廣安電廠的燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)

1、廣安電廠的燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)               廣安電廠的燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)謝國(guó)松 （廣安發(fā)電有限責(zé)任公司，四川廣安638017）     摘要：對(duì)廣安發(fā)電廠2×300 MW機(jī)組在設(shè)計(jì)和精調(diào)后的兩種燃料控制系統(tǒng)進(jìn)行介紹、分析、比較，說明采用熱量信號(hào)作為燃料量控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)在中間儲(chǔ)倉(cāng)制粉系統(tǒng)的鍋爐燃料控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：燃料控制；熱量信號(hào)；給粉機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)；反饋；燃料調(diào)節(jié) 四川廣安電廠新建2×300 MW機(jī)組，鍋

2、爐是東方鍋爐廠的DG1025182型亞臨界、自然循環(huán)中間再熱汽包爐，制粉系統(tǒng)采用中儲(chǔ)式熱風(fēng)送粉系統(tǒng)，四角切園燃燒，燃燒器布置有五層煤粉、三層油，點(diǎn)火方式采用機(jī)械霧化二級(jí)點(diǎn)火。每爐配4個(gè)制粉單元，每爐配20臺(tái)變頻調(diào)速葉輪給粉機(jī)。2×300 MW機(jī)組的分散控制系統(tǒng)采用貝利公司的INFI90OPEN系統(tǒng)，系統(tǒng)的SCS（順序控制系統(tǒng)）、MCS（模擬量控制系統(tǒng)）主要由熱工研究院設(shè)計(jì)承擔(dān)。DCS的調(diào)試由熱工研究院完成。 1燃料控制系統(tǒng)11燃料控制系統(tǒng)的任務(wù)通過控制進(jìn)入鍋爐的燃料量（如：油、煤等）維持過熱器出口汽壓，以保證在不同負(fù)荷下鍋爐的安全運(yùn)行，汽壓變化時(shí)表示鍋爐的蒸汽產(chǎn)量和負(fù)荷的耗汽量不適應(yīng)

3、，這時(shí)必須相應(yīng)地改變?nèi)剂系墓?yīng)量，以改變鍋爐的產(chǎn)汽量，維持燃燒過程的能量平衡。12中儲(chǔ)式熱風(fēng)送粉鍋爐的特點(diǎn)和燃料量控制系統(tǒng)的燃料信號(hào)控制系統(tǒng)與燃燒過程是可以相互獨(dú)立運(yùn)行的，對(duì)于燃燒過程而言，可以迅速有效地改變進(jìn)入爐膛的燃料量，以適應(yīng)負(fù)荷的變化，這對(duì)于維持主汽壓力的穩(wěn)定是有利的。但對(duì)于燃料量的測(cè)量上是一個(gè)特殊的問題，要準(zhǔn)確測(cè)量進(jìn)入爐膛的瞬時(shí)煤粉量目前尚有難度。目前在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用的方法是兩種間接法：最常見的是采用給粉機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)代替給粉量的方法，因?yàn)樵谡＃ɡ硐耄┣闆r下，給粉機(jī)的出力與轉(zhuǎn)速成正比。給粉機(jī)轉(zhuǎn)速容易測(cè)量、反應(yīng)速度快，因此，采用給粉機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)代表給粉量是中儲(chǔ)式熱風(fēng)送粉鍋爐燃料控制系統(tǒng)常用

4、方法之一。另外一種是以熱量信號(hào)代表燃料量信號(hào)的燃料控制系統(tǒng)，熱量信號(hào)是由蒸汽流量信號(hào)和汽包壓力的微分信號(hào)組成，在蓄熱系統(tǒng)準(zhǔn)確求出后，它能較準(zhǔn)確代表進(jìn)入鍋爐的燃料量，并能克服給粉機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)代表給粉量的一些缺點(diǎn)。 2采用給粉機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)廣安電廠一期工程2×300 MW機(jī)組INFI90OPENDCS的模擬量控制系統(tǒng)（MCS），由熱工研究院負(fù)責(zé)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、應(yīng)用軟件組態(tài)并調(diào)試。而燃料控制系統(tǒng)為19種調(diào)節(jié)系統(tǒng)之一。1）實(shí)際總煤量（TOTALCOALFLOW）計(jì)算：根據(jù)給粉機(jī)的出力特性曲線，給粉機(jī)的出力與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，將這種關(guān)系用函數(shù)方式表達(dá)，通過測(cè)取每臺(tái)給粉機(jī)轉(zhuǎn)速，經(jīng)過函數(shù)發(fā)生器f

5、（x）轉(zhuǎn)換成實(shí)際煤量，同層四臺(tái)給粉機(jī)的實(shí)際煤量相加得到該層煤量，再A、B、C、D、E五層給粉機(jī)的煤量相加得出總的進(jìn)入爐膛的煤量。為了適應(yīng)不同的煤種，使燃料量反饋信號(hào)在不同煤種時(shí)能代表燃料發(fā)熱量，在組態(tài)時(shí)還設(shè)置了一手動(dòng)設(shè)定站（塊號(hào)：3678），作為熱量修正回路。運(yùn)行人員可根據(jù)當(dāng)前不同煤種設(shè)定不同發(fā)熱量，以修正煤量。功能塊3685是一個(gè)超前滯后濾波器，其作用是當(dāng)總煤量減少（或增加）時(shí)，延緩對(duì)給粉機(jī)指令減少（或增加）。2）給煤指令（COALDEMAND）的計(jì)算：鍋爐主站根據(jù)機(jī)組負(fù)荷給出鍋爐負(fù)荷控制指令（BOILERLOADDEMAND）考慮鍋爐的發(fā)熱量受鍋爐給水溫度的變化影響，因此對(duì)鍋爐負(fù)荷控制指令

6、進(jìn)行鍋爐給水溫度補(bǔ)償，得出燃料負(fù)荷指令。燃料量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值是由一個(gè)小值選擇器給出，小值選擇器的輸入信號(hào)為經(jīng)給水溫度補(bǔ)償后的負(fù)荷指令和總風(fēng)量信號(hào)，這是為了保證鍋爐燃燒的安全性，在機(jī)組加減負(fù)荷時(shí)有足夠的風(fēng)量，維持一定的過剩空氣系數(shù)。保證在動(dòng)態(tài)過程中燃料量始終相對(duì)小于總風(fēng)量。另外，進(jìn)入爐膛的燃料可能還有燃油和三次風(fēng)帶粉，所以，在計(jì)算時(shí)應(yīng)減去輔助燃料（即給煤指令總的燃料指令輔助燃料量），三次風(fēng)的煤量按風(fēng)量質(zhì)量的10計(jì)算。3）給煤指令與實(shí)際總煤量之差作為燃料調(diào)節(jié)輸入信號(hào)，進(jìn)入PID調(diào)節(jié)器（塊號(hào)：3665）經(jīng)過運(yùn)算后得出給粉機(jī)的控制指令。另外，在進(jìn)入PID調(diào)節(jié)器前有一個(gè)函數(shù)發(fā)生器f（x）（塊號(hào)：3677

7、），其作用是使給煤指令與實(shí)際總煤量之差變化微?。?303）時(shí)使PID調(diào)節(jié)器不參與調(diào)節(jié)作用，避免在給粉機(jī)頻繁動(dòng)作，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定和造成設(shè)備因動(dòng)作頻繁而損壞。4）另外給煤指令還應(yīng)用了前饋（塊號(hào)：3628）的方法來增強(qiáng)負(fù)荷變化時(shí)對(duì)燃料量的調(diào)節(jié)作用，以加快系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷的響應(yīng)速度。5）燃料控制主站說明（塊號(hào)：3670）：燃料主站切手動(dòng)的條件（塊號(hào)：3664的輸出）是：所有層給粉機(jī)都在手動(dòng)；鍋爐燃料主站輸出與鍋爐給煤指令偏差大于±50。在沒有強(qiáng)制手動(dòng)的條件下，燃料控制的投自動(dòng)是由運(yùn)行人員在操作員站調(diào)出手自動(dòng)站進(jìn)行切換。當(dāng)存在強(qiáng)制手動(dòng)的條件下，手自動(dòng)站自行切為手動(dòng)，PID輸出跟蹤燃料主站輸出，同時(shí)

8、鍋爐負(fù)荷主站也將切為手動(dòng)。另外，燃料控制中還存在超弛控制，超弛控制是不論控制方式是處于手動(dòng)或自動(dòng)都起作用的一種權(quán)限最高的控制手段，超弛控制在這里實(shí)際指跟蹤功能。當(dāng)存在下列條件時(shí)燃料控制站切跟蹤：所有層給粉機(jī)在手動(dòng)。當(dāng)燃料控制站切跟蹤時(shí)，它跟蹤的值為塊號(hào)3690輸出。即為各層給粉機(jī)指令之和除以運(yùn)行的給粉機(jī)層數(shù)。6）在PID調(diào)節(jié)器（塊號(hào)：3665）內(nèi)部進(jìn)行了輸出限制，低限為26，高限為58。這是由于給粉機(jī)的特性決定的：當(dāng)給粉機(jī)指令在26以下時(shí)，轉(zhuǎn)速控制困難和給粉機(jī)的出力不線性，同時(shí)，給粉機(jī)易卡澀，因此，PID調(diào)節(jié)器輸出加低限（使其輸出始終26）；當(dāng)給粉機(jī)指令超過58以上時(shí)，同樣轉(zhuǎn)速控制困難和給粉機(jī)

9、的出力不線性。在PID調(diào)節(jié)器（塊號(hào)：3665）輸出超過規(guī)定范圍時(shí)，必須啟停給粉機(jī)來重新分配給粉機(jī)出力。7）燃料調(diào)節(jié)器的修正：燃料調(diào)節(jié)器控制的是投自動(dòng)狀態(tài)的給粉機(jī)，因此，燃料調(diào)節(jié)器增益必須根據(jù)投入自動(dòng)的給粉機(jī)層數(shù)而變化，組態(tài)圖中塊號(hào)2968是一個(gè)自適應(yīng)塊，它的輸出隨著投入自動(dòng)的給粉機(jī)層數(shù)變化，并對(duì)PID調(diào)節(jié)器（塊號(hào)：3677）的S11（增益參數(shù)）進(jìn)行修正。且自適應(yīng)塊的值由一個(gè)函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生。其輸入輸出關(guān)系如表1。分析此系統(tǒng)：用給粉機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量信號(hào)作為燃料量控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)，其優(yōu)點(diǎn)是直觀、靈敏，不需特別的試驗(yàn)即可使用適于新機(jī)投產(chǎn)初期，但用給粉機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量信號(hào)有不能克服內(nèi)部擾動(dòng)的本質(zhì)缺點(diǎn)：不能反映煤質(zhì)

10、的變化。當(dāng)燃煤發(fā)熱值發(fā)生變化時(shí)，不能快速校正控制指令，會(huì)引起主汽壓力波動(dòng)；如給粉機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量信號(hào)不準(zhǔn)不穩(wěn)，會(huì)造成附加擾動(dòng)，引起主汽壓力波動(dòng)。從廣安發(fā)電廠試生產(chǎn)的情況來看：用給粉機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量信號(hào)作為燃料量控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)是不能滿足機(jī)組實(shí)際情況和運(yùn)行的需要，主要原因和表現(xiàn)：廣安地區(qū)的煤源多，電廠的煤40為汽車運(yùn)輸，煤的發(fā)熱量變化無規(guī)律，按設(shè)計(jì)要求運(yùn)行人員應(yīng)根據(jù)不同煤質(zhì)的不同發(fā)熱量，在OIS上設(shè)定發(fā)熱量值，這不僅增加了煤的化驗(yàn)工作量和運(yùn)行人員的操作，而且也給系統(tǒng)帶來擾動(dòng)，顯然是不合乎實(shí)際。給粉機(jī)為國(guó)產(chǎn)設(shè)備，加之其運(yùn)行環(huán)境差其性能很難保證。給粉機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量一般有兩種：用接近式探頭測(cè)量和直接采用變頻器的輸出

11、作為給粉機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，這兩種方式得到的信號(hào)受設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境和設(shè)備本身的性能的影響，因此，給粉機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量的波動(dòng)也給系統(tǒng)帶來擾動(dòng)。再有，粉倉(cāng)的粉位高低也影響給粉機(jī)的給粉量（煤的自流）。給粉機(jī)的轉(zhuǎn)速是不能真實(shí)反映進(jìn)入鍋爐的燃料量。故用給粉機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量信號(hào)作為燃料量控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)受到設(shè)備性能和運(yùn)行環(huán)境的限制，很難滿足機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要。從半年的運(yùn)行情況看，此系統(tǒng)給機(jī)組的安全運(yùn)行帶來了嚴(yán)重的影響，同時(shí)，該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)較差，系統(tǒng)的自動(dòng)投入率極低，給運(yùn)行人員造成很多的操作，不能滿足機(jī)組安全運(yùn)行的需要。與熱工研究院的專家討論決定：對(duì)廣安發(fā)電廠的燃料量控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，采用熱量信號(hào)作為燃料量控制系統(tǒng)的反

12、饋信號(hào)。同時(shí)指定了詳細(xì)的實(shí)施和試驗(yàn)方案。 3用熱量信號(hào)作為燃料量控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)31采用熱量信號(hào)代替給粉機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)原理通過機(jī)組運(yùn)行過程主汽流量和壓力的變化特性，模擬鍋爐爐膛發(fā)熱量，作為燃料量控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)。使用熱量信號(hào)需通過試驗(yàn)求取鍋爐的蓄熱系數(shù)，并在實(shí)踐中調(diào)整相關(guān)系數(shù)，使較好地滿足熱量信號(hào)的設(shè)計(jì)原則：只反映鍋爐側(cè)燃料量的變化，而汽機(jī)側(cè)負(fù)荷變化時(shí)保持不變。32改造后的燃料量控制系統(tǒng)前面已經(jīng)介紹了對(duì)系統(tǒng)改造的原因。圖1為系統(tǒng)改造后的SAMA圖。該系統(tǒng)與前面的系統(tǒng)在主回路上是一樣的，主要區(qū)別在主調(diào)節(jié)器APID（156）的S2，即將原控制系統(tǒng)中的給粉機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量信號(hào)作為燃料量控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)改

13、為：熱量信號(hào)作為燃料量控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)。另外，在反饋信號(hào)的求取上不同。     從修改后的狀態(tài)圖可以看出1）采用給粉機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量信號(hào)和熱量信號(hào)的燃料控制系統(tǒng)的主回路是一樣的。采用了一個(gè)選擇功能塊（塊號(hào)：3701），它利用了一個(gè)ONOFF塊實(shí)現(xiàn)。這樣可以使燃料量控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)在給粉機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量信號(hào)和熱量信號(hào)之間進(jìn)行切換。2）給煤指令（COALDEMAND）也有一些變化，因?yàn)椴捎媒o粉機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)代表煤量時(shí)，給煤指令為總?cè)剂现噶顪p去輔助燃料指令，而采用熱量信號(hào)的燃料控制系統(tǒng)，熱量信號(hào)不只代表煤量，而是代表總的燃料量，給煤指令不用再總?cè)剂现噶顪p去輔助燃料指令。 

14、   3）調(diào)節(jié)器的參數(shù)需重新整定。4）熱量信號(hào)的組成：由汽壓生產(chǎn)過程已知道：爐內(nèi)受熱面單位內(nèi)的吸熱量以蒸汽流量表示時(shí)，其熱平衡方式為：BQSFCb（dPdt）式中BQ為熱量信號(hào)；    SF為主汽流量；Cb為鍋爐的蓄熱系數(shù)，它由試驗(yàn)的方法求取，在下面的章節(jié)介紹；    P為汽包壓力。BQ與燃料量間比例關(guān)系，時(shí)間上存在一個(gè)遲延。主汽流量（MAINSTEAMFLOW）為汽輪機(jī)第一級(jí)壓力經(jīng)過計(jì)算得出，并經(jīng)過函數(shù)發(fā)生器轉(zhuǎn)換成百分?jǐn)?shù)：Cb在PID調(diào)節(jié)器（塊號(hào)：3693）中給出，塊3693是一個(gè)典型的微分調(diào)節(jié)器，汽包壓力經(jīng)過該

15、微分器后形成汽包壓力的微分及Cb（dPdt）；主汽流量與汽包壓力的微分相加（塊號(hào)：3702）即得BQ（熱量信號(hào)）。熱量信號(hào)作為燃料量控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)有如下優(yōu)點(diǎn)：1）發(fā)熱量（BTU）校正回路取消，運(yùn)行人員不用根據(jù)不同煤質(zhì)的不同發(fā)熱量，在OIS上設(shè)定發(fā)熱量值。減少了運(yùn)行人員的部分操作；同時(shí)能消除了發(fā)熱量（BTU）校正時(shí)給系統(tǒng)帶來的擾動(dòng)。2）克服了由于給粉機(jī)及轉(zhuǎn)速測(cè)量的誤差給系統(tǒng)帶來的影響。3）當(dāng)燃料發(fā)生自發(fā)性擾動(dòng)時(shí)，由于熱量信號(hào)能及時(shí)反映燃料的自發(fā)性擾動(dòng)，并很快地消除擾動(dòng)，基本上不會(huì)因燃料的自發(fā)性擾動(dòng)造成主汽壓力的波動(dòng)。提高主汽壓力的品質(zhì)，提高機(jī)組適應(yīng)負(fù)荷變化的能力。33鍋爐的蓄熱系數(shù)Cb的求取

16、方法為了組成熱量信號(hào)，必須求出鍋爐的蓄熱系數(shù)Cb，通常用試驗(yàn)的方法求取。當(dāng)鍋爐的燃燒率不變而負(fù)荷變動(dòng)或汽輪機(jī)調(diào)節(jié)門開度變動(dòng)時(shí)，雖然主汽流量D和汽包壓力P都在變化，但熱量信號(hào)Dq不應(yīng)改變。用方程式表示為：    DCb（dPdt）Dq此時(shí)Dq0    零時(shí)刻是測(cè)量D及P的初始時(shí)刻。因此：式中的P（t0）P（t1）為從零時(shí)刻到t1時(shí)刻汽包壓力P的變化：MPa    為零時(shí)刻到t1時(shí)刻主汽流量變化的累計(jì)值，也就是由于汽包壓力變化了P（t0）P（t1）而釋放（或吸收）的蒸汽量：kg根據(jù)上面的公式用試驗(yàn)的方法來求取

17、Cb。保持鍋爐的燃料率不變，汽輪機(jī)負(fù)荷或汽輪機(jī)調(diào)門開度階躍擾動(dòng)，同時(shí)記錄主汽流量和汽包壓力的變化曲線，如圖2所示。    從D-t圖上量取面積A，。從P-t圖上可以得到P。將A和P代入公式即可計(jì)算出鍋爐的蓄熱系數(shù)。CbAP?？梢钥闯觯哄仩t的蓄熱系數(shù)Cb表示汽包壓力每降低1 MPa時(shí)鍋爐所釋放出來的蒸汽量。34廣安發(fā)電廠31號(hào)鍋爐熱量信號(hào)試驗(yàn)測(cè)取大綱341目的和意義用熱量信號(hào)代表燃料量，與原設(shè)計(jì)用給粉機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)相比，可較好地及時(shí)反映燃料系統(tǒng)的內(nèi)部擾動(dòng)，有利于穩(wěn)定鍋爐燃燒和主汽壓力。342步驟1）機(jī)組負(fù)荷約200250 MW穩(wěn)定運(yùn)行，燃燒系統(tǒng)無檢修工作。2）將31號(hào)機(jī)

18、組鍋爐主控和燃料主控切為手動(dòng)，且不進(jìn)行系統(tǒng)的任何操作即：給粉機(jī)不切換；制粉系統(tǒng)不切換；給粉機(jī)轉(zhuǎn)速不調(diào)整。3）汽機(jī)主控手動(dòng)，DEH處于功率反饋運(yùn)行方式。令31號(hào)機(jī)組功率定值增加20 MW，按變化率9 MWmin升負(fù)荷；同時(shí)將32號(hào)機(jī)組負(fù)荷以變化率9 MWmin減少20 MW，保證上網(wǎng)負(fù)荷不變。自動(dòng)記錄31號(hào)爐主汽壓力、汽包壓力等參數(shù)的下降情況。4）當(dāng)主汽壓力下降07 MPa時(shí)，試驗(yàn)結(jié)束，恢復(fù)31、32號(hào)機(jī)組負(fù)荷，并手動(dòng)調(diào)整，穩(wěn)定鍋爐燃燒。5）如試驗(yàn)期間燃料量有較大的擾動(dòng)，則應(yīng)按3）、4）兩點(diǎn)重復(fù)試驗(yàn)。343參數(shù)記錄試驗(yàn)時(shí)用工程師站趨勢(shì)曲線自動(dòng)記錄參數(shù)，包括：主汽流量、主汽壓力、汽包壓力、總?cè)剂狭俊崃啃盘?hào)的初設(shè)值。344注意事項(xiàng)    1）試驗(yàn)期間煤質(zhì)盡量不變；    2）注意監(jiān)視主汽壓力和汽包水位的變化；    3）如有異常情況，停止試驗(yàn)，恢復(fù)正常運(yùn)行；4）整個(gè)試驗(yàn)操作由值長(zhǎng)協(xié)調(diào)指揮。35采用熱量信號(hào)作為燃料量控