基于雙進雙出磨煤機發電機組協調控制分析與研究

馬瑞++張政委++黎明

摘 要：在火電廠選型中，雙進雙出磨煤機儲存煤粉的能力大，運行靈活，可實現半磨運行，研磨效率高，系統防爆能力強，適應煤種范圍寬，具有良好的預干燥性能，響應鍋爐負荷變化較快，煤粉細度細，控制方式先進合理，雙進雙出磨煤機在火電廠越來越多，該磨煤機介于直吹和儲能磨煤機之間， 但是火電廠節能優化、提高經濟性的大環境下，對煤種的選擇多樣性及其雙進雙出磨煤機遲緩性等缺點，從而嚴重影響協調控制的調節品質。本文針對河南華潤電力首陽山有限公司#1 、#2機組（630MW超臨界機組）機組進行了分析研究，得出了一套完整的雙進雙出磨煤機的控制方式，并逐步完善了能夠自適應煤質變化的協調控制策略，鍋爐主控的穩定保證了機組協調系統的整體穩定，有效提高火電機組運行穩定性和變負荷能力，使協調控制系統具備了自動適應煤質變化的能力，取得了良好的效果。

關鍵詞：自動控制；雙進雙出磨煤機；節能；料位

中圖分類號：TK323 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）05-0170-02

1 引言

目前電網調度對火電機組負荷變化幅度和速度的要求越來越高，很多火電機組由于煤種變化大、入爐煤質變化頻繁，嚴重削弱了現有協調控制系統的調節性能，減弱了機組上網競爭的能力，協調變負荷能力不能適應電網調度的要求。對協調控制系統（Coordinated ControlSystem，簡稱CCS）的一個主要要求是在現隨著國家對節能減排力度的增大和電廠市場經營的壓力，各電廠越來越重視節能降耗工作，節能降耗不僅可以降低生產成本，提高企業的經濟效益，同時可節約能源，減少環境污染。通過針對協調控制的分析，找出協調控制所產生的關鍵點，主要是鍋爐主控，鍋爐主控關鍵點是燃燒控制，而燃燒控制主要是雙進雙出磨煤機控制。

2 協調控制的重要因素分析

協調控制系統控制汽輪機負荷和鍋爐的燃燒，保持機組內部以及機組和電網負荷需求的能量平衡，汽機主控通過調整汽輪機進汽量，保持機組負荷按照電網調度的要求運行。以河南華潤電力首陽山有限公司2x630MW超臨界機組為例，進行協調控制系統分析。

河南華潤電力首陽山公司2x630MW機組，鍋爐選用哈爾濱鍋爐廠引進的英國三井巴布可克能源公司技術生產的HG1952/2504-YM1型超臨界直流對沖燃燒鍋爐。汽輪機選用東方汽輪機廠引進日本國日立公司技術生產的N600-24.2/538/566型超臨界壓力汽輪機。制粉系統采用的是上海重型機械廠引進法國阿爾斯通公司技術生產的BBD-4360型雙進雙出磨煤機。控制系統選用日立公司的H5000M型DCS系統。

2.1 壓力控制

壓力控制是直流鍋爐控制系統的關鍵環節。因此以優先穩定壓力為前提考慮。從燃燒的動態特性可知，燃料量變化對于主汽壓力的影響是較小的，主要是影響的主要對象是汽溫，而后才因減溫水的調節使得壓力上升，而給水流量的改變對于汽壓和汽溫均有明顯的影響。因此，采用改變燃料量來校正汽溫是解除兩者之間耦合的較好辦法，使給水能快速動作穩定壓力，而在變負荷時通過微分環節額外超調一部分燃料量以補償制粉系統的慣性，這樣可將煤-水兩回路之間的耦合特性減小的最低程度。

2.2 協調系統耦合

協調好煤水之間的匹配關系后，剩下的關鍵問題如何消除機、爐之間的相互耦合關系，補償鍋爐的大慣性特性，在變負荷及發生內擾時，鍋爐側能跟得上汽機側調節功率而造成的持續擾動。直接能量平衡控制策略（DEB）在所有情況下都解除發電控制和鍋爐控制間的耦合和使用根據汽輪機能量需求計算的具有自校正性質的機組指令。

2.2.1 煤水的配比

煤水比校正回路的修正功能是全負荷范圍內的工況，比如說在某個負荷點下由于入爐煤質的變化造成過熱器入口焓值的偏移，此時應通過校正將程序中原先預設的煤水比曲線整體平移一個數值，這樣在機組變負荷至另一個負荷點的過程中，煤水比校正回路就可不用重新計算而保持不變。

2.2.2 負荷指令UD經過慣性環節

當鍋爐主控切為手動時，煤水比校正系統是乘在給水流量指令上的，此時由運行人員手動增減鍋爐指令，煤水相應同時動作（水有一定滯后）來調節負荷，汽機側調節主汽壓力。當鍋爐主控投入自動后，轉為CCS方式，此時煤水比校正系統又除到鍋爐主控至燃料量指令的回路上，通過改變燃料量來調節汽溫（焓值），同時取消鍋爐主控至給水流量指令的慣性環節，使給水快速動作以消除主汽壓力偏差，變負荷時則通過UD的微分額外增減一部分燃料量來維持汽溫的穩定。

根據前面的分析，汽溫（焓值）校正器的輸出應當為一個范圍0.75～1.3左右的系數乘到給水流量指令上，這樣才能做到對煤水比曲線的整體校正，如此設計的煤水比控制回路也同時具有了煤質熱值校正的功能。

機組協調控制方案在實施過程中燃料量的控制是協調的難點。即對雙進雙出磨煤機的控制，雙進雙出磨煤機配用在直流鍋爐上，其特出的優點：（1）能長期保持恒定的容量和要求的煤粉細度。（2）能磨制硬煤以及磨蝕性強的煤。（3）有較大的儲備容量，在較寬的負荷范圍內有快速反應能力等。雙進雙出磨煤機系統簡單，其出力完全由通過磨煤機的負荷風風量決定，因筒體內有一定量的煤粉存貯量，故能對鍋爐負荷進行快速響應。然而雙進雙出磨煤機無直接的煤量信號，需依據進入磨煤機筒體內的負荷風量，來確定進入鍋爐參與燃燒的煤量。

3 基于雙進雙出磨鍋爐系統控制分析

從上節協調控制分析，本機組協調系統的穩定性、快速性、準確性的關鍵因素是燃燒量控制，本節介紹雙進雙出磨煤機控制方式方法分析。

3.1 燃燒控制介紹

該廠是采用雙進雙出磨煤機，每臺機組配置4臺磨，每臺磨非驅動端和驅動端各配置了一臺負荷風門攜帶煤粉滿足鍋爐燃燒的需求。

3.2 負荷風門與一次風系統分析

該公司負荷風門為擋板式負荷風門，其線性度較差，由于負荷風門控制風量，風量來計算燃燒量，固風門的線性度較差，很難控制燃燒量。通過對負荷風量相關參數進行試驗與研究，擬合出一套完整的能夠反映出風量變化的相關邏輯，建立數學模型，用來替代目前實測的風量，從而達到風量的穩定性。為燃燒穩定提供準確、穩定的參數，控制系統更精確，能夠快速的響應相關擾動。如圖1。

從圖1中看出，利用一次風機定壓控制，負荷風門進行控制，發現線性度較差，無法更能有效的控制鍋爐燃燒，雖然通過各種參數擬合成風量數據，但是其調節動態過程中，執行機構等需要反應速度，造成燃燒的延遲性，從而導致給水、風煙系統的跟蹤延遲，協調控制產生較大的震蕩。

3.3 一次風機與風量控制

該廠是采用雙進雙出磨煤機，每臺機組配置4臺磨，每臺磨非驅動端和驅動端各配置了一臺負荷風門攜帶煤粉滿足鍋爐燃燒的需求，按照習慣控制，一次風機定壓控制，運行人員通過偏置來調節風壓，負荷煤風比通過負荷風門開度調節，負荷風門的調節線性一般情況比較差，要保持調節線性，必須保持在50%以下，這樣八臺負荷風門就造成了風量節流，造成一次風機電流增大。風機動液的開度與一次風壓力之間有很強的正相關，通過對一次風機壓力的調節，壓力進行一次風流量的調節，從而達到燃燒的穩定性。

3.4 總結

通過本節分析，鍋爐燃燒系統的控制通過磨煤機料位、負荷風門開度、壓力及其出每臺磨煤機的風量進行修正后然后控制已經無法滿足直流鍋爐協調的需求，固轉化思路，利用新型控制策略，保持負荷風門全開，利用一次風機壓力進行調節，從而保證燃燒系統的穩定性，但是此種控制需要一次風機動液系統的可靠性要高。

4 結語

雙進雙出磨煤機配用在直流鍋爐上，經過多年時間的摸索，了解鍋爐及磨煤機燃燒系統特性，完善了控制方案，協調了兩者之間的關系，從而實現了機組的AGC功能，使雙進雙出磨煤機的優良特性在直流鍋爐上充分發揮了出來。600至480MW至600MW降升負荷曲線圖，從圖中可以看出負荷穩定、快速、準確；主氣溫、再熱氣溫穩定， 一次調頻系統正常投用。