一鍵啟停技術(shù)在華能營(yíng)口電廠制粉系統(tǒng)中的應(yīng)用

薛 佳，郭 勇，姜 狄，朱小娟

（1.遼寧華能營(yíng)口電廠，遼寧 營(yíng)口 115007；2.沈陽(yáng)工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110136）

華能?chē)?guó)際電力股份有限公司營(yíng)口電廠（以下簡(jiǎn)稱營(yíng)口電廠）現(xiàn)運(yùn)行裝機(jī)容量為1 840 MW。二期工程作為國(guó)內(nèi)首臺(tái)600 MW 國(guó)產(chǎn)（三菱重工業(yè)株式會(huì)社提供技術(shù)支持）超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，兩臺(tái)哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的超超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐，采用T 型布置、單爐膛、一次中間再熱、墻式切圓燃燒、緊身封閉布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)。

二期制粉系統(tǒng)選用中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式系統(tǒng)，HP1063 中速磨煤機(jī)，彈簧變加載。每爐配6 臺(tái)中速磨煤機(jī)，BMCR 工況下5 臺(tái)運(yùn)行，1 臺(tái)備用，并配備6 臺(tái)與之相適的給煤機(jī)。每臺(tái)磨煤機(jī)帶4 只煤粉燃燒器。設(shè)計(jì)煤種為山西晉北煙煤。出于經(jīng)濟(jì)性考慮，營(yíng)口電廠燃煤采用混配煤摻燒方式。這種經(jīng)濟(jì)性摻燒方式必然會(huì)帶來(lái)煤種變換頻繁、煤種摻燒比例變化大、煤種特性差異大等問(wèn)題，而這些就是制粉系統(tǒng)一鍵啟停需要攻克的難題。

1 制粉系統(tǒng)一鍵啟動(dòng)

營(yíng)口電廠攻關(guān)人員對(duì)制粉系統(tǒng)啟停條件進(jìn)行逐條討論，確定條件可行性，同時(shí)針對(duì)制粉系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備實(shí)際情況進(jìn)行分析，保證啟停條件符合設(shè)備特性。

設(shè)計(jì)方案如表1 和表2 所示（由于常規(guī)設(shè)備啟停程控邏輯很多，所以這里只給出兩張有代表性的，其他邏輯與其類似，便不再給出）。

表1 制粉系統(tǒng)一鍵啟動(dòng)

表1 （續(xù)）

表2 制粉系統(tǒng)一鍵停運(yùn)

2 設(shè)計(jì)理念

2.1 制粉系統(tǒng)一鍵啟停過(guò)程中的冷風(fēng)調(diào)門(mén)自動(dòng)設(shè)計(jì)

2.1.1 一鍵啟動(dòng)過(guò)程中的冷風(fēng)調(diào)門(mén)自動(dòng)設(shè)計(jì)

營(yíng)口電廠煤種變換較為頻繁，摻燒煤種特性差異較大，不同煤種間揮發(fā)分及水分偏差最大高達(dá)20%以上，在制粉系統(tǒng)一鍵啟動(dòng)過(guò)程中，程控?zé)o法判斷當(dāng)前摻燒煤種的特性。所以，在程控啟動(dòng)時(shí)，增加了兩點(diǎn)修正：冷風(fēng)調(diào)門(mén)跟蹤的磨煤機(jī)出口溫度在自動(dòng)投入后可以隨時(shí)更改設(shè)定值；熱風(fēng)調(diào)門(mén)可以手動(dòng)調(diào)整開(kāi)度偏差值，并且改動(dòng)不會(huì)影響程控的進(jìn)行。這就使得制粉系統(tǒng)一鍵啟動(dòng)程控能夠應(yīng)對(duì)煤種復(fù)雜多變的摻燒情況，并具有更廣泛的應(yīng)用性。

在制粉系統(tǒng)中，想要避開(kāi)引起爆炸的煤粉細(xì)度的范圍是很困難的。煤粉的爆炸大多是因?yàn)槊悍鄣淖匀级鸬?。煤粉堆積太多，或者是溫度太高就很容易引起自燃。所以，要控制磨煤機(jī)出口的溫度不要太高[1]。在磨煤機(jī)出口溫度的控制上，制粉系統(tǒng)一鍵啟動(dòng)既要保證磨煤機(jī)充分暖磨，又要保證出口溫度穩(wěn)步可控上升，所以冷風(fēng)調(diào)門(mén)的自動(dòng)投入時(shí)機(jī)顯得尤為重要[2]。本次設(shè)計(jì)沒(méi)有采取在固定程控步序上投入冷風(fēng)自動(dòng)，而是采取在磨煤機(jī)出口溫度達(dá)到60 ℃時(shí)，冷風(fēng)調(diào)門(mén)才投入自動(dòng)（見(jiàn)圖1 冷風(fēng)設(shè)計(jì)部分）。這樣設(shè)計(jì)的原因在于：為了滿足負(fù)荷需求，頻繁啟停同一制粉系統(tǒng)時(shí)，磨煤機(jī)出口會(huì)維持在較高溫度，此時(shí)如果冷風(fēng)調(diào)門(mén)自動(dòng)固化，會(huì)導(dǎo)致磨煤機(jī)出口溫度劇烈變化，調(diào)節(jié)紊亂，系統(tǒng)震蕩嚴(yán)重；在冬季冷態(tài)啟動(dòng)制粉系統(tǒng)時(shí)，磨煤機(jī)出口會(huì)維持在較低溫度，此時(shí)如果冷風(fēng)調(diào)門(mén)自動(dòng)固化，熱風(fēng)很難在短時(shí)間內(nèi)完成暖磨，這會(huì)大大延遲啟磨時(shí)間，甚至無(wú)法滿足啟磨條件（磨煤機(jī)出口溫度達(dá)到60 ℃）。此設(shè)計(jì)在磨煤機(jī)出口溫度達(dá)到60 ℃（滿足啟磨允許條件）后投入冷風(fēng)自動(dòng)，投入之前一直保持小幅開(kāi)度，這一設(shè)計(jì)理念既為磨煤機(jī)提供了一定的風(fēng)壓，使冷熱風(fēng)提前混合，便于暖磨階段溫度的控制，又能避免調(diào)節(jié)系統(tǒng)震蕩以及暖磨困難無(wú)法滿足啟磨條件的尷尬情況。

2.1.2 一鍵停運(yùn)過(guò)程中的冷風(fēng)調(diào)門(mén)自動(dòng)設(shè)計(jì)

在制粉系統(tǒng)一鍵停運(yùn)過(guò)程中，當(dāng)磨煤機(jī)完成吹掃后，冷風(fēng)調(diào)門(mén)開(kāi)度由100%自動(dòng)關(guān)至0。但是如果冷風(fēng)調(diào)門(mén)動(dòng)作過(guò)快，勢(shì)必會(huì)引起一次風(fēng)母管壓力波動(dòng)較大，造成一次風(fēng)系統(tǒng)存在潛在威脅[3]。所以在本次設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)時(shí)刻檢測(cè)一次風(fēng)壓的上升狀況，并實(shí)時(shí)對(duì)關(guān)速率做出相應(yīng)調(diào)整，緩解了冷風(fēng)調(diào)門(mén)關(guān)閉時(shí)對(duì)一次風(fēng)系統(tǒng)造成的影響[4]。

2.1.3 一鍵啟動(dòng)過(guò)程中磨煤機(jī)入口一次風(fēng)壓的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)

在一鍵啟動(dòng)過(guò)程中，如果將冷風(fēng)調(diào)門(mén)開(kāi)度簡(jiǎn)單地設(shè)為跟蹤磨煤機(jī)出口溫度，就容易出現(xiàn)磨煤機(jī)啟動(dòng)初期為了提高磨煤機(jī)出口溫度，快速關(guān)閉冷風(fēng)調(diào)門(mén)的情況，造成磨煤機(jī)入口風(fēng)壓偏低的現(xiàn)象。為解決這一問(wèn)題，此次設(shè)計(jì)將冷風(fēng)調(diào)門(mén)自動(dòng)跟蹤值與磨煤機(jī)入口風(fēng)壓設(shè)定了正向調(diào)節(jié)的函數(shù)關(guān)系，使其在調(diào)整磨煤機(jī)出口溫度的同時(shí)，仍能保證足夠的入口風(fēng)壓。

2.2 制粉系統(tǒng)一鍵啟停過(guò)程中的熱風(fēng)調(diào)門(mén)自動(dòng)設(shè)計(jì)

一鍵啟動(dòng)中熱風(fēng)自動(dòng)投入主要分為兩個(gè)階段，以給煤機(jī)啟動(dòng)前、后作為調(diào)節(jié)的分界點(diǎn)。

2.2.1 給煤機(jī)啟動(dòng)前熱風(fēng)調(diào)門(mén)的設(shè)計(jì)

給煤機(jī)啟動(dòng)前，熱風(fēng)的主要作用是滿足磨煤機(jī)一次風(fēng)壓的啟動(dòng)條件，以及提供暖磨的熱源。為達(dá)到上述目的，本次設(shè)計(jì)將磨煤機(jī)入口一次風(fēng)壓作為熱風(fēng)調(diào)門(mén)開(kāi)度前饋，磨煤機(jī)出口溫度作為主調(diào)（見(jiàn)圖1熱風(fēng)設(shè)計(jì)部分）。

磨煤機(jī)啟動(dòng)應(yīng)兼顧時(shí)效性與安全性，本次設(shè)計(jì)時(shí)刻檢測(cè)磨煤機(jī)出口溫度上升的速率，并對(duì)熱風(fēng)調(diào)門(mén)適當(dāng)做出調(diào)整，同時(shí)也利用出口溫度作為前饋條件來(lái)提高暖磨的速率。

2.2.2 給煤機(jī)啟動(dòng)后熱風(fēng)調(diào)門(mén)的設(shè)計(jì)

給煤機(jī)啟動(dòng)后，熱風(fēng)調(diào)門(mén)立刻無(wú)擾切換到機(jī)組原有自動(dòng)控制邏輯。此次設(shè)計(jì)還為運(yùn)行人員提供了可設(shè)定偏置的窗口，可及時(shí)手動(dòng)調(diào)整熱風(fēng)調(diào)門(mén)開(kāi)度偏置，通過(guò)改變磨煤機(jī)入口溫度來(lái)使出口溫度保持在控制范圍內(nèi)，確保系統(tǒng)的干燥出力始終處于最佳水平。

圖1 一鍵啟動(dòng)冷熱風(fēng)控制

2.3 制粉系統(tǒng)一鍵啟停過(guò)程中的煤量控制設(shè)計(jì)

1）給煤機(jī)初始啟動(dòng)時(shí)，設(shè)置煤量為15 t/h，隨后以4 t/min的速率加煤，直至將給煤機(jī)煤量增加至目標(biāo)值，在達(dá)到目標(biāo)值且穩(wěn)定30 s 之后，投入自動(dòng)[5]。為了能夠讓給煤量投入自動(dòng)運(yùn)行時(shí)更加適合當(dāng)時(shí)的負(fù)荷和煤量分配，此次設(shè)計(jì)增加了可以手動(dòng)設(shè)置目標(biāo)煤量的窗口，并且手動(dòng)設(shè)定目標(biāo)煤量的操作不影響程控進(jìn)行，這樣使得一鍵啟動(dòng)更加靈活實(shí)用。

2）在一鍵停止過(guò)程中，煤量遞減的速率很重要，不可作為單一的形式。本次設(shè)計(jì)中，關(guān)于減煤速率進(jìn)行了如下設(shè)定（見(jiàn)圖2煤量控制）：

①解除給煤機(jī)煤量自動(dòng)，將煤量控制到30 t/h以下，減煤速率為5 t/min。

②煤量從30 t/h 到17 t/h 的過(guò)程，減煤速率為4 t/min。

③煤量在17 t/h以下運(yùn)行時(shí)，減煤速率為13.8 t/min。此階段煤粉濃度較低，磨煤機(jī)風(fēng)溫不易控制。出于安全性考慮，為避免磨煤機(jī)低煤量運(yùn)行，進(jìn)行了快速減煤設(shè)計(jì)[6]。

一鍵啟動(dòng)和停止順序控制邏輯見(jiàn)圖3和圖4所示。

3 結(jié) 語(yǔ)

在營(yíng)口電廠設(shè)備可靠性逐年提升、自動(dòng)化水平日益提高的今天，制粉系統(tǒng)一鍵啟停已儼然成為了減輕運(yùn)行人員操作量、提高機(jī)組安全水平、節(jié)能降耗所不可或缺的一環(huán)。此項(xiàng)技術(shù)在營(yíng)口電廠應(yīng)用后，二期制粉系統(tǒng)已經(jīng)成功一鍵啟停多達(dá)500 余次，為國(guó)內(nèi)同類型機(jī)組控制改造提供了經(jīng)驗(yàn)，具有一定的借鑒意義。

圖2 一鍵停止煤量控制

圖3 一鍵啟動(dòng)順序控制

圖4 一鍵停止順序控制