陳彥橋，張芬芳

(國電科學技術研究院北京電力技術分院，北京市 100081)

0 引言

解決能源矛盾的可行方法之一就是“節(jié)能降耗”，提高化石能源利用效率。目前，我國約有70%的發(fā)電量是由燃煤電廠提供的，到2020年，這一比例仍將維持在65%左右［1］，因此對現(xiàn)有火電機組節(jié)能優(yōu)化顯得尤為必要。

機組節(jié)能改造不僅涉及到工藝流程和設備優(yōu)化，控制優(yōu)化也是必不可少的部分［2］。控制優(yōu)化就是利用優(yōu)化控制策略對復雜多變的生產過程進行及時的控制，以達到提高機組安全性和經濟性的目的。文獻［3］針對排灰和爐渣中可燃物含量高、排煙溫度偏高的問題，提出了典型負荷下鍋爐的優(yōu)化運行方式，使其對氧量、一次風壓、二次配風方式以及投磨煤機方式等因素進行優(yōu)化調整。超超臨界火電機組大都采用滑壓運行，為了提高超超臨界機組在汽機調門節(jié)流很小甚至調門全開、無鍋爐蓄熱可利用工況下機組負荷響應能力，文獻［4］設計了1套全新的基于凝結水節(jié)流調節(jié)負荷的節(jié)能型機組協(xié)調控制系統(tǒng)，有效利用了機組凝結水和回熱系統(tǒng)中的蓄能，并與鍋爐燃燒率控制相配合，降低了供電煤耗。文獻［5］對3個典型除塵系統(tǒng)的通風風機做了詳細的數(shù)據(jù)處理，分析了除塵系統(tǒng)運行節(jié)能的情況。對于運行時偏離設計狀態(tài)不大的系統(tǒng)，需要對風機進行調整;對于偏離設計狀態(tài)較大的系統(tǒng)，需要對其風機進行更換。經過這些改造，減少了除塵系統(tǒng)對資源的浪費。文獻［6］對中儲式制粉系統(tǒng)進行了節(jié)能優(yōu)化控制，根據(jù)磨煤機料位控制給煤量，根據(jù)出口溫度和系統(tǒng)風壓調整熱風門、再循環(huán)風門或冷風門。在各控制回路之間引入?yún)f(xié)調控制，從而使制粉系統(tǒng)始終控制在最佳運行狀態(tài)。文獻［7］根據(jù)電廠運行的歷史數(shù)據(jù)，分析了協(xié)調控制系統(tǒng)產生問題的原因，修改了邏輯組態(tài)中閥門的流量特性曲線，并提出了分段負荷定壓的方案，每年減少節(jié)流損失數(shù)百萬元。

本文對駐馬店熱電有限公司330MW單元機組的協(xié)調控制系統(tǒng)、送風控制系統(tǒng)、一次風控制系統(tǒng)、加熱器疏水系統(tǒng)等進行優(yōu)化，以達到提高機組安全性和經濟性的目的。

1 機組現(xiàn)狀和問題

國電駐馬店熱電有限公司共有2臺330MW亞臨界機組，單機配備5臺雙入雙出鋼球磨煤機，分散控制系統(tǒng)(distributed control system，DCS)采用EDPF NT+控制系統(tǒng)。2臺機組自投產以來，控制品質較差，主要問題如下:

(1)機組原控制邏輯存在較大缺陷，協(xié)調控制系統(tǒng)常常退出運行。有時，1天之內退出好幾次，嚴重影響了機組的運行安全和自動控制品質。

(2)協(xié)調控制系統(tǒng)負荷跟蹤品質較差，主蒸汽壓力波動大。

(3)送風控制系統(tǒng)無法投自動。

(4)原高、低壓加熱器(下稱高加、低加)疏水控制系統(tǒng)存在邏輯缺陷，本級高加(低加)水位高，沒有檢測下一級高加(低加)水位是否有裕量，就打開本級緊急疏水門，不僅損失了疏水蘊含的熱量，還造成了凝汽器內過多的冷源損失、增加了凝結水泵出力［8］。

2 控制系統(tǒng)優(yōu)化方案

2.1 協(xié)調控制系統(tǒng)優(yōu)化

2.1.1 協(xié)調控制系統(tǒng)退出邏輯缺陷

通過對機組運行歷史數(shù)據(jù)和協(xié)調控制邏輯的分析，確定燃料主控切手動是協(xié)調控制系統(tǒng)退出的原因，而引起燃料主控切手動的原因有2點:燃料偏差大是主因，總燃料量品質壞是次因。機組運行狀況的實時曲線如圖1所示。

圖1 機組運行歷史曲線Fig.1 Units'operation curves

由圖1可知，“燃料偏差報警”最早發(fā)生，進而觸發(fā)了燃料主控退到手動狀態(tài)，其控制邏輯如圖2所示。

從圖2可看出，燃料主控切手動的主要原因來自于“燃料偏差報警”和“總燃料量品質壞”這2條邏輯。

圖2 燃料主控切手動邏輯Fig.2 Logic principle of main fuel control changed to manual

進一步分析歷史趨勢發(fā)現(xiàn)，鍋爐主控輸出在容量風指令≥100%時，由于積分作用其輸出指令還在增加，從而造成總燃料量和鍋爐主控輸出指令(總燃料量指令)之間的燃料偏差大。因此，對鍋爐主控增加了“容量風指令≥85%，閉縮增”的邏輯，從而消除了燃料偏差大造成協(xié)調控制退出的隱患。同時，將“總燃料量品質壞”信號延時5 s，若該信號為真，燃料主控才跳到手動。

經過更改上述邏輯，1、2號機組協(xié)調控制系統(tǒng)不再發(fā)生燃料主控切手動的現(xiàn)象，有效提高了協(xié)調控制系統(tǒng)的可用性。

2.1.2 負荷跟蹤品質優(yōu)化

原控制邏輯中，一次風變頻器主要控制一次風壓。新增邏輯主要包含:(1)在根據(jù)負荷定值折算一次風壓定值的基礎上，增加根據(jù)負荷定值計算的動態(tài)微分前饋，加快負荷定值動態(tài)變化時一次風壓的變化;(2)將主蒸汽壓力偏差引入一次風壓力定值計算中，讓一次風機變頻器對主蒸汽壓力偏差進行粗調。同時，將設定值部分主蒸汽壓力的死區(qū)設定為0.15，避免了主蒸汽壓力小幅波動對一次風變頻控制的影響。一次風變頻風壓定值控制邏輯如圖3所示。圖3中原負荷定值信號與其經過濾波的信號求差值構成了一次風壓的動態(tài)微分前饋信號，主蒸汽壓力偏差的死區(qū)在分段函數(shù)發(fā)生器f1(x)中設定。

圖3 一次風壓定值設計邏輯Fig.3 Design logic of fixed value of primary air pressure

針對機組負荷跟蹤品質低的問題，增加了負荷定值到容量風控制器的動態(tài)前饋，主要包括比例和微分控制器，容量風的快速響應使得爐側的燃料量供給能夠及時滿足負荷的需要。鍋爐主控前饋控制邏輯修改如圖4所示，原負荷控制指令信號與其濾波信號的差值構成了微分控制器，比例控制可以由分段函數(shù)發(fā)生器f2(x)實現(xiàn)。

圖4 鍋爐主控前饋控制邏輯Fig.4 Feedforward control logic of boiler main control

負荷上升的時候，如果汽輪機側主汽門開得過快，會導致機前壓力下降過快，造成汽包水位波動過于劇烈。設置壓力拉回回路，適當控制壓力變化的速度，以維持負荷變動時工況的穩(wěn)定性是必要的。將原主蒸汽壓力設定值與實際值的偏差，反映到主蒸汽調節(jié)門的函數(shù)輸出值( －2，－2，－1，0，1，0，2，2)修正為( －2，－2，－0.6，0，0.6，0，2，2)，減小了主蒸汽壓力的波動幅度。

將原負荷控制函數(shù)輸出值( －50，－50，0，0，50，50)修改成( －50，－50，－1，0，1，0，50，50)，使負荷控制函數(shù)具有死區(qū)，減少主蒸汽調門的抖動，延長了執(zhí)行機構的壽命。

2.2 送風系統(tǒng)投自動

經檢查，送風系統(tǒng)無法投自動的主要原因是鍋爐主控經折算函數(shù)后的總風量和測量的總風量不一致。進行了如下修改:

(1)使用負荷指令代替鍋爐主控輸出，通過對折算函數(shù)進行修正，使折算函數(shù)輸出保持基本穩(wěn)定。

(2)對總風量測點進行校正，發(fā)現(xiàn)風量測點的變送器設置量程與DCS軟件組態(tài)模塊量程不一致，對此進行了修改。

(3)對送風控制器參數(shù)進行了優(yōu)化。送風比例積分微分 (proportion integration differentiation，PID)控制器積分參數(shù)由200修正為100;比例增益由0.026修正為0.025，積分時間常數(shù)由560修正為400;送風自動時兩側動葉左側最小開度由30修正為10，右側最小開度由30修正為15。

修改后，氧量修正函數(shù)的輸出保持在0.8～1.2。由于運行人員反映A送風機送風擋板的零點沒有校準，在低負荷手動時擋板開度甚至出現(xiàn)7%左右的數(shù)值，因此重新設定了A送風機送風擋板手操器自動時的下限值，把下限值30修正為5。送風指令的邏輯如圖5所示，負荷指令的折算函數(shù)由f3(x)實現(xiàn)。

圖5 送風指令生成邏輯Fig.5 Command generation logic of air supply

2.3 疏水系統(tǒng)優(yōu)化

對疏水系統(tǒng)邏輯作了如下修改:本級高加或低加水位高，先檢測下一級高加或低加水位是否有調節(jié)裕量，若有調節(jié)裕量，先將向下一級的排水門強制開到最大;之后數(shù)s，若本級高加或低加水位仍高，再打開本級緊急疏水門。修改后，高、低加的緊急疏水門動作次數(shù)顯著減少，減少了熱量損失。以7號低壓加熱器為例進行說明。圖6是7號低加正常疏水閥手操部分的邏輯圖，即當7號低加水位高二值或高三值且8號低加水位不高時，強開7號低加向下一級正常疏水的閥門至100%;圖7是7號低加緊急疏水閥手操部分的邏輯圖，即當7號低加水位高二值或高三值5 s后仍在報警，則強開7號低加緊急疏水閥至100%，若報警信號消失且7號低加正常疏水閥門開度大于90%時，則強關7號低加緊急疏水閥。

3 結論

國電駐馬店熱電有限公司機組協(xié)調控制系統(tǒng)頻繁退出且負荷響應性能差，送風系統(tǒng)不能投自動，疏水系統(tǒng)邏輯有缺陷。經過對控制邏輯進行修改和優(yōu)化，目前1、2號機組自動投入率在95%以上，自動發(fā)電量控制實際負荷變化速率在6 MW以上，主蒸汽壓力偏差在0.7 MPa以下，與機組經濟指標密切相關的送風、再熱減溫水系統(tǒng)均投入自動且運行良好，緊急疏水門開啟次數(shù)大大減少，有效提高了機組運行的安全性和經濟性。

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