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        基于柔性順控的制粉系統(tǒng)一鍵啟??刂萍夹g(shù)在1 000 MW超超臨界火電機(jī)組的實(shí)踐與應(yīng)用

        2020-01-10 13:50:04
        浙江電力 2019年12期
        關(guān)鍵詞:步序給煤機(jī)制粉

        (華能玉環(huán)電廠,浙江 玉環(huán) 317600)

        0 引言

        制粉系統(tǒng)是火電機(jī)組燃燒控制系統(tǒng)的重要組成部分,也是火電機(jī)組AGC(自動(dòng)發(fā)電控制)運(yùn)行方式下的斷點(diǎn)。制粉系統(tǒng)自啟停技術(shù)是實(shí)現(xiàn)AGC全程無斷點(diǎn)的必要條件,一鍵啟停是實(shí)現(xiàn)自啟停的前提。

        制粉系統(tǒng)的一鍵啟停包含磨煤機(jī)、給煤機(jī)及其他相關(guān)設(shè)備的啟停,冷熱風(fēng)門的自動(dòng)投切與初始值給定、初始給煤率的給定等過程。制粉系統(tǒng)啟停一次需按照順序操作以上設(shè)備,同時(shí)還需保證磨煤機(jī)出口溫度及入口風(fēng)量在一定范圍,該流程重復(fù)且復(fù)雜,依賴操作員手動(dòng)控制,工作量大,嚴(yán)重時(shí)可能因啟停不及時(shí)而影響機(jī)組負(fù)荷,運(yùn)行中由于制粉系統(tǒng)啟停不及時(shí)造成機(jī)組RB(輔機(jī)故障減負(fù)荷)的事件偶有發(fā)生,給發(fā)電廠造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

        不同機(jī)組在設(shè)計(jì)之初都有制粉系統(tǒng)啟停順序控制,現(xiàn)實(shí)中由于相關(guān)輔機(jī)可靠性不足,順控執(zhí)行不連續(xù),邏輯的適應(yīng)性較差,大部分發(fā)電廠制粉系統(tǒng)啟停需要操作員手動(dòng)干預(yù)。作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng),不少發(fā)電廠展開了制粉系統(tǒng)自動(dòng)啟?;蛘咭绘I啟停的改進(jìn)與研究。本研究在浙江某超超臨界機(jī)組上進(jìn)行試驗(yàn),采用了制粉系統(tǒng)的柔性順控,即利用等效分析的手段或?qū)嶋H工況的輔助判據(jù)表征設(shè)備狀態(tài),有效提高了順控系統(tǒng)的容錯(cuò)性,同時(shí)按照操作員的操作習(xí)慣模擬制粉系統(tǒng)啟停過程及故障處理,取得了較好的效果,實(shí)現(xiàn)了制粉系統(tǒng)真正意義上的一鍵啟停。

        1 常規(guī)順控存在的問題及柔性順控

        某發(fā)電廠4×1 000 MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組,采用直吹式制粉系統(tǒng),每臺(tái)鍋爐配置6臺(tái)HP1163中速磨煤機(jī),6臺(tái)EG3690給煤機(jī)。每臺(tái)磨煤機(jī)配置4個(gè)出口閘板門,冷、熱風(fēng)快關(guān)門各1個(gè),冷、熱風(fēng)調(diào)門各1個(gè),密封風(fēng)門1個(gè)。每臺(tái)給煤機(jī)配置上、下閘板門各1個(gè),密封風(fēng)門1個(gè)。

        制粉系統(tǒng)原始順控啟停存在以下問題:

        (1)僅考慮了開關(guān)量控制,未考慮一鍵啟停中模擬量控制。

        (2)開關(guān)量控制邏輯過于簡單,按照設(shè)備控制說明設(shè)計(jì),沒有考慮系統(tǒng)的整體需要。

        (3)沒有考慮設(shè)備的可靠性,系統(tǒng)的容錯(cuò)性不足。

        (4)沒有考慮系統(tǒng)特性差異沿用同一套邏輯及參數(shù),控制的魯棒性較差。

        實(shí)際上原有的順控模塊沒有實(shí)質(zhì)上的應(yīng)用,要實(shí)現(xiàn)真正意義上的一鍵啟停,系統(tǒng)控制需要具有較好的容錯(cuò)性和魯棒性,滿足不同制粉系統(tǒng)不同工況下的應(yīng)用。

        柔性順控指利用容錯(cuò)技術(shù),對(duì)已經(jīng)獲取的信號(hào)進(jìn)行分析從而準(zhǔn)確捕獲目標(biāo)信息,規(guī)避設(shè)備動(dòng)作不正?;蛘咴O(shè)備狀態(tài)表征信號(hào)異常引起的不必要的程控?cái)帱c(diǎn)。如磨煤機(jī)啟動(dòng)中,其熱風(fēng)擋板位置反饋異常,傳統(tǒng)順控邏輯會(huì)在該步序故障停步,柔性順控技術(shù)通過容錯(cuò)處理,順控執(zhí)行可以不受影響。在本次改造實(shí)踐中,運(yùn)用容錯(cuò)控制及柔性控制手段,達(dá)到了很好的效果。

        2 制粉系統(tǒng)順控啟停難點(diǎn)及解決方案

        制粉系統(tǒng)的一鍵啟??刂拼嬖谝恍╇y點(diǎn):

        順控啟停如何同步實(shí)現(xiàn)模擬量自動(dòng)是難點(diǎn)之一,啟動(dòng)主要包含分離器轉(zhuǎn)速給定轉(zhuǎn)速及升速率控制,暖磨期間風(fēng)量、風(fēng)溫控制,給煤率給定及其升速率控制。啟動(dòng)完成后風(fēng)量、風(fēng)溫控制及初始給定。停運(yùn)主要包含給煤率給定及其降速率控制,風(fēng)量風(fēng)溫控制。

        啟動(dòng)、停止過程中,由于執(zhí)行設(shè)備卡澀或者設(shè)備狀態(tài)表征信號(hào)不可靠,會(huì)對(duì)開關(guān)量控制產(chǎn)生影響。如風(fēng)、粉擋板位置反饋異常,中斷順控步序的執(zhí)行。

        啟動(dòng)、停止過程中,由于閥門風(fēng)、粉系統(tǒng)的特性存在差異,同一種控制參數(shù)和邏輯,無法滿足不同磨組,或者相同磨組不同工況的要求,邏輯的通用性不強(qiáng)。如風(fēng)門的密封性存在較大差異,啟停制粉系統(tǒng)時(shí)需要設(shè)置不同的初始參數(shù)。如何提高系統(tǒng)的魯棒性也是難點(diǎn)之一。

        2.1 制粉系統(tǒng)啟停順控

        根據(jù)制粉系統(tǒng)的啟動(dòng)說明,結(jié)合多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),對(duì)啟停步序及方案進(jìn)行了優(yōu)化。具體啟動(dòng)、停止順控步序如表1、表2所示。

        2.2 制粉系統(tǒng)啟停模擬量控制優(yōu)化

        模擬量控制主要難點(diǎn)在于如何提高系統(tǒng)的魯棒性,優(yōu)化中進(jìn)了以下改進(jìn):

        順控啟離器,為防止分離器啟動(dòng)時(shí)電流超限,分離器給定目標(biāo)轉(zhuǎn)速為正常運(yùn)行最低轉(zhuǎn)速,升速率限定為15 r/min。

        冷、熱風(fēng)門方面,通過驗(yàn)證得出,熱風(fēng)門漏流量比較大,暖磨過程中不宜開熱風(fēng)快關(guān)門、熱風(fēng)調(diào)節(jié)門,開磨煤機(jī)出口門后利用冷風(fēng)門暖磨。為防止暖磨時(shí)冷風(fēng)門開啟過快,一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉來不及調(diào)整,導(dǎo)致一次風(fēng)母管壓力下降過快影響其他制粉系安全運(yùn)行,限制冷風(fēng)調(diào)節(jié)門開啟速率,以1%/s的速率開冷風(fēng)調(diào)節(jié)門,超馳至50%。同時(shí)出口溫度設(shè)定為70℃,并將冷風(fēng)調(diào)節(jié)門強(qiáng)制投自動(dòng)。由于磨煤機(jī)風(fēng)溫由冷風(fēng)調(diào)節(jié)門響應(yīng),啟動(dòng)過程中風(fēng)溫低,冷風(fēng)門自動(dòng)情況下會(huì)自動(dòng)關(guān)小,所以在順控啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行限定,即磨煤機(jī)出口溫度低于70℃且處于順控啟動(dòng)時(shí)冷風(fēng)調(diào)節(jié)門閉鎖減。通過以上手段,有效解決了暖磨過程中風(fēng)溫、風(fēng)量控制難點(diǎn)。

        表1 制粉系統(tǒng)啟動(dòng)順控步序表

        表2 制粉系統(tǒng)停運(yùn)順控步序

        給煤率方面,啟動(dòng)給煤機(jī)自動(dòng)給定最小給煤率(20 t/h),為防止啟動(dòng)中可能存在的落煤不暢,造成磨煤機(jī)溫度超限,在實(shí)際給煤率未達(dá)到最小給煤率前,熱風(fēng)調(diào)節(jié)門全關(guān)。給煤量達(dá)到最小給煤率時(shí),磨煤機(jī)溫度會(huì)迅速下降,為此,當(dāng)給煤率達(dá)到20 t/h及以上時(shí),熱風(fēng)調(diào)節(jié)門超馳開至20%,同時(shí)將熱風(fēng)調(diào)節(jié)門強(qiáng)制投自動(dòng),冷風(fēng)調(diào)節(jié)門超馳關(guān)至40%。由于不同制粉系統(tǒng)風(fēng)門特性差異較大,超馳指令中設(shè)置偏置,操作員可以根據(jù)實(shí)際情況,該超馳指令上疊加±20%的偏置,實(shí)際運(yùn)用中,很好地滿足了不同制粉系統(tǒng)的要求,控制邏輯有較好的魯棒性。

        停運(yùn)制粉系統(tǒng)時(shí),既要保證風(fēng)量、風(fēng)溫、煤量平穩(wěn)下降,又要保證停運(yùn)過程對(duì)協(xié)調(diào)控制的沖擊小。因此停運(yùn)給煤機(jī)走空皮帶時(shí),在制粉系統(tǒng)順控指令發(fā)出后,設(shè)定給煤率為最小值(25 t/h),超馳全關(guān)熱風(fēng)調(diào)節(jié)門,超馳開冷風(fēng)調(diào)節(jié)門至70%。為防止停運(yùn)過程中煤量下降過快、風(fēng)煤比失調(diào)過大,設(shè)定給煤率的下降速率為0.2 t/s,熱風(fēng)調(diào)節(jié)門的關(guān)閉速率為1%/s,冷風(fēng)調(diào)節(jié)門的開啟速率為1%/s。熱風(fēng)調(diào)節(jié)門全關(guān)后強(qiáng)制切手動(dòng),出口溫度設(shè)定值為60℃,保證最小風(fēng)量情況下,磨煤機(jī)溫度不超標(biāo),控制效果良好。模擬量控制的超馳和閉鎖時(shí)間,需要根據(jù)調(diào)試情況而定。

        2.3 制粉系統(tǒng)啟停開關(guān)量控制優(yōu)化

        開關(guān)量控制主要難點(diǎn)在于如何提高系統(tǒng)的容錯(cuò)性能,主要通過優(yōu)化順控步序、等效信號(hào)判斷等手段,通過邏輯容錯(cuò),滿足啟停要求。

        由于熱風(fēng)快關(guān)門漏風(fēng)率大,冷態(tài)啟動(dòng)或熱態(tài)啟動(dòng)中可能發(fā)生斷煤,造成磨煤機(jī)出口溫度高。調(diào)整順控步序,啟動(dòng)時(shí)先啟動(dòng)給煤機(jī),再同時(shí)開啟磨煤機(jī)熱風(fēng)快關(guān)門、給煤機(jī)上閘板門,取消給煤機(jī)啟動(dòng)允許條件中的熱風(fēng)快關(guān)門開啟條件。啟動(dòng)順序優(yōu)化后,磨煤機(jī)溫度控制較好。

        鑒于熱風(fēng)快關(guān)門開到位反饋信號(hào)不可靠、磨煤機(jī)上閘板門容易卡澀開不到位。用熱風(fēng)門關(guān)到位信號(hào)消失替代磨煤機(jī)熱風(fēng)快關(guān)門全開、入口閘板門關(guān)信號(hào)消失替代給煤機(jī)上閘板門全開的反饋信號(hào),不影響系統(tǒng)運(yùn)行,有效地提高了控制系統(tǒng)的容錯(cuò)性能。

        停運(yùn)制粉系統(tǒng),為防止低給煤率時(shí)計(jì)量不準(zhǔn),給煤機(jī)皮帶走空判斷條件為給煤率小于5 t/h超過10 s。給煤機(jī)下閘板門容易卡澀,用給煤機(jī)下閘板門關(guān)到位信號(hào),或者關(guān)閉指令發(fā)出后延時(shí)50 s作為順控返回信號(hào)。設(shè)備正常時(shí),閘板關(guān)閉后執(zhí)行下一步(關(guān)閉熱風(fēng)快關(guān)門)的條件,設(shè)備卡澀時(shí),順控步序執(zhí)行一定時(shí)間后執(zhí)行下一步,不中斷停運(yùn)步序執(zhí)行。關(guān)閉磨煤機(jī)熱風(fēng)快關(guān)門時(shí),熱風(fēng)門全關(guān)信號(hào)不可靠,用熱風(fēng)門開信號(hào)丟失延時(shí)20 s,或者熱風(fēng)快關(guān)門關(guān)到位信號(hào)表征,事實(shí)證明效果良好。為保證磨煤機(jī)不積粉,熱風(fēng)快關(guān)門關(guān)閉后,延時(shí)10 min,再執(zhí)行停運(yùn)磨煤機(jī)及聯(lián)停旋轉(zhuǎn)分離器步序。

        3 調(diào)試效果及改進(jìn)

        優(yōu)化后制粉系統(tǒng)一鍵啟動(dòng)時(shí),溫度、風(fēng)量控制較好,啟停過程對(duì)爐膛負(fù)壓及主汽溫度調(diào)節(jié)擾動(dòng)較小。一鍵啟動(dòng)的過程(如圖1所示)與操作員手動(dòng)啟動(dòng)制粉系統(tǒng)的過程(如圖2所示)比較,在不包括油站啟動(dòng)時(shí)(油站一般長期運(yùn)行),操作員手動(dòng)啟動(dòng)制粉系統(tǒng)最快約需30 min,根據(jù)不同操作員的操作習(xí)慣,完成整個(gè)過程平均需要約35 min,而一鍵啟停技術(shù)應(yīng)用后僅需約4 min。

        圖1 制粉系統(tǒng)順控啟動(dòng)過程參數(shù)

        圖2 運(yùn)行手動(dòng)啟動(dòng)制粉系統(tǒng)過程參數(shù)

        制粉系統(tǒng)一鍵啟動(dòng)節(jié)約時(shí)間,降低操作強(qiáng)度,可以避免制粉系統(tǒng)啟停中的誤操作。按照每日每臺(tái)機(jī)組啟停3臺(tái)次制粉系統(tǒng)統(tǒng)計(jì),單臺(tái)機(jī)組一年共啟停磨組約1 000次。每次一鍵啟停平均節(jié)約時(shí)間0.5 h,一年節(jié)約空載時(shí)間500 h。磨煤機(jī)空載運(yùn)行功率650 kW,按0.5元/kWh計(jì)算,單臺(tái)機(jī)組每年可節(jié)約電費(fèi)16萬元左右。計(jì)算不包括提升AGC方式下的負(fù)荷響應(yīng)對(duì)2個(gè)細(xì)則考核效益的提升。同時(shí),減少磨煤機(jī)磨損,降低維護(hù)成本。

        制粉系統(tǒng)一鍵停運(yùn)與手動(dòng)停運(yùn)比較,時(shí)間改善效果不明顯。停運(yùn)過程曲線如圖3、圖4所示。

        圖3 制粉系統(tǒng)手動(dòng)停運(yùn)過程參數(shù)

        圖4 制粉系統(tǒng)順控停運(yùn)過程參數(shù)

        直吹式制粉系統(tǒng)機(jī)組磨煤機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)和出力需保持與機(jī)組負(fù)荷同步。制粉系統(tǒng)的啟停時(shí)機(jī)影響機(jī)組帶負(fù)荷能力、協(xié)調(diào)品質(zhì)、廠用電率等。運(yùn)行中需要根據(jù)機(jī)組的目標(biāo)負(fù)荷、制粉系統(tǒng)出力狀況、煤質(zhì)等判斷制粉系統(tǒng)的啟停時(shí)機(jī)。

        制粉系統(tǒng)一鍵啟停較好實(shí)現(xiàn)后,制粉系統(tǒng)的自啟停有了實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。由于對(duì)負(fù)荷的預(yù)測及升降負(fù)荷的判斷手段有限,本次優(yōu)化在啟停時(shí)機(jī)上做了較淺的探索。制粉系統(tǒng)運(yùn)行套數(shù)可以實(shí)時(shí)得到,而其最大允許給煤率為運(yùn)行套數(shù)的函數(shù)關(guān)系,因此可以得出最大允許給煤率,當(dāng)最大允許給煤率(或最大允許負(fù)荷)與鍋爐主控對(duì)應(yīng)的給煤率(或鍋爐主控對(duì)應(yīng)的負(fù)荷)之差小于限值,初設(shè)20 t/h(負(fù)荷表征時(shí)為50 MW),發(fā)出啟動(dòng)制粉系統(tǒng)提示。當(dāng)制粉系統(tǒng)運(yùn)行套數(shù)對(duì)應(yīng)的最大允許給煤率(或最大允許負(fù)荷)與鍋爐主控對(duì)應(yīng)的給煤率(或鍋爐主控對(duì)應(yīng)的負(fù)荷)之差大于限值,初設(shè)90 t/h(負(fù)荷表征時(shí)為230 MW),發(fā)出停運(yùn)制粉系統(tǒng)提示。防止AGC方式下,制粉系統(tǒng)啟停不及時(shí)影響機(jī)組負(fù)荷或者增加電耗,提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性。

        4 結(jié)語

        制粉系統(tǒng)一鍵啟停需要考慮風(fēng)煙系統(tǒng)擋板的嚴(yán)密性對(duì)執(zhí)行步序的影響,以及擋板位置反饋不可靠對(duì)一鍵啟停的影響,還需要注意模擬量控制和開關(guān)量控制的配合。運(yùn)用適當(dāng)?shù)娜蒎e(cuò)邏輯,借鑒運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)調(diào)整實(shí)際執(zhí)行步序,模擬量控制采用超馳控制,配合適當(dāng)?shù)拈]鎖,可以很好地實(shí)現(xiàn)制粉系統(tǒng)的一鍵啟停。

        運(yùn)用基于柔性順控的一鍵啟停技術(shù),可以很好解決一鍵啟停中設(shè)備不可靠和系統(tǒng)特性不一致的問題,大幅縮短啟動(dòng)時(shí)間,降低制粉系統(tǒng)啟停對(duì)協(xié)調(diào)控制的沖擊,在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中有較好的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。本方案可供火電廠制粉系統(tǒng)一鍵啟停優(yōu)化借鑒。

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