株洲电厂W型锅炉自动调节技术探讨

1、株洲电厂W型锅炉自动调节技术探讨 .作者：刘武林摘要：一、前言    湖南华银公司株洲电厂二期技改工程2×300MW机组（#3、4机组）的锅炉采用东方锅炉（集团）股份有限公司制造的DG1025/18.2-II14型亚临界压力、一次中间再热、自然循环、"W"型火焰锅炉；制粉系统采用正压直吹式，磨煤机(4台)为沈阳重型机械集团制造的BBD3854型双进双出钢球磨；给水系统采用3台50%的容量的电动给水泵。机组的自动调节系统由MCS系统实现，采用上海新华控制有限公司提供的XDPS-400分散控制系统，并由新华公司提供MCS系统的控制方案和控

2、制组态。    株洲电厂MCS系统共占用3个DPU，炉侧2个，编号为02、03 DPU，机侧1个，编号为10DPU。整个MCS的设计I/O点约为750点。    锅炉的主要自动调节系统包括协调控制系统、燃料控制(磨煤机容量风挡板调节)、磨煤机料位调节(给煤机转速调节)、磨煤机总风量调节(旁路风挡板调节)、磨煤机出口风温调节(磨煤机冷热风门调节)、磨煤机密封风差压调节、带氧量校正的送风调节、炉膛负压调节、一次风压调节、二次风挡板调节、一级过热蒸汽温度(A、B)调节、二级过热蒸汽温度(A、B)调节、再热蒸汽温度烟气挡板调节、再热蒸汽温度事

3、故喷水调节、汽包水位调节等。株洲电厂#3机组已于2003年8月29日通过168小时试运行，自动投入率为100%，自动调节品质良好。         二、株洲电厂W型锅炉主要调节系统的功能、特点2.1 协调控制    控制系统设计原则是将汽机、锅炉作为整体考虑。在能量平衡控制策略基础上，通过前馈/反馈、连续/断续、非线性、方向控制等控制机理的有机结合，来协调控制机组功率与机前压力，协调处理负荷要求与实际能力的平衡。在保证机组具备快速负荷响应能力的同时，维持机组主要运行参数的稳定。

4、0;   株洲电厂#3、4机组协调控制系统有五种控制方式：基本控制方式（手动），锅炉跟随控制方式（BF），汽机跟随控制方式（TF）、以炉跟机为基础的协调控制方式（BFCCS）、以机跟炉为基础的协调控制方式（TFCCS）。其主要功能回路如图1。      2.1.1 机组指令处理回路    机组指令处理回路是机组控制的前置部分，它接受AGC指令、一次调频指令和机组运行人员设定的负荷指令。根据机组运行状态和调节任务，对负荷指令进行处理，使之与运行状态和负荷能力相适应。  

5、0; 机组指令的实际能力识别限幅是根据机组运行参数的偏差、辅机运行状况，识别机组的实时能力，使机组在其辅机或子控制回路局部故障或受限制情况下的机组实际负荷指令与机组稳态、动态调节能力相符合。保持机组/电网，锅炉/汽机和机组各子控制回路间需要/可能的协调，及输入/输出的能量平衡。    机组指令的实时能力识别限幅功能主要有：a）方向性闭锁；b）迫升/迫降（Run Up/Run Down）；c）辅机故障快速减负荷（Runback）。2.1.2  锅炉主控    锅炉主控分二种工况：   

6、炉跟机（BF）-此时主调输入：DEB信号作为指令（设定值SP）；热量信号作为反馈（过程值PV）；前馈信号：机组实际负荷指令（ULD）。付调输入：主调输出作为燃料指令；燃料量(因为双进双出磨，无法直接测量进入炉膛的煤粉量，取容量风指令平均值)作为反馈，经PID运算后去控制各台磨煤机容量风挡板的开度。其控制原理图见图2。                 机跟炉（TF）-此时主调输入：机组实际负荷指令；实发功率作为反馈。付调输入：主调输出作为燃料指令；燃料量作为

7、反馈，经PID运算后去控制各台磨煤机容量风挡板的开度。   （1）DEB信号                  采用与汽机调阀开度成正比的信号作为锅炉负荷指令，式中微分项在动态过程中加强燃烧指令，以补偿机、炉之间对负荷要求响应速度的差异。由于要求补偿的能量不仅与负荷变化量成正比，而且还与负荷水平成比例，所以微分项要乘以。    （2）减小磨煤机启停对负荷的影响众所周知直吹式制粉系统磨煤机启停对负荷

8、影响大，对采用燃料平衡的系统来说，有以下因素：    停磨煤机必然使其它处于自动工况的磨煤机增负荷，而磨煤机内的余粉通过一次风送进炉膛，引起停磨增加负荷。    启动磨煤机使其它处于自动工况的磨煤机减负荷，引起启磨减负荷。    对不采用燃料平衡的系统来说，有以下因素：    启/停给煤机对燃料的内扰要等汽包压力变化时才能进行调节，显然对负荷影响也大。    综合上述因素，对燃料反馈信号进行动态补偿，避开余粉影响。  

9、0; (3) 提高负荷响应速率    直吹式制粉系统的锅炉燃烧系统是大迟延环节，过分利用锅炉蓄热将加大机、炉间能量供需不平衡，负荷响应速度不能持久。因此在适当利用蓄热的同时，采用下列措施：    增加煤量的前馈    利用负荷变化的前馈信号，迅速改变给煤量，使锅炉的燃烧率提前发生变化，适应负荷变化需要。    增加一次风量的前馈    利用负荷变化的前馈信号同时改变一次风量，充分利用磨煤机内的蓄粉来快速响应负荷需要。 

10、0;  (4) 风/煤交叉    风/煤交叉采用锅炉指令与该指令经惯性环节输出相比较，取大值控制风量、取小值控制燃料量，可以避免实际信号波动对控制带来负面影响，方便地实现了加负荷时先加风、后加煤；减负荷时先减煤、后减风的"富氧"策略。    (5) 滑压定值   滑压定值是负荷函数，在BF方式取机组指令代表负荷，在TF方式取实发功率MW作为负荷指令。这样做能够消除可能出现的正反馈，有利于系统稳定。增加滑压偏置，既能满足运行使用的灵活性，又能解决滑压、定压的无扰切换。 

11、0;  (6) 高加解列、单阀/多阀切换对锅炉主控的影响    高加解列、单阀/多阀切换调节级P1变化大（即DEB指令突变），对锅炉主控影响大，我们采用DEB指令保持30秒，以抑制其不利影响。2.1.3  汽机主控    在TF方式时，用汽机调门来控制机前压力。采用这种方式的特点是压力控制响应快，主汽压力很容易稳定在给定值上，但在煤种变化大负荷波动较大。    在BFCCS方式下汽机主控控制功率，根据机组功率偏差控制汽机调门开度，同时当机前压力偏差超出一定范围(±0.4MPa

12、)，进行压力拉回。    实现证明：W炉的协调控制中采用DEB信号是比较科学、合理的，比采用汽压PID控制回路控制效果好；采用前馈/反馈控制，有效地提高了控制系统对外扰的反应速度和自动调节品质。2.2  磨煤机控制    直吹式双进双出钢球磨煤机没有中间仓储式制粉系统的粉仓，系统大为简化。磨煤机的出力完全由通过磨煤机的容量风决定，因而对负荷能迅速响应。磨煤机的桶体又具有一定的储粉能力，因此，该系统兼有直吹式和中储式制粉系统的优点。2.2.1 磨煤机负荷控制(容量风挡板控制)    煤粉

13、由容量风带出磨煤机，在磨煤机内粉位一定的情况下（即风/粉比一定），控制容量风的流量，就可以控制磨煤机的出力。燃料主控的指令直接作用于容量风挡板控制磨煤机负荷，自动时运行人员可以加一定量的偏置以调整每台磨的出力。2.2.2  磨煤机总风量控制(旁路风挡板控制)    磨煤机的总风量包括容量风和旁路风，容量风用于输送煤粉，流量与磨煤机的负荷成正比，旁路风有两个作用：干燥原煤及保证最小总风量，防止煤粉在管道沉积。故总风量的曲线f(x)应保证风量设定值大于最小总风量。另外，给煤量的变化对磨的出口温度影响也较大，当出口温度偏离设定值时，适当调整旁路风量的定值，调节

14、磨的出口温度。2.2.3  磨煤机粉位控制    双进双出磨煤机的优点是对负荷变化的响应快，其原因是磨煤机出力的改变是通过容量风流量的改变而改变的，而前提条件是，磨煤机的料位必须保持恒定，即风/粉比恒定。因此，磨煤机的料位控制是双进双出磨最基本的控制之一,也是投磨煤机负荷(容量风挡板)自动的必要条件。    磨煤机的料位测量有两种：    (1) 差压信号    在磨的大罐底部装有两个差压测量装置，驱动端、非驱动端各一个。装置由下向上对煤粉吹出恒定流量的气流，通过测

15、量煤粉层上面与气流下端的差压，可测得煤粉的料位。差压测量装置定期进行吹扫，防止煤粉堵塞。在吹扫过程中，差压信号无效，此时应保持吹扫前的测量值，待吹扫结束一定时间后，信号才有效，此时可恢复使用测量的信号。    (2) 电耳信号    通过测量磨煤机转动时的噪音，可获得磨内的料位情况。磨煤机内煤粉多时，发出的噪音闷；煤粉少时，发出的噪音响亮。    以上两种信号都可采用，但株洲电厂的差压信号测量更准一些，主要采用差压信号。磨煤机负荷变化时，因为容量风发生变化，必然影响料位，因此这里加了负荷前馈信号，尽量使料

16、位较小波动。2.2.4  磨煤机出口温度控制    磨煤机的出口温度通过进入磨煤机的一次风温控制。通过调节一次冷风、热风挡板来配比一次风温。在暖磨期间，不控制磨煤机的出口温度，而控制磨煤机的入口风温。2.3  一次风压控制    一次风压是整个制粉系统正常运行的保障，一次风压的控制除了要保证系统要求的最小风压外，还应与磨煤机运行的工况相适应。其设定值是由机组负荷决定的。此外，因为该制粉系统为正压系统，为防止煤粉外冒，设有密封风系统提供磨煤机系统各处的密封。密封风压调节系统保证密封风与磨煤机内的差压至少为4kPa。&

17、#160;      本机组有独立的一次风机（二台）提供制粉系统所需风量，并带粉入炉。一次风压为比例积分构成的单回路控制系统，B侧S/MA算法模块的偏置作为平衡一次风机出力。2.4 引风系统    引风控制系统具备完善的方向闭锁和联锁以及MFT防内爆功能。    (1)  送风机跳闸影响   送风机跳闸对炉膛压力影响较大，采用比例前馈适当减小引风机动叶开度，可以有效地抑制炉膛压力波动。    (2)  RB

18、切除燃料影响    RB发生时快速切除燃料（FSSS），引风调节前馈关，关的幅度与切除燃料量成比例。    (3)  非线性控制    炉膛负压影响因素较多，波动也很频繁。对于较小波动（偏差小于±20Pa）不调节，偏差小，增益小；偏差大，增益大。这样有利于运行工况稳定。    (4)  防内爆    发生MFT瞬间炉膛压力急剧下降，可能发生炉膛变形。因此一发生MFT，引风调节机构按比例减小，30秒

19、后逐步恢复。    (5)  方向闭锁    炉膛压力高于200Pa,送风控制增闭锁、引风控制减闭锁；炉膛压力低于-300Pa,送风控制减闭锁、引风控制增闭锁。2.5 送风控制    保证燃料在炉膛中充分燃烧是送风控制系统的基本任务。本机组的送风系统中，一、二次风各用两台风机分别供给。一次风通过制粉系统并带粉入炉，二次则分为辅助风控制。一次风的控制涉及到制粉系统和煤粉的喷燃的要求，所以锅炉总风量主要由送风控制。本系统包括氧量校正，并具备完善的方向闭锁和连锁功能。  

20、  (1)  风/煤限制采用风量与燃料信号转换为统一工程量，可以方便地实现风/煤方向闭锁。    (2)  预喘振保护    预喘振保护采用风量与出口压力关系。具体做法：在风机特性曲线上逼近喘振点做一条预喘振曲线。在正常工况下，风量对应的出口压力远远低于预喘振压力。当某种原因使风机出口压力达到预喘振压力，该风机动叶超驰关3%、同时该风机增闭锁，5秒后预喘振信号未能消除，该风机控制切手动，同时声光报警，由运行人员进行检查。    (3)  

21、;风量指令    采用DEB信号静态表达式：（P1÷PT）×PS作为风量指令，当PT与PS偏差大锅炉主控切手动（已设定手动工况PS跟踪PT）或高加解列、单阀/多阀切换P1变化大，对风量指令进行20秒保持。当机组发生RUNBACK，用首级压力P1作为风量指令，有利于系统稳定。2.6 汽包水位控制   本机组采用三台50%锅炉额定容量的电动调速给水泵。给水控制系统包括三台电泵与旁路给水阀，作为全程控制系统。    机组在启动和低负荷（小于30%额定负荷）时，由一台电泵向锅炉供水。这时给水调节系统按单

22、冲量方式工作。当锅炉给水量很小时，电泵运行在最低转速，用出口旁路阀调节给水量。当旁路开度达90%时，给水量转为电泵转速控制。当负荷大于30%，转为三冲量控制。正常运行时，两台电泵按三冲量控制方式。不运行电泵处于后备抢水状态。    (1)  备用泵抢水位功能    任意二台电泵运行，一台电泵运行中跳闸，备用电泵自启动成功，以较快速率增速，增速时间为30秒。勺管目标值为原跳闸电泵勺管位置，电泵增速受增速时间和原电泵位置限制。如果是MFT引起电泵跳闸，备用电泵自启动，但不抢水位，水位由运行控制。  

23、  (2)  给水泵偏置    由于泵特性差异，从运行角度考虑必须增加三台电泵的偏置。为了便于运行操作，电泵偏置指示和指令指示为百分数。2.7 过热汽温控制系统    过热汽温分二级控制，为串级控制方式，其主环和付环均为比例积分调节。    （1）过热汽温给定值    为适应机组不同负荷和定压、滑压工况的要求，系统设计定值回路，机组负荷经函数f(x1)、f(x2)产生汽温给定信号。    （2）抗积分饱和功能

24、0;   由于汽温调节对象的惯性和延迟大，调节特性差，使主调容易发生积分饱和现象，从而使系统动作迟缓，易发生振荡。为此，采用付调指令限值启动抗积分饱和功能。三、 W型锅炉与四角切圆燃烧锅炉自动控制的主要区别    株洲电厂#3炉是我省首台正压直吹式双进双出钢球磨煤机、"W"型火焰锅炉，与以前各电厂采用的中间储仓式制粉系统、四角切圆燃烧锅炉相比，其自动调节系统有较大的区别，主要体现以下几个方面：    (1)  中间仓储式制粉系、四角切圆燃烧锅炉的燃料调节通过控制20台给粉机的转速来实现，一台给粉机跳闸对汽压（功率）的影响不是太大；双进双出钢球磨煤机、W型火焰锅炉的燃料调节通过控制4台磨煤机的8个容量风挡板开度来实现，一台给煤机或一台磨煤机跳闸对汽压（功率）的影响要大得多。但W型炉在着火、稳燃、燃烬方面具有明显的优势，在制粉系统工作正常时，自动调节