中速磨煤機入口一次風量控制邏輯優化

陳方前

(淮滬煤電田集發電廠，安徽 淮南 232098)

1 系統簡介

某發電廠2臺600 MW超臨界燃煤機組于2007年7月、10月相繼投產，鍋爐為上海鍋爐廠有限公司引進美國ALSTOM技術生產的單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒、超臨界螺旋管圈直流爐，型號為SG-1913/25.42-M967。給煤機為上海重型機器廠生產的CS2024型電子稱重式，磨煤機為上海重型機器廠生產的HP-1003型磨煤機，每臺鍋爐裝設6套制粉系統。

2 存在的問題

制粉系統是否安全可靠，將直接制約著整臺機組的穩定性和經濟性。正壓直吹式制粉系統具有啟動迅速、調節靈活、制粉單耗低等優點，該系統磨煤機的運行出力調節嚴格按照一定的風煤比控制，對一次風量測量的準確性有嚴格要求。當入口風量的測量產生較大的偏差時，常常導致風量及燃料量控制、鍋爐負荷協調等自動方式無法正常投入，更會造成鍋爐燃燒工況的不穩定。

在磨煤機出力發生變化時，該廠2臺機組的磨煤機入口一次風量測量裝置經常出現測量風量與磨煤機風門調節擋板變化相反的情況，導致磨煤機冷、熱風調節擋板開度大范圍振蕩，發生鍋爐沖粉現象，瞬間將磨內存粉吹入爐膛燃燒，直接導致鍋爐超溫、超壓，對機組安全運行產生很大影響。

2011-08-13，在1號機組早高峰升負荷過程中，E磨煤機給煤量由52 t/h增至57 t/h后，磨煤機入口測得風量不升反降，從85 t/h降至72 t/h，熱風開度由32 %快速升至54 %，冷風開度由49 %快升至82 %，入口風壓由6.5 kPa上升至7.1 kPa，磨后溫度也由76 ℃增至86 ℃，一次風速由25 m/s升至30 m/s。從這一系列參數可知：實際風量遠大于所測風量，導致磨煤機內大量存粉沖入爐內，引起負荷與主汽壓力快速上升。類似情況在2臺鍋爐多臺磨煤機上多次發生，因此磨煤機一次風量的測量與控制回路亟待完善。

3 原因分析

該廠磨煤機的入口風道上均裝有威力巴在線風量測量裝置，測試風量進入磨煤機風量調節系統時，同時進入燃燒管理系統參與煤量控制和磨煤機跳閘保護。在磨煤機入口混風通道中，威力巴在線風量測量裝置分別并聯了4支D型管的高、低壓側，每支D型管分別開有4個全壓孔及4個靜壓孔，引出差壓作為一次風量標定量，如圖1所示。

圖1 威力巴風量測量裝置

通過對2臺機組磨煤機入口一次風量現場測試、調整以及運行數據分析，發現導致風量測量裝置不能正常工作的原因有以下幾點。

3.1 風道直管段太短

測量裝置安裝在磨煤機一次風道進口處，其測點位置距離冷、熱風混合處僅為1.5倍當量直徑，遠小于測試要求的5倍當量直徑；而且冷、熱風的流速和溫度偏差較大，造成測量截面處氣流分布不均，使得測量裝置所在的中心位置不能代表整個截面的氣流分布。從實際測量情況看，測量截面處氣流偏向一側，在局部產生氣流回旋，同時因測試孔前面存在風門擋板和彎頭等部件，導致管道內風速不均勻。

3.2 風道內氣流分布不穩定

該廠磨煤機的冷、熱風呈直角混合，冷一次風道截面為600 mm×800 mm，熱風道與混合風道均為1 200 mm×2 000 mm。正常運行時，熱風壓力7.8～8.4 kPa，冷風壓力8.2～9.3 kPa。熱風擋板調節磨煤機一次風量，冷風擋板調節磨煤機出口溫度。因此，在不同的運行工況下，冷、熱風門開度具有不同的組合，這將造成一次風道內氣流分布不穩定，即在相同風量下，截面上同一測點的氣流大小、方向均會發生變動，從而導致測量點風量呈非線性變化。

3.3 測量裝置積灰堵塞

由于磨煤機入口一次風中存在粉塵，易導致測量裝置堵塞。當測量裝置被積灰堵塞時，會導致差壓測量值產生誤差。由于D型管所測的差壓值偏小，將造成測量值嚴重偏離實際通風量。

2011-04-20，杭州浙大協和環保技術有限公司對該廠2號爐磨煤機的入口風量進行了熱態標定試驗。試驗測得的各管道內的實際風速分布如圖2所示。

4 解決措施

4.1 增加在線自動吹掃功能

經過研究決定，在該廠1、2號機組檢修期間，對制粉系統中一次風量、風壓、磨碗差壓以及出口粉管一次風速等各測點加裝在線吹掃防堵裝置。此裝置采用無錫振華BFC系列吹掃補償裝置，將廠儀用壓縮空氣引至氣源控制箱，從控制箱引至各吹掃頭對各測點進行吹掃。

加裝吹掃裝置后，經過一段時間的運行觀察，磨煤機出口風速、風粉壓力和磨碗差壓等測量品質得到了明顯改善，但入口風量的測量結果仍有波動。經過與威力巴風量測量裝置生產廠家溝通，得知：一旦測量裝置被堵塞，只能在機組檢修期間進入風道對測量裝置直接進行吹掃，而在實際運行中，測量裝置曾經發生過完全堵死的情況。因此，引起風量測量值波動的主要原因是磨煤機入口風道流場不穩定。

圖2 磨煤機入口風管的流速分布

4.2 優化并調整熱控邏輯

針對上述情況，提出了一種熱控邏輯的優化調整措施。磨煤機入口風量通過調整熱一次風檔板的開度來控制，磨煤機出口溫度則通過冷一次風調節檔板用來控制。給煤量指令導出的一次風量疊加操作員設置的偏差后，再與實測風量的偏差導出值經PID調節器運算產生磨煤機熱風擋板開度指令。剔除熱風擋板控制邏輯的中間環節，擬合煤量與熱一次風調節檔板的關系曲線，以此作為原有風煤比的前饋調節，減小因測量誤差造成的閉環調節擾動，并通過軟件組態的方式來實現。

4.2.1 給煤量與熱風擋板函數關系的確定

將磨煤機給煤量和冷、熱風擋板切至手動方式，使其在給煤量為20 t/h、30 t/h、40 t/h、50 t/h和60 t/h的條件下穩定運行30 min，并記錄各試驗段冷熱風門開度、入口風量、溫度、出口溫度、煤量和給煤機指令，確定給煤量與熱風擋板的函數關系，如圖3所示。由于百葉窗式熱風調節擋板執行機構存在線性誤差，應將此曲線放大成調節區間，也就是一定煤量對應一定范圍區間的開度。

圖3 給煤量與熱風擋板開度上下限曲線

4.2.2 熱風擋板控制邏輯的優化

經過優化后的熱風擋板控制邏輯如圖4右側虛線部分所示。通過在PID調節器的輸出添加高、低限函數F(x)控制邏輯，抑制一次風量測量失準導致的熱風擋板波動。高、低限函數F(x)分別為試驗期內運行數據得出的熱風擋板最大、最小開度函數。此外，該邏輯還采用了積分分離回路，當PID調節器的輸出超過高、低限函數輸出時，停止積分，以達到抗積分飽和的效果，并抑制入口風量的異常增大或減小。在手動狀態下，當熱風調節擋板的閥位開度小于當前煤量對應的最小閥位開度時，投入自動時必然會存在閥位擾動。因此，應增加自動投入的限制條件：在手動狀態下，擋板指令必須大于該煤量對應下的最小閥位，而且必須低于最大閥位。

圖4 優化后的熱風擋板控制邏輯

5 結束語

目前，1號爐D、E磨，2號爐C、D、F磨進口風量控制邏輯已優化，風量與煤量自動均可正常投入使用，并通過負荷擾動、磨煤機出力擾動試驗對控制系統調整品質進行了測試，調節效果良好。該控制邏輯完全能夠滿足運行調整的要求，可有效避免沖粉現象，提高了機組協調控制的穩定性和自動發電量控制(AGC)的調節品質。