1000MW超超临界机组制粉系统热控设备改造及应用

王守会

神华国华徐州发电有限公司 江苏 徐州 221000

0 前言

本厂锅炉采用的是中速磨煤机一次风正压直吹式制粉系统，系统主要包括6台原煤斗、6台耐压电子称重式给煤机、2台动叶可调轴流一次风机、6台中速磨煤机（带动态旋转分离器）、2台密封风机、煤粉管、石子煤排放装置等设备。机组运行过程中，因制粉系统所属热控设备故障，导致制粉系统主设备及附属设备可靠性降低，影响机组安全运行。本文针对本厂2号机组锅炉制粉系统热控设备出现故障问题和控制方案问题所进行的改造和优化设计进行分析［1］。

1 给煤机控制系统热控设备优化改造

当锅炉的负荷要求变化时，燃料调节系统应使燃料量、送风量、引风量同时按比例的快速改变，以适应外界负荷的要求。

燃料量的快速改变，通过给煤机转速控制系统实现，给煤机控制系统故障，会使燃料量大小无法及时调整，引起主汽压力、氧量、炉膛负压等机组重要参数大幅波动，为此把降低给煤机控制系统热控设备故障次数作为首要目标［2］。

对给煤机控制系统热控设备的现状进行调查并查阅了2013年10～12月给煤机控制系统热控设备出现的所有故障，进行了仔细的分析，得出调查结果如下。

表1 2013年10～12月给煤机控制系统热控设备故障次数统计表

1.1 给煤机给煤量主控系统策略

图1所示为给煤量主控简化原理图，由单元机组主控系统发来的锅炉指令BMOUT经f（x）变换后转变成燃料量指令，燃料量指令经交叉限制处理后，即作为煤量指令要求值与作为被调量的总煤量信号一起，进入煤量主控调节器，它们二者之间的偏差经PI运算后的输出信号代表锅炉要求的煤量供应能量的变化量，煤量调节器的输出代表了与负荷相适应的要求供煤量，被送到各个给煤机的供煤控制子回路中去［4］。

图1 给煤量主控系统简化原理图

煤量调节器控制的是投在自动状态的给煤机，因此给煤量调节器增益必须根据投自动的给煤机数量而变化，为此控制系统中设置了变增益的函数，以实现投自动的给煤机数量变化时保持系统的增益不变。

1.2 给煤机控制板件升级改造

本厂原给煤机就地控制装置接插件多，是沈阳施道克给煤机厂90年代的产品，结构复杂、部件多、产品可靠性差，多次导致给煤机在运行中跳闸。为此将原有196NT控制系统升级为配备DT-9控制系统，原来的电源板件、CPU板件、操作显示板件全部集成在一个封装模块里，结构简单、可靠性更高。

DT-9控制器支持现场总线沟通技术，有效实现现场设备与网络的互联，可以使更多的信息直接传送到控制室或更加偏远的诊断程式。允许输入与输出在不改变现存数据的情况下更加可配置化，可以按照需求来定制给煤机控制并组合配置附属的器材及传感器［3］。

给煤机控制系统改造前后主要性能特点对比如下：

（1）彩色触摸屏取代荧光真空显示屏，支持图形、文字、曲线显示，信息量大，功耗低、使用寿命长；

（2）由16位单处理器变为32位双处理器布置，信号处理、逻辑运算分开控制，系统更可靠；

（3）每个称重信号转换卡单独配置一个24位A/D转换器，分辨率提高，双转换卡布置使左右侧称重信号干扰减小；

（4）输入输出接口更加丰富，大部分信号接口可按需要进行设置不同功能，不再程序固化，需要时不用重新改写程序；

（5）故障记录可存储数目增加，分可忽略、需确认、不需确认、报警跳机4种故障报警显示及动作。

图2 改造前/后的给煤机控制板件

通过对给煤机控制电源、给煤机控制板件以及给煤量控制策略等一系列改造后给煤机控制系统热控设备装置故障率明显降低，故障次数大大减少。下面是在改造后（截止到2014年08月31日）给煤机控制系统故障次数对比表。

表2 给煤机系统热控设备故障次数对比表

2 降低热一次风系统热控设备故障次数

在制粉系统中，把输送煤粉经燃烧器进入炉膛并满足挥发分燃烧需要的空气称为一次风，一次风经一次风机加压后分为热一次风、冷一次风和混合风，其中热一次风系统出现故障的概率最高。一次风系统故障会导致磨煤机跳闸甚至会引起机组RB动作，会导致磨煤机因无法启动影响机组的正常运行，对机组的安全指标和经济指标都会带来严重的后果［6］。

2.1 磨煤机热一次风量控制策略

磨煤机出口一次风量控制通过调节进入磨煤机的一次风的热风挡板的位置来达到控制目的。经压力和温度校正的风量与风量定值经过PID调节器产生调节指令控制磨一次风热风门。磨的一次风流量定值为给煤机给煤量设定的函数。同时，一次风量调节器的输出还作用到磨煤机出口温度控制系统，相应的改变一次风的冷风档板，从而保证在增加（或减小）一次风量的同时使磨煤机的出口温度基本不变。 控制回路投入自动后，通过偏置微调风量定值。回路手动时，偏置模块使得风量定值跟踪实际风量，使得手/自动无扰切换［8］。

图3 磨煤机热一次风量控制简化原理图

磨煤机进口风量经过磨煤机进口压力和磨煤机进口风温补偿后经过5s滤波后进入PID。同时，根据机组实际工况，需要对磨煤机进口风量设定值进行修正，本厂设定偏置块上下限为±100t/h，慢速变化率为1t/h，快速变化率为4t/h。

燃水比输出微分对磨进口风量补偿，水煤比微分值代表了过热器入口温度变化的速率，如果微分量输出值很大，表示蒸汽温度变化很快，通过改变磨煤机进口风量来较快的改变进入炉膛的煤量，从而保证锅炉蒸汽温度［7］。

前馈部分包括动态前馈OVERLOAD、冷风挡板指令到热风挡板指令的解耦前馈和静态部分给煤机通过f（x）对应的风量。静态前馈部分为给煤机对应的磨煤机热风挡板开度值。由分段线性函数发生器算法，通过一组坐标点产生分段线性函数f（x），相应的坐标点如下：

100给煤量（t/h）0热风挡板开度（%） 30 10 10 10

2.2 热一次风系统热控设备改造

通过对热一次风系统热控设备可靠性差的原因进行认真分析，最终确定了到位开关安装结构不合理、到位行程开关触点动作不正确、继电器可靠性低、电磁阀质量差这4条主要原因。通过认真研究，对热一次风系统热控设备故障原因制订出以下针对措施：

（1）将到位开关的固定位置移位，并改变触动杆的类型，将触动杆由一字型改为Z字型，确保到位开关每次都能正确动作，且远离热源，避免开关高温老化；

（2）将动作不正确的到位开关进行更换，并且把到位开关远离热源固定，保证到位开关触点动作及时，触点接触可靠，并且触点能及时断开，无粘连现象；

（3）更换故障继电器，对正常的继电器进行试验，排查端子排接线，接线松动的进行紧固，外观有破损的端子排进行更换；

（4）更换故障电磁阀，对正常的电磁阀进行试验，检查进气管路和排气管路，并确保压缩空气品质合格，保证电磁阀动作及时，吸合正确，气路切换正确。

通过一系列的改造后热一次风系统热控设备装置故障率明显降低，改造效果显著。下面是在改造前和改造后热一次风系统故障次数对比表。

表3 热一次风系统热控设备故障次数改造前后对比表

3 结束语

锅炉制粉系统热控设备改造后经过三个月的运行检验，效果显著，给煤机控制系统、热一次风系统等热控设备故障次数大大减少。改造后，设备的工作环境有了明显的改善，使用寿命大大增加，制粉系统出现故障的次数大大降低，减少了磨煤机不必要的启停次数，其中给煤机控制系统每年取得的直接经济价值为30万，热一次风系统热控设备为15万，为我厂的百万机组日常维护节省了开支，提高了我厂的经济效益，创造了显著的价值，为机组的安全稳定运行提供了支持。

［1］国华徐州发电有限公司生产准备部.1000MW超超临界火力发电机组培训教材锅炉分册［M］.徐州：国华徐州发电有限公司，2010：45-62.

［2］国华徐州发电有限公司生产准备.1000MW超超临界火力发电机组培训教材热控分册［M］.徐州：国华徐州发电有限公司，2010：30-33.

［3］沈阳施道克电力设备有限公司.给煤机DT-9控制器中文说明书［M］.沈阳：沈阳施道克电力设备有限公司，2013：15-17.

［4］北京国电智深控制技术有限公司.国华徐州发电有限公司1000MW超超临界机组MCS功能设计说明书［M］.北京：北京国电智深控制技术有限公司，2014：37-39.

［5］盖立嵩.大坝电厂Ⅱ期给煤机转速控制系统的改进［J］.宁夏电力，2005，（3）：149-150.

［6］付新河.火电厂制粉系统优化控制方案的探讨［J］.广东电力，2008，（3）：45-46.

［7］陆梁.燃烧系统控制策略及注意事项［R］.上海：上海调试所，2011：5-7.

［8］王付生.热工自动与保护［M］.北京：中国电力出版社，2009.

［9］毕贞福.火力发电厂热工自动控制实用技术［M］.北京：中国电力出版社，2008.

［10］王东风.多变量智能控制在电厂制粉系统中的应用研究［D］.保定：华北电力大学，2001.