300MW机组W型锅炉自动调节技术

     摘  要  分析株洲电厂双进双出钢球磨煤机、"W"型火焰锅炉的主要自动调节系统的功  能、特点，以及与四角切圆燃烧锅炉自动调节的区别。

    关键词  "W"型锅炉；双进双出钢球磨煤机；  自动调节；调节品质

1 前言

    株洲电厂二期技改工程2× 300MW机组(3，4号机组)的锅炉采用东方锅炉(集团)股份有限公司制造的DGl025/18．2-Ⅱ14型亚临界压力、一次中间再热、自然循环、"W"型火焰锅炉；制粉系统为正压直吹式，磨煤机(4台)为BBD3854型双进双出钢球磨；给水系统采用3台50％容量的电动给水泵。机组的自动调节系统由MCS系统实现，采用XDPS一400分散控制系统，锅炉的主要自动调节系统包括协调控制、燃料控制(磨煤机容量风挡板调节)、磨煤机料位调节(给煤机转速调节)、磨煤机总风量调节(旁路风挡板调节)、磨煤机出口风温
节(磨煤机冷热风门调节)、磨煤机密封风差压调节、带氧量校正的送风调节、炉膛负压调节、一次风压调节、二次风挡板调节、一级过热蒸汽温度(A，B)调节、二级过热蒸汽温度(A，B)调节、再热蒸汽温度烟气挡板调节、再热蒸汽温度事故喷水调节、汽包水位调节等。

2  主要调节系统的功能、特点

2．1  协调控制

    协调控制的原则是将汽机、锅炉作为整体考虑。在能量平衡控制策略基础上，通过前馈/反馈、连续/断续、非线性、方向控制等控制机理的有机结合，来协调控制机组功率与机前压力，协调处理负荷要求与实际能力的平衡。在保证机组具备快速负荷响应能力的同时，维持机组主要运行参数的稳定。

    株洲电厂3，4号机组协调控制系统有5种控制方式：基本控制方式(手动)，锅炉跟随控制方式(BF)，汽机跟随控制方式(TF)、以炉跟机为基础的协调控制方式(BFCCS)、以机跟炉为基础的协调控制方式(TFCCS)。

2．L1  机组指令处理回路

    作为机组控制的前置部分，它接受AGC指令、一次调频指令和机组运行人员设定的负荷指令。根据机组运行状态和调节任务，对负荷指令进行处理使之与运行状态和负荷能力相适应。

2．1．2  锅炉主控

    锅炉主控分2种工况：a．炉跟机(BF)--此时主调输入：DEB信号作为指令(设定值SP)；热量信号作为反馈(过程值PV)；前馈信号：机组负荷指令(ULD)。副调输入：主调输出作为燃料指令；燃料量(因为双进双出磨，无法直接测量进入炉膛的煤粉量，取容量风指令平均值)作为反馈，经PID运算后去控制各台磨煤机容量风挡板的开度。见图l。

    b．机跟炉(TF)一此时主调输入：机组实际负荷指令；实发功率作为反馈。副调输入：主凋输出作为燃料指令；燃料量作为反馈，经PID运算后去控制各台磨煤机容量风挡板的开度。
 
  
   （1） DEB信号

   (公式）
    采用与汽机调阀开度成正比的信号(P1/PT)PS作为锅炉负荷指令，式中微分项在动态过程中加强燃烧指令，以补偿机、炉之间对负荷要求响应速度的差异。由于要求补偿的能量不仅与负荷变化量成正比，而且还与负荷水平成比例，所以微分项要乘以(P1/PT)PS。

    (2)减小磨煤机启停对负荷的影响

    众所周知，直吹式制粉系统磨煤机 启停对负荷影响大，对采用燃料平衡的系统来说，有以下因素：a．停磨煤机必然使其它处于自动工况的磨煤机增负荷，而磨煤机内的余粉通过一次风送进炉膛，引起停磨增加负荷。b.启动磨煤机使其它处于自动工况的磨煤机减负荷，引起启磨减负荷。

    对不采用燃料平衡的系统来说，启/停给煤机对燃料的内扰须等汽包压力变化时才能进行调节，显然对负荷影响也大。

    综合上述因素，应对燃料反馈信号进行动态补偿，以避开余粉影响。

    (3)提高负荷响应速率

    直吹式制粉系统的锅炉燃烧系统是大迟延环节，过分利用锅炉蓄热将加大机、炉间能量供需不平衡，负荷响应速度不能持久。因此在适当利用蓄热的同时，采用下列措施：a．增加煤量的前馈；b．增加一次风量的前馈。

    (4)风/煤交叉

    风/煤交叉采用锅炉指令与该指令经惯性环节输出相比较，取大值控制风量，取小值控制燃料量，可以避免实际信号波动对控制带来负面影响，方便地实现了加负荷时先加风、后加煤；减负荷时先减煤、后减风的"富氧"策略。

    (5)滑压定值

    滑压定值是负荷函数，在BF方式取机组指令代表负荷，在TF方式取实发功率MW作为负荷指令。这样做能够消除可能出现的正反馈，有利于系统稳定。增加滑压偏置，既能满足运行使用的灵活性，又能解决滑压、定压的无扰切换。

    (6)高加解列、单/多阀切换对锅炉主控的影响

    高加解列、单阀/多阀切换调节级P1变化大(即DEB指令突变)，对锅炉主控影响大。采用DEB指令保持30s，以抑制其不利影响。

  2.1.3  汽机主控

    在TF方式时，用汽机凋门来控制机前压力。特点是压力控制响应快，主汽压力很容易稳定在给定值上，但在煤种变化大时负荷波动较大。在BFCCS方式下汽机主控控制功率，根据机组功率偏差控制汽机调门开度，同时当机前压力偏差超出一定范围(±0.4 MPa)，进行压力拉回。

2.2  磨煤机控制

    直吹式双进双出钢球磨煤机的出力完全由通过磨煤机的容量风决定，因而对负荷能迅速响应。磨煤机的简体又具有一定的储粉能力，因此，该系统兼有直吹式和中储式制粉系统的优点。

2.2.1  磨煤机负荷控制(容量风挡板控制)

    煤粉由容量风带出磨煤机，在磨煤机内粉位一定的情况下(即风/粉比一定)，控制容量风的流量，就可以控制磨煤机的出力。燃料主控的指令直接作用于容量风挡板控制磨煤机负荷，自动时运行人员可以加一定量的偏置以调整每台磨煤机的出力。

2.2.2  磨煤机总风量控制(旁路风挡板控制)

    总风量含容量风和旁路风，容量风用于输送煤粉，流量与磨煤机的负荷成正比；旁路风有2个作用：干燥原煤及保证最小总风量，防止煤粉在管道沉积。故总风量的曲线f(x)应保证风量设定值大于最小总风量。另外，给煤量的变化对磨煤机的出口温度影响也较大，当出口温度偏离设定值时，适当调整旁路风量的定值，调节磨煤机的出口温度。

2.2.3  磨煤机粉位控制

    磨煤机的料位控制是双进双出磨煤机最基本的控制之一，也是投磨煤机负荷(容量风挡板)自动的必要条件。

    料位测量有2种：差压信号和电耳信号。2种信号都可采用，但株洲电厂的差压信号测量更准一些，主要采用差压信号。磨煤机负荷变化时，因为容量风发生变化，必然影响料位，因此这里加了负荷前馈信号，尽量使料位波动较小。

2.2.4  磨煤机出口温度控制

    磨煤机的出口温度由进入磨煤机的一次风温控制。在暖磨期间，不控制磨煤机的出口温度，而控制其人口风温。

2.3  一次风压控制

    一次风压是整个制粉系统正常运行的保障，除了要保证系统要求的最小风压外，还应与磨煤机运行的工况相适应。其设定值由机组负荷决定。此外，因为该制粉系统为正压系统，为防止煤粉外冒，设有密封风系统。密封风压调节系统保证密封风与磨煤机内的差压至少为4kPa。

    本机组有独立的一次风机(2台)提供制粉系统所需风量，并带粉入炉。一次风压为比例积分构成的单回路控制系统，B侧S/MA算法模块的偏置作为平衡一次风机出力。

2.4  引风系统

2.4.1  送风机跳闸影响

    送风机跳闸对炉膛压力影响较大，采用比例前馈适当减小引风机动叶开度，可以有效地抑制炉膛压力波动。

    24.2  RB切除燃料影响

    RB发生时快速切除燃料(FSSS)，引风调节前馈关，关的幅度与切除燃料量成比例。

2.4.3  非线性控制

    炉膛负压影响因素较多，波动也很频繁。对于较小波动(偏差小于±20Pa)不调节，偏差小，增益小；偏差大，增益大。这样有利于运行工况稳定。

2.4.4  防内爆

    发生MFT瞬间炉膛压力急剧下降，可能发生炉膛变形。因此一旦发生MFT，引风调节机构按比例减小，30s后逐步恢复。

2.5  送风控制

    本机组的送风系统中，一、二次风各用2台风机分别供给。一次风通过制粉系统并带粉入炉，二次风则为辅助风控制。一次风的控制涉及到制粉系统和煤粉的喷燃要求，所以锅炉总风量主要由送风控制。本系统包括氧量校正，并具备完善的方向闭锁和连锁功能。

2.5.1  风/煤限制

    采用风量与燃料信号转换为统一工程量，可以方便地实现风/煤方向闭锁。

2.5.2  风量指令

    采用DEB信号静态表达式：(P1/PT)Ps作为风量指令，当PT，与PS，偏差大锅炉主控切手动(已设定手动工况PS跟踪PT)或高加解列、单阀/多阀切换P1变化大，对风量指令进行20s保持。当机组发生RUNBACK，-用首级压力Pl作为风量指令，有利于系统稳定。

2.6  汽包水位控制

    本机组采用3台50％锅炉额定容量的电动调速给水泵。给水控制系统包括3台电泵与旁路给水阀，作为全程控制系统。

    机组在启动和低负荷(小于30％额定负荷)时，由1台电泵向锅炉供水。这时给水调节系统按单冲量方式工作。当锅炉给水量很小时，电泵运行在最低转速，用出口旁路阀调节给水量。当旁路开度达90％时，给水量转为电泵转速控制。当负荷大于30％，转为三冲量控制。正常运行时，2台电泵按三冲量控制方式。不运行电泵处于后备抢水状态。

  2.6.1  备用泵抢水位功能

    任意2台电泵运行，1台电泵运行中跳闸，备用电泵自启动成功，以最大速率增速，增速时间为30S。勺管目标值为原跳闸电泵勺管位置，电泵增速受增速时间和原电泵位置限制。如果是MFT引起电泵跳闸，备用电泵自启动，但不抢水位，水位由运行控制。

2.6.2  给水泵偏置

    由于泵特性差异，从运行角度考虑必须增加3台电泵的偏置。为了便于运行操作，电泵偏置指示和指令指示为百分数。

2.7  过热汽温控制系统

    过热汽温分二级控制，为串级控制方式，其主环和副环均为比例积分调节。

2.7.1  过热汽温给定值

    为适应机组不同负荷和定压、滑压工况的要求，系统设计定值回路，机组负荷经函数F(X1)，F(X2)产生汽温给定信号。

2.7.2  抗积分饱和功能

    由于汽温调节对象的惯性和延迟大，调节特性差，使主调容易发生积分饱和现象，从而使系统动作迟缓，易发生振荡。为此，采用副调指令限值启动抗积分饱和功能。

3  W型锅炉与四角切圆燃烧锅炉自

    动控制的主要区别

    株洲电厂3号炉是湖南省首台正压直吹式双进双出钢球磨煤机、"W"型火焰锅炉，与以前各电厂采用的中间储仓式制粉系统、四角切圆燃烧锅炉相比，其自动调节系统有较大的区别，主要体现在以下几个方面：

    a．中间仓储式制粉系、四角切圆燃烧锅炉的燃料调节通过控制20台给粉机的转速来实现，l台给粉机跳闸对汽压(功率)的影响不是太大；双进双出钢球磨煤机、W型火焰锅炉的燃料调节通过控制4台磨煤机的8个容量风挡板开度来实现，1台给煤机或1台磨煤机跳闸对汽压(功率)的影响要大得多。但W型炉在着火、稳燃、燃尽方面具有明显的优势，在制粉系统工作正常时，自动调节品质非常好，负荷、汽压、汽温、汽包水位等参数的曲线几乎是直线，在机组运行5h内参数的波动范围：负荷±1 MW、汽压土0.14MPa、汽温土3.5℃、汽包水位±10mm。

    b．双进双出钢球磨煤机的自动调节比中储式钢球磨要复杂一些。中储式钢球磨煤机的主要自动调节系统一般设计为3套：磨煤机出口温度、入口压力、磨煤机负荷。双进双出钢球磨煤机的自动调节系统主要有：磨煤机粉位控制、磨煤机负荷控制、磨煤机总风量控制、磨煤机出口温度控制，该种磨煤机对锅炉燃烧的影响更大、更直接。另外，该制粉系统为正压直吹式，因而增加了密封风机系统，有2台密封风机及密封管路。

    c．株洲电厂3号机组配置3台电动给水泵，与其它电厂配置2台汽动给水泵、1台电动给水泵比，其控制系统要简单得多，电泵凋节更迅速，自动调节品质更好，汽包水位通常可以控制在±15mm内，但厂用电率要高一些。

4  结束语

    株洲电厂3号机组的自动控制系统采用上海新华控制公司的XDPS-400分散控制系统实现，控制方案合理，组态非常灵活，参数调整很方便，在168h试运行中实现了自动投入率100％，且调节品质良好，为机组的安全、经济运行作出了重要贡献。