火电厂磨煤机负荷控制方法的改进

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（1.内蒙古工业大学 电力学院，内蒙古 呼和浩特 010080；2.内蒙古能源发电投资有限公司，电力工程技术研究院，内蒙古 呼和浩特 010020）

采用直吹送粉工艺的发电机组需要考虑制粉工艺的较大时延和滞后现象。机组协调控制策略的一个基本控制思想是：协调总燃烧量和总送风量的动态平衡，协调磨煤机负荷与一次风量的动态平衡，确保锅炉燃烧过程［1］的平稳。直吹式制粉系统锅炉在适应负荷变化或消除燃料内扰方面反应均较慢，因而更容易引起汽压较大的变化。因此，磨煤机负荷控制不仅是火电厂的难点之一，也是设计直吹式制粉系统锅炉燃烧自动控制系统予以特别考虑的问题［2］。

1 磨煤机负荷及一次风量的基本控制方法

图1 磨煤机负荷的改进控制策略Fig.1 Improved control strategy of coal mill load

图1给出了以A磨煤机为例的工作负荷及相关的一次风挡板的风量改进控制策略。图1中MD为磨煤机的总负荷控制指令信号，此指令平行输入各个磨煤机控制回路；BIR为给煤量；BMP为平滑切换功能模块；AW为加权加法器；HS为高选模块；LS为低选模块；A／H为自动、手动模块；RL为速率限制模块；SG1为最小给被控量指令信号；FG为函数模块；Σ为求和；PI为比例积分调节器；I为积分器。

图1中除虚线部分均为磨煤机负荷的基本控制策略。以磨煤机增加负荷为例，基本的调节过程如下［4］。

在AW1模块，MD信号与给煤机加速信号BIR相加，得到D1指令值。

因为不同磨煤机的特性可能存在差异，为此设置了AW2进行偏置校正，加入偏置量B。B是一个可设置的，可以为正、也可以为负的偏置量，校正之后的指令信号D2＝D1＋B，使得各台磨煤机的起始负荷工作值尽可能相同，从而达到均匀送粉的目的。

磨煤机总风门入口的一次风差压测量信号经过温度校正除法器（÷）、开平方环节后得到了一次风流量信号Fa。Fa再经过函数FG1模块，形成了实际的一次风流量（Fa），对于给煤量的限制信号Y4；Y4输入低选模块LS，取D2，Y4的低者输出，确保给煤流量指令不会高于当前的一次风流量的对应值，从而形成一次风流量对给煤指令的交叉限制作用。

处于自动调节工况时，D3信号经过具有平滑切换功能的BMP1模块，输出Y5信号；当该磨煤机处于手动工作时，给煤机执行器的反馈信号Z2输出为Y5，输出控制模件处于信号跟踪状态。

给煤机启动工况下，SG1是最小给煤量指令信号；经过速率限制模块RL，输出为Y6信号，与送入高选模块（HS）的Y5信号比较，取高值输出，成为磨煤机的负荷指令信号Y7，保证了实际的给煤机负荷指令不会低于SG1定值信号；当处于手动工况时，利用ASW1模块，将A给煤机的跟踪反馈信号Z2信号输出为Y6，控制程序处于实际控制信号的跟踪状态。

Y7信号输入自动、手动模块A／H。自动工况时，Y7输出为控制指令；手动工况时，由A／H输出手动指令；A／H的输出信号成为A给煤机的实际控制指令。

多项回顾性研究表明，MET给胰腺癌患者带来生存获益[9-10]。 一项包含4个独立研究共1 429例胰腺癌合并糖尿病患者的荟萃分析表明[11]，相对于不服用MET的患者， 服用组患者生存期延长，但差异无统计学意义(HR=0.80，95% CI0.62～1.03)。然而2010年至2014年间一项随机、双盲、安慰剂对照的2期临床试验并未发现安慰剂组与MET组之间的明显生存时间差异(7.6个月比6.8个月，HR=1.056，95%CI0.72～1.55)[12]。MET是否能够提高GEM的化疗效果和改善患者预后，以及是否存在其他的作用机制，仍然值得进一步探讨。

动态给煤量控制信号D2输入函数模块FG2，得到了一次风流量的设定信号Fb。一方面，Fb信号与实际的一次风量信号Fa求差，得到风量偏差信号，送入PI调节器，经过PI调节计算得到动态风量偏差控制信号Fd；另一方面，Fb作为稳态前馈信号送入加权加法器（AW4），与一次风加速信号BIR相加，得到综合稳态前馈信号Fc。

Fd与Fc信号输入加法器（Σ）相加，得到A磨煤机的一次风流量总控制信号FD。稳态前馈信号Fc的引入，使得图1中的一次风流量PI调节器进入了小偏差调解状态。一次风加速信号BIR具有微分信号的作用，稳态工况下其数值为零，增负荷时大于零，减负荷时小于零，从而发挥了动态补偿作用。

正常工况下，FD信号经过BMP2输出成为控制指令信号Fe；预热或特殊工况下，BMP2模块的输入信号X输出，成为控制指令Fe信号。A／H是自动／手动切换模式，完成自动、手动的工作状态切换。

SG2是启动工况下的磨煤机预热风量定值信号，SG3是特殊工况下的固定风量定值信号，利用ASW2，ASW3模块实现工况切换输出，作为BMP2的输入信号X。

2 磨煤机负荷控制方法的改进

图1除虚线部分所示为基本的调节策略。基

由现场设备参数、运行的记录可知，这是一个可辨识、可得到的函数。它们的比值同样是个确定性关系，记作

将λ0作为差压控制回路的设定值。实际测量得到的差压比值记作

两者求差，得到

当e＝0时，差压比值合理，校正控制信号为零；当e＞0时，对于固定的磨煤机差压pm，表明一次风差压偏低，应加大一次风流量；当e＜0时，对于固定的磨煤机差压pm，表明一次风差压偏高，应减少一次风流量。

将偏差e送入积分调节器I，得到校正信号为

如果过渡过程的时间为ΔT，则过渡过程的偏差积分输出为

将式（4）代入，可表示为

令ΔT时间内p的平均值为p＊，则上式可表示为

其中，e＊为平均偏差，即

式（6）说明，调节器输出与过程过渡中的平均偏差e＊成比例。

经过图1中FG3的限幅作用，转化为一次风差压的校正信号Fe。Fe信号的作用应是缓慢的微校正动作，一方面满足min≤Fe≤max；另一方面，对快速的变化不应发生作用，仅对长时间段的偏差产生校正作用。

将此信号输出作为Y8，一方面，Y8信号与Fb信号在Σ4中相加，作为调节器的设定值信号；另一方面，Y8作为前馈值，与一次风控制指令信号Fe相加，从而得到具有磨煤机差压校正的负荷指令Fc1。本程序前面及后续的信号处理方法与简化方案相同，最终输出对应的一次风负荷控制信号。

磨煤机的负荷指令MD变动时，差压信号摆动较大，本回路不宜投入；可以用0%信号替代Fe作为Y8信号，从而切除了磨煤机的差压校正作用。因此，差压校正回路仅用在稳定负荷运行工况。从以上分析可以看出，差压回路控制方法概念明确、易于取得效果。

3 直吹式制粉系统磨煤机负荷变动试验

对以上磨煤机负荷的改进控制策略应用到超临界600MW机组中，进行试验研究。图2所示为一台600MW直吹式机组磨煤机升负荷变动试验的情况。在机组稳定运行工况的情况下，负荷指令从500MW 以12MW／min（2%Pe／min）速率上升到600MW，负荷变动量为ΔP＝16.8%Pe，机前压力为变压运行方式。试验表明，在机组升负荷过程中，实际负荷变化速率达到10MW／min（1.68%Pe／min），负荷响应纯迟延时间为80s；主汽压力最大动态偏差为±0.50MPa，稳态偏差为±0.15MPa；主汽温度最大动态偏差为＋7.0℃，稳态偏差为±2℃；机组其他主要被调参数的动态、稳态品质指标均满足考核要求。根据《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》，该机组升负荷变动试验合格。同时也可进行降负荷变动试验，其试验结果同样为合格。

图2 直吹式机组磨煤机升负荷变动试验Fig.2 Test of coal mill increase load variations in direct firing unit

4 结论

直吹式制粉系统锅炉在适应负荷变化或消除燃料内扰方面反应均较慢，因而更容易引起汽压较大的变化。该改进策略在原系统中增加了磨煤机的差压校正控制回路，保证给煤、送粉流量与一次风流量的动态平衡及快速响应，同时在稳定负荷运行工况下能够及时克服给煤量的扰动。通过超临界600MW机组升负荷变动试验曲线可以看出，此改进的策略是可行的。

［1］刘维.超（超）临界机组控制方法与应用［M］.北京：中国电力出版社，2010.

［2］林文孚，胡燕.单元机组自动控制技术［M］.北京：中国电力出版社，2008.

［3］朱北恒.火电厂热工自动化系统试验［M］.北京：中国电力出版社，2006.

［4］武桐，李鹏飞，司刚锋，等.火电厂磨煤机负荷检测方法［J］.热力发电，2010，39（9）：78－80.

［5］唐耀庚.模糊逻辑控制在磨机负荷控制中的应用［J］.电气传动，2002，32（5）：17－18.