株洲電廠W型鍋爐自動調(diào)節(jié)技術(shù)探討

1、株洲電廠W型鍋爐自動調(diào)節(jié)技術(shù)探討 .作者：劉武林摘要：一、前言    湖南華銀公司株洲電廠二期技改工程2×300MW機組（#3、4機組）的鍋爐采用東方鍋爐（集團）股份有限公司制造的DG1025/18.2-II14型亞臨界壓力、一次中間再熱、自然循環(huán)、"W"型火焰鍋爐；制粉系統(tǒng)采用正壓直吹式，磨煤機(4臺)為沈陽重型機械集團制造的BBD3854型雙進雙出鋼球磨；給水系統(tǒng)采用3臺50%的容量的電動給水泵。機組的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)由MCS系統(tǒng)實現(xiàn)，采用上海新華控制有限公司提供的XDPS-400分散控制系統(tǒng)，并由新華公司提供MCS系統(tǒng)的控制方案和控

2、制組態(tài)。    株洲電廠MCS系統(tǒng)共占用3個DPU，爐側(cè)2個，編號為02、03 DPU，機側(cè)1個，編號為10DPU。整個MCS的設(shè)計I/O點約為750點。    鍋爐的主要自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、燃料控制(磨煤機容量風擋板調(diào)節(jié))、磨煤機料位調(diào)節(jié)(給煤機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié))、磨煤機總風量調(diào)節(jié)(旁路風擋板調(diào)節(jié))、磨煤機出口風溫調(diào)節(jié)(磨煤機冷熱風門調(diào)節(jié))、磨煤機密封風差壓調(diào)節(jié)、帶氧量校正的送風調(diào)節(jié)、爐膛負壓調(diào)節(jié)、一次風壓調(diào)節(jié)、二次風擋板調(diào)節(jié)、一級過熱蒸汽溫度(A、B)調(diào)節(jié)、二級過熱蒸汽溫度(A、B)調(diào)節(jié)、再熱蒸汽溫度煙氣擋板調(diào)節(jié)、再熱蒸汽溫度事

3、故噴水調(diào)節(jié)、汽包水位調(diào)節(jié)等。株洲電廠#3機組已于2003年8月29日通過168小時試運行，自動投入率為100%，自動調(diào)節(jié)品質(zhì)良好。         二、株洲電廠W型鍋爐主要調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功能、特點2.1 協(xié)調(diào)控制    控制系統(tǒng)設(shè)計原則是將汽機、鍋爐作為整體考慮。在能量平衡控制策略基礎(chǔ)上，通過前饋/反饋、連續(xù)/斷續(xù)、非線性、方向控制等控制機理的有機結(jié)合，來協(xié)調(diào)控制機組功率與機前壓力，協(xié)調(diào)處理負荷要求與實際能力的平衡。在保證機組具備快速負荷響應(yīng)能力的同時，維持機組主要運行參數(shù)的穩(wěn)定。

4、0;   株洲電廠#3、4機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)有五種控制方式：基本控制方式（手動），鍋爐跟隨控制方式（BF），汽機跟隨控制方式（TF）、以爐跟機為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式（BFCCS）、以機跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式（TFCCS）。其主要功能回路如圖1。      2.1.1 機組指令處理回路    機組指令處理回路是機組控制的前置部分，它接受AGC指令、一次調(diào)頻指令和機組運行人員設(shè)定的負荷指令。根據(jù)機組運行狀態(tài)和調(diào)節(jié)任務(wù)，對負荷指令進行處理，使之與運行狀態(tài)和負荷能力相適應(yīng)。  

5、0; 機組指令的實際能力識別限幅是根據(jù)機組運行參數(shù)的偏差、輔機運行狀況，識別機組的實時能力，使機組在其輔機或子控制回路局部故障或受限制情況下的機組實際負荷指令與機組穩(wěn)態(tài)、動態(tài)調(diào)節(jié)能力相符合。保持機組/電網(wǎng)，鍋爐/汽機和機組各子控制回路間需要/可能的協(xié)調(diào)，及輸入/輸出的能量平衡。    機組指令的實時能力識別限幅功能主要有：a）方向性閉鎖；b）迫升/迫降（Run Up/Run Down）；c）輔機故障快速減負荷（Runback）。2.1.2  鍋爐主控    鍋爐主控分二種工況：   

6、爐跟機（BF）-此時主調(diào)輸入：DEB信號作為指令（設(shè)定值SP）；熱量信號作為反饋（過程值PV）；前饋信號：機組實際負荷指令（ULD）。付調(diào)輸入：主調(diào)輸出作為燃料指令；燃料量(因為雙進雙出磨，無法直接測量進入爐膛的煤粉量，取容量風指令平均值)作為反饋，經(jīng)PID運算后去控制各臺磨煤機容量風擋板的開度。其控制原理圖見圖2。                 機跟爐（TF）-此時主調(diào)輸入：機組實際負荷指令；實發(fā)功率作為反饋。付調(diào)輸入：主調(diào)輸出作為燃料指令；燃料量作為

7、反饋，經(jīng)PID運算后去控制各臺磨煤機容量風擋板的開度。   （1）DEB信號                  采用與汽機調(diào)閥開度成正比的信號作為鍋爐負荷指令，式中微分項在動態(tài)過程中加強燃燒指令，以補償機、爐之間對負荷要求響應(yīng)速度的差異。由于要求補償?shù)哪芰坎粌H與負荷變化量成正比，而且還與負荷水平成比例，所以微分項要乘以。    （2）減小磨煤機啟停對負荷的影響眾所周知直吹式制粉系統(tǒng)磨煤機啟停對負荷

8、影響大，對采用燃料平衡的系統(tǒng)來說，有以下因素：    停磨煤機必然使其它處于自動工況的磨煤機增負荷，而磨煤機內(nèi)的余粉通過一次風送進爐膛，引起停磨增加負荷。    啟動磨煤機使其它處于自動工況的磨煤機減負荷，引起啟磨減負荷。    對不采用燃料平衡的系統(tǒng)來說，有以下因素：    啟/停給煤機對燃料的內(nèi)擾要等汽包壓力變化時才能進行調(diào)節(jié)，顯然對負荷影響也大。    綜合上述因素，對燃料反饋信號進行動態(tài)補償，避開余粉影響。  

9、0; (3) 提高負荷響應(yīng)速率    直吹式制粉系統(tǒng)的鍋爐燃燒系統(tǒng)是大遲延環(huán)節(jié)，過分利用鍋爐蓄熱將加大機、爐間能量供需不平衡，負荷響應(yīng)速度不能持久。因此在適當利用蓄熱的同時，采用下列措施：    增加煤量的前饋    利用負荷變化的前饋信號，迅速改變給煤量，使鍋爐的燃燒率提前發(fā)生變化，適應(yīng)負荷變化需要。    增加一次風量的前饋    利用負荷變化的前饋信號同時改變一次風量，充分利用磨煤機內(nèi)的蓄粉來快速響應(yīng)負荷需要。 

10、0;  (4) 風/煤交叉    風/煤交叉采用鍋爐指令與該指令經(jīng)慣性環(huán)節(jié)輸出相比較，取大值控制風量、取小值控制燃料量，可以避免實際信號波動對控制帶來負面影響，方便地實現(xiàn)了加負荷時先加風、后加煤；減負荷時先減煤、后減風的"富氧"策略。    (5) 滑壓定值   滑壓定值是負荷函數(shù)，在BF方式取機組指令代表負荷，在TF方式取實發(fā)功率MW作為負荷指令。這樣做能夠消除可能出現(xiàn)的正反饋，有利于系統(tǒng)穩(wěn)定。增加滑壓偏置，既能滿足運行使用的靈活性，又能解決滑壓、定壓的無擾切換。 

11、0;  (6) 高加解列、單閥/多閥切換對鍋爐主控的影響    高加解列、單閥/多閥切換調(diào)節(jié)級P1變化大（即DEB指令突變），對鍋爐主控影響大，我們采用DEB指令保持30秒，以抑制其不利影響。2.1.3  汽機主控    在TF方式時，用汽機調(diào)門來控制機前壓力。采用這種方式的特點是壓力控制響應(yīng)快，主汽壓力很容易穩(wěn)定在給定值上，但在煤種變化大負荷波動較大。    在BFCCS方式下汽機主控控制功率，根據(jù)機組功率偏差控制汽機調(diào)門開度，同時當機前壓力偏差超出一定范圍(±0.4MPa

12、)，進行壓力拉回。    實現(xiàn)證明：W爐的協(xié)調(diào)控制中采用DEB信號是比較科學、合理的，比采用汽壓PID控制回路控制效果好；采用前饋/反饋控制，有效地提高了控制系統(tǒng)對外擾的反應(yīng)速度和自動調(diào)節(jié)品質(zhì)。2.2  磨煤機控制    直吹式雙進雙出鋼球磨煤機沒有中間倉儲式制粉系統(tǒng)的粉倉，系統(tǒng)大為簡化。磨煤機的出力完全由通過磨煤機的容量風決定，因而對負荷能迅速響應(yīng)。磨煤機的桶體又具有一定的儲粉能力，因此，該系統(tǒng)兼有直吹式和中儲式制粉系統(tǒng)的優(yōu)點。2.2.1 磨煤機負荷控制(容量風擋板控制)    煤粉

13、由容量風帶出磨煤機，在磨煤機內(nèi)粉位一定的情況下（即風/粉比一定），控制容量風的流量，就可以控制磨煤機的出力。燃料主控的指令直接作用于容量風擋板控制磨煤機負荷，自動時運行人員可以加一定量的偏置以調(diào)整每臺磨的出力。2.2.2  磨煤機總風量控制(旁路風擋板控制)    磨煤機的總風量包括容量風和旁路風，容量風用于輸送煤粉，流量與磨煤機的負荷成正比，旁路風有兩個作用：干燥原煤及保證最小總風量，防止煤粉在管道沉積。故總風量的曲線f(x)應(yīng)保證風量設(shè)定值大于最小總風量。另外，給煤量的變化對磨的出口溫度影響也較大，當出口溫度偏離設(shè)定值時，適當調(diào)整旁路風量的定值，調(diào)節(jié)

14、磨的出口溫度。2.2.3  磨煤機粉位控制    雙進雙出磨煤機的優(yōu)點是對負荷變化的響應(yīng)快，其原因是磨煤機出力的改變是通過容量風流量的改變而改變的，而前提條件是，磨煤機的料位必須保持恒定，即風/粉比恒定。因此，磨煤機的料位控制是雙進雙出磨最基本的控制之一,也是投磨煤機負荷(容量風擋板)自動的必要條件。    磨煤機的料位測量有兩種：    (1) 差壓信號    在磨的大罐底部裝有兩個差壓測量裝置，驅(qū)動端、非驅(qū)動端各一個。裝置由下向上對煤粉吹出恒定流量的氣流，通過測

15、量煤粉層上面與氣流下端的差壓，可測得煤粉的料位。差壓測量裝置定期進行吹掃，防止煤粉堵塞。在吹掃過程中，差壓信號無效，此時應(yīng)保持吹掃前的測量值，待吹掃結(jié)束一定時間后，信號才有效，此時可恢復使用測量的信號。    (2) 電耳信號    通過測量磨煤機轉(zhuǎn)動時的噪音，可獲得磨內(nèi)的料位情況。磨煤機內(nèi)煤粉多時，發(fā)出的噪音悶；煤粉少時，發(fā)出的噪音響亮。    以上兩種信號都可采用，但株洲電廠的差壓信號測量更準一些，主要采用差壓信號。磨煤機負荷變化時，因為容量風發(fā)生變化，必然影響料位，因此這里加了負荷前饋信號，盡量使料

16、位較小波動。2.2.4  磨煤機出口溫度控制    磨煤機的出口溫度通過進入磨煤機的一次風溫控制。通過調(diào)節(jié)一次冷風、熱風擋板來配比一次風溫。在暖磨期間，不控制磨煤機的出口溫度，而控制磨煤機的入口風溫。2.3  一次風壓控制    一次風壓是整個制粉系統(tǒng)正常運行的保障，一次風壓的控制除了要保證系統(tǒng)要求的最小風壓外，還應(yīng)與磨煤機運行的工況相適應(yīng)。其設(shè)定值是由機組負荷決定的。此外，因為該制粉系統(tǒng)為正壓系統(tǒng)，為防止煤粉外冒，設(shè)有密封風系統(tǒng)提供磨煤機系統(tǒng)各處的密封。密封風壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)保證密封風與磨煤機內(nèi)的差壓至少為4kPa。&

17、#160;      本機組有獨立的一次風機（二臺）提供制粉系統(tǒng)所需風量，并帶粉入爐。一次風壓為比例積分構(gòu)成的單回路控制系統(tǒng)，B側(cè)S/MA算法模塊的偏置作為平衡一次風機出力。2.4 引風系統(tǒng)    引風控制系統(tǒng)具備完善的方向閉鎖和聯(lián)鎖以及MFT防內(nèi)爆功能。    (1)  送風機跳閘影響   送風機跳閘對爐膛壓力影響較大，采用比例前饋適當減小引風機動葉開度，可以有效地抑制爐膛壓力波動。    (2)  RB

18、切除燃料影響    RB發(fā)生時快速切除燃料（FSSS），引風調(diào)節(jié)前饋關(guān)，關(guān)的幅度與切除燃料量成比例。    (3)  非線性控制    爐膛負壓影響因素較多，波動也很頻繁。對于較小波動（偏差小于±20Pa）不調(diào)節(jié)，偏差小，增益??；偏差大，增益大。這樣有利于運行工況穩(wěn)定。    (4)  防內(nèi)爆    發(fā)生MFT瞬間爐膛壓力急劇下降，可能發(fā)生爐膛變形。因此一發(fā)生MFT，引風調(diào)節(jié)機構(gòu)按比例減小，30秒

19、后逐步恢復。    (5)  方向閉鎖    爐膛壓力高于200Pa,送風控制增閉鎖、引風控制減閉鎖；爐膛壓力低于-300Pa,送風控制減閉鎖、引風控制增閉鎖。2.5 送風控制    保證燃料在爐膛中充分燃燒是送風控制系統(tǒng)的基本任務(wù)。本機組的送風系統(tǒng)中，一、二次風各用兩臺風機分別供給。一次風通過制粉系統(tǒng)并帶粉入爐，二次則分為輔助風控制。一次風的控制涉及到制粉系統(tǒng)和煤粉的噴燃的要求，所以鍋爐總風量主要由送風控制。本系統(tǒng)包括氧量校正，并具備完善的方向閉鎖和連鎖功能。  

20、  (1)  風/煤限制采用風量與燃料信號轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一工程量，可以方便地實現(xiàn)風/煤方向閉鎖。    (2)  預喘振保護    預喘振保護采用風量與出口壓力關(guān)系。具體做法：在風機特性曲線上逼近喘振點做一條預喘振曲線。在正常工況下，風量對應(yīng)的出口壓力遠遠低于預喘振壓力。當某種原因使風機出口壓力達到預喘振壓力，該風機動葉超馳關(guān)3%、同時該風機增閉鎖，5秒后預喘振信號未能消除，該風機控制切手動，同時聲光報警，由運行人員進行檢查。    (3)  

21、;風量指令    采用DEB信號靜態(tài)表達式：（P1÷PT）×PS作為風量指令，當PT與PS偏差大鍋爐主控切手動（已設(shè)定手動工況PS跟蹤PT）或高加解列、單閥/多閥切換P1變化大，對風量指令進行20秒保持。當機組發(fā)生RUNBACK，用首級壓力P1作為風量指令，有利于系統(tǒng)穩(wěn)定。2.6 汽包水位控制   本機組采用三臺50%鍋爐額定容量的電動調(diào)速給水泵。給水控制系統(tǒng)包括三臺電泵與旁路給水閥，作為全程控制系統(tǒng)。    機組在啟動和低負荷（小于30%額定負荷）時，由一臺電泵向鍋爐供水。這時給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)按單

22、沖量方式工作。當鍋爐給水量很小時，電泵運行在最低轉(zhuǎn)速，用出口旁路閥調(diào)節(jié)給水量。當旁路開度達90%時，給水量轉(zhuǎn)為電泵轉(zhuǎn)速控制。當負荷大于30%，轉(zhuǎn)為三沖量控制。正常運行時，兩臺電泵按三沖量控制方式。不運行電泵處于后備搶水狀態(tài)。    (1)  備用泵搶水位功能    任意二臺電泵運行，一臺電泵運行中跳閘，備用電泵自啟動成功，以較快速率增速，增速時間為30秒。勺管目標值為原跳閘電泵勺管位置，電泵增速受增速時間和原電泵位置限制。如果是MFT引起電泵跳閘，備用電泵自啟動，但不搶水位，水位由運行控制。  

23、  (2)  給水泵偏置    由于泵特性差異，從運行角度考慮必須增加三臺電泵的偏置。為了便于運行操作，電泵偏置指示和指令指示為百分數(shù)。2.7 過熱汽溫控制系統(tǒng)    過熱汽溫分二級控制，為串級控制方式，其主環(huán)和付環(huán)均為比例積分調(diào)節(jié)。    （1）過熱汽溫給定值    為適應(yīng)機組不同負荷和定壓、滑壓工況的要求，系統(tǒng)設(shè)計定值回路，機組負荷經(jīng)函數(shù)f(x1)、f(x2)產(chǎn)生汽溫給定信號。    （2）抗積分飽和功能

24、0;   由于汽溫調(diào)節(jié)對象的慣性和延遲大，調(diào)節(jié)特性差，使主調(diào)容易發(fā)生積分飽和現(xiàn)象，從而使系統(tǒng)動作遲緩，易發(fā)生振蕩。為此，采用付調(diào)指令限值啟動抗積分飽和功能。三、 W型鍋爐與四角切圓燃燒鍋爐自動控制的主要區(qū)別    株洲電廠#3爐是我省首臺正壓直吹式雙進雙出鋼球磨煤機、"W"型火焰鍋爐，與以前各電廠采用的中間儲倉式制粉系統(tǒng)、四角切圓燃燒鍋爐相比，其自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)有較大的區(qū)別，主要體現(xiàn)以下幾個方面：    (1)  中間倉儲式制粉系、四角切圓燃燒鍋爐的燃料調(diào)節(jié)通過控制20臺給粉機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)，一臺給粉機跳閘對汽壓（功率）的影響不是太大；雙進雙出鋼球磨煤機、W型火焰鍋爐的燃料調(diào)節(jié)通過控制4臺磨煤機的8個容量風擋板開度來實現(xiàn)，一臺給煤機或一臺磨煤機跳閘對汽壓（功率）的影響要大得多。但W型爐在著火、穩(wěn)燃、燃燼方面具有明顯的優(yōu)勢，在制粉系統(tǒng)工作正常時，自動調(diào)節(jié)