摘  要  分析株洲電廠雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)、"W"型火焰鍋爐的主要自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功  能、特點(diǎn)，以及與四角切圓燃燒鍋爐自動(dòng)調(diào)節(jié)的區(qū)別。
    關(guān)鍵詞  "W"型鍋爐；雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)；  自動(dòng)調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)品質(zhì)
1 前言
    株洲電廠二期技改工程2× 300MW機(jī)組(3，4號(hào)機(jī)組)的鍋爐采用東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司制造的DGl025/18．2-Ⅱ14型亞臨界壓力、一次中間再熱、自然循環(huán)、"W"型火焰鍋爐；制粉系統(tǒng)為正壓直吹式，磨煤機(jī)(4臺(tái))為BBD3854型雙進(jìn)雙出鋼球磨；給水系統(tǒng)采用3臺(tái)50％容量的電動(dòng)給水泵。機(jī)組的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)由MCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，采用XDPS一400分散控制系統(tǒng)，鍋爐的主要自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括協(xié)調(diào)控制、燃料控制(磨煤機(jī)容量風(fēng)擋板調(diào)節(jié))、磨煤機(jī)料位調(diào)節(jié)(給煤機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié))、磨煤機(jī)總風(fēng)量調(diào)節(jié)(旁路風(fēng)擋板調(diào)節(jié))、磨煤機(jī)出口風(fēng)溫
節(jié)(磨煤機(jī)冷熱風(fēng)門調(diào)節(jié))、磨煤機(jī)密封風(fēng)差壓調(diào)節(jié)、帶氧量校正的送風(fēng)調(diào)節(jié)、爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)、一次風(fēng)壓調(diào)節(jié)、二次風(fēng)擋板調(diào)節(jié)、一級(jí)過(guò)熱蒸汽溫度(A，B)調(diào)節(jié)、二級(jí)過(guò)熱蒸汽溫度(A，B)調(diào)節(jié)、再熱蒸汽溫度煙氣擋板調(diào)節(jié)、再熱蒸汽溫度事故噴水調(diào)節(jié)、汽包水位調(diào)節(jié)等。
2  主要調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功能、特點(diǎn)
2．1  協(xié)調(diào)控制
    協(xié)調(diào)控制的原則是將汽機(jī)、鍋爐作為整體考慮。在能量平衡控制策略基礎(chǔ)上，通過(guò)前饋/反饋、連續(xù)/斷續(xù)、非線性、方向控制等控制機(jī)理的有機(jī)結(jié)合，來(lái)協(xié)調(diào)控制機(jī)組功率與機(jī)前壓力，協(xié)調(diào)處理負(fù)荷要求與實(shí)際能力的平衡。在保證機(jī)組具備快速負(fù)荷響應(yīng)能力的同時(shí)，維持機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定。
    株洲電廠3，4號(hào)機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)有5種控制方式：基本控制方式(手動(dòng))，鍋爐跟隨控制方式(BF)，汽機(jī)跟隨控制方式(TF)、以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式(BFCCS)、以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式(TFCCS)。
2．L1  機(jī)組指令處理回路
    作為機(jī)組控制的前置部分，它接受AGC指令、一次調(diào)頻指令和機(jī)組運(yùn)行人員設(shè)定的負(fù)荷指令。根據(jù)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)和調(diào)節(jié)任務(wù)，對(duì)負(fù)荷指令進(jìn)行處理使之與運(yùn)行狀態(tài)和負(fù)荷能力相適應(yīng)。
2．1．2  鍋爐主控
    鍋爐主控分2種工況：a．爐跟機(jī)(BF)--此時(shí)主調(diào)輸入：DEB信號(hào)作為指令(設(shè)定值SP)；熱量信號(hào)作為反饋(過(guò)程值PV)；前饋信號(hào)：機(jī)組負(fù)荷指令(ULD)。副調(diào)輸入：主調(diào)輸出作為燃料指令；燃料量(因?yàn)殡p進(jìn)雙出磨，無(wú)法直接測(cè)量進(jìn)入爐膛的煤粉量，取容量風(fēng)指令平均值)作為反饋，經(jīng)PID運(yùn)算后去控制各臺(tái)磨煤機(jī)容量風(fēng)擋板的開(kāi)度。見(jiàn)圖l。

    b．機(jī)跟爐(TF)一此時(shí)主調(diào)輸入：機(jī)組實(shí)際負(fù)荷指令；實(shí)發(fā)功率作為反饋。副調(diào)輸入：主凋輸出作為燃料指令；燃料量作為反饋，經(jīng)PID運(yùn)算后去控制各臺(tái)磨煤機(jī)容量風(fēng)擋板的開(kāi)度。
   （1） DEB信號(hào)
    (公式）

    采用與汽機(jī)調(diào)閥開(kāi)度成正比的信號(hào)(P1/PT)PS作為鍋爐負(fù)荷指令，式中微分項(xiàng)在動(dòng)態(tài)過(guò)程中加強(qiáng)燃燒指令，以補(bǔ)償機(jī)、爐之間對(duì)負(fù)荷要求響應(yīng)速度的差異。由于要求補(bǔ)償?shù)哪芰坎粌H與負(fù)荷變化量成正比，而且還與負(fù)荷水平成比例，所以微分項(xiàng)要乘以(P1/PT)PS。
    (2)減小磨煤機(jī)啟停對(duì)負(fù)荷的影響
    眾所周知，直吹式制粉系統(tǒng)磨煤機(jī) 啟停對(duì)負(fù)荷影響大，對(duì)采用燃料平衡的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，有以下因素：a．停磨煤機(jī)必然使其它處于自動(dòng)工況的磨煤機(jī)增負(fù)荷，而磨煤機(jī)內(nèi)的余粉通過(guò)一次風(fēng)送進(jìn)爐膛，引起停磨增加負(fù)荷。b.啟動(dòng)磨煤機(jī)使其它處于自動(dòng)工況的磨煤機(jī)減負(fù)荷，引起啟磨減負(fù)荷。
    對(duì)不采用燃料平衡的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，啟/停給煤機(jī)對(duì)燃料的內(nèi)擾須等汽包壓力變化時(shí)才能進(jìn)行調(diào)節(jié)，顯然對(duì)負(fù)荷影響也大。
    綜合上述因素，應(yīng)對(duì)燃料反饋信號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，以避開(kāi)余粉影響。
    (3)提高負(fù)荷響應(yīng)速率
    直吹式制粉系統(tǒng)的鍋爐燃燒系統(tǒng)是大遲延環(huán)節(jié)，過(guò)分利用鍋爐蓄熱將加大機(jī)、爐間能量供需不平衡，負(fù)荷響應(yīng)速度不能持久。因此在適當(dāng)利用蓄熱的同時(shí)，采用下列措施：a．增加煤量的前饋；b．增加一次風(fēng)量的前饋。
    (4)風(fēng)/煤交叉
    風(fēng)/煤交叉采用鍋爐指令與該指令經(jīng)慣性環(huán)節(jié)輸出相比較，取大值控制風(fēng)量，取小值控制燃料量，可以避免實(shí)際信號(hào)波動(dòng)對(duì)控制帶來(lái)負(fù)面影響，方便地實(shí)現(xiàn)了加負(fù)荷時(shí)先加風(fēng)、后加煤；減負(fù)荷時(shí)先減煤、后減風(fēng)的"富氧"策略。
    (5)滑壓定值
    滑壓定值是負(fù)荷函數(shù)，在BF方式取機(jī)組指令代表負(fù)荷，在TF方式取實(shí)發(fā)功率MW作為負(fù)荷指令。這樣做能夠消除可能出現(xiàn)的正反饋，有利于系統(tǒng)穩(wěn)定。增加滑壓偏置，既能滿足運(yùn)行使用的靈活性，又能解決滑壓、定壓的無(wú)擾切換。
    (6)高加解列、單/多閥切換對(duì)鍋爐主控的影響
    高加解列、單閥/多閥切換調(diào)節(jié)級(jí)P1變化大(即DEB指令突變)，對(duì)鍋爐主控影響大。采用DEB指令保持30s，以抑制其不利影響。
  2.1.3  汽機(jī)主控
    在TF方式時(shí)，用汽機(jī)凋門來(lái)控制機(jī)前壓力。特點(diǎn)是壓力控制響應(yīng)快，主汽壓力很容易穩(wěn)定在給定值上，但在煤種變化大時(shí)負(fù)荷波動(dòng)較大。在BFCCS方式下汽機(jī)主控控制功率，根據(jù)機(jī)組功率偏差控制汽機(jī)調(diào)門開(kāi)度，同時(shí)當(dāng)機(jī)前壓力偏差超出一定范圍(±0.4 MPa)，進(jìn)行壓力拉回。
2.2  磨煤機(jī)控制
    直吹式雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)的出力完全由通過(guò)磨煤機(jī)的容量風(fēng)決定，因而對(duì)負(fù)荷能迅速響應(yīng)。磨煤機(jī)的簡(jiǎn)體又具有一定的儲(chǔ)粉能力，因此，該系統(tǒng)兼有直吹式和中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。
2.2.1  磨煤機(jī)負(fù)荷控制(容量風(fēng)擋板控制)
    煤粉由容量風(fēng)帶出磨煤機(jī)，在磨煤機(jī)內(nèi)粉位一定的情況下(即風(fēng)/粉比一定)，控制容量風(fēng)的流量，就可以控制磨煤機(jī)的出力。燃料主控的指令直接作用于容量風(fēng)擋板控制磨煤機(jī)負(fù)荷，自動(dòng)時(shí)運(yùn)行人員可以加一定量的偏置以調(diào)整每臺(tái)磨煤機(jī)的出力。
2.2.2  磨煤機(jī)總風(fēng)量控制(旁路風(fēng)擋板控制)
    總風(fēng)量含容量風(fēng)和旁路風(fēng)，容量風(fēng)用于輸送煤粉，流量與磨煤機(jī)的負(fù)荷成正比；旁路風(fēng)有2個(gè)作用：干燥原煤及保證最小總風(fēng)量，防止煤粉在管道沉積。故總風(fēng)量的曲線f(x)應(yīng)保證風(fēng)量設(shè)定值大于最小總風(fēng)量。另外，給煤量的變化對(duì)磨煤機(jī)的出口溫度影響也較大，當(dāng)出口溫度偏離設(shè)定值時(shí)，適當(dāng)調(diào)整旁路風(fēng)量的定值，調(diào)節(jié)磨煤機(jī)的出口溫度。
2.2.3  磨煤機(jī)粉位控制
    磨煤機(jī)的料位控制是雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)最基本的控制之一，也是投磨煤機(jī)負(fù)荷(容量風(fēng)擋板)自動(dòng)的必要條件。
    料位測(cè)量有2種：差壓信號(hào)和電耳信號(hào)。2種信號(hào)都可采用，但株洲電廠的差壓信號(hào)測(cè)量更準(zhǔn)一些，主要采用差壓信號(hào)。磨煤機(jī)負(fù)荷變化時(shí)，因?yàn)槿萘匡L(fēng)發(fā)生變化，必然影響料位，因此這里加了負(fù)荷前饋信號(hào)，盡量使料位波動(dòng)較小。
2.2.4  磨煤機(jī)出口溫度控制
    磨煤機(jī)的出口溫度由進(jìn)入磨煤機(jī)的一次風(fēng)溫控制。在暖磨期間，不控制磨煤機(jī)的出口溫度，而控制其人口風(fēng)溫。
2.3  一次風(fēng)壓控制
    一次風(fēng)壓是整個(gè)制粉系統(tǒng)正常運(yùn)行的保障，除了要保證系統(tǒng)要求的最小風(fēng)壓外，還應(yīng)與磨煤機(jī)運(yùn)行的工況相適應(yīng)。其設(shè)定值由機(jī)組負(fù)荷決定。此外，因?yàn)樵撝品巯到y(tǒng)為正壓系統(tǒng)，為防止煤粉外冒，設(shè)有密封風(fēng)系統(tǒng)。密封風(fēng)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)保證密封風(fēng)與磨煤機(jī)內(nèi)的差壓至少為4kPa。
    本機(jī)組有獨(dú)立的一次風(fēng)機(jī)(2臺(tái))提供制粉系統(tǒng)所需風(fēng)量，并帶粉入爐。一次風(fēng)壓為比例積分構(gòu)成的單回路控制系統(tǒng)，B側(cè)S/MA算法模塊的偏置作為平衡一次風(fēng)機(jī)出力。
2.4  引風(fēng)系統(tǒng)
2.4.1  送風(fēng)機(jī)跳閘影響
    送風(fēng)機(jī)跳閘對(duì)爐膛壓力影響較大，采用比例前饋適當(dāng)減小引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度，可以有效地抑制爐膛壓力波動(dòng)。
    24.2  RB切除燃料影響
    RB發(fā)生時(shí)快速切除燃料(FSSS)，引風(fēng)調(diào)節(jié)前饋關(guān)，關(guān)的幅度與切除燃料量成比例。
2.4.3  非線性控制
    爐膛負(fù)壓影響因素較多，波動(dòng)也很頻繁。對(duì)于較小波動(dòng)(偏差小于±20Pa)不調(diào)節(jié)，偏差小，增益小；偏差大，增益大。這樣有利于運(yùn)行工況穩(wěn)定。
2.4.4  防內(nèi)爆
    發(fā)生MFT瞬間爐膛壓力急劇下降，可能發(fā)生爐膛變形。因此一旦發(fā)生MFT，引風(fēng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)按比例減小，30s后逐步恢復(fù)。
2.5  送風(fēng)控制
    本機(jī)組的送風(fēng)系統(tǒng)中，一、二次風(fēng)各用2臺(tái)風(fēng)機(jī)分別供給。一次風(fēng)通過(guò)制粉系統(tǒng)并帶粉入爐，二次風(fēng)則為輔助風(fēng)控制。一次風(fēng)的控制涉及到制粉系統(tǒng)和煤粉的噴燃要求，所以鍋爐總風(fēng)量主要由送風(fēng)控制。本系統(tǒng)包括氧量校正，并具備完善的方向閉鎖和連鎖功能。
2.5.1  風(fēng)/煤限制
    采用風(fēng)量與燃料信號(hào)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一工程量，可以方便地實(shí)現(xiàn)風(fēng)/煤方向閉鎖。
2.5.2  風(fēng)量指令
    采用DEB信號(hào)靜態(tài)表達(dá)式：(P1/PT)Ps作為風(fēng)量指令，當(dāng)PT，與PS，偏差大鍋爐主控切手動(dòng)(已設(shè)定手動(dòng)工況PS跟蹤PT)或高加解列、單閥/多閥切換P1變化大，對(duì)風(fēng)量指令進(jìn)行20s保持。當(dāng)機(jī)組發(fā)生RUNBACK，-用首級(jí)壓力Pl作為風(fēng)量指令，有利于系統(tǒng)穩(wěn)定。
2.6  汽包水位控制
    本機(jī)組采用3臺(tái)50％鍋爐額定容量的電動(dòng)調(diào)速給水泵。給水控制系統(tǒng)包括3臺(tái)電泵與旁路給水閥，作為全程控制系統(tǒng)。
    機(jī)組在啟動(dòng)和低負(fù)荷(小于30％額定負(fù)荷)時(shí)，由1臺(tái)電泵向鍋爐供水。這時(shí)給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)按單沖量方式工作。當(dāng)鍋爐給水量很小時(shí)，電泵運(yùn)行在最低轉(zhuǎn)速，用出口旁路閥調(diào)節(jié)給水量。當(dāng)旁路開(kāi)度達(dá)90％時(shí)，給水量轉(zhuǎn)為電泵轉(zhuǎn)速控制。當(dāng)負(fù)荷大于30％，轉(zhuǎn)為三沖量控制。正常運(yùn)行時(shí)，2臺(tái)電泵按三沖量控制方式。不運(yùn)行電泵處于后備搶水狀態(tài)。
  2.6.1  備用泵搶水位功能
    任意2臺(tái)電泵運(yùn)行，1臺(tái)電泵運(yùn)行中跳閘，備用電泵自啟動(dòng)成功，以最大速率增速，增速時(shí)間為30S。勺管目標(biāo)值為原跳閘電泵勺管位置，電泵增速受增速時(shí)間和原電泵位置限制。如果是MFT引起電泵跳閘，備用電泵自啟動(dòng)，但不搶水位，水位由運(yùn)行控制。
2.6.2  給水泵偏置
    由于泵特性差異，從運(yùn)行角度考慮必須增加3臺(tái)電泵的偏置。為了便于運(yùn)行操作，電泵偏置指示和指令指示為百分?jǐn)?shù)。
2.7  過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)
    過(guò)熱汽溫分二級(jí)控制，為串級(jí)控制方式，其主環(huán)和副環(huán)均為比例積分調(diào)節(jié)。
2.7.1  過(guò)熱汽溫給定值
    為適應(yīng)機(jī)組不同負(fù)荷和定壓、滑壓工況的要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)定值回路，機(jī)組負(fù)荷經(jīng)函數(shù)F(X1)，F(xiàn)(X2)產(chǎn)生汽溫給定信號(hào)。
2.7.2  抗積分飽和功能
    由于汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象的慣性和延遲大，調(diào)節(jié)特性差，使主調(diào)容易發(fā)生積分飽和現(xiàn)象，從而使系統(tǒng)動(dòng)作遲緩，易發(fā)生振蕩。為此，采用副調(diào)指令限值啟動(dòng)抗積分飽和功能。
3  W型鍋爐與四角切圓燃燒鍋爐自
    動(dòng)控制的主要區(qū)別
    株洲電廠3號(hào)爐是湖南省首臺(tái)正壓直吹式雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)、"W"型火焰鍋爐，與以前各電廠采用的中間儲(chǔ)倉(cāng)式制粉系統(tǒng)、四角切圓燃燒鍋爐相比，其自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)有較大的區(qū)別，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
    a．中間倉(cāng)儲(chǔ)式制粉系、四角切圓燃燒鍋爐的燃料調(diào)節(jié)通過(guò)控制20臺(tái)給粉機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)，l臺(tái)給粉機(jī)跳閘對(duì)汽壓(功率)的影響不是太大；雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)、W型火焰鍋爐的燃料調(diào)節(jié)通過(guò)控制4臺(tái)磨煤機(jī)的8個(gè)容量風(fēng)擋板開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)，1臺(tái)給煤機(jī)或1臺(tái)磨煤機(jī)跳閘對(duì)汽壓(功率)的影響要大得多。但W型爐在著火、穩(wěn)燃、燃盡方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，在制粉系統(tǒng)工作正常時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)品質(zhì)非常好，負(fù)荷、汽壓、汽溫、汽包水位等參數(shù)的曲線幾乎是直線，在機(jī)組運(yùn)行5h內(nèi)參數(shù)的波動(dòng)范圍：負(fù)荷±1 MW、汽壓土0.14MPa、汽溫土3.5℃、汽包水位±10mm。
    b．雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)比中儲(chǔ)式鋼球磨要復(fù)雜一些。中儲(chǔ)式鋼球磨煤機(jī)的主要自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)為3套：磨煤機(jī)出口溫度、入口壓力、磨煤機(jī)負(fù)荷。雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要有：磨煤機(jī)粉位控制、磨煤機(jī)負(fù)荷控制、磨煤機(jī)總風(fēng)量控制、磨煤機(jī)出口溫度控制，該種磨煤機(jī)對(duì)鍋爐燃燒的影響更大、更直接。另外，該制粉系統(tǒng)為正壓直吹式，因而增加了密封風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，有2臺(tái)密封風(fēng)機(jī)及密封管路。
    c．株洲電廠3號(hào)機(jī)組配置3臺(tái)電動(dòng)給水泵，與其它電廠配置2臺(tái)汽動(dòng)給水泵、1臺(tái)電動(dòng)給水泵比，其控制系統(tǒng)要簡(jiǎn)單得多，電泵凋節(jié)更迅速，自動(dòng)調(diào)節(jié)品質(zhì)更好，汽包水位通常可以控制在±15mm內(nèi)，但廠用電率要高一些。
4  結(jié)束語(yǔ)
    株洲電廠3號(hào)機(jī)組的自動(dòng)控制系統(tǒng)采用上海新華控制公司的XDPS-400分散控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，控制方案合理，組態(tài)非常靈活，參數(shù)調(diào)整很方便，在168h試運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)投入率100％，且調(diào)節(jié)品質(zhì)良好，為機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行作出了重要貢獻(xiàn)。