600 MW鍋爐燃燒調(diào)整及經(jīng)濟(jì)性分析

陸榮峰

(國電元寶山發(fā)電有限責(zé)任公司 熱控分公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024070)

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600 MW鍋爐燃燒調(diào)整及經(jīng)濟(jì)性分析

陸榮峰

(國電元寶山發(fā)電有限責(zé)任公司 熱控分公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024070)

摘要：通過建立模型和優(yōu)化控制技術(shù)可以調(diào)整鍋爐的燃燒運(yùn)行狀況，提高鍋爐的運(yùn)行效率，降低NOx的排放量，從而提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。以元寶山發(fā)電有限責(zé)任公司3#機(jī)組為例，重點(diǎn)介紹了鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用情況、鍋爐燃燒優(yōu)化的基本原理、鍋爐燃燒優(yōu)化閉環(huán)控制系統(tǒng)、INFI90控制系統(tǒng)通訊方式和邏輯組態(tài)，對提高鍋爐燃燒效率和節(jié)能降耗具有重要意義，同時對INFI90控制系統(tǒng)的使用也起到了指導(dǎo)和借鑒作用。

關(guān)鍵詞：燃燒優(yōu)化；優(yōu)化偏置；NOx排放；燃燒運(yùn)行效率

在火力發(fā)電成本中，燃料費(fèi)用一般要占70%以上，因此，提高鍋爐燃燒系統(tǒng)的運(yùn)行水平對機(jī)組的節(jié)能降耗具有重要意義。

元寶山發(fā)電有限責(zé)任公司3#機(jī)組為國產(chǎn)600 MW機(jī)組，于1997年投產(chǎn)發(fā)電。在十幾年的運(yùn)行過程中，始終存在鍋爐運(yùn)行效率低，NOx排放偏高等諸多問題。為了改善這一狀況，于2012年對3#機(jī)組實(shí)施鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)的改進(jìn)，并且充分開發(fā)利用了INFI-90分散控制系統(tǒng)中的通訊和組態(tài)功能。

1概述

3#機(jī)組鍋爐是哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的亞臨界一次中間再熱強(qiáng)制循環(huán)汽包爐，燃燒器為四角切圓布置方式。為了提高鍋爐的運(yùn)行效率，了解鍋爐的優(yōu)化潛力，在3個典型工況點(diǎn)(400 MW、500 MW、600 MW)附近進(jìn)行摸底試驗。試驗結(jié)果表明：該鍋爐的可控性比較好，可以對每個磨煤機(jī)的負(fù)荷及相應(yīng)的一次風(fēng)、二次風(fēng)進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)，并以反饋風(fēng)量對燃燒系統(tǒng)進(jìn)行控制。通過分析鍋爐燃燒系統(tǒng)圖以及燃燒控制SAMA圖，在不影響鍋爐安全運(yùn)行和鍋爐負(fù)荷的調(diào)節(jié)參數(shù)的情況下，在DCS中通過優(yōu)化補(bǔ)償對鍋爐燃燒實(shí)施在線優(yōu)化。

2鍋爐燃燒優(yōu)化的基本原理

鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)的基本原理是在機(jī)組安全運(yùn)行的前提下，在運(yùn)行可控參數(shù)的優(yōu)化空間范圍之內(nèi)，尋找一組最佳的操作參數(shù)，使得目標(biāo)運(yùn)行最優(yōu)化。這個優(yōu)化目標(biāo)一般為最佳的效率、最低的NOx排放量和最低的運(yùn)行成本。要解決最優(yōu)化問題，首先要解決建模問題，其次為實(shí)時尋優(yōu)問題。

1)建模問題

鍋爐運(yùn)行參數(shù)與優(yōu)化目標(biāo)之間的模型是一種復(fù)雜的動態(tài)非線性模型，是無法通過機(jī)理建模來實(shí)現(xiàn)的，只能利用大量的實(shí)驗數(shù)據(jù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行建模。對于這種情況，一般都采用具有良好非線性、擬合能力和自學(xué)習(xí)能力的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模。

2)尋優(yōu)問題

要在可優(yōu)化操作參數(shù)變化的范圍內(nèi)找出最佳組合，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

①調(diào)整參數(shù)：x=[x1,x2,…,xn]T,x∈D

②目標(biāo)函數(shù)：ymin或ymax=f(x)

③約束條件：hv(X)=0,v=1,2,…,p或 gu(X)≥0,u=1,2,…,m

由于對象模型是復(fù)雜的非線性模型，因此，常規(guī)的線性和非線性理論尋優(yōu)方法往往無法滿足這種情況。目前，一般采用基因算法進(jìn)行大規(guī)模隨機(jī)搜索。隨著計算機(jī)性能的大幅度提高，這種隨機(jī)尋優(yōu)方法已經(jīng)能夠滿足現(xiàn)場的實(shí)時需求。

3實(shí)際應(yīng)用

3.1鍋爐燃燒優(yōu)化閉環(huán)控制系統(tǒng)與DCS通訊方式

要實(shí)現(xiàn)燃燒優(yōu)化系統(tǒng)的閉環(huán)控制，需要解決與DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊問題，即輸入到燃燒優(yōu)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)經(jīng)過計算后，返回到DCS 。

該機(jī)組燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)通過串口與DCS的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行雙向通訊，一方面從DCS獲取鍋爐的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)；另一方面將鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)的優(yōu)化補(bǔ)償值發(fā)送給DCS，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。

3.2與DCS系統(tǒng)的通訊實(shí)現(xiàn)方法

燃燒優(yōu)化服務(wù)器與INFI-90系統(tǒng)連接主模件型號為MFP12，地址為3-36-16(無冗余)。首先要對通訊列表YBS.rtu文件進(jìn)行編輯，YBS.rtu文件內(nèi)容如圖1所示。

圖1　YBS.rtu文件內(nèi)容

圖1中，AIP為模擬量輸出點(diǎn)傳輸，共199個；DIP為數(shù)字量輸出點(diǎn)傳輸，共99個；AOP為模擬量輸入點(diǎn)傳輸，共65個；DOPNA為數(shù)字量輸入點(diǎn)傳輸，共5個；BLK為通訊點(diǎn)塊號；TAG為服務(wù)器接收點(diǎn)名。

In90通訊列表建立完成后，需通過GPI02.EXE軟件進(jìn)行編譯，形成一個GPI02.$$$的文件，用此文件進(jìn)行模件下裝。

1)編譯下裝步驟

①雙擊GPI02.EXE，進(jìn)入軟件編輯界面。

②按F1選擇要打開的文件(YBS.tru),選中文件，回車。

③按F2進(jìn)行編譯，按回車，再按回車，編譯完成。

④存儲。

2)控制器下裝

①將控制器調(diào)到組態(tài)模式，在L3→P36→M16：16上單擊右鍵，在彈出的菜單Run Time→Mode→Configure中選Yes。

②控制器格式化：在L3→P36→M16：16上單擊右鍵，在彈出的菜單中點(diǎn)擊Properties(屬性)，在彈出的對話框中選擇CSP File項，找到D:YBSTXgpi02 cmposerGPIZP2BB.CPS文件后，點(diǎn)擊Format，格式化完成點(diǎn)“確定”。

③C語言程序下裝：在L3→P36→M16：16上單擊右鍵，在彈出的菜單Run Time→View Files中的點(diǎn)擊“OK”；在顯示的M16 File directory-3.36.16對話框中的空白處單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇Load C；在彈出的對話框中依次選中GPIZP2BB.MAP、GPIZP2BB.LMS和GPIZP2BB.CPS并打開，然后開始自動下裝；下裝完畢后點(diǎn)擊“確定”。

④通訊點(diǎn)對應(yīng)點(diǎn)表下裝：在上一步中的對話框(M16 File directory-3.36.16)中空白處單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的菜單中選Load Data File；在文件類型項里選擇所有文件，然后選擇GPI02.$$$并雙擊；在對話框內(nèi)填入“1”，然后點(diǎn)擊“OK”；自動下裝完畢后，點(diǎn)擊“確定”。

3)組態(tài)文件(CLD)下裝

按正常步驟操作即可(先編譯，再下裝)。

3.3INFI90系統(tǒng)邏輯

因3-36-16模件經(jīng)過C語言格式化，不能接收別的PCU發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，只有通過36PCU模件進(jìn)行中轉(zhuǎn)，才能接收數(shù)據(jù)，所以需要在3-36-2模件中做一些中轉(zhuǎn)邏輯，以便保證3-36-16模件內(nèi)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送的準(zhǔn)確性。

3.3.13-36-16模件邏輯

1)從A001頁到A007頁，每頁30個點(diǎn)，邏輯地址號從4001到4199(A0/L—30號功能碼)，這199個模擬量輸出點(diǎn)的邏輯構(gòu)成如圖2所示。

圖2　A001-A007邏輯構(gòu)成

圖2中，1為從PCU32-2送過來的模擬量信號；2為常數(shù)，用于校驗通訊通道是否正確；3為加法器，配合常數(shù)進(jìn)行校驗；4為系數(shù)，用于參數(shù)放大，因為通訊時不允許有小數(shù)，進(jìn)行放大后在服務(wù)器端再除以該系數(shù)用于還原；5為乘法器，用于配合系數(shù)4進(jìn)行運(yùn)算；6為模擬量輸出端，用于向服務(wù)器端傳輸數(shù)據(jù)。

2)從D001頁到D003頁，每頁32～34個點(diǎn)，邏輯地址號從5001到5100(D0/L—45號功能碼)，這100個數(shù)字量輸出組態(tài)邏輯如圖3所示。

圖3中，1為從PCU32-2送過來的數(shù)字量信號；2為ON/OFF塊，用于校驗通訊通道是否正確；3為或門，用于配合ON/OFF塊；4為數(shù)字量輸出端，用于向服務(wù)器端傳輸數(shù)據(jù)。

3)從AI01頁到AI03頁，每頁32～34個點(diǎn)，邏輯地址號從3001到3065(AI/L—30號功能碼)，這65個模擬量輸入組態(tài)邏輯如圖4所示。

圖3　D001-D003邏輯構(gòu)成

圖4中，1為常數(shù)塊，配合乘法器4將從服務(wù)器傳送過來數(shù)據(jù)進(jìn)行還原；2為常數(shù)塊，配合AO/L用；3為30#功能塊，用于接收服務(wù)器端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)；4為乘法器，與常數(shù)快1配合，用于數(shù)據(jù)還原；5為30#功能塊，用于將數(shù)據(jù)傳送到其他模件和OIS；6為輸出鏈接。

4)DI01頁的邏輯地址號從6001到6005(DI/L—45號功能碼)，這5個點(diǎn)的數(shù)字量輸入組態(tài)邏輯如圖5所示。

圖4　AI01-AI03邏輯構(gòu)成

圖5　DI01邏輯構(gòu)成

圖5中，1為常數(shù)塊，配合DO/L用；2為45#功能塊，用于接收服務(wù)器端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)；3為ON/OFF塊；4為OR塊；5為輸出鏈接，用于將數(shù)據(jù)傳送到其他模件。

3.3.23-36-2模件新增邏輯

1)共計新增12頁圖紙(Data trans1～12，以下簡稱Data)。其中Data1～Data4為AI采集頁；Data5～Data6為DI采集頁；Data7為燃燒優(yōu)化總投切邏輯；Data8為8臺磨煤機(jī)出口溫度優(yōu)化投運(yùn)邏輯；Data9為8臺磨煤機(jī)一次風(fēng)量優(yōu)化投運(yùn)邏輯；Data10為8臺給煤機(jī)優(yōu)化投運(yùn)邏輯；Data11為AB-HH輔助風(fēng)優(yōu)化投運(yùn)邏輯；Data12為K、L、M過燃風(fēng)、大風(fēng)箱、氧量、總風(fēng)量優(yōu)化投運(yùn)邏輯。

2)AI輸出點(diǎn)共199個(塊號為4001～4199)；DI輸出點(diǎn)共99個(塊號為5001～4099)。

3)投運(yùn)控制邏輯如圖6所示。

圖6中，1表示該系統(tǒng)已經(jīng)投入自動運(yùn)行；2為該系統(tǒng)的補(bǔ)償值；3表示燃燒優(yōu)化總投切已經(jīng)投入；4為RCM操作端，由OIS觸發(fā)；5為模擬切換器；6為高低值限制器，當(dāng)補(bǔ)償值超過限定后，按極限設(shè)定輸出；7為速率限制器；8為DO輸出端，當(dāng)子系統(tǒng)優(yōu)化后，操作員用此來表示投運(yùn)狀態(tài)；9為AO輸出，操作員用此來顯示補(bǔ)償值；a為將優(yōu)化值送至相應(yīng)控制系統(tǒng)的補(bǔ)償值；b為鏈接輸出，當(dāng)子系統(tǒng)優(yōu)化后，用此鏈接送至3-36-16通訊模件，作為服務(wù)器判斷是否進(jìn)行投運(yùn)的判據(jù)。

圖6　投運(yùn)控制邏輯

4)燃燒優(yōu)化服務(wù)器與90系統(tǒng)各輸入輸出點(diǎn)關(guān)系，如圖7所示。

圖7　燃燒優(yōu)化服務(wù)器與90系統(tǒng)各輸入輸出點(diǎn)關(guān)系

燃燒優(yōu)化服務(wù)器所需的各種數(shù)據(jù)先由各系統(tǒng)匯總至3-36-2模件，然后再由3-36-16新增通訊邏輯傳送至服務(wù)器。服務(wù)器的補(bǔ)償值等各數(shù)據(jù)經(jīng)由3-36-16通訊邏輯送至3-36-2新增邏輯，然后再轉(zhuǎn)分到各控制器。

3.4優(yōu)化偏置量添加

燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)計算得到的最佳運(yùn)行參數(shù)，以相應(yīng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)定值偏差補(bǔ)償?shù)男问剿徒oDCS，在DCS中完成補(bǔ)償相加，使得該運(yùn)行參數(shù)的實(shí)際設(shè)定值與最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)相同。例如，最佳的氧量二次風(fēng)門設(shè)定值為5.0，但是DCS中實(shí)際的氧量設(shè)定值為4.5，則系統(tǒng)將送給DCS一個補(bǔ)償值，為0.5。補(bǔ)償值需要通過DCS內(nèi)部的補(bǔ)償邏輯加到DCS內(nèi)的設(shè)定值上，DCS內(nèi)部的補(bǔ)償邏輯框如圖8所示。

需要添加補(bǔ)償值的控制回路清單如表1所示。

3.5燃燒優(yōu)化邏輯投切

3.5.1優(yōu)化回路投入

優(yōu)化控制回路只有在下述條件都具備的情況下才能疊加補(bǔ)償?shù)娇刂苹芈罚?/p>

1)優(yōu)化保護(hù)信號沒有動作，運(yùn)行人員按優(yōu)化總投切按鈕投入；

圖8　DCS內(nèi)部的補(bǔ)償邏輯

序號控制回路名稱序號控制回路名稱1氧量控制回路19C磨出口一次風(fēng)溫控制回路2AB層的層操指令控制回路20C磨出口一次風(fēng)量控制回路3BC層的層操指令控制回路21C磨給煤偏置控制回路4CD層的層操指令控制回路22D磨出口一次風(fēng)溫控制回路5DD層的層操指令控制回路23D磨出口一次風(fēng)量控制回路6EF層的層操指令控制回路24D磨給煤偏置控制回路7FG層的層操指令控制回路25E磨出口一次風(fēng)溫控制回路8HH層的層操指令控制回路26E磨出口一次風(fēng)量控制回路9K層的層操指令控制回路27E磨給煤偏置控制回路10L層的層操指令控制回路28F磨出口一次風(fēng)溫控制回路11M層的層操指令控制回路29F磨出口一次風(fēng)量控制回路12大風(fēng)箱差壓控制回路30F磨給煤偏置控制回路13A磨出口一次風(fēng)溫控制回路31G磨出口一次風(fēng)溫控制回路14A磨出口一次風(fēng)量控制回路32G磨出口一次風(fēng)量控制回路15A磨給煤偏置控制回路33G磨給煤偏置控制回路16B磨出口一次風(fēng)溫控制回路34H磨出口一次風(fēng)溫控制回路17B磨出口一次風(fēng)量控制回路35H磨出口一次風(fēng)量控制回路18B磨給煤偏置控制回路36H磨給煤偏置控制回路

2)分優(yōu)化投切，需要補(bǔ)償?shù)目刂苹芈繁仨毷窃谧詣訝顟B(tài)下，運(yùn)行人員才能投入該回路的投切按鈕。

3.5.2優(yōu)化回路切除

出現(xiàn)下列任何一種情況，優(yōu)化系統(tǒng)都會切除并激活優(yōu)化保護(hù)信號，總優(yōu)化投入開關(guān)退出。

1)從服務(wù)器端每10 s發(fā)來一次的心跳信號，在DCS接收端30 s內(nèi)未能收到該信號；

2)DCS中的安全邏輯接收到機(jī)組RB信號；

3)機(jī)組任意一油槍投入；

4)負(fù)荷小于一定值。

3.6優(yōu)化系統(tǒng)的主要指標(biāo)

優(yōu)化系統(tǒng)的主要指標(biāo)包括兩層的飛灰含碳測量值、空預(yù)器后氧量測量值、當(dāng)前排煙溫度、NOx測量值、NOx轉(zhuǎn)化后測量值、當(dāng)期鍋爐效率、優(yōu)化目標(biāo)鍋爐效率、當(dāng)前綜合成本和優(yōu)化目標(biāo)成本等。

3.7優(yōu)化系統(tǒng)開關(guān)指令和分回路

當(dāng)優(yōu)化系統(tǒng)開關(guān)為投入狀態(tài)時，操作按鈕顯示為紅色，不投入時為綠色。優(yōu)化系統(tǒng)與DCS通訊正常狀態(tài)時為紅色，否則為綠色，控制回路投切清單如表2所示。

表2　控制回路投切清單

4結(jié)語

隨著測量和控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，電站鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng)能夠運(yùn)用先進(jìn)的控制技術(shù)，在投資較少的情況下實(shí)現(xiàn)鍋爐運(yùn)行成本達(dá)到最低，這是提高發(fā)電企業(yè)競爭能力、建立節(jié)約型社會的重要技術(shù)手段。元寶山3#機(jī)組實(shí)現(xiàn)了鍋爐燃燒優(yōu)化閉環(huán)控制，使鍋爐在最佳工況下運(yùn)行，提高了鍋爐燃燒效率，對機(jī)組的節(jié)能降耗具有重要意義。

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(責(zé)任編輯張凱校對佟金鍇)

Combustion Adjustment and Economic Analysis of 600MW Boiler

LU Rong-feng

(Thermal Control Branch,GuoDian Yuanbaoshan Power Generation Limited Company,Chifeng 024070,Inner Mongolia)

Abstract：It is conducive to improving the efficiency of the boiler,reducing the emissions of NOx,thus improving the safety and economy of unit by establishing the model and optimizing control technology to adjust the boiler combustion status.Taking 3#boiler of Yuanbaoshan Power Generation CO.,LTD for instance,the basic combustion theory,optimized closed loop control system of boiler combustion and its development and application,the INFI90 control system communication mode,and the INFI90 control system logical configuration etc.are introduced in this paper.It is significant to improving the burning efficiency of boilers and realizing energy-saving and cost-reducing.And it also provides a reference for the application of INFI90 control system.

Key words：combustion optimization,；optimization bias,；NOxemission,combustion efficiency

DOI：10.13888/j.cnki.jsie(ns).2015.01.010

作者簡介：徐春(1986-)，男，山東文登人，助理工程師，碩士。

收稿日期：2014-06-20

中圖分類號：TK227

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-1603(2015)01-0039-05