中速磨煤機入口一次風(fēng)量控制邏輯優(yōu)化

陳方前

(淮滬煤電田集發(fā)電廠，安徽 淮南 232098)

1 系統(tǒng)簡介

某發(fā)電廠2臺600 MW超臨界燃煤機組于2007年7月、10月相繼投產(chǎn)，鍋爐為上海鍋爐廠有限公司引進美國ALSTOM技術(shù)生產(chǎn)的單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒、超臨界螺旋管圈直流爐，型號為SG-1913/25.42-M967。給煤機為上海重型機器廠生產(chǎn)的CS2024型電子稱重式，磨煤機為上海重型機器廠生產(chǎn)的HP-1003型磨煤機，每臺鍋爐裝設(shè)6套制粉系統(tǒng)。

2 存在的問題

制粉系統(tǒng)是否安全可靠，將直接制約著整臺機組的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。正壓直吹式制粉系統(tǒng)具有啟動迅速、調(diào)節(jié)靈活、制粉單耗低等優(yōu)點，該系統(tǒng)磨煤機的運行出力調(diào)節(jié)嚴格按照一定的風(fēng)煤比控制，對一次風(fēng)量測量的準確性有嚴格要求。當入口風(fēng)量的測量產(chǎn)生較大的偏差時，常常導(dǎo)致風(fēng)量及燃料量控制、鍋爐負荷協(xié)調(diào)等自動方式無法正常投入，更會造成鍋爐燃燒工況的不穩(wěn)定。

在磨煤機出力發(fā)生變化時，該廠2臺機組的磨煤機入口一次風(fēng)量測量裝置經(jīng)常出現(xiàn)測量風(fēng)量與磨煤機風(fēng)門調(diào)節(jié)擋板變化相反的情況，導(dǎo)致磨煤機冷、熱風(fēng)調(diào)節(jié)擋板開度大范圍振蕩，發(fā)生鍋爐沖粉現(xiàn)象，瞬間將磨內(nèi)存粉吹入爐膛燃燒，直接導(dǎo)致鍋爐超溫、超壓，對機組安全運行產(chǎn)生很大影響。

2011-08-13，在1號機組早高峰升負荷過程中，E磨煤機給煤量由52 t/h增至57 t/h后，磨煤機入口測得風(fēng)量不升反降，從85 t/h降至72 t/h，熱風(fēng)開度由32 %快速升至54 %，冷風(fēng)開度由49 %快升至82 %，入口風(fēng)壓由6.5 kPa上升至7.1 kPa，磨后溫度也由76 ℃增至86 ℃，一次風(fēng)速由25 m/s升至30 m/s。從這一系列參數(shù)可知：實際風(fēng)量遠大于所測風(fēng)量，導(dǎo)致磨煤機內(nèi)大量存粉沖入爐內(nèi)，引起負荷與主汽壓力快速上升。類似情況在2臺鍋爐多臺磨煤機上多次發(fā)生，因此磨煤機一次風(fēng)量的測量與控制回路亟待完善。

3 原因分析

該廠磨煤機的入口風(fēng)道上均裝有威力巴在線風(fēng)量測量裝置，測試風(fēng)量進入磨煤機風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)時，同時進入燃燒管理系統(tǒng)參與煤量控制和磨煤機跳閘保護。在磨煤機入口混風(fēng)通道中，威力巴在線風(fēng)量測量裝置分別并聯(lián)了4支D型管的高、低壓側(cè)，每支D型管分別開有4個全壓孔及4個靜壓孔，引出差壓作為一次風(fēng)量標定量，如圖1所示。

圖1 威力巴風(fēng)量測量裝置

通過對2臺機組磨煤機入口一次風(fēng)量現(xiàn)場測試、調(diào)整以及運行數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致風(fēng)量測量裝置不能正常工作的原因有以下幾點。

3.1 風(fēng)道直管段太短

測量裝置安裝在磨煤機一次風(fēng)道進口處，其測點位置距離冷、熱風(fēng)混合處僅為1.5倍當量直徑，遠小于測試要求的5倍當量直徑；而且冷、熱風(fēng)的流速和溫度偏差較大，造成測量截面處氣流分布不均，使得測量裝置所在的中心位置不能代表整個截面的氣流分布。從實際測量情況看，測量截面處氣流偏向一側(cè)，在局部產(chǎn)生氣流回旋，同時因測試孔前面存在風(fēng)門擋板和彎頭等部件，導(dǎo)致管道內(nèi)風(fēng)速不均勻。

3.2 風(fēng)道內(nèi)氣流分布不穩(wěn)定

該廠磨煤機的冷、熱風(fēng)呈直角混合，冷一次風(fēng)道截面為600 mm×800 mm，熱風(fēng)道與混合風(fēng)道均為1 200 mm×2 000 mm。正常運行時，熱風(fēng)壓力7.8～8.4 kPa，冷風(fēng)壓力8.2～9.3 kPa。熱風(fēng)擋板調(diào)節(jié)磨煤機一次風(fēng)量，冷風(fēng)擋板調(diào)節(jié)磨煤機出口溫度。因此，在不同的運行工況下，冷、熱風(fēng)門開度具有不同的組合，這將造成一次風(fēng)道內(nèi)氣流分布不穩(wěn)定，即在相同風(fēng)量下，截面上同一測點的氣流大小、方向均會發(fā)生變動，從而導(dǎo)致測量點風(fēng)量呈非線性變化。

3.3 測量裝置積灰堵塞

由于磨煤機入口一次風(fēng)中存在粉塵，易導(dǎo)致測量裝置堵塞。當測量裝置被積灰堵塞時，會導(dǎo)致差壓測量值產(chǎn)生誤差。由于D型管所測的差壓值偏小，將造成測量值嚴重偏離實際通風(fēng)量。

2011-04-20，杭州浙大協(xié)和環(huán)保技術(shù)有限公司對該廠2號爐磨煤機的入口風(fēng)量進行了熱態(tài)標定試驗。試驗測得的各管道內(nèi)的實際風(fēng)速分布如圖2所示。

4 解決措施

4.1 增加在線自動吹掃功能

經(jīng)過研究決定，在該廠1、2號機組檢修期間，對制粉系統(tǒng)中一次風(fēng)量、風(fēng)壓、磨碗差壓以及出口粉管一次風(fēng)速等各測點加裝在線吹掃防堵裝置。此裝置采用無錫振華BFC系列吹掃補償裝置，將廠儀用壓縮空氣引至氣源控制箱，從控制箱引至各吹掃頭對各測點進行吹掃。

加裝吹掃裝置后，經(jīng)過一段時間的運行觀察，磨煤機出口風(fēng)速、風(fēng)粉壓力和磨碗差壓等測量品質(zhì)得到了明顯改善，但入口風(fēng)量的測量結(jié)果仍有波動。經(jīng)過與威力巴風(fēng)量測量裝置生產(chǎn)廠家溝通，得知：一旦測量裝置被堵塞，只能在機組檢修期間進入風(fēng)道對測量裝置直接進行吹掃，而在實際運行中，測量裝置曾經(jīng)發(fā)生過完全堵死的情況。因此，引起風(fēng)量測量值波動的主要原因是磨煤機入口風(fēng)道流場不穩(wěn)定。

圖2 磨煤機入口風(fēng)管的流速分布

4.2 優(yōu)化并調(diào)整熱控邏輯

針對上述情況，提出了一種熱控邏輯的優(yōu)化調(diào)整措施。磨煤機入口風(fēng)量通過調(diào)整熱一次風(fēng)檔板的開度來控制，磨煤機出口溫度則通過冷一次風(fēng)調(diào)節(jié)檔板用來控制。給煤量指令導(dǎo)出的一次風(fēng)量疊加操作員設(shè)置的偏差后，再與實測風(fēng)量的偏差導(dǎo)出值經(jīng)PID調(diào)節(jié)器運算產(chǎn)生磨煤機熱風(fēng)擋板開度指令。剔除熱風(fēng)擋板控制邏輯的中間環(huán)節(jié)，擬合煤量與熱一次風(fēng)調(diào)節(jié)檔板的關(guān)系曲線，以此作為原有風(fēng)煤比的前饋調(diào)節(jié)，減小因測量誤差造成的閉環(huán)調(diào)節(jié)擾動，并通過軟件組態(tài)的方式來實現(xiàn)。

4.2.1 給煤量與熱風(fēng)擋板函數(shù)關(guān)系的確定

將磨煤機給煤量和冷、熱風(fēng)擋板切至手動方式，使其在給煤量為20 t/h、30 t/h、40 t/h、50 t/h和60 t/h的條件下穩(wěn)定運行30 min，并記錄各試驗段冷熱風(fēng)門開度、入口風(fēng)量、溫度、出口溫度、煤量和給煤機指令，確定給煤量與熱風(fēng)擋板的函數(shù)關(guān)系，如圖3所示。由于百葉窗式熱風(fēng)調(diào)節(jié)擋板執(zhí)行機構(gòu)存在線性誤差，應(yīng)將此曲線放大成調(diào)節(jié)區(qū)間，也就是一定煤量對應(yīng)一定范圍區(qū)間的開度。

圖3 給煤量與熱風(fēng)擋板開度上下限曲線

4.2.2 熱風(fēng)擋板控制邏輯的優(yōu)化

經(jīng)過優(yōu)化后的熱風(fēng)擋板控制邏輯如圖4右側(cè)虛線部分所示。通過在PID調(diào)節(jié)器的輸出添加高、低限函數(shù)F(x)控制邏輯，抑制一次風(fēng)量測量失準導(dǎo)致的熱風(fēng)擋板波動。高、低限函數(shù)F(x)分別為試驗期內(nèi)運行數(shù)據(jù)得出的熱風(fēng)擋板最大、最小開度函數(shù)。此外，該邏輯還采用了積分分離回路，當PID調(diào)節(jié)器的輸出超過高、低限函數(shù)輸出時，停止積分，以達到抗積分飽和的效果，并抑制入口風(fēng)量的異常增大或減小。在手動狀態(tài)下，當熱風(fēng)調(diào)節(jié)擋板的閥位開度小于當前煤量對應(yīng)的最小閥位開度時，投入自動時必然會存在閥位擾動。因此，應(yīng)增加自動投入的限制條件：在手動狀態(tài)下，擋板指令必須大于該煤量對應(yīng)下的最小閥位，而且必須低于最大閥位。

圖4 優(yōu)化后的熱風(fēng)擋板控制邏輯

5 結(jié)束語

目前，1號爐D、E磨，2號爐C、D、F磨進口風(fēng)量控制邏輯已優(yōu)化，風(fēng)量與煤量自動均可正常投入使用，并通過負荷擾動、磨煤機出力擾動試驗對控制系統(tǒng)調(diào)整品質(zhì)進行了測試，調(diào)節(jié)效果良好。該控制邏輯完全能夠滿足運行調(diào)整的要求，可有效避免沖粉現(xiàn)象，提高了機組協(xié)調(diào)控制的穩(wěn)定性和自動發(fā)電量控制(AGC)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。