燃煤電廠輸灰系統全負荷自適應節能優化技術研究及應用

張美鋒 周高盛 蔣瀟甫 黃 騰 陳獻春 林 宇 程保新 滕鳳貴

(1.福建華電可門發電有限公司，福建 福州 350512；2.國網福建省電力有限公司電力科學研究院，福建 福州 350007)

當前，火力發電機組的負荷率普遍不高，距離滿負荷還有較大的空間。但是，輸灰系統大都保持在其對應設計煤種滿負荷時的設計工況下運行，只能以最大功率輸出，特別是在中低負荷區間，輸灰效能比低、靈活性差，增加了機組廠用電率，降低了機組整體經濟性。因此，有必要研究開發全負荷、及時準確地跟蹤鍋爐灰負荷率的技術而實現輸灰系統節能自適應自動控制。

一些電廠節能方案采用停運部分輸灰空壓機節能，在輸灰系統正常運行的前提下停運部分輸灰空壓機，做出機組負荷和輸灰空壓機運行數量的曲線，達到節能目的。停運部分輸灰空壓機的同時還可以停運對應的空氣干燥機[1]。一些電廠采用輸灰系統料位自動控制方式，自動程序啟動條件是除塵器灰斗中高料位信號發出，結束條件是低料位號發出，解決了灰斗無料下灰輸灰空轉，對壓縮空氣的浪費[2]。停運部分空壓機當前僅限人為判斷空壓機負載適時啟?？諌簷C，尚未對輸灰系統及空壓機系統控制邏輯進行優化，各電廠空壓機及輸灰系統設備性能與狀態不同，運行操作水平不一致，大范圍推廣空間不大。利用除塵器灰斗高低料位信號來進行輸灰系統啟停邏輯判斷，受限于料位計信號可靠性和準確度，容易發生故障，導致輸灰系統癱瘓。

對輸灰系統各輸灰管線運行過程中的輸灰壓力進行統計分析，發現機組各輸灰管線輸灰壓力累計值高低不均勻；同時，各輸灰管線輸灰周期時間等參數不能隨機組負荷和鍋爐出灰量進行實時調整，輸灰系統壓縮空氣利用率較低，靈活性較差，未設計實時自動調整系統，具有較大的改進空間。氣力輸灰設備耗費了大量電能，對其進行節能方法分析對發電行業節能增效具有重要意義。

1 設備概況

除灰系統采用正壓濃相氣力除灰系統，輸灰系統設備規范見表1。

表1 輸灰系統設備規范

2 輸灰系統優化調整前試驗

調整前在試驗煤種和循環周期設置下，在SIS系統或脫硫控制系統采集當前滿負荷和中低負荷輸灰系統輸灰壓力和循環周期時間特性參數，分析研究輸灰特性。600MW、300MW負荷工況省煤器及各電場輸灰壓力曲線見圖1，每周期輸灰量越大，周期內輸灰壓力累積面積越大。可以明顯看出，隨著負荷的降低，省煤器和一電場輸灰壓力變化不明顯，而二、三、四電場輸送灰量降低，輸灰壓力明顯降低，可以降低輸送頻次，節約輸送氣耗。

圖1 輸灰系統各電場輸灰壓力曲線

3 輸灰系統優化調整試驗

開展典型負荷、不同灰量系統的循環周期時間手動控制調整試驗。

根據不同的煤種和電除塵不同電場參數組合方式，對輸灰系統各個電場循環周期時間進行控制優化，確定不同負荷工況條件下輸灰系統最佳的時間參數，為輸灰系統的智能優化控制提供技術參考。當前運行狀態，特別是中低負荷運行工況下優化空間較大，通過提高省煤器及各電場循環周期的方式，達到減少輸送次數，提高壓縮空氣利用率的目的，在滿足輸灰空壓機出口母管壓力條件和輸灰系統正常運行的前提下，減小輸灰空壓機出力甚至停運部分輸灰空壓機，達到節能的目的。

首先開展600MW、450MW、300MW典型負荷的循環周期時間手動控制調整試驗，循環周期時間控制參數見表2，每次調整后觀察20～30 min，分析輸灰壓力曲線，在保證輸灰系統不堵灰、正常運行的前提下，掌握輸灰系統循環周期時間、輸灰壓力等運行特性，確定不同負荷工況條件下輸灰系統最佳的時間參數，為輸灰系統的節能自適應自動優化控制提供技術參考。

表2 輸灰循環周期時間控制參數 單位：s

試驗結果表明，當前運行狀態特別是中低負荷運行工況下優化空間較大，通過提高省煤器及各電場循環周期的方式，達到減少輸送次數，提高壓縮空氣利用率的目的。

在保證輸灰系統不堵灰、正常運行的前提下，手動調整各電場的循環周期時間，觀察各電廠輸灰波形變化，以300MW工況為例，一電場、二電場輸灰壓力波形圖見圖2和圖3。隨著循環周期時間的增加，相鄰輸灰波形的間隔相應拉長，同時輸灰波形面積呈現一定程度的規律性，頻繁輸灰的情況得到緩解，試驗期間機組各系統運行正常、穩定，輸灰系統沒有出現積灰、堵灰的情況。

圖2 300MW工況調整前后一電場輸灰壓力波形圖

圖3 300MW工況調整前后二電場輸灰壓力波形圖

圖4為300MW工況省煤器和各電場輸灰波形壓力累積值(即輸灰波形的面積)在循環周期時間拉長(各電場輸灰壓力累積值間隔拉大)后的統計圖。從圖中可以看出，隨著循環周期時間的增加，輸灰波形壓力累積值趨于穩定、均勻，空壓機出口母管壓力能滿足當前狀態下正常輸灰，空壓機變加載幅度減小，體現了當前輸灰系統運行有一定的節能空間。

圖4 300MW工況空壓機出口母管壓力與電場輸灰波形壓力累積值

4 輸灰系統全負荷節能自動控制研究

經上述試驗數據分析得出輸灰系統各個負荷區間最佳循環周期時間如表3所示，將優化結果應用到輸灰系統PLC自動控制系統中。在輸灰PLC增加輸灰循環時間計算邏輯如圖5所示。

圖5 某電場輸灰循環時間計算邏輯

表3 各個負荷區間最佳循環周期時間f(x1)推薦值

根據當前每臺磨煤機的煤量確定其對應煤種灰分的權重，再根據當前入爐煤的總量和總灰分計算出當前鍋爐產生的總灰量。根據已有的煤質特性參數和當前鍋爐產生的總灰量，建立鍋爐灰負荷率(A%)特性參數，作為輸灰系統節能自動優化控制的前饋控制。

以鍋爐灰負荷率—輸灰周期時間函數(分段函數)f(x1)作為下周期輸灰循環時間主調，以輸灰壓力反饋—輸灰周期時間函數f(x2)作為副調，見圖6。

圖6 輸灰循環時間計算函數

5 輸灰系統節能經濟性評價

輸灰系統節能自動投入前后(同樣投3臺空壓機)期間電耗數據對比，節能效果明顯，具體數據見表4，600MW、450MW、300MW典型負荷工況節能比率分別能達到13.1%、17.4%、20.7%，廠用電節能量分別達到0.013、0.023和0.040個百分點。各個負荷段空壓機電耗累加值見圖7-圖9。

表4 輸灰系統節能自動投入前后電耗對比

圖7 輸灰系統節能自動投入前后電耗對比(600MW)

圖8 輸灰系統節能自動投入前后電耗對比(450MW)

圖9 輸灰系統節能自動投入前后電耗對比(300MW)

6 結束語

通過輸灰系統優化調整試驗，掌握輸灰系統循環周期時間、輸灰壓力等運行特性，并將優化結果應用到輸灰系統PLC節能自動控制系統中，并跟隨鍋爐灰負荷率進行全負荷自適應節能自動優化控制。600MW、450MW、300MW典型負荷工況，輸灰系統用電量節能比率分別能達到13.1%、17.4%、20.7%，廠用電節能量分別達到0.013、0.023和0.040個百分點，有效降低了機組能耗。