百萬機組煤水比失調淺析

沈志超

（國家電投集團協鑫濱海發電有限公司，江蘇 濱海 224500）

隨著新能源項目的不斷發展，電網全額消納新能源電量，火電市場優勢逐漸下降，甚至百萬機組也為了電網安全，參與市場調峰、調頻，煤炭市場價格波動較大，尤其是今年，迫于經營壓力，大多數火電機組燃用煤種均偏離設計煤種，為了保證控制系統在煤種頻繁變化情況下對機組AGC指令的響應速率及對主蒸汽壓力控制的品質，提出了BTU校正方法，以消除燃煤量和汽輪機調節閥開度變化對機組協調控制的影響，從而保證機組的穩定性。

1 BTU控制邏輯

基本原理：BTU校正方法采用設計工況下的給水流量與燃料量的對應函數計算出當前給水流量下對應的理論燃料量，通過實際燃料量乘以BTU校正系數得到校正后的燃料量。對理論燃料量與校正后的燃料量的偏差進行積分，并將積分結果通過函數折算為一個校正系數，即為實際煤發熱量與理論煤發熱量的比值。但該方法存在較大誤差，有時候難以整定積分時間，積分時間過小則控制系統易出現系統振蕩，過大則控制系統響應指令遲緩。BTU控制邏輯圖如圖1。

圖1 BTU控制邏輯圖

BTU校正系數由總煤量、機組實際功率、進回油量、油槍投運情況、給煤機反饋量、MFT動作情況、一次調頻、變負荷情況、RB、磨煤機運行情況、主蒸汽壓力偏差、給水流量經一個PID調節器計算得出。

在機組穩定運行時：BTU校準系數主要由總煤量、主蒸汽壓力偏差、給水流量來決定。在協調方式負荷不變的情況下，水煤比正常，若手動關小熱值校正BTU數值，鍋爐燃料指令不變，由于煤質發熱系數降低，校正后的煤量增加，為了維持水煤比不變，實際煤量會增加，水此時不變，中間點溫度升高。開大熱值校正BTU數值時，鍋爐燃料指令不變，由于煤質發熱系數升高，校正后的煤量減少，為了維持水煤比不變，實際煤量會減少，水此時不變，中間點溫度下降。

2 運行現狀

在大量摻燒褐煤的情況下，燃料熱值下降，火電機組又時刻在參與市場調峰和調頻，為了保證機組的性能，在市場中保持競爭力，機組負荷發生變化時，燃料量超前控制較多，尤其是煤種變化，主汽壓力響應速度變差時，BTU變化影響較大，由于入爐煤大多采用爐外摻混，均勻度差，當發生煤質突變時，BTU變化跟蹤不及時，容易造成煤水比失調，嚴重威脅機組安全運行。

3 原因分析

入爐煤摻燒不均，導致入爐煤熱值不穩定，這種方式容易造成入爐煤熱值波動大，當天燃煤熱量突然下降，BTU熱值校正應該下降，使鍋爐主控增加煤量，而主蒸汽壓力受負荷波動和減溫水影響，壓力偏高1～2MPa，應該減煤、減水來降低主汽壓力，而此時鍋爐主控同時接收加煤和減煤的指令，相互干擾，造成實際煤量變化量很小，BTU熱值校正偏高，實際煤量偏低；因機組水煤比焓值控制器給水偏差輸出自動狀態下存在限制（-0.1～+0.25倍的給水指令），當焓值控制器給水偏差達到低限后，無法通過減水來降低主汽壓力，造成給水流量偏高，主汽壓力偏高、中間點過熱度偏低，主、再熱蒸汽溫度下降，新負荷點無法達到的穩定狀態，導致水煤比嚴重失調。

商業運行初期進入爐膛的燃料為設計煤種，BTU跟蹤變化波動很小，可以滿足協調運行方式的任意負荷變化，因此在BTU控制邏輯內部設置了0.9～1.0之間的限制，而正是由于這個限制，造成了后期商業運行階段，煤種突然變差、突變的時候，BTU值變化收到的下限0.9的限制，不能將進入爐膛里的燃料量熱值真是反映出來，造成嚴重的煤水比失調。在煤質變化初期，鍋爐的主要參數已經偏離的設計值，值班人員采用傳統的通過手動調整中間點焓值，以調整給水量偏置，短時間鍋爐運行參數內會恢復到正常范圍內，當投入自動狀態后，隨著時間和煤質的進一步的變化，鍋爐參數再次偏離設計值，造成煤水比嚴重失調。電網調頻市場開放，若機組中標，短時間內負荷變動大，磨煤機頻繁啟停，入爐煤熱值在短時間內快速升高或下降，BTU熱值校正無法及時自動跟蹤到位；負荷波動大同時會造成煤量超調大，負荷頻繁波動會導致煤量頻繁超調，主蒸汽壓力不穩，從而影響BTU熱值校正，是造成水煤比失調間接原因。

4 控制措施

由于摻配褐煤，入爐煤熱值下降較大，BTU下限0.9已經無法滿足要求，將下限改為0.7，可以杜絕因煤質突降，造成煤水比失調。保證配煤摻燒均勻，入爐煤煤質穩定。當更換上煤煤種時，值班員要了解加倉時當前原煤斗煤位，估算出燒到新煤種時間，根據上煤煤質不同做出相應的調節，避免所有磨煤機同時燒到新煤種，造成入爐煤熱值發生大幅變化BTU熱值校正自動跟蹤不及時。值班員提前查看網調預測負荷曲線和前一天負荷變動情況，做好負荷預測，盡量減少備用磨煤機啟停次數。當查看負荷預測曲線負荷短時間上升時，可通過增加燒高熱值煤種磨煤機出力，適當提高一次風壓，開大磨煤機入口熱一次風調門開度，降低磨煤機分離器轉速等方法來增加鍋爐出力，減少備用磨煤機的啟停次數。備用磨煤機啟停后及時調整BTU熱值校正。當啟停備用磨煤機時，入爐煤熱量發生變化，BTU熱值校正自動跟蹤緩慢，可解除BTU熱值校正自動手動調節，根據經驗值調節BTU至合適數值，使鍋爐燃燒達到穩定的狀態。BTU熱值校正手動增減一鍵數值變化0.01，100S后跟蹤到位。

減少主、再熱蒸汽減溫水調門的大幅度調節。值班員根據負荷及主蒸汽壓力變化提前調整主、再蒸汽溫度，通過配風、燃燒器擺角等調節，保持主、再熱蒸汽溫度穩定，防止主、再熱蒸汽溫度波動大，造成減溫水量的大幅度增減。當出現水煤比失調的時候，值班員應及時解除水煤比控制和熱值校正自動，通手動調節給水流量偏差和實際煤量偏差使水煤比達到平衡狀態后再投入自動。BTU值當出現輕微的偏離時，增加壓力偏置、增加高熱值給煤機給煤量、降低BTU系數可以使總煤量上升，使實際壓力與設定壓力偏差快速減小，從而達到BTU系數恢復正常。多臺磨煤機摻燒褐煤，BTU校正系數滯后，調整BTU時，各臺磨煤機給煤量增加較大，要緩慢調整，要防止堵磨，注意石子煤斗，防止著火，磨煤機熱風調門手動調節，當磨煤機煤量波動較大，一次風壓及熱風調門需及時跟蹤調節，必要時及時啟動備用磨煤機。磨煤機分離器運行方式為自動，正常情況下分離器轉速偏執設置為0。分離器轉速與給煤量呈正比關系，給煤量30-120t/h對應分離器轉速19.5-21.5Hz。此種自動運行方式易造成煤量升高難出粉，煤量下降易出粉現象，極端情況造成升負荷壓力跟蹤不及時，降負荷壓力憋高的情況。建議在負荷相對穩定期間投入自動，快速升降負荷期間解除分離器轉速自動改為手動調節。或修改分離器轉速自動調節邏輯，以磨煤機出粉能力為側重點修改分離器自動調節邏輯。

5 結語

BTU數值跟蹤滯后，究其主要原因為煤種突變造成。BTU數值若反應過快，對煤量影響較大，其調整速率不易過快。常見煤種突變：ABCDE運行、BCDE褐煤、停運A磨；上煤方式變化，多臺磨煤機同時更換煤種。因此，在停運較好煤種磨煤機時，操作應緩慢，保證磨煤機不振的情況下低煤量運行一段時間再停運；更換煤種時，不可多臺磨煤機大量同時更換，應在單臺磨煤機單次上煤期間更換。