張美鋒 周高盛 蔣瀟甫 黃 騰 陳獻(xiàn)春 林 宇 程保新 滕鳳貴

(1.福建華電可門發(fā)電有限公司，福建 福州 350512；2.國網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院，福建 福州 350007)

當(dāng)前，火力發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷率普遍不高，距離滿負(fù)荷還有較大的空間。但是，輸灰系統(tǒng)大都保持在其對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)煤種滿負(fù)荷時(shí)的設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行，只能以最大功率輸出，特別是在中低負(fù)荷區(qū)間，輸灰效能比低、靈活性差，增加了機(jī)組廠用電率，降低了機(jī)組整體經(jīng)濟(jì)性。因此，有必要研究開發(fā)全負(fù)荷、及時(shí)準(zhǔn)確地跟蹤鍋爐灰負(fù)荷率的技術(shù)而實(shí)現(xiàn)輸灰系統(tǒng)節(jié)能自適應(yīng)自動(dòng)控制。

一些電廠節(jié)能方案采用停運(yùn)部分輸灰空壓機(jī)節(jié)能，在輸灰系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提下停運(yùn)部分輸灰空壓機(jī)，做出機(jī)組負(fù)荷和輸灰空壓機(jī)運(yùn)行數(shù)量的曲線，達(dá)到節(jié)能目的。停運(yùn)部分輸灰空壓機(jī)的同時(shí)還可以停運(yùn)對(duì)應(yīng)的空氣干燥機(jī)[1]。一些電廠采用輸灰系統(tǒng)料位自動(dòng)控制方式，自動(dòng)程序啟動(dòng)條件是除塵器灰斗中高料位信號(hào)發(fā)出，結(jié)束條件是低料位號(hào)發(fā)出，解決了灰斗無料下灰輸灰空轉(zhuǎn)，對(duì)壓縮空氣的浪費(fèi)[2]。停運(yùn)部分空壓機(jī)當(dāng)前僅限人為判斷空壓機(jī)負(fù)載適時(shí)啟停空壓機(jī)，尚未對(duì)輸灰系統(tǒng)及空壓機(jī)系統(tǒng)控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化，各電廠空壓機(jī)及輸灰系統(tǒng)設(shè)備性能與狀態(tài)不同，運(yùn)行操作水平不一致，大范圍推廣空間不大。利用除塵器灰斗高低料位信號(hào)來進(jìn)行輸灰系統(tǒng)啟停邏輯判斷，受限于料位計(jì)信號(hào)可靠性和準(zhǔn)確度，容易發(fā)生故障，導(dǎo)致輸灰系統(tǒng)癱瘓。

對(duì)輸灰系統(tǒng)各輸灰管線運(yùn)行過程中的輸灰壓力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)機(jī)組各輸灰管線輸灰壓力累計(jì)值高低不均勻；同時(shí)，各輸灰管線輸灰周期時(shí)間等參數(shù)不能隨機(jī)組負(fù)荷和鍋爐出灰量進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，輸灰系統(tǒng)壓縮空氣利用率較低，靈活性較差，未設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，具有較大的改進(jìn)空間。氣力輸灰設(shè)備耗費(fèi)了大量電能，對(duì)其進(jìn)行節(jié)能方法分析對(duì)發(fā)電行業(yè)節(jié)能增效具有重要意義。

1 設(shè)備概況

除灰系統(tǒng)采用正壓濃相氣力除灰系統(tǒng)，輸灰系統(tǒng)設(shè)備規(guī)范見表1。

表1 輸灰系統(tǒng)設(shè)備規(guī)范

2 輸灰系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整前試驗(yàn)

調(diào)整前在試驗(yàn)煤種和循環(huán)周期設(shè)置下，在SIS系統(tǒng)或脫硫控制系統(tǒng)采集當(dāng)前滿負(fù)荷和中低負(fù)荷輸灰系統(tǒng)輸灰壓力和循環(huán)周期時(shí)間特性參數(shù)，分析研究輸灰特性。600MW、300MW負(fù)荷工況省煤器及各電場輸灰壓力曲線見圖1，每周期輸灰量越大，周期內(nèi)輸灰壓力累積面積越大?？梢悦黠@看出，隨著負(fù)荷的降低，省煤器和一電場輸灰壓力變化不明顯，而二、三、四電場輸送灰量降低，輸灰壓力明顯降低，可以降低輸送頻次，節(jié)約輸送氣耗。

圖1 輸灰系統(tǒng)各電場輸灰壓力曲線

3 輸灰系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)

開展典型負(fù)荷、不同灰量系統(tǒng)的循環(huán)周期時(shí)間手動(dòng)控制調(diào)整試驗(yàn)。

根據(jù)不同的煤種和電除塵不同電場參數(shù)組合方式，對(duì)輸灰系統(tǒng)各個(gè)電場循環(huán)周期時(shí)間進(jìn)行控制優(yōu)化，確定不同負(fù)荷工況條件下輸灰系統(tǒng)最佳的時(shí)間參數(shù)，為輸灰系統(tǒng)的智能優(yōu)化控制提供技術(shù)參考。當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，特別是中低負(fù)荷運(yùn)行工況下優(yōu)化空間較大，通過提高省煤器及各電場循環(huán)周期的方式，達(dá)到減少輸送次數(shù)，提高壓縮空氣利用率的目的，在滿足輸灰空壓機(jī)出口母管壓力條件和輸灰系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提下，減小輸灰空壓機(jī)出力甚至停運(yùn)部分輸灰空壓機(jī)，達(dá)到節(jié)能的目的。

首先開展600MW、450MW、300MW典型負(fù)荷的循環(huán)周期時(shí)間手動(dòng)控制調(diào)整試驗(yàn)，循環(huán)周期時(shí)間控制參數(shù)見表2，每次調(diào)整后觀察20～30 min，分析輸灰壓力曲線，在保證輸灰系統(tǒng)不堵灰、正常運(yùn)行的前提下，掌握輸灰系統(tǒng)循環(huán)周期時(shí)間、輸灰壓力等運(yùn)行特性，確定不同負(fù)荷工況條件下輸灰系統(tǒng)最佳的時(shí)間參數(shù)，為輸灰系統(tǒng)的節(jié)能自適應(yīng)自動(dòng)優(yōu)化控制提供技術(shù)參考。

表2 輸灰循環(huán)周期時(shí)間控制參數(shù) 單位：s

試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)特別是中低負(fù)荷運(yùn)行工況下優(yōu)化空間較大，通過提高省煤器及各電場循環(huán)周期的方式，達(dá)到減少輸送次數(shù)，提高壓縮空氣利用率的目的。

在保證輸灰系統(tǒng)不堵灰、正常運(yùn)行的前提下，手動(dòng)調(diào)整各電場的循環(huán)周期時(shí)間，觀察各電廠輸灰波形變化，以300MW工況為例，一電場、二電場輸灰壓力波形圖見圖2和圖3。隨著循環(huán)周期時(shí)間的增加，相鄰輸灰波形的間隔相應(yīng)拉長，同時(shí)輸灰波形面積呈現(xiàn)一定程度的規(guī)律性，頻繁輸灰的情況得到緩解，試驗(yàn)期間機(jī)組各系統(tǒng)運(yùn)行正常、穩(wěn)定，輸灰系統(tǒng)沒有出現(xiàn)積灰、堵灰的情況。

圖2 300MW工況調(diào)整前后一電場輸灰壓力波形圖

圖3 300MW工況調(diào)整前后二電場輸灰壓力波形圖

圖4為300MW工況省煤器和各電場輸灰波形壓力累積值(即輸灰波形的面積)在循環(huán)周期時(shí)間拉長(各電場輸灰壓力累積值間隔拉大)后的統(tǒng)計(jì)圖。從圖中可以看出，隨著循環(huán)周期時(shí)間的增加，輸灰波形壓力累積值趨于穩(wěn)定、均勻，空壓機(jī)出口母管壓力能滿足當(dāng)前狀態(tài)下正常輸灰，空壓機(jī)變加載幅度減小，體現(xiàn)了當(dāng)前輸灰系統(tǒng)運(yùn)行有一定的節(jié)能空間。

圖4 300MW工況空壓機(jī)出口母管壓力與電場輸灰波形壓力累積值

4 輸灰系統(tǒng)全負(fù)荷節(jié)能自動(dòng)控制研究

經(jīng)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出輸灰系統(tǒng)各個(gè)負(fù)荷區(qū)間最佳循環(huán)周期時(shí)間如表3所示，將優(yōu)化結(jié)果應(yīng)用到輸灰系統(tǒng)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)中。在輸灰PLC增加輸灰循環(huán)時(shí)間計(jì)算邏輯如圖5所示。

圖5 某電場輸灰循環(huán)時(shí)間計(jì)算邏輯

表3 各個(gè)負(fù)荷區(qū)間最佳循環(huán)周期時(shí)間f(x1)推薦值

根據(jù)當(dāng)前每臺(tái)磨煤機(jī)的煤量確定其對(duì)應(yīng)煤種灰分的權(quán)重，再根據(jù)當(dāng)前入爐煤的總量和總灰分計(jì)算出當(dāng)前鍋爐產(chǎn)生的總灰量。根據(jù)已有的煤質(zhì)特性參數(shù)和當(dāng)前鍋爐產(chǎn)生的總灰量，建立鍋爐灰負(fù)荷率(A%)特性參數(shù)，作為輸灰系統(tǒng)節(jié)能自動(dòng)優(yōu)化控制的前饋控制。

以鍋爐灰負(fù)荷率—輸灰周期時(shí)間函數(shù)(分段函數(shù))f(x1)作為下周期輸灰循環(huán)時(shí)間主調(diào)，以輸灰壓力反饋—輸灰周期時(shí)間函數(shù)f(x2)作為副調(diào)，見圖6。

圖6 輸灰循環(huán)時(shí)間計(jì)算函數(shù)

5 輸灰系統(tǒng)節(jié)能經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

輸灰系統(tǒng)節(jié)能自動(dòng)投入前后(同樣投3臺(tái)空壓機(jī))期間電耗數(shù)據(jù)對(duì)比，節(jié)能效果明顯，具體數(shù)據(jù)見表4，600MW、450MW、300MW典型負(fù)荷工況節(jié)能比率分別能達(dá)到13.1%、17.4%、20.7%，廠用電節(jié)能量分別達(dá)到0.013、0.023和0.040個(gè)百分點(diǎn)。各個(gè)負(fù)荷段空壓機(jī)電耗累加值見圖7-圖9。

表4 輸灰系統(tǒng)節(jié)能自動(dòng)投入前后電耗對(duì)比

圖7 輸灰系統(tǒng)節(jié)能自動(dòng)投入前后電耗對(duì)比(600MW)

圖8 輸灰系統(tǒng)節(jié)能自動(dòng)投入前后電耗對(duì)比(450MW)

圖9 輸灰系統(tǒng)節(jié)能自動(dòng)投入前后電耗對(duì)比(300MW)

6 結(jié)束語

通過輸灰系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，掌握輸灰系統(tǒng)循環(huán)周期時(shí)間、輸灰壓力等運(yùn)行特性，并將優(yōu)化結(jié)果應(yīng)用到輸灰系統(tǒng)PLC節(jié)能自動(dòng)控制系統(tǒng)中，并跟隨鍋爐灰負(fù)荷率進(jìn)行全負(fù)荷自適應(yīng)節(jié)能自動(dòng)優(yōu)化控制。600MW、450MW、300MW典型負(fù)荷工況，輸灰系統(tǒng)用電量節(jié)能比率分別能達(dá)到13.1%、17.4%、20.7%，廠用電節(jié)能量分別達(dá)到0.013、0.023和0.040個(gè)百分點(diǎn)，有效降低了機(jī)組能耗。