火電廠分磨摻燒熱值校正控制策略研究

程 功

（國網福建省電力有限公司電力科學研究院，福建福州350007）

0 引言

近年來，火力發電廠為了控制燃煤成本，保障燃煤穩定供應，大量摻燒非設計煤種。直吹式制粉鍋爐常見的配煤摻燒主要有“爐前摻混，爐內混燒”“不同煤種間隔燃燒”“分磨磨制，爐內分燒”等?！盃t前摻混，爐內混燒”和“不同煤種間隔燃燒”兩種方式更適合特性相近的煤種，對于煤質偏差較大的煤種，采用上述兩種方法可能會出現煤質波動大、煤粉顆粒度不均、燃燒不穩、易結焦等問題。而“分磨磨制，爐內分燒”的摻燒方法，可在不同磨煤機磨制不同種類的原煤，針對不同煤種應用不同溫度區域燃燒配風，同時還可簡化混煤步驟。因此，“分磨磨制，爐內分燒”的摻燒方式具備更廣泛的適用性，但是也對控制策略提出了新的要求。

1 傳統熱值校正控制回路及其存在的問題

1.1 傳統熱值校正控制回路

超臨界直流鍋爐通過控制給水量、燃料量來維持鍋爐汽機間的質量和能量平衡，通過燃料量、送風量控制鍋爐燃燒，因此需要同時平衡給水量、燃料量、送風量來保障機組的負荷、氣溫、氣壓穩定。而機組控制系統中的水、煤、風的基準關系通常都是由設計煤種所確定。當入爐煤與設計煤種偏差較大時，控制系統需要通過中間點溫度修正、氧量修正不斷進行調整，使水、煤、風達到新的平衡，系統擾動大，穩定時間長。因此，需要熱值校正（BTU）回路及時修正入爐煤的熱值，使修正后的煤量滿足系統穩定運行所要求的水煤比、風煤比。

熱值校正是指當煤的熱值偏離設計熱值后，將實測煤量修正至對應設計熱值的修正煤量的一種控制方法。通常以機組負荷或主蒸汽流量作為燃煤能量輸出的表征信號，通過表征信號理論值和實際值的偏差產生熱值修正系數，機組實際煤量通過熱值修正系數生成校正后煤量，由校正后煤量作用于燃料主控等控制回路，進而通過間接作用改變實際燃料量。

1.2 傳統熱值校正存在的問題

傳統熱值校正僅設置一個總熱值修正系數。由于火電機組燃煤鍋爐控制對象具有大慣性、大遲延的特性，BTU回路的控制參數較弱，計算速度較慢，變負荷過程中也不進行熱值校正計算。在入爐煤平均熱值波動不大的情況下，即使用單一煤種或使用“爐前摻混”方法時，尚能滿足控制要求。但使用“分磨磨制”摻燒方法時，不同煤種差異較大，且在部分磨煤機人為設置增減煤量或啟停磨煤機時，當前的入爐煤平均熱值會隨機發生變化，熱值校正系統需要很長時間才能使修正系數與實際工況相匹配，需要運行人員頻繁手動干預，加上混煤情況復雜，往往容易發生預估熱值不準的情況，在變負荷尤其是低負荷過程中，容易導致燃燒擾動、調節失穩，甚至威脅機組安全運行。

2 控制策略優化

2.1 熱值校正分層控制優化

將熱值校正BTU功能分層級，分為單臺磨煤機控制及燃料主控兩個層級。每臺磨煤機均增加獨立的熱值信號，通過與設計煤種熱值進行比較，將各臺給煤機的實時煤量直接折算為設計煤種的煤量。在單臺磨煤機煤量發生變化時可以更直接、更快速地反映實際燃煤的總能量的變化。燃料主控部分將各臺磨煤機折算后的煤量相加，再通過傳統熱值校正回路對總校正煤量進行二次校正，進一步提高、協調、控制煤種品質?；痣姀S利用“分磨初設+自動細調”的控制模式，熱值校正回路響應更快，可減少燃料主控部分的熱值校正自動控制回路的工作壓力。

熱值校正采用分層控制后，燃料主控回路所計算的校正值無法真實反映入爐煤的熱值狀態，為了方便運行人員了解鍋爐實際運行情況，需增加實際入爐煤平均熱值計算回路。通過累加所有磨煤機瞬時煤量與熱量的乘積以代表當前入爐總熱量，再除以實際總煤量，即得到當前入爐煤的實際平均熱值。

2.2 變負荷過程燃料量控制優化

傳統協調控制在變負荷階段，會根據煤、水、風在增減負荷過程中的不同特性，按不同的變負荷率，分別對燃料量、給水量、送風量設置微分前饋，以提高機組變負荷速度。通過不同磨煤機對應的不同熱值，控制系統可以更加合理地分配機組變負荷時各臺磨煤機的燃料量。在增減負荷階段，燃料量的微分前饋優先調整熱值高于平均熱值的磨煤機，低熱值磨煤機減小煤量前饋作用。進一步設置熱值曲線，當部分磨煤機熱值低于限值，在一定負荷范圍內保持煤量不變，既可以保證鍋爐燃燒和制粉系統的穩定運行，又可以提高機組變負荷能力。

2.3 二次風量控制優化

根據“分磨磨制，爐內分燒”的原則，可以根據不同煤種針對進行燃燒調整試驗，并將燃燒優化的結果在機組控制系統中實施，控制系統根據本臺磨煤機的熱值數據信息，可以逐層優化各煤層小風門等的風量控制，實現不同煤層在燃燒不同煤種下的二次風的精確控制，有利于提高鍋爐效率，降低NOx排放，減少鍋爐結焦現象。

2.4 RB回路優化

在傳統控制回路中，當輔機RB發生后，機組以50%額定負荷作為目標進行控制，RB邏輯按一定順序跳閘對應的磨煤機，給水量、給煤量、送風量均按照一定速率降至50%負荷對應關系值，這一過程區間的中間點溫度控制、氧量控制、熱值修正等自動修正回路均不起作用，由于RB后所保留的各臺磨煤機煤種熱值不同，所對應的燃煤帶載能力可能無法與對應的給水量相匹配，進而造成煤水比失調，影響機組的安全運行。所以RB邏輯回路應根據保留的磨煤機對應熱值進行修正，將校正后的煤量根據設計煤-負荷曲線重新計算出對應的燃料負荷帶載能力。當帶載能力超過50%額定負荷時，RB目標值可保持不變，當帶載能力不足50%額定負荷時，機組RB目標負荷以實際帶載能力為目標負荷。

一次風機RB動作時，由于低熱值煤在同樣負荷下所需煤量更多，所需一次風也較多，更容易導致一次風壓低引起的MFT。因此，一次風機RB回路可按煤層分布設置多個跳閘磨組，當一次風機RB發生后，優先考慮跳閘熱值水平較低的跳閘磨組，以保證一次風機RB過程的安全性。

2.5 熱值信號輸入

本臺磨煤機所用煤的熱值，可由運行人員根據煤質報告，在集控操作員站手動設置，也可通過煤場分區取料，由DCS系統判斷該臺磨煤機對應煤倉所用煤，自動輸入熱值信號。當煤種變化時，熱值輸入隨之變化，磨煤機存在“不同煤種間隔燃燒”及“煤倉內摻混”的情況，為保證煤種切換過程給煤量變化盡量平穩，需在邏輯上增加煤種切換功能。當單臺磨煤機煤種輸入熱值改變后，開始對給煤量進行積分計算，將累積值與煤倉容量之比作為切換系數，將更換后煤種熱值與原倉內煤種熱值加權計算得到混合煤熱值，混合煤熱值作為該臺磨煤機輸出熱值參與控制計算，隨著切換后給煤機累計煤量不斷增加，最終達到混合煤熱值與更換煤種后的熱值一致時，本臺給煤量累計值清零，切換系數置初始值。

3 結語

本文針對“分磨磨制，爐內分燒”的摻燒方法，采用分磨修正煤種熱值的控制策略，解決了傳統BTU控制回路對多煤種摻燒的控制問題，減少了摻燒對鍋爐燃燒的擾動，優化了煤種調節品質，同時提高了多煤種摻燒時變煤種摻燒的可靠性和安全性。