田有龍，溫樹(shù)牛

（華能?chē)?guó)際電力股份有限公司上安電廠(chǎng)，石家莊 050310）

鍋爐主控與給水控制是火力發(fā)電廠(chǎng)的主要控制系統(tǒng)之一，其控制品質(zhì)的好壞直接關(guān)系到機(jī)組能否安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。華能?chē)?guó)際電力股份有限公司上安電廠(chǎng)（簡(jiǎn)稱(chēng)“華能上安電廠(chǎng)”）三期工程2臺(tái)600 MW超臨界空冷機(jī)組鍋爐選用超臨界直流鍋爐，采用6套雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)，分為3個(gè)燃燒層；每臺(tái)磨煤機(jī)配備2臺(tái)給煤機(jī)；給水系統(tǒng)采用2臺(tái)汽動(dòng)給水泵各帶50%額定負(fù)荷，1臺(tái)30%電泵為啟動(dòng)泵；設(shè)計(jì)煤種與校核煤種為陽(yáng)泉與西山地區(qū)混煤，設(shè)計(jì)熱值23×103kJ/kg；鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量2 090t/h，主蒸汽額定溫度為571℃，主蒸汽壓力25.33MPa，再熱蒸汽額定溫度為569℃，再熱蒸汽壓力4.42MPa；汽輪機(jī)為超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、直接空冷凝汽沖動(dòng)式汽輪機(jī)；DCS系統(tǒng)采用Symphony分散控制系統(tǒng)。

1 原控制方案

華能上安電廠(chǎng)600MW超臨界機(jī)組控制系統(tǒng)主要包括汽輪機(jī)主控（TM）、鍋爐主控（BM）、負(fù)荷指令設(shè)定、協(xié)調(diào)方式切換、快速減負(fù)荷（RB）、頻率校正等功能回路。機(jī)爐控制設(shè)計(jì)了4種運(yùn)行方式，根據(jù)鍋爐主控和汽輪機(jī)主控2個(gè)操作器的狀態(tài)組合，分別形成4種運(yùn)行方式：機(jī)爐協(xié)調(diào)方式（鍋爐主控自動(dòng)，汽輪機(jī)主控自動(dòng)）；汽輪機(jī)跟蹤方式（鍋爐主控手動(dòng)，汽輪機(jī)主控自動(dòng)）；鍋爐跟蹤方式（鍋爐主控自動(dòng)，汽輪機(jī)主控手動(dòng)）；機(jī)爐手動(dòng)方式（鍋爐主控手動(dòng)，汽輪機(jī)主控手動(dòng)）。按照設(shè)計(jì)，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)該運(yùn)行在機(jī)爐協(xié)調(diào)方式。

1.1 鍋爐主控指令的形成

機(jī)爐協(xié)調(diào)方式下鍋爐主控回路示意見(jiàn)圖1。

圖1 機(jī)爐協(xié)調(diào)方式下鍋爐主控回路示意

將機(jī)組目標(biāo)負(fù)荷ULD的比例FX加微分信號(hào)D作為鍋爐主控指令前饋（要求鍋爐燃料量），當(dāng)壓力設(shè)定值PTS改變時(shí)，通過(guò)微分環(huán)節(jié)D作為鍋爐主控指令前饋。機(jī)爐協(xié)調(diào)方式下的PI調(diào)節(jié)器將比例、積分功能分開(kāi)，比例增益和積分速度根據(jù)當(dāng)前機(jī)組負(fù)荷值的大小和主蒸汽壓力的偏差自動(dòng)改變。如果機(jī)組負(fù)荷偏差較大，相應(yīng)增加或減少鍋爐主控指令。PI調(diào)節(jié)器的輸出加上前饋信號(hào)，成為協(xié)調(diào)控制方式下鍋爐主控控制指令并行送給給水控制系統(tǒng)和燃料控制系統(tǒng)，即鍋爐指令直接送給水主控，而鍋爐指令送燃料主控，燃料指令乘風(fēng)燃比（經(jīng)過(guò)氧量校正）送風(fēng)量控制。汽輪機(jī)調(diào)門(mén)以控制負(fù)荷為主，用鍋爐燃燒率控制主蒸汽壓力，當(dāng)主蒸汽壓力偏差過(guò)大時(shí)，汽輪機(jī)側(cè)協(xié)助鍋爐調(diào)壓。

1.2 鍋爐給水指令的形成

a.引入鍋爐主控輸出作為前饋量，總?cè)剂狭客ㄟ^(guò)函數(shù)發(fā)生器f（x）折算出給水指令。當(dāng)功率指令變化時(shí)，燃煤轉(zhuǎn)化為熱量需要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間，同時(shí)給水量響應(yīng)也存在滯后性，為了避免由于兩者變化不同步所造成的輸出參數(shù)的波動(dòng)，在機(jī)組鍋爐主控指令后增加延遲環(huán)節(jié)以進(jìn)行調(diào)整，時(shí)間設(shè)定為8s，使燃料量與給水量保持同步。

b.采用分離器出口處蒸汽焓值作為給水控制對(duì)象的修正量。當(dāng)給水量或燃料量擾動(dòng)時(shí)，汽水行程中各點(diǎn)工質(zhì)焓值的動(dòng)態(tài)特性相似；在鍋爐的燃水比保持不變時(shí)，汽水行程中某點(diǎn)工質(zhì)的焓值保持不變，以此來(lái)校正燃水比。中間點(diǎn)焓值對(duì)燃水比擾動(dòng)的響應(yīng)較快且近似于一階慣性環(huán)節(jié)，響應(yīng)曲線(xiàn)是單調(diào)的。

c.通過(guò)汽水分離器出口溫度和主蒸汽壓力計(jì)算得出分離器出口焓值與負(fù)荷指令得出汽水分離器出口焓值的偏差然后進(jìn)行PID運(yùn)算，并引入一級(jí)減溫器前后溫差控制器對(duì)設(shè)計(jì)焓值進(jìn)行修正；負(fù)荷指令經(jīng)函數(shù)發(fā)生模塊，得到熱量總需求，對(duì)省煤器給水流量做出修正。

2 存在的問(wèn)題

目前，很多煤商為了追求經(jīng)濟(jì)利益，導(dǎo)致電廠(chǎng)發(fā)電用煤的煤質(zhì)變化很大，入爐煤質(zhì)與原設(shè)計(jì)值存在較大差距，煤質(zhì)來(lái)源不固定且熱值變化較大，原燃料量負(fù)荷比率已不能適合現(xiàn)工況，即燃料主控輸出100%時(shí)負(fù)荷只能達(dá)到額定負(fù)荷80%～90%，所以當(dāng)鍋爐主控到90%甚至80%時(shí)燃料主控輸出已到達(dá)100%產(chǎn)生飽和，這樣鍋爐主控繼續(xù)增長(zhǎng)而實(shí)際燃料量已不能增長(zhǎng)。而直流鍋爐由于沒(méi)有汽包，在熱態(tài)時(shí)需要維持一定的過(guò)熱度，這樣就存在過(guò)熱度與主蒸汽壓力相互耦合的問(wèn)題，具體體現(xiàn)在水與煤的相互耦合問(wèn)題。試驗(yàn)證明水與煤的耦合導(dǎo)致鍋爐汽壓響應(yīng)緩慢，主蒸汽壓差超標(biāo)，最終的表象為“機(jī)快爐慢”，整個(gè)機(jī)組既不能滿(mǎn)足電網(wǎng)負(fù)荷的控制精度要求，又不能保證機(jī)組鍋爐的安全性，危及到發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。

3 控制邏輯優(yōu)化措施及效果

3.1 優(yōu)化措施

a.鍋爐主控靜態(tài)前饋改進(jìn)。原來(lái)僅通過(guò)負(fù)荷指令，通過(guò)折線(xiàn)函數(shù)對(duì)應(yīng)一定的煤量而形成。這樣就只能與變負(fù)荷同步進(jìn)行鍋爐動(dòng)作，因而鍋爐總是慢汽輪機(jī)一步。為了達(dá)到在鍋爐側(cè)先動(dòng)作的目的，真正形成前饋，重新構(gòu)建鍋爐的靜態(tài)前饋，用目標(biāo)負(fù)荷通過(guò)對(duì)當(dāng)前變負(fù)荷速率，根據(jù)升降負(fù)荷不同的工況進(jìn)行放大處理，達(dá)到先于負(fù)荷動(dòng)作的目的，克服鍋爐的遲延與滯后。

b.鍋爐主控動(dòng)態(tài)前饋提速。采用負(fù)荷指令的微分與目標(biāo)負(fù)荷相關(guān)聯(lián)再經(jīng)過(guò)細(xì)化量化構(gòu)成負(fù)荷的動(dòng)態(tài)前饋，形成負(fù)荷動(dòng)態(tài)前饋。

c.鍋爐主控控制超調(diào)量。為控制鍋爐主控輸出增長(zhǎng)到飽和區(qū)域可增加鍋爐主控輸出上限自適應(yīng)邏輯，當(dāng)6臺(tái)磨煤機(jī)中只有4臺(tái)運(yùn)行時(shí)將鍋爐主控輸出上限定為80%，限制機(jī)組出力，煤質(zhì)不好時(shí)無(wú)法帶更高的負(fù)荷，如需提高負(fù)荷必須啟動(dòng)更多磨煤機(jī)組來(lái)解決。當(dāng)有5臺(tái)運(yùn)行時(shí)將鍋爐主控輸出上限定為90%，當(dāng)6臺(tái)全部運(yùn)行時(shí)將鍋爐主控輸出上限恢復(fù)為100%，這樣既可使燃料主控滿(mǎn)輸出，又可限制鍋爐主控輸出偏大使給水主控超調(diào)。

d.給水主站調(diào)節(jié)。由于水的控制方案采用的是鍋爐指令通過(guò)函數(shù)對(duì)應(yīng)水的指令，也就是說(shuō)水相對(duì)穩(wěn)定。一般來(lái)講“水調(diào)壓、煤調(diào)溫”，這就是說(shuō)溫度欠缺了主要還是由于煤的不足，所以要繼續(xù)調(diào)整煤的量。但是在極端的情況下單純的調(diào)節(jié)煤量不能快速有效地調(diào)整好變煤質(zhì)的問(wèn)題，為了在煤質(zhì)變化頻繁劇烈的情況下，保持過(guò)熱度的穩(wěn)定就要水煤同時(shí)聯(lián)調(diào)。在煤質(zhì)好的情況下，過(guò)熱度上升，加水減煤；在煤質(zhì)差的情況下，過(guò)熱度降低，這時(shí)就要減水加煤進(jìn)行調(diào)節(jié)。

e.水煤比調(diào)節(jié)。因?yàn)槊嘿|(zhì)變化，水煤聯(lián)調(diào)穩(wěn)定過(guò)熱度而導(dǎo)致主蒸汽壓力的變化，水煤比發(fā)生變化，對(duì)應(yīng)的鍋爐主控適時(shí)改變調(diào)整，這時(shí)鍋爐主蒸汽壓力調(diào)節(jié)器則調(diào)整修正主蒸汽的壓力調(diào)節(jié)品質(zhì)，鍋爐調(diào)節(jié)器以煤帶水的給水量維持給水流量的相對(duì)穩(wěn)定，主蒸汽壓力得以穩(wěn)定。另外給水作用快，而燃料從啟動(dòng)給煤機(jī)加煤到磨制出煤粉需要10min左右的時(shí)間，有可能將汽溫拉低。因此可將燃料先增加一段時(shí)間形成實(shí)際出力后再增加給水量可較好控制氣溫。給水主控的鍋爐主控前饋由一階慣性改為三階慣性使其與燃料的對(duì)應(yīng)關(guān)系由先陡后緩變?yōu)橄染徍蠖傅姆蔷€(xiàn)性特性，燃料先行投入一段時(shí)間給水再開(kāi)始增長(zhǎng)這樣和燃料量增加速度匹配減小給水?dāng)[動(dòng)幅度。用機(jī)組負(fù)荷（MW）乘以30t，得出該負(fù)荷所對(duì)應(yīng)的大致給水流量作為經(jīng)驗(yàn)值并增加一定范圍，如果超出此范圍則表示有可能超調(diào)，控制給水調(diào)節(jié)器輸出高低限以控制初期超調(diào)量。

3.2 優(yōu)化效果

邏輯修改前效果見(jiàn)圖2。

圖2 邏輯修改前效果

由圖2可以看出邏輯修改前當(dāng)機(jī)組負(fù)荷由565 MW降低到537MW，減少28MW時(shí)鍋爐主控輸出值由83%減少到81%，但過(guò)程波動(dòng)較大，給水流量由1 740t/h下降到1 604t/h，主蒸汽壓力由24.25MPa下降到23.31MPa，與設(shè)定點(diǎn)偏差最大為0.89MPa。邏輯修改后效果見(jiàn)圖3。

圖3 邏輯修改后效果

從圖3可以看出邏輯修改后當(dāng)機(jī)組負(fù)荷由415 MW降低到387MW，同樣減少28MW時(shí)鍋爐主控輸出值由59%減少到55%，過(guò)程波動(dòng)較小，給水流量由1 221t/h下降到1 066t/h，主蒸汽壓力由18.89MPa下降到17.51MPa，與設(shè)定點(diǎn)偏差最大為0.25MPa。

華能上安電廠(chǎng)三期2臺(tái)600MW超臨界空冷機(jī)組改進(jìn)控制邏輯后，鍋爐主控可適應(yīng)煤種變化帶來(lái)的干擾，降低了給水調(diào)節(jié)幅度，使汽壓汽溫穩(wěn)定性大大提高，升降負(fù)荷的變化率及系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)參數(shù)完全滿(mǎn)足機(jī)組的要求，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 建議

a.加入在線(xiàn)煤質(zhì)監(jiān)測(cè)，獲取大致煤質(zhì)變化情況，手動(dòng)或自動(dòng)投入BTU站以改變校正后燃料量，可使燃料主控與鍋爐主控按原設(shè)計(jì)值大致對(duì)應(yīng)。

b.在磨膛中可以存留一定的蓄粉，當(dāng)鍋爐開(kāi)始加負(fù)荷時(shí)，磨煤機(jī)熱風(fēng)調(diào)整門(mén)的前饋信號(hào)增大，開(kāi)啟熱風(fēng)調(diào)整門(mén)，吹出磨煤機(jī)內(nèi)剩粉，直接增大了進(jìn)入爐膛的煤粉量，可有效地降低制粉系統(tǒng)的制粉遲延。