一次風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)自尋優(yōu)研究及運(yùn)用

鄧宇 吳小庚 楊青

（廣東粵電沙角C電廠，廣東 東莞 523899）

廣東粵電沙角C電廠配備引進(jìn)的美國CE公司亞臨界中間再熱強(qiáng)制循環(huán)汽包爐，四角噴燃雙切圓燃燒，鍋爐經(jīng)濟(jì)蒸發(fā)量為1969.7t/h，配備6臺(tái)HP983型中速碗式磨煤機(jī)，額定負(fù)荷狀態(tài)下5用1備，額定容量為65.455t/h，額定功率448kW；兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)為液壓動(dòng)葉可調(diào)雙級(jí)式軸流風(fēng)機(jī)，額定功率1679kW[1]。一次風(fēng)自尋優(yōu)化控制策略優(yōu)化前，一直存在磨煤機(jī)熱風(fēng)調(diào)門開度低、一次風(fēng)機(jī)功耗偏大的問題。

1 原一次風(fēng)機(jī)控制策略概述

一次風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)涉及到如下幾個(gè)控制子系統(tǒng)：

①給煤機(jī)控制子系統(tǒng)；

②磨煤機(jī)風(fēng)量控制子系統(tǒng)；

③一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉控制子系統(tǒng)。

當(dāng)機(jī)組投入AGC模式后，機(jī)組運(yùn)行在以鍋爐跟隨模式下的CCS方式，給煤機(jī)控制可能有三種狀態(tài)，即手動(dòng)、自動(dòng)和CASCADE（設(shè)定值為鍋爐主控輸出指令對(duì)應(yīng)的給煤率），運(yùn)行人員可以根據(jù)制粉系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、煤倉煤種以及其他原因，將給煤機(jī)投運(yùn)在不同的方式下；而磨煤機(jī)熱風(fēng)調(diào)節(jié)門控制一次風(fēng)風(fēng)量，冷風(fēng)調(diào)節(jié)門控制磨煤機(jī)出口風(fēng)溫，通過調(diào)節(jié)一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)來控制一次風(fēng)箱和爐膛差壓（原控制策略如圖1 所示），一次風(fēng)爐膛差壓設(shè)定值函數(shù)根據(jù)運(yùn)行中給煤機(jī)最大給煤率折算而來。

圖1 一次風(fēng)風(fēng)箱與爐膛差壓控制優(yōu)化前原理圖

由于一次風(fēng)爐膛差壓設(shè)定值函數(shù)在DCS中是固定不變的（曲線如圖2所示），如運(yùn)行磨煤機(jī)中的最大給煤率為74%，則一次風(fēng)爐膛差壓設(shè)定值為80mbar,一次風(fēng)機(jī)開度必須保證滿足一次風(fēng)爐膛差壓達(dá)到80mbar；而一次風(fēng)機(jī)的輸出風(fēng)量則由磨煤機(jī)風(fēng)量決定,磨煤機(jī)風(fēng)量由熱風(fēng)門進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。在一定的磨煤機(jī)出力和風(fēng)量下，這種運(yùn)行方式的結(jié)果是：易磨的煤種由于磨煤機(jī)阻力小，需要關(guān)小磨煤機(jī)冷熱風(fēng)門來滿足一次風(fēng)爐膛差壓和磨煤機(jī)風(fēng)量，而風(fēng)門關(guān)小造成不必要的節(jié)流損失，引起一次風(fēng)機(jī)電耗的增加；而難磨的煤種則可能磨煤機(jī)熱風(fēng)門全開還達(dá)不到磨煤機(jī)風(fēng)量設(shè)定值，不僅影響制粉系統(tǒng)正常運(yùn)行，有時(shí)還不得不降低磨煤機(jī)出力，從而影響機(jī)組帶負(fù)荷。

2 一次風(fēng)機(jī)控制動(dòng)態(tài)尋優(yōu)設(shè)計(jì)方案

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，在煤質(zhì)未偏離設(shè)計(jì)煤種太大的情況下，磨煤機(jī)熱風(fēng)擋板的開度還未充分打開，為減少熱風(fēng)門開度不夠大而帶來的節(jié)流損失，必然需要對(duì)一次風(fēng)箱與爐膛差壓設(shè)定值函數(shù)進(jìn)行在線修正，使其更能適應(yīng)鍋爐運(yùn)行狀態(tài)及燃燒煤種的變化，使熱風(fēng)門盡量開大。那么熱風(fēng)調(diào)節(jié)門開度便可作為一次風(fēng)機(jī)控制動(dòng)態(tài)尋優(yōu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵信號(hào)，在充分考慮機(jī)組安全運(yùn)行的前提下，對(duì)其進(jìn)行充分的利用。

機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性是機(jī)組節(jié)能運(yùn)行的前提條件，因此，對(duì)相關(guān)重要參數(shù)的修改需通過試驗(yàn)證明。通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，在一次風(fēng)箱與爐膛差壓45mbar至80mbar范圍內(nèi)調(diào)整時(shí)，磨煤機(jī)密封風(fēng)與下磨碗差壓均大于3.8kPa，離1.245 kPa的跳磨差壓還有足夠的安全邊際，固可將一次風(fēng)箱與爐膛差壓下限值由65 mbar調(diào)整至55mbar。

圖2 一次風(fēng)爐膛差壓設(shè)定值函數(shù)

根據(jù)熱風(fēng)調(diào)節(jié)門開度及鍋爐其他輔機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀況，利用先進(jìn)的控制算法，輸出一條修正曲線疊加在原一次風(fēng)箱與爐膛差壓設(shè)定值函數(shù)上，形成一條新的設(shè)定值曲線。增加了一次風(fēng)機(jī)控制動(dòng)態(tài)尋優(yōu)后，一次風(fēng)機(jī)的控制原理如圖3所示。

3 動(dòng)態(tài)尋優(yōu)控制效果測試

一次風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)尋優(yōu)控制首次運(yùn)用在沙角C電廠2號(hào)機(jī)組，根據(jù)機(jī)組控制系統(tǒng)的具體情況，為更好地滿足一次風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)尋優(yōu)控制的要求，增加了一套外掛控制系統(tǒng)，以下介紹具體相關(guān)改造及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證情況。

3.1 沙角C電廠一次風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)尋優(yōu)控制改造概況

3.1.1 外掛系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

沙角C電廠DCS采用ABB SYMPHONY系統(tǒng)，外掛系統(tǒng)采用研華控制器，是一款具備Intel XScale PXA270 CPU的RISC-based控制器，具備兩個(gè)CAN bus 接口, 支持CANOpen 協(xié)議 (DS301 &302)，2個(gè)RS-485端口，支持MODBUS RTU（主或從），其與DCS連接的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖4所示。

圖3 增加一次風(fēng)自尋優(yōu)后的一次風(fēng)機(jī)控制原理圖

圖4 外掛控制器與DCS通訊的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

外掛控制器通過串口采用RS485與DCS3804控制器連接，采用MODBUS RTU 協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。外掛系統(tǒng)需要從DCS獲得的數(shù)據(jù)有：一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況（手自動(dòng)、運(yùn)行臺(tái)數(shù)）、磨煤機(jī)運(yùn)行情況（手自動(dòng)、運(yùn)備臺(tái)數(shù)）、一次風(fēng)箱與爐膛差壓、磨煤機(jī)熱風(fēng)調(diào)節(jié)門相關(guān)信息、通訊診斷心跳、一次風(fēng)自尋優(yōu)控制投入等；DCS獲取的外掛控制器信號(hào)有：一次風(fēng)自尋優(yōu)控制投入允許、一次風(fēng)箱與爐膛差壓設(shè)定值修正函數(shù)F(X)2等。

3.1.2 原DCS內(nèi)部一次風(fēng)控制邏輯優(yōu)化

為更好地滿足繼續(xù)變負(fù)荷需求，在原DCS磨煤機(jī)風(fēng)量控制邏輯基礎(chǔ)上，進(jìn)行一定地完善，原邏輯如圖5所示。

圖5 磨煤機(jī)風(fēng)量控制邏輯原理圖

在原風(fēng)量控制邏輯里，熱風(fēng)調(diào)節(jié)門指令是由給煤率做前饋信號(hào)與PID控制器輸出相加而成，未考慮積分飽和，會(huì)導(dǎo)致熱風(fēng)門指令輸出大于100%，不利于風(fēng)量控制和機(jī)組的負(fù)荷響應(yīng)速度，固做了磨煤機(jī)風(fēng)量抗積分飽和邏輯[2]，如圖6所示。

圖6 PID抗積分飽和邏輯原理圖

增加了一次風(fēng)動(dòng)態(tài)自尋優(yōu)控制投切控制站，其投入允許條件有：

①任一臺(tái)一次風(fēng)機(jī)在自動(dòng)狀態(tài)；

②任一臺(tái)磨煤機(jī)風(fēng)量控制在自動(dòng)狀態(tài)；

③外掛控制器與DCS通訊正常。

其他邏輯修改：

增加了一次風(fēng)自尋優(yōu)控制無擾切換邏輯，對(duì)一次風(fēng)爐膛差壓低報(bào)警值為62.25mbar ，一次風(fēng)爐膛差壓下限值應(yīng)調(diào)整為55.0mbar。磨煤機(jī)啟動(dòng)條件中的一次風(fēng)爐膛差壓值調(diào)整為52.25mbar，一次風(fēng)爐膛差壓低報(bào)警值調(diào)整為52.25mbar 。

3.2 效果檢驗(yàn)

3.2.1 試驗(yàn)條件

磨煤機(jī)組合：ABCDE磨煤機(jī)

煤種：A、B磨煤機(jī)使用俄羅斯煤，C、D磨煤機(jī)為優(yōu)混煤，E磨煤機(jī)為神混煤，煤質(zhì)數(shù)據(jù)如表1所示。

節(jié)電率=（退出時(shí)的總功率-投入時(shí)的總功率）/退出時(shí)的總功率×100%

3.2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與結(jié)論

在一定條件下，磨煤機(jī)使用設(shè)計(jì)煤種，退出和投入一次風(fēng)自尋優(yōu)控制系統(tǒng)的節(jié)電率和節(jié)電功率如圖7所示，一次風(fēng)機(jī)節(jié)電率可達(dá)8%～31%，節(jié)電功率約為170kW～470kW，一次風(fēng)自尋優(yōu)控制投入后的節(jié)電率與磨的給煤率有著直接的關(guān)系，隨著給煤率的下降，一次風(fēng)機(jī)節(jié)電率升高。

在300MW負(fù)荷下節(jié)電率達(dá)31.1%[3]，節(jié)電功率為455 kW；在650MW負(fù)荷下，節(jié)電率為8.0%，節(jié)電功率為171kW;在400MW負(fù)荷下，若保持5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，磨煤機(jī)出力均勻，節(jié)電率能達(dá)到28%左右，節(jié)電功率可以達(dá)到474kW 。經(jīng)初步計(jì)算，可使供電煤耗降低0.23g/kWh,平均每臺(tái)機(jī)每年可節(jié)約電量價(jià)值超過100萬。

表1 試驗(yàn)的入爐煤煤質(zhì)數(shù)據(jù)

圖7 節(jié)電效果圖

經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)行試驗(yàn)論證，一次風(fēng)動(dòng)態(tài)自尋優(yōu)的投入，完全可以滿足機(jī)組變負(fù)荷的能力需求，完全能滿足機(jī)組運(yùn)行的可靠性。

4 結(jié)語

通過動(dòng)態(tài)自尋優(yōu)控制，一方面降低了一次風(fēng)機(jī)的能耗，也降低了空預(yù)器漏風(fēng)，進(jìn)而降低了引風(fēng)機(jī)的功耗，同時(shí)也大大提高了風(fēng)粉控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，使機(jī)組在全負(fù)荷工況下更安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，尤其在中低負(fù)荷工況下運(yùn)行期間經(jīng)濟(jì)性得到了顯著提高。該技術(shù)在沙角C廠首次實(shí)施，并已經(jīng)在全國其他電廠等到廣泛的運(yùn)用 ，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。