姚 遠，張?zhí)旆?，?毅，胡紹宇，張連旭

（國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

專論

摻燒褐煤的直吹式超臨界機組AGC控制優(yōu)化

姚 遠，張?zhí)旆?，?毅，胡紹宇，張連旭

（國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

某超臨界機組摻燒褐煤后，制粉系統(tǒng)控制難度增加，鍋爐主控前饋適應性變差，主蒸汽壓力變化范圍加大，機組不能滿足電網(wǎng)自動發(fā)電控制 （AGC）的要求。針對以上問題，對機組摻燒褐煤后的協(xié)調(diào)控制策略進行了優(yōu)化，設(shè)計了單臺磨煤機智能控制策略，修改了鍋爐主控前饋控制方式，增加了主蒸汽壓力滑壓定值變速率控制。新的控制策略已成功應用于機組的實際運行中，效果良好。

摻燒褐煤；自動發(fā)電控制 （AGC）；超臨界機組；控制優(yōu)化

近年來，很多電廠為了降低燃料成本，在設(shè)計燃用的煙煤中大量摻燒熱值低、價格廉的褐煤，造成鍋爐慣性增加，機組負荷響應能力下降，無法滿足AGC的要求［1-3］。需要對機組摻燒褐煤的工況進行有針對性的控制優(yōu)化，提高機組對煤質(zhì)變化的適應能力。

某電廠2臺600 MW超臨界機組設(shè)計煤種為發(fā)熱量21 230 kJ／kg的煙煤，近期開始摻燒褐煤，熱量為12 560～14 653 kJ／kg。褐煤與設(shè)計煤種差異較大，當褐煤摻燒比例超過40%時，各主要運行參數(shù)的控制品質(zhì)明顯下降，無法滿足AGC的要求。為此，對該機組摻燒褐煤工況進行了控制優(yōu)化，并進行了AGC負荷擾動試驗。試驗結(jié)果表明，經(jīng)過控制優(yōu)化后各主要參數(shù)的控制品質(zhì)得到提高，能夠滿足AGC的要求。

1 摻燒褐煤后影響AGC控制品質(zhì)的因素分析

1.1 制粉系統(tǒng)控制難度增加［4］

常規(guī)協(xié)調(diào)控制策略中，制粉系統(tǒng)按照燃料主控的輸出控制磨煤機的給煤量，按照風煤比曲線控制磨煤機的一次風量，每臺磨煤機的控制基本相同。摻燒褐煤后，磨煤機的實際制粉能力與設(shè)計工況發(fā)生了較大偏差，主要體現(xiàn)在干燥出力明顯不足，隨著褐煤摻燒比例的增加，相同給煤量的工況下，磨煤機出口溫度逐漸降低，最終熱風門全開，冷風門全關(guān)，磨煤機的出口溫度也無法達到設(shè)計要求，控制難度明顯增加。

1.2 鍋爐主控前饋適應性變差［5］

常規(guī)協(xié)調(diào)控制策略中，鍋爐主控前饋為負荷指令對應的設(shè)計煤量。摻燒褐煤后，實際入爐的燃料熱值嚴重偏離設(shè)計煤種熱值，導致負荷變化時，鍋爐主控前饋變化的煤量無法滿足負荷變化量的要求，出現(xiàn)主蒸汽壓力偏差大，AGC負荷響應滯后，同時造成煤水比、風煤比失衡，主蒸汽溫度、氧量、爐膛負壓等波動比較大，AGC指標難以達到電網(wǎng)的要求。

1.3 主蒸汽壓力控制與AGC矛盾突出

常規(guī)協(xié)調(diào)控制策略中，主蒸汽壓力為滑壓控制方式，該方式下主蒸汽壓力設(shè)定值與AGC負荷設(shè)定值變化方向一致。AGC負荷設(shè)定值變化時，實際主蒸汽壓力在負荷變化開始階段與其設(shè)定值變化方向相反，造成壓力偏差較大。摻燒褐煤后，鍋爐燃燒的滯后特性更加顯著，更容易造成主蒸汽壓力變化范圍加大、煤量過調(diào)及負荷閉鎖等問題，既不能滿足AGC的控制要求，也無法實現(xiàn)機組的安全、穩(wěn)定運行。

2 摻燒褐煤后AGC控制優(yōu)化措施

2.1 制粉系統(tǒng)控制優(yōu)化

a.單臺磨煤機采用單一煤種控制。單臺磨煤機在一定時間內(nèi)全部磨制褐煤或者全部磨制煙煤，褐煤和煙煤在爐膛內(nèi)完成摻燒，采用此種摻燒方式可以更準確地掌握進入爐膛的總能量，減少反饋回路的動作幅度，保證機組在快速響應負荷的同時，主要參數(shù)滿足要求。對褐煤摻燒比例的控制方法為：負荷360 MW以下，4臺磨煤機運行全部磨制褐煤；360～480 MW 4臺褐煤磨煤機和1臺煙煤磨煤機運行；480～600 MW 4臺褐煤磨煤機和2臺煙煤磨煤機運行?？刂圃砣鐖D1所示。

圖1 褐煤摻燒方式

b.單臺磨煤機出力智能控制。運行人員在操作界面輸入單臺磨煤機的實際燃煤熱值，控制邏輯依據(jù)磨煤機的運行狀態(tài)參數(shù)，對本臺磨煤機的出力能力進行計算，形成修正系數(shù)，用此系數(shù)修正本臺磨煤機的燃料主控指令，滿足本臺磨煤機磨制的煤質(zhì)要求，最終實現(xiàn)磨制不同煤質(zhì)的磨煤機均能按照本身的出力能力進行等比例增、減煤量，實現(xiàn)煤量既快又穩(wěn)控制?？刂圃砣鐖D2所示。

c.設(shè)計了一次風系統(tǒng)優(yōu)化控制器，如圖3所示。優(yōu)化控制器的輸入變量為負荷指令、實際負荷、主蒸汽壓力設(shè)定值、主蒸汽壓力實際值、一次風壓力，優(yōu)化控制器的輸出變量為一次風壓力設(shè)定值修正量、磨煤機入口風量設(shè)定值修正量。優(yōu)化控制器的作用是在機組變負荷過程中，通過快速改變一次風壓力和磨煤機入口一次風量，利用磨煤機和煤粉管道中的殘留煤粉，加快鍋爐的熱負荷變化，

提高機組對AGC負荷指令的響應速度。

圖2 磨煤機出力控制

圖3 一次風優(yōu)化控制

2.2 鍋爐主控系統(tǒng)控制優(yōu)化

鍋爐主控系統(tǒng)采用能量信號取代煤量信號進行控制，克服褐煤摻燒過程中煤質(zhì)波動的影響，即輸入鍋爐的能量等于當前工況鍋爐所需能量。輸入鍋爐的能量由各運行磨煤機的能量求和得出，當前工況鍋爐所需能量由前饋指令和PID調(diào)節(jié)器輸出組成，前饋指令由負荷—能量曲線和變負荷能量補償組成。依據(jù)鍋爐當前運行工況形成修正系數(shù)對負荷—能量曲線進行修正，提高曲線的準確性，滿足不同工況下對進入鍋爐總能量的控制。采用變參數(shù)和預測控制計算變負荷能量補償量，提高變負荷過程中能量補償?shù)倪m應性，既滿足協(xié)調(diào)方式下大幅度變負荷的要求，又滿足AGC方式下小幅度頻繁變負荷的要求。采用變參數(shù)控制對PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)進行優(yōu)化?？刂圃砣鐖D4所示。

2.3 主蒸汽壓力系統(tǒng)控制優(yōu)化

主蒸汽壓力的滑壓設(shè)定值由滑壓目標值與滑壓速率共同作用實現(xiàn)，滑壓目標值與機組的負荷指令一一對應，滑壓目標值經(jīng)過滑壓速率限制后形成滑壓設(shè)定值，控制實際的主蒸汽壓力?；瑝涸O(shè)定值采用變速率方法進行控制優(yōu)化，當機組變負荷時，先判斷此時主蒸汽壓力變化趨勢，若主蒸汽壓力的變化方向與負荷變化方向一致，則滑壓設(shè)定值按照正常的滑壓速率跟隨負荷指令變化，若主蒸汽壓力不變或與負荷變化方向相反，則降低滑壓速率，當主蒸汽壓力的變化方向與負荷變化方向一致后，滑壓設(shè)定值再按照正常的滑壓速率變化。

圖4 鍋爐主控

3 優(yōu)化效果

利用機組停運的機會將上述AGC控制優(yōu)化措施應用到機組的實際DCS控制邏輯中。機組啟動后，進行了AGC負荷擾動試驗，試驗曲線如圖5所示。試驗中褐煤摻燒比例為55%，AGC控制方式為不帶基點的跟蹤聯(lián)絡(luò)線模式 （NOB），AGC指令在300～600 MW變化，主蒸汽溫度變化范圍±3℃；中間點溫度變化范圍±3℃；機前壓力變化范圍±0.5 MPa，實際負荷變化率為9.3 MW／min。

圖5 AGC負荷擾動試驗曲線1——AGC負荷指令；2——實際負荷；3——主蒸汽壓力設(shè)定值；4——主蒸汽壓力實際值；5——燃料綜合熱值；6——主蒸汽溫度

4 結(jié)束語

應用本文提出的摻燒褐煤優(yōu)化控制策略后，機組的褐煤摻燒比例大幅提高，由40%提高到65%，同時，機組AGC的調(diào)節(jié)品質(zhì)能夠滿足電網(wǎng)調(diào)度的要求，各主要運行參數(shù)指標良好。實踐表明，本文提出的摻燒褐煤AGC優(yōu)化方案合理、可行，為其它同類型機組進行摻燒褐煤優(yōu)化控制提供了很好的借鑒。

［1］ 姚 遠，管慶相，吳 松，等.直吹式鍋爐機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化 ［J］.東北電力技術(shù)，2007，28（8）：1-4.

［2］ 姚 遠，劉 巖.600 MW超超臨界機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.東北電力技術(shù)，2009，30（1）：42-45.

［3］ 張成鑄，姚 遠.300 MW 循環(huán)流化床鍋爐機組協(xié)調(diào)控制優(yōu)化設(shè)計 ［J］.東北電力技術(shù)，2012，33（6）：5-7.

［4］ 雷 霖，焦慶豐，張棟梁.煤質(zhì)對超臨界600 MW機組調(diào)峰特性影響的試驗研究 ［J］.熱力發(fā)電，2013，42（8）：55-57.

［5］ 何 鈞，劉寶玲.超臨界600 MW機組協(xié)調(diào)控制策略優(yōu)化［J］.電站系統(tǒng)工程，2012，28（11）：68-70.

AGC Control Optimization for Direct?fired Supercritical Unit of Lignite Mixed Burning

YAO Yuan，ZHANG Tian?fang，SHAO Yi，HU Shao?yu，ZHANG Lian?xu
（Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

After a supercritical unit was added lignite mixed burning，it becomes much more difficult to control the pulverizing system，the adaptability of the boiler master control gets worse，the change range of the main steam pressure is increased，the unit could not meet the requirements of automatic generation control（AGC）.According to these problems，the control stragegy is optimized，the in?teeligent control stragegy of the single coal mill is desinged，the control mode is modified and the variable rate control is added.The new control stragegy is effective and applied to the practical operation.

Lignite mixed burning；AGC；Supercritical unit；Control optimization

TM621

A

1004-7913（2015）11-0001-03

姚 遠 （1979—），男，碩士，高級工程師，從事熱工技術(shù)研究工作。

2015-08-10）