自动控制系统优化

文/田文亮

1 概述

我厂为200MW燃煤发电机组该锅炉是无锡锅炉厂生产的超高压，中间再加热和自然循环固态炉渣煤粉锅炉，“π”型布置汽包锅炉。东方汽轮机厂汽轮机为单轴、三缸、双排、中间再热、间接空冷凝汽轮机。

火电机组的自动控制必须首先确定主汽压力曲线，实现滑压运行方式的情况下，解决好总风量与燃料量配比---控制氧量变化，减温水、给水与主汽流量配比---汽包水位稳定，磨煤机的风粉比---确保机组负荷响应速率，一次风与二次风的量值及刚度比---保证入炉煤的燃烧。只有在解决上述问题后，才能够实现机组升负荷、降负荷、不同变化率、不同负荷段、不同变化幅度等情况下机组的安全稳定经济运行。

2 当前存在的主要问题

经过运行情况及数据分析，1号机组协调及主要子控制系统存在以下主要问题：

（1）机组长期运行过程，自动投入率较低，目前仅给水控制处于自动运行状态，风烟系统、减温水控制系统、制粉及一次风系统、协调控制系统等都未投入自动。AGC的投入完全不具备条件。

（2）机组进行引风机增容，燃烧器改为低NOX燃烧器，部分热控设备（测点及执行机构）无法满足投入自动运行的条件；

（3）机组负荷调节快慢的主要应性因素在于入炉燃料量的快速变化，而磨煤机的冷、热风门均在手动运行状态。

（4）一次风机、送风机的控制均存在动叶及变频两种方式，对一拖二的控制系统，自动状态下不能采取一台变频、一台工频运行下的自动方式；

（5）锅炉的燃烧配风变化很大，必须对相应的运行方式进行调整，避免水冷壁及过热或再热的超温；

（6）脱硝控制中，氨气的消耗很大，影响经济性的同时对运行设备产生不利的影响。、

3 相应控制上需要优化的内容

针对机组运行状况及设备条件，采用如下思路进行机组整体控制的制优化：

3.1 风烟系统控制的优化

3.1.1 引风机控制的优化：

（1）风机静叶执行机构死区的检查（死区应小于2%）；

（2）送-引风机控制上的平衡前馈；工频与变频方式下的切换（变频指令与动叶开度）构造相应运行方式下的前馈。

增加炉膛负压偏高/低工况下的快速调节前馈，适应磨煤机启停、一次风机跳闸等工况：

炉膛压力Pa-1200-500 0 500 1200前馈量% -10 0 0 0 10

3.1.2 送风控制的优化（变频+动叶）

送风控制系统设计为风/煤配比氧量校正的串级控制结构，主回路为氧量控制，维持不同负荷状态下的氧量设定，其输出量用修正总风量设定，氧量调节器的输出时系数，用于保证合理的过量空气系数。

（1）总风量测量信号增加相应的惯性；总风量=一次热风+一次冷风+送风每个测量增加一个惯性；（防止个别测点信号抖动时，影响总风量测量信号波动）

（2）采用燃烧过程中“富风”控制策略，在实际燃料及设定燃料取大值后作为风量的设定值，保证在任何工况下的总风量设定值都不小于燃料量的需求。

（3）增加变负荷前馈风量逻辑；

（4）为保证锅炉的热效率，对总风量的设定增加氧量校正，总风量设定以炉主控输出（燃料指令）为基础，函数修正：

锅炉主控输出% 0.0 24.0 40.0 70风量设定 40.0 40.0 60.0 100

（5）氧量调节器的跟踪条件：氧量PID跟踪实际风量/理论风量，氧量调节器输出校正系数范围为：0.7～1.4。

3.1.3 一次风机控制优化（变频、导叶两套控制）

（1）一次风压设定逻辑的优化（采用燃料主控的输出作为一次风压的设定）。

（2）增加变负荷前馈对一次风压设定的修正函数。

负荷变化量MW-6.0 -0.5 0.0 0.5 6.0修正值Pa -0.4 0.0 0.0 0.0 0.4

3.2 增加机组的变负荷前馈控制逻辑

为实现协调方式投入后，机组负荷控制的稳定及负荷响应的速率，对不同负荷段、不同的负荷变化率、不同的负荷变化幅度、升/降负荷等工况的适应，增加变负荷的前馈，并带有自适应的“刹车”控制策略。（优化控制的核心，构造动态和稳态两个调节回路）

3.3 协调控制优化

3.3.1 锅炉主控

由于本厂锅炉为汽包炉所以锅炉主控的控制策略改为直接能量平衡（DEB）的控制策略，直接能量平衡的构造中，锅炉侧的能量回路需要引入汽包压力的微分，这样能够更好地控制入炉燃料的变化量，获得更好的控制效果。

（1）闭锁增减逻辑（主汽压力与设定值大于0.6MPa，闭锁增负荷。当主汽压力与压力设定值偏差量小于-0.6MPa时，闭锁减负荷），确保负荷指令变化较大情况下，能够将主蒸汽压力控制平稳。

（2）锅炉主控前馈：1.负荷设定对燃料量的前馈；2.主蒸汽压力设定值的微分变化前馈；3.变负荷前馈。

（3）当一次调频动作时，大幅度减弱锅炉主控控制的设定值与测量值。

3.3.2 汽机主控

（1）增加高负荷情况下的主汽压力超压控制逻辑。

（2）将原有拉回回路进行修正，既考虑AGC的考核指标，又要满足安全运行。

3.3.3 燃料主控

（1）变负荷前馈需要增加至燃料设定；

（2）增加煤质校正回路BTU控制，用于匹配入炉热量的可控并实现协调方式下对燃料量的手动干预，同时增加相应的操作接口。

3.3.3.1 磨煤机控制的优化

增加冷风控制的前馈（热风指令、燃料量指令）。

3.3.3.2 脱硝控制的优化

（1）采用串级控制策略，主回路PV为NOx，副回路PV为氨气流量。

（2）增加防积分饱和回路：

1.混合器入口调阀开度小于10%或者脱硝出口仪表处于吹扫、校准时，主回路输出下限值跟踪输出值。

2.混合器入口调阀开度大于90%或者脱硝出口仪表处于吹扫、校准时，主回路输出上限值跟踪输出值。

3.脱硝控制前馈：出口NOx与设定值的微分变化前馈；燃煤量及风量函数的前馈；变负荷前馈；入口NOx与设定值的微分变化前馈。

4 总结

机组协调控制系统的优化，保证机组的输出功率快速而平稳的适应电网负荷要求，同时保证机组运行参数在允许的范围内，尽可能的提高锅炉的燃烧率，实现汽轮机和锅炉之间的能量平衡，且协调控制优化后提高了关于《两个考核细则》中的AGC考核指标要求。