火电厂分磨掺烧热值校正控制策略研究

2020-02-20程功

机电信息 2020年35期

程功

（国网福建省电力有限公司电力科学研究院，福建福州350007）

0 引言

近年来，火力发电厂为了控制燃煤成本，保障燃煤稳定供应，大量掺烧非设计煤种。直吹式制粉锅炉常见的配煤掺烧主要有“炉前掺混，炉内混烧”“不同煤种间隔燃烧”“分磨磨制，炉内分烧”等。“炉前掺混，炉内混烧”和“不同煤种间隔燃烧”两种方式更适合特性相近的煤种，对于煤质偏差较大的煤种，采用上述两种方法可能会出现煤质波动大、煤粉颗粒度不均、燃烧不稳、易结焦等问题。而“分磨磨制，炉内分烧”的掺烧方法，可在不同磨煤机磨制不同种类的原煤，针对不同煤种应用不同温度区域燃烧配风，同时还可简化混煤步骤。因此，“分磨磨制，炉内分烧”的掺烧方式具备更广泛的适用性，但是也对控制策略提出了新的要求。

1 传统热值校正控制回路及其存在的问题

1.1 传统热值校正控制回路

超临界直流锅炉通过控制给水量、燃料量来维持锅炉汽机间的质量和能量平衡，通过燃料量、送风量控制锅炉燃烧，因此需要同时平衡给水量、燃料量、送风量来保障机组的负荷、气温、气压稳定。而机组控制系统中的水、煤、风的基准关系通常都是由设计煤种所确定。当入炉煤与设计煤种偏差较大时，控制系统需要通过中间点温度修正、氧量修正不断进行调整，使水、煤、风达到新的平衡，系统扰动大，稳定时间长。因此，需要热值校正（BTU）回路及时修正入炉煤的热值，使修正后的煤量满足系统稳定运行所要求的水煤比、风煤比。

热值校正是指当煤的热值偏离设计热值后，将实测煤量修正至对应设计热值的修正煤量的一种控制方法。通常以机组负荷或主蒸汽流量作为燃煤能量输出的表征信号，通过表征信号理论值和实际值的偏差产生热值修正系数，机组实际煤量通过热值修正系数生成校正后煤量，由校正后煤量作用于燃料主控等控制回路，进而通过间接作用改变实际燃料量。

1.2 传统热值校正存在的问题

传统热值校正仅设置一个总热值修正系数。由于火电机组燃煤锅炉控制对象具有大惯性、大迟延的特性，BTU回路的控制参数较弱，计算速度较慢，变负荷过程中也不进行热值校正计算。在入炉煤平均热值波动不大的情况下，即使用单一煤种或使用“炉前掺混”方法时，尚能满足控制要求。但使用“分磨磨制”掺烧方法时，不同煤种差异较大，且在部分磨煤机人为设置增减煤量或启停磨煤机时，当前的入炉煤平均热值会随机发生变化，热值校正系统需要很长时间才能使修正系数与实际工况相匹配，需要运行人员频繁手动干预，加上混煤情况复杂，往往容易发生预估热值不准的情况，在变负荷尤其是低负荷过程中，容易导致燃烧扰动、调节失稳，甚至威胁机组安全运行。

2 控制策略优化

2.1 热值校正分层控制优化

将热值校正BTU功能分层级，分为单台磨煤机控制及燃料主控两个层级。每台磨煤机均增加独立的热值信号，通过与设计煤种热值进行比较，将各台给煤机的实时煤量直接折算为设计煤种的煤量。在单台磨煤机煤量发生变化时可以更直接、更快速地反映实际燃煤的总能量的变化。燃料主控部分将各台磨煤机折算后的煤量相加，再通过传统热值校正回路对总校正煤量进行二次校正，进一步提高、协调、控制煤种品质。火电厂利用“分磨初设+自动细调”的控制模式，热值校正回路响应更快，可减少燃料主控部分的热值校正自动控制回路的工作压力。

热值校正采用分层控制后，燃料主控回路所计算的校正值无法真实反映入炉煤的热值状态，为了方便运行人员了解锅炉实际运行情况，需增加实际入炉煤平均热值计算回路。通过累加所有磨煤机瞬时煤量与热量的乘积以代表当前入炉总热量，再除以实际总煤量，即得到当前入炉煤的实际平均热值。

2.2 变负荷过程燃料量控制优化

传统协调控制在变负荷阶段，会根据煤、水、风在增减负荷过程中的不同特性，按不同的变负荷率，分别对燃料量、给水量、送风量设置微分前馈，以提高机组变负荷速度。通过不同磨煤机对应的不同热值，控制系统可以更加合理地分配机组变负荷时各台磨煤机的燃料量。在增减负荷阶段，燃料量的微分前馈优先调整热值高于平均热值的磨煤机，低热值磨煤机减小煤量前馈作用。进一步设置热值曲线，当部分磨煤机热值低于限值，在一定负荷范围内保持煤量不变，既可以保证锅炉燃烧和制粉系统的稳定运行，又可以提高机组变负荷能力。

2.3 二次风量控制优化

根据“分磨磨制，炉内分烧”的原则，可以根据不同煤种针对进行燃烧调整试验，并将燃烧优化的结果在机组控制系统中实施，控制系统根据本台磨煤机的热值数据信息，可以逐层优化各煤层小风门等的风量控制，实现不同煤层在燃烧不同煤种下的二次风的精确控制，有利于提高锅炉效率，降低NOx排放，减少锅炉结焦现象。

2.4 RB回路优化

在传统控制回路中，当辅机RB发生后，机组以50%额定负荷作为目标进行控制，RB逻辑按一定顺序跳闸对应的磨煤机，给水量、给煤量、送风量均按照一定速率降至50%负荷对应关系值，这一过程区间的中间点温度控制、氧量控制、热值修正等自动修正回路均不起作用，由于RB后所保留的各台磨煤机煤种热值不同，所对应的燃煤带载能力可能无法与对应的给水量相匹配，进而造成煤水比失调，影响机组的安全运行。所以RB逻辑回路应根据保留的磨煤机对应热值进行修正，将校正后的煤量根据设计煤-负荷曲线重新计算出对应的燃料负荷带载能力。当带载能力超过50%额定负荷时，RB目标值可保持不变，当带载能力不足50%额定负荷时，机组RB目标负荷以实际带载能力为目标负荷。

一次风机RB动作时，由于低热值煤在同样负荷下所需煤量更多，所需一次风也较多，更容易导致一次风压低引起的MFT。因此，一次风机RB回路可按煤层分布设置多个跳闸磨组，当一次风机RB发生后，优先考虑跳闸热值水平较低的跳闸磨组，以保证一次风机RB过程的安全性。

2.5 热值信号输入

本台磨煤机所用煤的热值，可由运行人员根据煤质报告，在集控操作员站手动设置，也可通过煤场分区取料，由DCS系统判断该台磨煤机对应煤仓所用煤，自动输入热值信号。当煤种变化时，热值输入随之变化，磨煤机存在“不同煤种间隔燃烧”及“煤仓内掺混”的情况，为保证煤种切换过程给煤量变化尽量平稳，需在逻辑上增加煤种切换功能。当单台磨煤机煤种输入热值改变后，开始对给煤量进行积分计算，将累积值与煤仓容量之比作为切换系数，将更换后煤种热值与原仓内煤种热值加权计算得到混合煤热值，混合煤热值作为该台磨煤机输出热值参与控制计算，随着切换后给煤机累计煤量不断增加，最终达到混合煤热值与更换煤种后的热值一致时，本台给煤量累计值清零，切换系数置初始值。