttling loss and the amount of fuel，in direct fired pulverizing system of traditional thermal power unit，it may cause the high energy consumption of primary fan and the lag or overshoot of load.The load response speed can not meet the requirements of AGC.In order to solve these problems，this paper introduces a new control mode of primary air pressure.This method not only has obvious energy saving effect，but also improves the quality of the system and the response rate of the boiler to the load.It can be used in all direct fired pulverizing system and it has broad application potential.

primary air pressure；direct-fired pulverized system；coordinated control；throttling loss；optimization

TK229.6

B

1008-0198(2017)04-0015-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.04.005

2016-12-26 改回日期:2017-02-10