基于多變量能量解耦優化煤水調節品質的方法

張丁月

摘要：本文在分析本廠現有煤水協調控制策略的基礎上，提出一種基于多變量能量解耦控制方法，該方法首先通過判斷機組參數變化確定內擾來源，而后采用能量平衡原理和多變量對角矩陣方法實現機組煤水協調控制，減少耦合關系，解決了超臨界機組煤水調節較強耦合性，實現對機組主要參數的精確控制，對機組優化協調控制有一定的借鑒意義。

關鍵詞：多變量;煤水比;能量解耦;調節：經濟性

Abstract：On the basis of coal-water coordinated control strategy analysis，we propose a multivariable decoupling control method，the method first determine the source of interference within the parameters set by the judge，and then using the energy balance principle and multivariate diagonal matrix method implementation coal-water unit coordinated control，reduce coupling relationship，solve supercritical coal-water conditioning unit strong coupling，accurate control of the main parameters of the unit，the unit coordinated control optimization have some reference.

Key words：Multi-variable;Coal water regulating quality;Decoupling;economy;

1.引言

隨著經濟增速放緩，產能結構調整，供給側改革，火電廠有效發電利用小時數呈階梯狀下滑，機組頻繁啟停、深度調峰現象明顯上升，對機組自動化水平的要求越來越高，同時，協調系統自動化水平的優劣直接關系著機組整體性能，甚至是安全穩定性，特別是在煤質較差、煤質不穩定和減溫水大幅動作等外擾的情況下，由于燃料量和給水流量較強的耦合關系，將有可能造成煤水發散振蕩波動，導致主汽溫度過高、過低或變化速度過快，會使過熱器管道和汽輪機高壓缸等設備承受過高的熱應力而變形損壞，嚴重影響機組安全穩定運行。

目前超臨界機組現場所應用的控制方案主要有兩種：第一種方案是常見的“水跟煤”控制方式：給水系統控制中間點溫度，燃料量控制主蒸汽壓力，給水系統跟隨給煤量的變化而變化;第二種方案是 “煤跟水”控制方式：給水控制主蒸汽壓力，燃料量控制中間點溫度，燃料量跟隨給水量的變化而變化。第一種方案特點是，燃料量發生擾動時，燃料和給水都將很快動作，從而由燃料量內擾引起的溫度偏差將由給水流量變化來消除。這種方案適用于燃用劣質煤或進入爐膛的燃料量很難測量準確的控制系統中，特點是主汽溫度控制較好但主汽壓力波動較大。第二種方案的特點是：燃料量發生的擾動由燃料控制器自行消除，維持過熱汽溫的基本穩定，燃料內擾時，穩定給水流量有利于蒸汽流量和主汽壓力的穩定，但是主汽溫度波動較大。以上兩種方案都存在優點和缺點，沒有很好地對給水和燃料進行解耦控制。

結合該電廠超臨界鍋爐煤水控制協調特點，經過長期觀察和對比交流，提出一種新的多變量能量解耦控制方法，實現超臨界機組煤水協調在穩態和動態過程中的快速準確控制。

2?煤水協調控制系統

某廠2× 600MW燃煤汽輪發電機組，鍋爐為超臨界參數變壓直流爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型鍋爐。采用中速磨冷一次風機正壓直吹式制粉系統，每爐配6 臺磨煤機。給水系統配置二臺汽動泵（50%容量），一臺電動泵（30%或者50%容量）。

煤水控制即采用水跟煤的控制方式，機組燃料量和給水量耦合關系較強，給水流量控制中間點溫度，燃料量控制主蒸汽壓力，給水流量跟隨給煤量的變化而變化，如圖1所示。燃料量指令為負荷指令對應燃料與主汽壓力偏差經過PI運算之和，給水指令為燃料量指令與中間點溫度偏差經過PI運算之和。在機組變負荷時鍋爐主控主要通過負荷指令前饋提高機組響應速度，鍋爐主控PI運算進行偏差校正，提高機組穩態性和準確性。給水指令主要是通過燃料量前饋來大致滿足水煤比，保證中間點溫度在可控范圍內，中間點溫度（或焓值）PI運算是對中間點溫度偏差修正，對主蒸汽溫度進行粗調，保證主蒸汽溫度在合理的范圍內，為主蒸汽溫度快速準確控制做好基礎。

盡管經典煤水協調控制提高了機組快速響應，但在控制精度和耦合關系上還沒有達到很好的效果。其原因主要有以下三點：

第一，超臨界機組燃料量和給水量耦合關系較強，是超臨界機組控制的核心。由于燃料量要經過給煤機加載、磨煤機研制、一次風送入爐膛燃燒再傳熱到水冷壁后轉化到中間點溫度和主汽壓力，需要較長的時間;而給水流量通過提高汽動給水泵轉速直接改變中間點溫度和主汽壓力，速度相對較快，兩者耦合關系較強。造成控制系統穩定性差，控制質量不好。

第二，煤質不穩定時，容易造成機組參數周期性頻繁動作。由于煤質不穩定，造成爐膛燃燒、各部位吸熱分配不穩定，機組參數大幅波動，給水流量指令主要由燃料量指令經過運算得出，這樣就會讓燃料量和給水量在頻繁波動，控制品質較差。

第三，給水流量指令在動態和穩態時沒有較好的分離，影響了控制系統在穩態的調節精度。機組在動態運行時，負荷指令首先動作，同時作用于汽機主控和鍋爐主控，鍋爐主控動作使給水流量指令改變，提高機組快速響應能力。在穩態運行時，由于主汽壓力動作而使燃料主控指令在調節，給水流量指令主要由燃料量指令經過運算得出，由此給水指令的燃料前饋使得給水在頻繁動作，造成穩態運行機組調節品質較差。