600MW機(jī)組燃燒優(yōu)化控制技術(shù)分析*

鄧華裕

(廣東能源茂名熱電廠有限公司，廣東 茂名 525000)

1 某電廠7#機(jī)組燃燒系統(tǒng)簡介

某燃煤電廠7#機(jī)組為600MW 超臨界參數(shù)燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，鍋爐為東鍋生產(chǎn)的DG1920/25.4-Ⅱ2 型，是超臨界參數(shù)變壓直流爐、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu) Π 型的鍋爐。在2020年1-8月，引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)廠用電率的數(shù)據(jù)監(jiān)測顯示高于同類機(jī)組的一般水平。為了使鍋爐各項(xiàng)損失最小，電廠從燃燒器、燃燒調(diào)整、參數(shù)優(yōu)化控制等方面對(duì)鍋爐進(jìn)行優(yōu)化控制。

2 7#機(jī)組INFIT燃燒控制系統(tǒng)構(gòu)成及各部分功能分析

針對(duì)電廠實(shí)際運(yùn)行中爐內(nèi)燃燒出現(xiàn)的問題，采用INFIT燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，允許有選擇地組合模塊框架，在現(xiàn)場試驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定控制依據(jù)并嵌入模塊框架，生成更貼近實(shí)際更具有針對(duì)性的新燃燒系統(tǒng)[1]。新系統(tǒng)通過外掛PLC跟原DCS之間的數(shù)據(jù)交互，全部或部分接管爐內(nèi)燃燒控制，以此達(dá)成原燃燒控制系統(tǒng)的優(yōu)化及存在問題的解決[2]。

1)進(jìn)行機(jī)組動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)和數(shù)學(xué)建模，歸納機(jī)組被控對(duì)象特性，分析優(yōu)化控制設(shè)計(jì)方向[3]；

2)根據(jù)機(jī)組被控對(duì)象特性分析結(jié)果，在優(yōu)化控制軟件包的基礎(chǔ)構(gòu)架上，針對(duì)性設(shè)計(jì)基于先進(jìn)控制技術(shù)的新型燃燒系統(tǒng)優(yōu)化控制(包括總風(fēng)量優(yōu)化控制模塊、制粉系統(tǒng)優(yōu)化控制模塊、二次風(fēng)(含燃盡風(fēng))風(fēng)門優(yōu)化控制模塊及爐膛出口NOx控制模塊)方案[4]；

3)利用機(jī)組停機(jī)機(jī)會(huì)，完成通訊接口修改調(diào)試、DCS組態(tài)邏輯修改工作；

4)機(jī)組啟動(dòng)后，進(jìn)行熱態(tài)調(diào)試工作，逐步投入新系統(tǒng)的各項(xiàng)控制功能，并進(jìn)行必要的擾動(dòng)試驗(yàn)和變負(fù)荷試驗(yàn)，以檢驗(yàn)優(yōu)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行性能。

根據(jù)某電廠600MW機(jī)組情況，研究的解決方案是組合選擇INFIT燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)以下幾個(gè)模塊：風(fēng)量控制模塊、制粉系統(tǒng)控制模塊、NOx控制模塊。

1)風(fēng)量控制模塊

INFIT風(fēng)量控制模塊接管DCS原風(fēng)量前饋及氧量反饋控制功能。

模塊采用自適應(yīng)技術(shù)，在允許范圍內(nèi)，控制定值隨運(yùn)行邊界變化及相關(guān)控制對(duì)象變化趨勢作一定幅度的自適應(yīng)修正，保證安全經(jīng)濟(jì)的爐內(nèi)供風(fēng)，為降低未燃盡損失及降低爐內(nèi)NOx生成奠定基礎(chǔ)[5]。

解決組合最值問題時(shí)，往往還存在一些通過利用圖形特點(diǎn)來解決組合最值的問題，因?yàn)槠渥宰兞渴请x散量，并且要求的最小值或最大值的量與自變量的函數(shù)關(guān)系不允許用同一個(gè)解析式來表達(dá)，所以就使得先前代數(shù)最值的問題與解決組合最值的問題有所不同。常見的解決辦法主要有以下幾點(diǎn)：

調(diào)試過程對(duì)原DCS中送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉低限、前饋指令低限作了適應(yīng)性修改。

2)制粉系統(tǒng)控制模塊

包含了一次風(fēng)壓控制、風(fēng)量控制及磨煤機(jī)加載力控制三大部分。

INFIT制粉系統(tǒng)控制模塊由6個(gè)子塊，分別對(duì)應(yīng)六個(gè)制粉系統(tǒng)。應(yīng)用自適應(yīng)技術(shù)，滿足制粉出力及干燥出力需求同時(shí)，降低一次風(fēng)機(jī)電耗及制粉單耗，配合其余模塊，抑制爐內(nèi)NOx生成[6]。

3)NOx控制模塊

INFIT NOx控制模塊在分級(jí)配風(fēng)基礎(chǔ)上，以SCR入口NOx為控制目標(biāo)，自動(dòng)控制爐內(nèi)NOx生成。在保證并降低未燃盡損失的基礎(chǔ)上，平抑變負(fù)荷、啟停磨等變工況下爐內(nèi)NOx生成波動(dòng)，降低SCR入口NOx濃度，減少后續(xù)噴氨自動(dòng)超調(diào)頻次及幅度。系統(tǒng)投入后噴氨流量、氨逃逸率將明顯降低，空預(yù)器堵塞概率下降[7]。

3 INFIT燃燒控制系統(tǒng)投運(yùn)效果分析

3.1 一次風(fēng)機(jī)能耗

表1為2021年1～3月INFIT燃燒控制系統(tǒng)投運(yùn)前一次風(fēng)機(jī)A、B電流，表2是4～5月INFIT系統(tǒng)投運(yùn)后一次風(fēng)機(jī)電流。數(shù)據(jù)顯示，項(xiàng)目實(shí)施后，一次風(fēng)機(jī)電流出現(xiàn)明顯下降，全負(fù)荷段均值降幅11%。

表1 項(xiàng)目實(shí)施前一次風(fēng)機(jī)電流

表2 項(xiàng)目實(shí)施后一次風(fēng)機(jī)電流

表3 鍋爐主要輔機(jī)廠用電率

3.2 引風(fēng)機(jī)能耗

引風(fēng)機(jī)2021年1—3月廠用電率月度均值1.3%,INFIT燃燒控制系統(tǒng)投運(yùn)后,4月廠用電率1.07%,較項(xiàng)目實(shí)施前下降0.23%。

表4為項(xiàng)目實(shí)施前3月11日至3月25日不同負(fù)荷下引風(fēng)機(jī)電流及導(dǎo)葉開度,表5是項(xiàng)目實(shí)施后引風(fēng)機(jī)電流及導(dǎo)葉開度。數(shù)據(jù)顯示,INFIT燃燒控制系統(tǒng)投運(yùn)后,引風(fēng)機(jī)能耗下降明顯。

表4 項(xiàng)目實(shí)施前引風(fēng)機(jī)電流及導(dǎo)葉開度

表5 項(xiàng)目實(shí)施后引風(fēng)機(jī)電流及導(dǎo)葉開度

3.3 爐內(nèi)NOx生成

NOx濃度前后比較采用SCR入口6%氧量修正后數(shù)據(jù)，為避免2月檢修期間SCR入口氧量表計(jì)的檢修維護(hù)可能引起前后比對(duì)基準(zhǔn)出現(xiàn)偏差，以檢修后3月11日-25日數(shù)據(jù)作為實(shí)施前比對(duì)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)(表6)。

表6 實(shí)施前SCR入口NOx質(zhì)量濃度

實(shí)施后數(shù)據(jù)(表7)覆蓋了 230 MW 至 570 MW，經(jīng)歷了多次長時(shí)間的AC上層燃燒器運(yùn)行的最惡劣工況。數(shù)據(jù)顯示，實(shí)施前后兩側(cè)均值分別為 322 mg/m3、266 mg/m3，爐內(nèi)NOx生成濃度降幅約為18%，變工況下波動(dòng)幅度也大幅收斂。

表7 項(xiàng)目實(shí)施后SCR入口NOx濃度

3.4 經(jīng)濟(jì)效益分析

某電廠7#機(jī)組燃燒控制系統(tǒng)優(yōu)化項(xiàng)目實(shí)施后，六大風(fēng)機(jī)廠用電率及脫硝液氨耗量明顯降低，機(jī)組將獲得持續(xù)穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)收益。六大風(fēng)機(jī)廠用電率下降，同樣排煙溫度下，排煙損失減??；以及NOx波動(dòng)幅度大幅收窄后噴氨超調(diào)頻次幅度減少，實(shí)際氨逃逸率降低，空預(yù)器堵塞機(jī)率減小，運(yùn)行及檢修費(fèi)用下降。項(xiàng)目實(shí)施前后參數(shù)對(duì)比情況如表8的示。

表8 項(xiàng)目實(shí)施前后參數(shù)對(duì)比情況

4 結(jié)語

項(xiàng)目通過融合了預(yù)測控制技術(shù)、自適應(yīng)控制技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代火電機(jī)組全負(fù)荷段自動(dòng)調(diào)降控制鍋爐燃盡率及爐內(nèi)NOx生成的技術(shù)方案，解決了國內(nèi)大型火電機(jī)組中普遍存在的共性問題，取得了很好的效果。