630MW機組燃控系統(tǒng)優(yōu)化研究

作者簡介：趙大偉（1990.01-），男、漢族，山東省日照市，大學本科、助理工程師，長期從事電廠熱控工作，主要對儀表測量、自動化控制以及模擬量控制、協(xié)調(diào)控制、DEH控制、ETS、TSI、一次調(diào)頻等具有深入研究。

摘要：近年來，火力發(fā)電廠普遍面臨煤源雜，煤種多，煤質(zhì)多變，配煤摻燒等燃煤問題，并衍生出許多問題，其中比較突出的一類問題就是燃料控制不穩(wěn)定，導致燃煤等發(fā)生大幅擾動，引起燃料主控調(diào)節(jié)振蕩發(fā)散，影響機組安全穩(wěn)定運行。本文對630MW機組燃控系統(tǒng)優(yōu)化研究，提升設(shè)備管理水平，提高人員效率，同時對原煤倉空氣炮振打控制進行優(yōu)化，提升設(shè)備可靠性，降低人員維護強度。

關(guān)鍵詞：燃料控制;優(yōu)化;自動;空氣炮

1 前言

近年來我廠給煤機斷煤情況時有發(fā)生，如果發(fā)現(xiàn)后處理不及時，嚴重時可能會造成鍋爐滅火事故的發(fā)生。燃煤堵在落煤管以及煤倉出現(xiàn)打洞后發(fā)生斷煤，會引發(fā)磨煤機分離器溫度突升，總煤量調(diào)節(jié)波動，燃燒不穩(wěn)定引起火檢信號波動，水煤比失衡，主汽溫、主汽壓力波動，此時比較有效的解決辦法是投油穩(wěn)燃但是經(jīng)濟性不高。

本文從自動控制方面入手，通過優(yōu)化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)邏輯參數(shù)，提高燃料主控抗干擾能力，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自動調(diào)節(jié)品質(zhì)，解決斷煤產(chǎn)生的擾動對燃料主控的影響，零成本投入，提高設(shè)備可靠性，降低人員維護強度，提升經(jīng)濟性。此外，我廠空氣炮僅有斷煤聯(lián)鎖功能和就地振打功能，最初沒有設(shè)計遠方操作功能。為防止斷煤，維護人員需要定期就地手動振打空氣炮，人員維護強度大。本次在不改變就地空氣炮設(shè)備的前提下，從控制回路方面進行優(yōu)化，可以實現(xiàn)遠方定期振打功能，降低原煤倉、落煤管堵塞幾率，零成本投入，提高設(shè)備可靠性，降低人員維護強度，獲得較大收益。

2 斷煤控制優(yōu)化可行性分析

2.1 優(yōu)化前機組運行情況介紹：

事件1發(fā)生于2019年10月6日11：50 ，機組負荷559MW，ABCDE給煤機投自動運行，F(xiàn)給煤機手動方式運行，總煤量262t/h，主汽壓24.01MPa，機組協(xié)調(diào)方式運行。F給煤機發(fā)生連續(xù)斷煤期間，燃料主控調(diào)節(jié)品質(zhì)發(fā)生劣化，在給煤機斷煤恢復后，總煤量持續(xù)發(fā)生波動，成振蕩發(fā)散趨勢。運行人員手動及時調(diào)整至穩(wěn)定狀態(tài);近期后夜調(diào)峰期間頻繁斷煤自動調(diào)整困難，增大運行人員操作難度，影響機組安全運行。總煤量和燃料主控設(shè)定值最大偏差30t/h。

事件2發(fā)生于2019年10月9日，機組負荷330MW，AEF給煤機投自動運行，B給煤機手動方式運行，總煤量142t/h，協(xié)調(diào)方式運行，B給煤機發(fā)生斷煤時，燃料主控調(diào)節(jié)趨勢發(fā)生等幅振蕩，最大偏差40t。

2.2 總煤量調(diào)節(jié)振蕩的原因分析

通過對煤量調(diào)節(jié)趨勢數(shù)據(jù)分析，自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)在正常工況下運行穩(wěn)定，一旦頻繁斷煤等惡劣工況出現(xiàn)時，系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，出現(xiàn)明顯劣化趨勢，引起調(diào)節(jié)振蕩發(fā)散，通過對機組燃料主控對象模型進行辨識，并通過MATLAB工具對被調(diào)量對象的特性進行仿真，得出以下結(jié)論：總煤量調(diào)節(jié)對象特性是一個時變、非線性調(diào)節(jié)對象，在不同的負荷段，以及投自動的給煤機數(shù)量不同，發(fā)生給煤機斷煤情況時，總煤量發(fā)生波動程度存在一定規(guī)律。在機組負荷較高，投入自動的給煤機數(shù)量多的時候，煤量調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性強，總煤量不容易發(fā)生等幅振蕩和發(fā)散。在低負荷，在僅有2-3臺給煤機投自動時，在出現(xiàn)斷煤時，燃料主控調(diào)節(jié)極易發(fā)生總煤量振蕩發(fā)散。燃料主控調(diào)節(jié)系統(tǒng)是采用經(jīng)典PID調(diào)節(jié)，比例和積分作用根據(jù)投自動的給煤機數(shù)量進行變參數(shù)調(diào)節(jié)。3號爐給煤機頻繁斷煤，屬于極端工況，自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)在連續(xù)性大幅擾動期間，自動調(diào)節(jié)品質(zhì)發(fā)生劣化，由于自動調(diào)節(jié)沒能及時切除自動，造成了煤量調(diào)節(jié)持續(xù)大幅波動。^[1]

通過對歷史數(shù)據(jù)對比分析，在外部擾動過大，自動調(diào)節(jié)不過來時，自動控制系統(tǒng)應及時判斷切手動控制，降低對整個協(xié)調(diào)系統(tǒng)的擾動。對比發(fā)現(xiàn)3號爐燃料主控指令反饋偏差大切手動定值設(shè)置的不合理，數(shù)值過大，偏離實際運行工況，容易造成切手動不及時。

2.3 煤量調(diào)節(jié)振蕩的問題癥結(jié)

燃料主控PID調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置不合適，需要進行優(yōu)化。燃料主控指令反饋偏差大切手動定值設(shè)置的不合理，數(shù)值過大，偏離實際運行工況要求，容易造成切手動不及時，對協(xié)調(diào)產(chǎn)生擾動。

3 優(yōu)化策略及實施效果

3.1 對燃料主控自動邏輯及參數(shù)進行優(yōu)化

對燃料主控PID控制器參數(shù)進行優(yōu)化，在保證穩(wěn)定工況下自動調(diào)節(jié)品質(zhì)穩(wěn)、準、快的前提下，對PID比例、積分參數(shù)進行適當弱化，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。針對斷煤等突發(fā)的異常工況增加了煤量非線性修正，提高設(shè)備的穩(wěn)定性。對六臺給煤機煤量反饋信號進行優(yōu)化處理，降低給煤機斷煤對總煤量信號擾動?；谥贝凳街品巯到y(tǒng)的特性，短時間斷煤不會對燃燒造成較大影響，對給煤機煤量信號進行優(yōu)化設(shè)計，降低斷煤擾動對整個燃料主控系統(tǒng)的影響。

表1 燃料主控邏輯PID 控制參數(shù)優(yōu)化前后對比

投入自動的給煤機數(shù)量"""""" 3號爐燃料主控PID調(diào)節(jié)器比例系數(shù) 3號爐燃料主控PID調(diào)節(jié)器積分時間

單位（臺）""" 優(yōu)化前""" 優(yōu)化后""" 優(yōu)化前""" 優(yōu)化后

0"""" 1.3"" 1.3"" 15""" 25

1"""" 1.3"" 1.3"" 15""" 25

2"""" 0.65 0.6"" 15""" 35

3"""" 0.44 0.4"" 25""" 35

4"""" 0.33 0.28 40""" 40

5"""" 0.26 0.17 40""" 40

6"""" 0.26 0.15 40""" 40

對燃料主控的設(shè)定煤量與總煤量反饋信號偏差大切手動定值進行優(yōu)化，在外部擾動過大，自動調(diào)節(jié)不過來時，自動控制系統(tǒng)應及時判斷，切至手動控制，降低對整個協(xié)調(diào)系統(tǒng)的擾動。通過對斷煤引起的燃料主控指令反饋偏差大的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，得出偏差數(shù)值集中分布在（30～50）t。

對比各給煤機平均出力參數(shù)情況，發(fā)現(xiàn)機組燃料主控指令反饋偏差大切手動定值設(shè)置的不合理，數(shù)值過大，偏離實際運行工況要求，容易造成切手動不及時。根據(jù)各項數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果綜合考慮，將燃料主控指令反饋偏差大切手動定值參數(shù)由原參數(shù)70t，優(yōu)化為50t，通過長期對運行情況跟蹤分析，效果較好，既有效避免了因數(shù)值設(shè)置過小導致的頻繁誤切手動，同時又杜絕了極端惡劣工況下切手動拒動引起調(diào)節(jié)發(fā)散。

對給煤機煤量信號進行優(yōu)化處理，增加了斷煤擾動信號濾波功能，通過對給煤機實時煤量信號進行預處理和判斷，主要是對給煤機煤量的變化速率和幅值進行判斷，分析當前給煤機是否發(fā)生斷煤，當邏輯判斷出斷煤后，對煤量信號進行抗擾動處理，對給煤機煤量信號進行多階慣性濾波，慣性時間為變參數(shù)調(diào)節(jié)，可以根據(jù)斷煤的劣化情況進行變參數(shù)調(diào)節(jié)，并對抗干擾功能有效動作時間進行控制，邏輯設(shè)計如下圖1所示。

3.2 對自動邏輯參數(shù)優(yōu)化后效果

優(yōu)化后：對機組燃料主控自動調(diào)節(jié)PID參數(shù)進行優(yōu)化，對斷煤擾動信號進行濾波，在給煤機發(fā)生斷煤時，總煤量能夠在快速恢復穩(wěn)定，等幅振蕩以及調(diào)節(jié)發(fā)散情況消失，自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性顯著提升，極大的減輕了運行人員的工作量，保障了機組安全穩(wěn)定運行。優(yōu)化后調(diào)節(jié)效果，如圖2所示，從趨勢可以看到優(yōu)化后在給煤機出現(xiàn)斷煤后，燃料主控自動調(diào)節(jié)正常，沒有出現(xiàn)等幅振蕩和發(fā)散等異常情況，總煤量趨勢（藍色曲線）穩(wěn)定無較大波動。

3.3 原煤倉空氣炮控制回路優(yōu)化

將原煤倉空氣炮控制回路進行升級改造，實現(xiàn)遠方控制功能，并對就地硬回路順序控制，優(yōu)化為DCS邏輯順序控制。

優(yōu)化前給煤機空氣炮控制回路，僅能夠?qū)崿F(xiàn)#1～#6空氣炮就地手動振打，DCS發(fā)出斷煤信號后聯(lián)鎖空氣炮循環(huán)振打。原空氣炮順序控制采用就地時間繼電器硬回路搭建實現(xiàn)，可靠性不高。每臺給煤機#1～#6空氣炮共用一個電源空開，檢修不方便。

優(yōu)化后：取消時間繼電器硬回路，將斷煤聯(lián)鎖投空氣炮控制回路優(yōu)化為DCS邏輯順序控制方式。對DCS邏輯和畫面進行優(yōu)化，在CRT畫面增加上、中、下層空氣炮操作端，實現(xiàn)DCS遠方手動分層振打控制功能。在CRT畫面增加上層空氣炮聯(lián)鎖操作端，實現(xiàn)DCS手動投上層空氣炮聯(lián)鎖振打控制功能，聯(lián)鎖投入后，上層空氣炮可以每間隔一段時間振打一次，預防原煤倉打洞。對就地操作按鈕控制回路進行優(yōu)化實現(xiàn)就地#1～#6空氣炮手動獨立振打功能。獨立空開配置，對每層空氣炮電源采用獨立空開設(shè)計，提高設(shè)備可靠性，同時方便檢修和維護。

4 結(jié)論

通過對問題原因進行深入分析，并綜合各方面因素進行判斷和論證后，確認解決的方案。通過對自動控制邏輯關(guān)鍵參數(shù)進行優(yōu)化，提高了自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)抗擾動能力。在機組啟動后持續(xù)跟蹤觀察，煤量調(diào)節(jié)在給煤機頻繁斷煤時總煤量調(diào)節(jié)品質(zhì)顯著提高，極大的減輕了運行人員的工作量，保障了機組安全穩(wěn)定運行。

參考文獻

[1] 中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.DT/T774-2004火力發(fā)電廠熱工自動化系統(tǒng)檢修運行維護規(guī)程[Z].2004-10-24.

[2] 國家能源局.DT/T657-2015火力發(fā)電廠模擬量控制系統(tǒng)驗收測試規(guī)程[Z].2015-12-01.

[3] 中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.DT/T658-2006火力發(fā)電廠開關(guān)量控制系統(tǒng)驗收測試規(guī)程[Z].2007-03-01.