630MW機組燃控系統優化研究

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、協調控制、DEH控制、ETS、TSI、一次調頻等具有深入研究。

摘要：近年來，火力發電廠普遍面臨煤源雜，煤種多，煤質多變，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定，導致燃煤等發生大幅擾動，引起燃料主控調節振蕩發散，影響機組安全穩定運行。本文對630MW機組燃控系統優化研究，提升設備管理水平，提高人員效率，同時對原煤倉空氣炮振打控制進行優化，提升設備可靠性，降低人員維護強度。

關鍵詞：燃料控制;優化;自動;空氣炮

1 前言

近年來我廠給煤機斷煤情況時有發生，如果發現后處理不及時，嚴重時可能會造成鍋爐滅火事故的發生。燃煤堵在落煤管以及煤倉出現打洞后發生斷煤，會引發磨煤機分離器溫度突升，總煤量調節波動，燃燒不穩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燃但是經濟性不高。

本文從自動控制方面入手，通過優化自動調節系統邏輯參數，提高燃料主控抗干擾能力，提高系統的穩定性和自動調節品質，解決斷煤產生的擾動對燃料主控的影響，零成本投入，提高設備可靠性，降低人員維護強度，提升經濟性。此外，我廠空氣炮僅有斷煤聯鎖功能和就地振打功能，最初沒有設計遠方操作功能。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備的前提下，從控制回路方面進行優化，可以實現遠方定期振打功能，降低原煤倉、落煤管堵塞幾率，零成本投入，提高設備可靠性，降低人員維護強度，獲得較大收益。

2 斷煤控制優化可行性分析

2.1 優化前機組運行情況介紹：

事件1發生于2019年10月6日11：50 ，機組負荷559MW，ABCDE給煤機投自動運行，F給煤機手動方式運行，總煤量262t/h，主汽壓24.01MPa，機組協調方式運行。F給煤機發生連續斷煤期間，燃料主控調節品質發生劣化，在給煤機斷煤恢復后，總煤量持續發生波動，成振蕩發散趨勢。運行人員手動及時調整至穩定狀態;近期后夜調峰期間頻繁斷煤自動調整困難，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定值最大偏差30t/h。

事件2發生于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，協調方式運行，B給煤機發生斷煤時，燃料主控調節趨勢發生等幅振蕩，最大偏差40t。

2.2 總煤量調節振蕩的原因分析

通過對煤量調節趨勢數據分析，自動調節系統在正常工況下運行穩定，一旦頻繁斷煤等惡劣工況出現時，系統穩定性下降，出現明顯劣化趨勢，引起調節振蕩發散，通過對機組燃料主控對象模型進行辨識，并通過MATLAB工具對被調量對象的特性進行仿真，得出以下結論：總煤量調節對象特性是一個時變、非線性調節對象，在不同的負荷段，以及投自動的給煤機數量不同，發生給煤機斷煤情況時，總煤量發生波動程度存在一定規律。在機組負荷較高，投入自動的給煤機數量多的時候，煤量調節系統穩定性強，總煤量不容易發生等幅振蕩和發散。在低負荷，在僅有2-3臺給煤機投自動時，在出現斷煤時，燃料主控調節極易發生總煤量振蕩發散。燃料主控調節系統是采用經典PID調節，比例和積分作用根據投自動的給煤機數量進行變參數調節。3號爐給煤機頻繁斷煤，屬于極端工況，自動調節系統在連續性大幅擾動期間，自動調節品質發生劣化，由于自動調節沒能及時切除自動，造成了煤量調節持續大幅波動。^[1]

通過對歷史數據對比分析，在外部擾動過大，自動調節不過來時，自動控制系統應及時判斷切手動控制，降低對整個協調系統的擾動。對比發現3號爐燃料主控指令反饋偏差大切手動定值設置的不合理，數值過大，偏離實際運行工況，容易造成切手動不及時。

2.3 煤量調節振蕩的問題癥結

燃料主控PID調節器參數設置不合適，需要進行優化。燃料主控指令反饋偏差大切手動定值設置的不合理，數值過大，偏離實際運行工況要求，容易造成切手動不及時，對協調產生擾動。

3 優化策略及實施效果

3.1 對燃料主控自動邏輯及參數進行優化

對燃料主控PID控制器參數進行優化，在保證穩定工況下自動調節品質穩、準、快的前提下，對PID比例、積分參數進行適當弱化，提升系統的穩定性。針對斷煤等突發的異常工況增加了煤量非線性修正，提高設備的穩定性。對六臺給煤機煤量反饋信號進行優化處理，降低給煤機斷煤對總煤量信號擾動。基于直吹式制粉系統的特性，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化設計，降低斷煤擾動對整個燃料主控系統的影響。

表1 燃料主控邏輯PID 控制參數優化前后對比

投入自動的給煤機數量"""""" 3號爐燃料主控PID調節器比例系數 3號爐燃料主控PID調節器積分時間

單位（臺）""" 優化前""" 優化后""" 優化前""" 優化后

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

對燃料主控的設定煤量與總煤量反饋信號偏差大切手動定值進行優化，在外部擾動過大，自動調節不過來時，自動控制系統應及時判斷，切至手動控制，降低對整個協調系統的擾動。通過對斷煤引起的燃料主控指令反饋偏差大的數據進行統計和分析，得出偏差數值集中分布在（30～50）t。

對比各給煤機平均出力參數情況，發現機組燃料主控指令反饋偏差大切手動定值設置的不合理，數值過大，偏離實際運行工況要求，容易造成切手動不及時。根據各項數據統計分析結果綜合考慮，將燃料主控指令反饋偏差大切手動定值參數由原參數70t，優化為50t，通過長期對運行情況跟蹤分析，效果較好，既有效避免了因數值設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節發散。

對給煤機煤量信號進行優化處理，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，慣性時間為變參數調節，可以根據斷煤的劣化情況進行變參數調節，并對抗干擾功能有效動作時間進行控制，邏輯設計如下圖1所示。

3.2 對自動邏輯參數優化后效果

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

3.3 原煤倉空氣炮控制回路優化

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

優化前給煤機空氣炮控制回路，僅能夠實現#1～#6空氣炮就地手動振打，DCS發出斷煤信號后聯鎖空氣炮循環振打。原空氣炮順序控制采用就地時間繼電器硬回路搭建實現，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。

優化后：取消時間繼電器硬回路，將斷煤聯鎖投空氣炮控制回路優化為DCS邏輯順序控制方式。對DCS邏輯和畫面進行優化，在CRT畫面增加上、中、下層空氣炮操作端，實現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鎖操作端，實現DCS手動投上層空氣炮聯鎖振打控制功能，聯鎖投入后，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化實現就地#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計，提高設備可靠性，同時方便檢修和維護。

4 結論

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鍵參數進行優化，提高了自動調節系統抗擾動能力。在機組啟動后持續跟蹤觀察，煤量調節在給煤機頻繁斷煤時總煤量調節品質顯著提高，極大的減輕了運行人員的工作量，保障了機組安全穩定運行。

參考文獻

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

[2] 國家能源局.DT/T657-2015火力發電廠模擬量控制系統驗收測試規程[Z].2015-12-01.

[3] 中華人民共和國國家發展和改革委員會.DT/T658-2006火力發電廠開關量控制系統驗收測試規程[Z].2007-03-01.