火电厂深度配煤掺烧工况下BTU校正优化研究

火电厂深度配煤掺烧工况下BTU校正优化研究摘要：本文分析了火电机组在一边大力参与深度调峰，一边大比例进行分磨分级配煤掺烧工况下，传统BTU控制只针对总入炉煤热值进行优化，无法满足分磨分级掺烧及快速变动负荷下的精细控制需求，而极易引发水煤比失调、受热面超温、升降负荷缓慢等问题，提出了一种为各台掺烧经济煤种的给煤机引入“小BTU”控制的方法，在根本上解决传统BTU只能优化总入炉煤热值的不精准问题。关键词：配煤掺烧、BTU控制策略、入炉煤热值、深度调峰1.传统BTU控制简介

传统BTU校正方法采用设计工况下的给水流量与燃料量的对应函数计算出当前给水流量下对应的理论燃料量[2]，通过实际燃料量乘以BTU校正系数得到校正后的燃料量。对理论燃料量与校正后的燃料量的偏差进行积分，并将积分结果通过函数折算为一个校正系数，即为实际煤发热量与理论煤发热量的比值。在机组稳定运行时:BTU校准系数主要由总煤量、主蒸汽压力偏差、给水流量来决定。在协调方式负荷不变的情况下，水煤比正常，锅炉燃料指令不变，若入炉煤发热量降低，需减小BTU数值，使校正后的煤量增加。此时控制系统为了维持水煤比不变，会增加实际煤量，从而增加校正后的煤量，水此时不变，中间点温度升高。若入炉煤发热量升高，需增大BTU数值，使校正后的煤量减少。此时控制系统为了维持水煤比不变，会减少实际煤量，从而减少校正后的煤量，水此时不变，中间点温度降低。

该方法认为入炉煤热值是一个均匀的整体，升降基本呈线性关系，与现阶段局部入炉煤热值变化较大，整体入炉煤热值是一个显著非线性关系的实事严重不符，存在较大偏差，难以通过简单整定积分时间，来消除这种非线性变化引起的控制滞后与偏差问题，因积分时间过小则控制系统易出现系统振荡，过大则控制系统响应指令迟缓。2.火电机组深度配煤掺烧现状

某电厂2×350MW超临界机组锅炉为哈锅生产的超临界变压直流炉，型号HG-1163/25.4-PM1。炉本体采用∏型布置、单炉膛、一次中间再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构。锅炉采用前后墙对冲燃烧方式，20只三井巴布科克公司引进技术制造的LNASB燃烧器分前三层、后两层布置在炉膛前后墙上，在煤粉燃烧器的上方前后墙各布置2层燃尽风，每层有4只风口，使沿炉膛宽度方向热负荷及烟气温度分布更均匀。燃烧器采用低NOx旋流式煤粉燃烧器，燃烧系统设计采用分级燃烧和浓淡燃烧等技术。锅炉设计燃用杨村煤(20%)+常村煤(50%)+马村煤(30%)的混合煤种，收到基低位热值4730kal、干燥无灰基挥发份19.9%，具体参数如下：名

称符

号单

位设计煤种工业分析收到基低位发热量Qnet,arkJ/kg19820全水分Mt%7.2空气干燥基水分Mad%1.94收到基灰分Aar%31.07干燥无灰基挥发分Vdaf%19.90元素分析收到基碳Car%53.77收到基氢Har%2.26收到基氧Oar%3.69收到基氮Nar%0.80收到基全硫St,ar%1.21

锅炉燃烧器布置图示：

实际配煤掺烧时，常用的配煤方案如下表：

燃烧器层入炉煤指标燃烧器层入炉煤指标热值/kal挥发份/%热值/kal挥发份/%C层≥4000≥14E层2300-3900≥14B层2300-3900≥14A层≥4000≥30D层≥4000≥141、C仓作调节煤，顶峰配高热值，日常可同B、E。

2、关于硫份，5层制粉系统，保持2台低硫，1台常运，1台作备用调节。3.传统BTU控制逻辑的不足设计煤种下，每层燃烧器煤质指标相差无几，可以认为相应燃烧器出口形成的温度区域、能量场是平均的，入炉煤热值波动时，汽压、中间点温度的变化是偏线性且一致的，所以BTU的修正方向是明确的[3]，通过增减煤量补偿入炉热值的变化。而当前深度分级分磨配烧掺烧工况下，各层燃烧器所用煤质热值相关极大，在炉内形成了一个一个相对独立的能量场，在升降负荷时，对应层燃烧器加减同样煤量，或达到临界负荷，需要启停磨煤机时，其对汽压与中间点温度的影响都是复杂和非线性的，此时BTU通过控制总体入炉煤量来修正热量偏差时，显然力不从心，且传统BTU控制逻辑中，给水总是成比例地与煤量一同增减，然后再尝试修正，对异常工况下，如掺烧经济煤种突发断煤的情况，或启停磨工况下，BTU无法知道炉内增减的是高热值还是低热值的煤种，控制器只是按稳态下平均热值对应的煤量去增减给水，经常造成升负荷大量增加低热值煤时，给水过量增加，中间点温度反而大幅下降，汽温大幅下降；或大量增加高热值煤时，给水增加不足，中间点温度大幅上升，汽温超温。虽然值班人员可以提前根据煤质指标，手动给予不同给煤机一定偏置量，保证整体入炉热值尽可能平均变化，但这种影响始终客观存在于每一次变工况中，完全依靠人力凭经验去修正，在经济性和安全性上都无法满足当前现代化企业达标创优的基本要求。4.为特定给煤机引入“小BTU”控制的策略

上述问题的出现，主要是因为变工况时燃烧器出口热值变化不均匀，而传统BTU采取先控制煤量均匀，而后微调的方式，显然不满足当前运行工况的需求。

要解决此矛盾，需将动态下的“煤量均匀”转化为“热量均匀”，一段时间内静态下的各给煤机里煤质是不定的，只需事先知道各煤仓热值指标，以高热值煤指标为基准，按一定比例减少低热值煤量进入控制器参与调节的数值即可。为此可在“实测给煤机煤量”与“协调控制器采集的该煤量信号”中间，引入一个系数X，即为特定给煤机引入单独的“小BTU”，依据现场经验，X取值在0.5-1.2之间较为合适，实际应用时该数值无需特别精确，只需保证变工况时加仓低热值的给煤机在增、减煤量时，其对应输出或减少的热值与其它层大致相当即可，X可简单由下式得到：X=特定给煤机的经济煤种热值/较好煤种的高热值，引入“小BTU”后，协调控制器在增加煤量时掺烧低热值的给煤机会增加的更多，减少煤量时，同样减的更多，但因为系数X的存在，协调控制器从各给煤机接收到的变化量几乎是平均的，因此给水控制器跟踪时也是平滑非突变的，水与煤匹配正常，锅炉各参数变化则较为稳定，可以实现深度分磨分级配煤掺烧的同时，保证锅炉变工况时依然安全平稳。5.结语

对特定给煤机引入“小BTU”控制能满足当前火电机组一边大力参与深度调峰，一边大比例进行分磨分级配煤掺烧的需求，解决了传统BTU面对热值波动，控制粗放、滞后，易引发水煤比失调、受热面超温、升降负荷缓慢等问题，使得锅炉在入炉煤源复杂、热值不均，甚至严重偏离设计煤种的情况下，频繁快速、大区间升降负荷，依然能保持较好的控制特性。参考文献：[1]动力配煤规范:GB25960—2010［S］．[2]张锐锋.基于模型煤发热量软测量的BTU校正方法[J].热力发电,2015（11）-0043-05[3]赵志丹，顾涛，陈志刚，等．超临界600ＭＷ机组协调控制的优化［Ｊ］．热力发电，2014，43（2）：117-121作者简介：1、阮