自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化

文/田文亮

1 概述

我廠為200MW燃煤發(fā)電機(jī)組該鍋爐是無錫鍋爐廠生產(chǎn)的超高壓，中間再加熱和自然循環(huán)固態(tài)爐渣煤粉鍋爐，“π”型布置汽包鍋爐。東方汽輪機(jī)廠汽輪機(jī)為單軸、三缸、雙排、中間再熱、間接空冷凝汽輪機(jī)。

火電機(jī)組的自動(dòng)控制必須首先確定主汽壓力曲線，實(shí)現(xiàn)滑壓運(yùn)行方式的情況下，解決好總風(fēng)量與燃料量配比---控制氧量變化，減溫水、給水與主汽流量配比---汽包水位穩(wěn)定，磨煤機(jī)的風(fēng)粉比---確保機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)速率，一次風(fēng)與二次風(fēng)的量值及剛度比---保證入爐煤的燃燒。只有在解決上述問題后，才能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)組升負(fù)荷、降負(fù)荷、不同變化率、不同負(fù)荷段、不同變化幅度等情況下機(jī)組的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2 當(dāng)前存在的主要問題

經(jīng)過運(yùn)行情況及數(shù)據(jù)分析，1號(hào)機(jī)組協(xié)調(diào)及主要子控制系統(tǒng)存在以下主要問題：

（1）機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行過程，自動(dòng)投入率較低，目前僅給水控制處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，風(fēng)煙系統(tǒng)、減溫水控制系統(tǒng)、制粉及一次風(fēng)系統(tǒng)、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)等都未投入自動(dòng)。AGC的投入完全不具備條件。

（2）機(jī)組進(jìn)行引風(fēng)機(jī)增容，燃燒器改為低NOX燃燒器，部分熱控設(shè)備（測(cè)點(diǎn)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)）無法滿足投入自動(dòng)運(yùn)行的條件；

（3）機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)快慢的主要應(yīng)性因素在于入爐燃料量的快速變化，而磨煤機(jī)的冷、熱風(fēng)門均在手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。

（4）一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)的控制均存在動(dòng)葉及變頻兩種方式，對(duì)一拖二的控制系統(tǒng)，自動(dòng)狀態(tài)下不能采取一臺(tái)變頻、一臺(tái)工頻運(yùn)行下的自動(dòng)方式；

（5）鍋爐的燃燒配風(fēng)變化很大，必須對(duì)相應(yīng)的運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)整，避免水冷壁及過熱或再熱的超溫；

（6）脫硝控制中，氨氣的消耗很大，影響經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)對(duì)運(yùn)行設(shè)備產(chǎn)生不利的影響。、

3 相應(yīng)控制上需要優(yōu)化的內(nèi)容

針對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀況及設(shè)備條件，采用如下思路進(jìn)行機(jī)組整體控制的制優(yōu)化：

3.1 風(fēng)煙系統(tǒng)控制的優(yōu)化

3.1.1 引風(fēng)機(jī)控制的優(yōu)化：

（1）風(fēng)機(jī)靜葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)死區(qū)的檢查（死區(qū)應(yīng)小于2%）；

（2）送-引風(fēng)機(jī)控制上的平衡前饋；工頻與變頻方式下的切換（變頻指令與動(dòng)葉開度）構(gòu)造相應(yīng)運(yùn)行方式下的前饋。

增加爐膛負(fù)壓偏高/低工況下的快速調(diào)節(jié)前饋，適應(yīng)磨煤機(jī)啟停、一次風(fēng)機(jī)跳閘等工況：

爐膛壓力Pa-1200-500 0 500 1200前饋量% -10 0 0 0 10

3.1.2 送風(fēng)控制的優(yōu)化（變頻+動(dòng)葉）

送風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為風(fēng)/煤配比氧量校正的串級(jí)控制結(jié)構(gòu)，主回路為氧量控制，維持不同負(fù)荷狀態(tài)下的氧量設(shè)定，其輸出量用修正總風(fēng)量設(shè)定，氧量調(diào)節(jié)器的輸出時(shí)系數(shù)，用于保證合理的過量空氣系數(shù)。

（1）總風(fēng)量測(cè)量信號(hào)增加相應(yīng)的慣性；總風(fēng)量=一次熱風(fēng)+一次冷風(fēng)+送風(fēng)每個(gè)測(cè)量增加一個(gè)慣性；（防止個(gè)別測(cè)點(diǎn)信號(hào)抖動(dòng)時(shí)，影響總風(fēng)量測(cè)量信號(hào)波動(dòng)）

（2）采用燃燒過程中“富風(fēng)”控制策略，在實(shí)際燃料及設(shè)定燃料取大值后作為風(fēng)量的設(shè)定值，保證在任何工況下的總風(fēng)量設(shè)定值都不小于燃料量的需求。

（3）增加變負(fù)荷前饋風(fēng)量邏輯；

（4）為保證鍋爐的熱效率，對(duì)總風(fēng)量的設(shè)定增加氧量校正，總風(fēng)量設(shè)定以爐主控輸出（燃料指令）為基礎(chǔ)，函數(shù)修正：

鍋爐主控輸出% 0.0 24.0 40.0 70風(fēng)量設(shè)定 40.0 40.0 60.0 100

（5）氧量調(diào)節(jié)器的跟蹤條件：氧量PID跟蹤實(shí)際風(fēng)量/理論風(fēng)量，氧量調(diào)節(jié)器輸出校正系數(shù)范圍為：0.7～1.4。

3.1.3 一次風(fēng)機(jī)控制優(yōu)化（變頻、導(dǎo)葉兩套控制）

（1）一次風(fēng)壓設(shè)定邏輯的優(yōu)化（采用燃料主控的輸出作為一次風(fēng)壓的設(shè)定）。

（2）增加變負(fù)荷前饋對(duì)一次風(fēng)壓設(shè)定的修正函數(shù)。

負(fù)荷變化量MW-6.0 -0.5 0.0 0.5 6.0修正值Pa -0.4 0.0 0.0 0.0 0.4

3.2 增加機(jī)組的變負(fù)荷前饋控制邏輯

為實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)方式投入后，機(jī)組負(fù)荷控制的穩(wěn)定及負(fù)荷響應(yīng)的速率，對(duì)不同負(fù)荷段、不同的負(fù)荷變化率、不同的負(fù)荷變化幅度、升/降負(fù)荷等工況的適應(yīng)，增加變負(fù)荷的前饋，并帶有自適應(yīng)的“剎車”控制策略。（優(yōu)化控制的核心，構(gòu)造動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩個(gè)調(diào)節(jié)回路）

3.3 協(xié)調(diào)控制優(yōu)化

3.3.1 鍋爐主控

由于本廠鍋爐為汽包爐所以鍋爐主控的控制策略改為直接能量平衡（DEB）的控制策略，直接能量平衡的構(gòu)造中，鍋爐側(cè)的能量回路需要引入汽包壓力的微分，這樣能夠更好地控制入爐燃料的變化量，獲得更好的控制效果。

（1）閉鎖增減邏輯（主汽壓力與設(shè)定值大于0.6MPa，閉鎖增負(fù)荷。當(dāng)主汽壓力與壓力設(shè)定值偏差量小于-0.6MPa時(shí)，閉鎖減負(fù)荷），確保負(fù)荷指令變化較大情況下，能夠?qū)⒅髡羝麎毫刂破椒€(wěn)。

（2）鍋爐主控前饋：1.負(fù)荷設(shè)定對(duì)燃料量的前饋；2.主蒸汽壓力設(shè)定值的微分變化前饋；3.變負(fù)荷前饋。

（3）當(dāng)一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)，大幅度減弱鍋爐主控控制的設(shè)定值與測(cè)量值。

3.3.2 汽機(jī)主控

（1）增加高負(fù)荷情況下的主汽壓力超壓控制邏輯。

（2）將原有拉回回路進(jìn)行修正，既考慮AGC的考核指標(biāo)，又要滿足安全運(yùn)行。

3.3.3 燃料主控

（1）變負(fù)荷前饋需要增加至燃料設(shè)定；

（2）增加煤質(zhì)校正回路BTU控制，用于匹配入爐熱量的可控并實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)方式下對(duì)燃料量的手動(dòng)干預(yù)，同時(shí)增加相應(yīng)的操作接口。

3.3.3.1 磨煤機(jī)控制的優(yōu)化

增加冷風(fēng)控制的前饋（熱風(fēng)指令、燃料量指令）。

3.3.3.2 脫硝控制的優(yōu)化

（1）采用串級(jí)控制策略，主回路PV為NOx，副回路PV為氨氣流量。

（2）增加防積分飽和回路：

1.混合器入口調(diào)閥開度小于10%或者脫硝出口儀表處于吹掃、校準(zhǔn)時(shí)，主回路輸出下限值跟蹤輸出值。

2.混合器入口調(diào)閥開度大于90%或者脫硝出口儀表處于吹掃、校準(zhǔn)時(shí)，主回路輸出上限值跟蹤輸出值。

3.脫硝控制前饋：出口NOx與設(shè)定值的微分變化前饋；燃煤量及風(fēng)量函數(shù)的前饋；變負(fù)荷前饋；入口NOx與設(shè)定值的微分變化前饋。

4 總結(jié)

機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化，保證機(jī)組的輸出功率快速而平穩(wěn)的適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷要求，同時(shí)保證機(jī)組運(yùn)行參數(shù)在允許的范圍內(nèi)，盡可能的提高鍋爐的燃燒率，實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)和鍋爐之間的能量平衡，且協(xié)調(diào)控制優(yōu)化后提高了關(guān)于《兩個(gè)考核細(xì)則》中的AGC考核指標(biāo)要求。