基于動態功煤比的快速燃料熱值校正方法

王 強

(大唐東北電力試驗研究院有限公司,長春 130012)

0 引 言

傳統的功煤配比方式,在協調狀態下的基礎煤量值為機組電負荷指令加供熱負荷后經f(x)折線函數得出,函數關系的確定,根據建廠初期的設計煤種熱值狀態下,得出的機組負荷對應的靜態燃料量,此數值為負荷對應的基礎燃料量。此函數必須準確,才能保證鍋爐主控系統對煤量調節的平穩性,才能保證機組燃料量、給水流量、總風量等參數的穩定[1]。若現有煤種偏離設計煤種,則無法保證此f(x)函數的準確性,也就無法保證基礎煤量的準確性。為解決以上問題,通過燃煤熱值校正技術,以實現煤種差異下的煤量校正。

1 現有控制邏輯燃煤熱值校正方法

1.1 控制邏輯分析

控制過程邏輯,實際負荷對應的標準煤量作為熱值校正PID的設定值,實際值為當前校正的燃料量,PID的積分時間ti一般設置為6 000～8 000 s,PID的輸出值為燃料熱值校正系數,此熱值校正系數乘以實際燃料量作為校正后的燃料量,校正后的燃料量再次作為熱值校正PID的實際值,進行循環校正,直到實時校正系數等于目標校正系數為止。校正后的燃料量作為最終的實際燃料量,同步進入燃料主控的閉環控制[2]。通過SAMA圖可以較為清晰地了解此技術的控制理念,例如當校正系數為1.1時,說明設計煤種的熱值是當前燃料量熱值的1.1倍,當前負荷下設計煤種需量100 t/h,當前熱值的燃煤需量110 t/h。通過換算關系完成燃煤的熱值校正,控制邏輯如圖1所示。

圖1 現有燃煤熱值校正功能控制邏輯

圖1中,BTU被用來描述燃料的熱值,英制熱量單位(British thermal unit, BTU)。

1.2 現有基礎功煤比及熱值校正功能的缺點

機組負荷對應的基礎煤量函數f(x),此函數為設計煤種煤量關系式,當煤種發生較大變化、各輔機特性變化、鍋爐大修等因素產生后,此f(x)函數關系式將不再準確,煤量偏差較大時,將給燃煤熱值校正功能造成很大的擾動。

常規燃煤熱值校正是根據機組負荷指令對應的設計煤量與實際煤量進行比較,當機組負荷、壓力、中間點溫度、煤量穩定時,需要經過PID控制進行緩慢校正煤量。當燃料品質發生大范圍變化時,將對主汽壓力控制產生擾動[3]。通過鍋爐主控的閉環作用再次調整煤量,達到校正的作用,校正時間過快導致機組煤量、主蒸汽壓力、主再熱蒸汽溫度波動大。校正作用設置較慢時,雖然對機組各主要參數影響稍弱,但校正功能較弱,使機組協調無法適應煤種的變化?，F階段隨著AGC變負荷速率更快、幅度更大、頻率更高的影響,機組長期處于穩定工況的時間較短,而且隨著火電機組對燃料的迫切需求,在大比例摻燒經濟煤種后,入爐煤加權平均熱值往往和設計煤種差別很大[4]。入爐煤種無法滿足設計煤種的要求,燃煤熱值變動較大,協調控制系統中負荷對應的基礎煤量已不是準確的數值,實際功煤比與原設計值相差很大。所以常規的功能已無法滿足現階段機組協調的控制需求,燃煤熱值無法及時的被校正,將會造成機組負荷變化時煤量非正常過調或欠調,機組長時間處于不穩定的工況,不僅對機組安全性產生影響,而且不利于機組經濟運行[5]。上述問題一直是影響火電機組協調控制系統品質的重要因素。

2 零擾動快速燃煤熱值校正方法

通過實時變化的機組負荷與燃煤量的比值計算出機組功煤比參數,通過機組穩態方式條件加以判斷,確定出機組穩態功煤比系數,當機組燃煤熱值發生變化以后能夠準確、快速的進行熱值校正,校正的差值量對鍋爐主控進行反向補償,既達到功煤比系數校正的快速性,又保證了功煤比系數校正過程的無擾性?；诠γ罕热〈Ｒ庁摵蓪毫康膄(x)函數功能,能夠保證負荷變化時,煤量跟隨變化的精準性,同時煤熱值校正過程中的擾動性也能夠避免。該方法可以大幅提高機組協調控制的調節品質,煤量波動更小,煤量、機組給水流量、主/再熱蒸汽溫度、主蒸汽壓力等機組主要參數在機組動態協調下改變負荷時,均能保持較好的穩定性。此校正方法,對于燃煤熱值變化較大,煤種不穩定的電廠,效果尤為明顯。熱值校正流程圖如圖2所示。

圖2 基于功煤比及零擾動快速燃煤熱值校正方法流程圖

3 控制邏輯優化

3.1 實現方法

控制邏輯實現方法由三部分構成:功煤比運算回路、功煤比反向補償計算回路、功煤比反向補償回路。

圖3為功煤比運算回路。此功能回路利用機組穩態運行的判斷條件，對功煤比回路進行運算，得出準確、穩定的功煤比系數，通過與當前負荷指令進行乘積運算，得出機組當前負荷對應的基礎煤量。利用機組實際負荷加上供熱負荷得到機組實際出力水平?？側剂狭颗c機組負荷之比得出機組實時的動態功煤比。此動態功煤比不一定是機組穩定狀態時準確的功煤比數值，所以需要對功煤比計算狀態進行限制[6]。當機組在協調方式時，機組主蒸汽壓力偏差小于0.2 MPa，主蒸汽壓力偏差的60 s微分值小于0.1 MPa，機組不在變負荷狀態，機組未發生RB等條件滿足時，按照50 t/min的變化速率，將動態功煤比轉化為機組穩態的功煤比。為了避免機組穩態時，功煤比小幅度波動，應對動態功煤比及穩態功煤比進行比較，偏差小于0.1 t/(10 MW)時,則保持當前的穩態功煤比數值,穩態功煤比代表了當前熱值的燃煤增減10 MW負荷對燃料的準確需求量[7]。此穩態功煤比數值乘以機組負荷指令則代表了機組當前負荷對應的基礎煤量指令。用此種方法取代機組負荷指令,對應f(x)得出當前負荷對應的基礎煤量指令,是因煤種多變性,此時單一恒定的f(x)函數已不夠準確。而采用功煤比回路就能準確的確定出功煤關系,機組變負荷時,使得煤量變化更精準,盡量減少鍋爐主控閉環滯后的煤量調整幅度和頻率[8]。

圖3 功煤比運算回路

圖4為功煤比煤量校正鍋爐主控反向補償計算回路。此功能回路是功煤比無擾校正的關鍵所在。當功煤比校正觸發期間,當前機組負荷靜態煤量指令的變化量進行運算得到單次功煤比煤量校正數值。在此次校正結束后,此次校正的絕對煤量差值將被保持住,下一次功煤比校正觸發時,在原有的校正煤量上繼續進行疊加。當鍋爐主控切除自動后延時0.5 s,將鎖存的煤量進行清零。此補償回路的疊加補償計算功能,通過功煤比觸發及功煤比觸發消失的判斷條件,對4個“T”選塊進行切換和鎖存,達到疊加補償的功能。

圖4 功煤比反向補償計算回路

圖5為功煤比反向補償回路,對功煤比校正的煤量絕對值在鍋爐主控煤量輸出中進行反向補償,這樣當功煤比校正煤量時,鍋爐主控煤量輸出不發生變化,實現機組煤量無擾動狀態下的功煤比校正功能。

圖5 功煤比反向補償回路

3.2 應用效果

圖6、圖7為煤質變動后,機組穩態、負荷變動時協調及主要參數變化曲線。應用改進型動態功煤比及燃料熱值快速無擾校正技術后,當煤質熱值發生較大改變時,機組穩態、動態變負荷都能保證主蒸汽壓力、主再熱蒸汽溫度的穩定,機組協調系統對煤種適應性更好,控制指標更為優良。

圖6 穩態工況下機組參數曲線

圖7 機組負荷變動150 MW參數曲線

4 結 語

改進型動態功煤比及燃料熱值快速無擾校正技術,采用穩態功煤比乘以機組負荷指令的方式,得出當前燃煤熱值下的精準煤量指令,取代常規機組負荷指令,通過單一恒定函數得出粗略的煤量指令。燃煤熱值發生變化時,功煤比動態補償功能,將會以“零擾動”的方式對功煤比進行校正,機組穩態工況下校正時間20 s內即可完成。改進方法通過煤質校正僅需要傳統控制策略校正時間的3‰,并且校正過程完全無擾,極大地提升了機組燃煤與機組負荷的匹配精準度,機組負荷與煤量波動小,主、再熱蒸汽壓力及溫度穩定,機組經濟性得到提高。