燃煤对冲锅炉脱硝改造后提高机组AGC自动控制水平的分析与研究

郭俊

摘 要：目前我国某些电厂锅炉送风控制系统采用风压控制方式，设计不先进，控制品质差，协调控制系统采用西门子经典控制思路，但由于没有配套相关优化系统，调节品质不能满足AGC自动调整的需求。为了进一步提高机组整体运行控制品质，对现有锅炉送风控制系统、协调控制系统和AGC自动调整系统进行调查，本文分析并探索、研究出了关于改善现状的基本方法。

关键词：锅炉送风控制系统；协调控制系统；AGC自动调整；优化方法

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）18-0157-02

公司四台机组在运行过程中存在送风量控制系统和协调控制系统品质差的问题，在机组跟随AGC指令自动调整期间负荷跟踪速率偏低，调节精度偏大，经常出现超温、超压、负荷静态偏差大等问题出现。因此，需要对机组的锅炉送风控制系统、协调控制系统进行分析、优化，以提高机组运行稳定性和AGC自动控制水平，争取更多发电量，保障机组安全、经济运行。

1 现状分析与调查

火力发电厂送风控制系统属于锅炉燃烧控制的一部分，一般有两种控制方式：一是送风机调节风量，二次风挡板调节风箱与炉膛的差压；二是二次风挡板调节风量，送风机调节风箱压力。在机组进行低NOx燃烧器改造后，锅炉配风发生了改变，对送风量的控制提出了更高的要求，因此，采用方式一送风机调节风量，二次风挡板调节风箱与炉膛的差压的控制方式可以提高风量响应速度，改善锅炉燃烧控制。

协调优化的手段主要按照两个方向进行分析研究：一是立足锅炉燃烧，夯实协调系统优化的基础；二是采用一种全新的机组协调控制思路，基于实时获得的机组动态模型，利用先进的预测控制算法，充分利用机组的蓄能，使机组迅速响应负荷的需求变化，并充分考虑到脱硝改造后机组燃烧工况的变化和二次风配比发生改变的情况，以解决该机组对电网负荷需求变化响应过慢的缺点。

锅炉送风机出口应装设送风量流量信号测点，送风机动叶根据此信号进行风量的调节，可快速跟踪锅炉煤量变化，配套二次风箱与炉膛差压信号，可有效保障燃烧安全性，具有较为成熟的成功经验。在机组进行脱硝改造后，需要对二次风配风进行重新调整，以兼顾锅炉稳定燃烧和NDx的环保指标，进而保障锅炉送风控制系统的调节品质。从我厂实际情况看，现在使用的二次风流量测量装置为机翼测量装置，测量精度低，而且存在设计缺陷，运行中容易出现堵塞和信号波动的现象，不利于送风量的自动调节。

协调控制系统方面，我国目前较常用的机炉协调控制策略的设计思想出发点是在保证机组稳定运行的前提下，提高机组的动态稳定性和负荷响应快速性。其基本指导思想是用强烈的锅炉燃烧前馈实现汽机快速回路与锅炉大迟延、大惯性回路的部分解耦，使机组各项参数保持在允许的范围之内。为适应机组在电网中所承担任务的不同，一般有机跟炉、炉跟机两种运行方式。

1.1 机跟炉方式

该运行方式为汽机调主汽压力，锅炉调负荷。以升负荷过程为例说明其调节过程：当负荷指令升高时，锅炉调节器根据负荷偏差增加燃料量，加强锅炉燃烧。由于制粉系统及燃烧迟滞，主汽压力并不立即变化。因此，汽机调节器输出不变，汽机调门保持原开度，负荷不变。经过一段时间后，增加的燃料量燃烧效果逐渐显现，主汽压力逐渐有上升趋势。此时，汽机调节器为保持压力设定点，抑制压力上升，逐渐增大调门开度，使主汽压力恢复至设定点，同时机组负荷也随之升高，直至达到新的负荷设定点。这种方式机炉动態调节过程平稳，对其他系统冲击小，但负荷响应性差，有时不能满足电网要求。

1.2 炉跟机方式

该方式是汽机调负荷，锅炉调主汽压力。锅炉动态特性为大迟延、大惯性，且无自平衡能力，系统不稳定。同样以升负荷过程为例，说明其调节过程：负荷指令升高，汽机调节器根据负荷偏差迅速增大调门开度，利用锅炉汽包蓄热提升负荷，同时主汽压力下降；锅炉调节器根据负荷前馈和压力偏差增加燃料量，加强锅炉燃烧以恢复主汽压力。但由于锅炉相对于汽机迟延和惯性很大，极易造成燃料量超调，使锅炉燃烧不稳定。因此，炉跟机方式可控性差，对其他系统冲击大，但负荷响应性较好。

2 存在问题分析

2.1 锅炉送风控制系统存在问题

锅炉没有单独的送风风量测点，总风量信号由磨煤机一次风流量信号、燃烧层二次风流量信号和OFA流量信号相加形成，A、B送风机动叶只调节二次风母管压力，二次风调门根据当前负荷进行开环调节，不参与二次风的调节，加之没有二次风箱与炉膛的差压信号进行安全保护，造成送风量自动调节品质差，氧量自动调节由于受到锅炉低负荷二次风母管压力安全性考虑，只对送风机动叶进行微小偏置，调节能力受限；二次风配风不合理，造成锅炉变负荷期间汽温、汽压波动大，有时甚至出现汽温和汽压反向变化的情况，NOx参数控制不及时，AGC跟踪速度慢，负荷升降斜率不能满足电网公司要求；现有燃烧器A、B侧二次风流量测量装置测量偏差大且设备老化，测量偏差大，运行稳定性低，经常出现管路堵塞、显示偏差等问题，不能真实反映锅炉送风量的变化。

2.2 协调控制系统存在问题

调节品质分析无论机跟炉还是炉跟机，其基本控制结构均以燃烧控制前馈提高锅炉响应特性，辅以智能控制（如自适应算法、模糊判断等），来实现其控制目的。采用燃烧前馈，虽然提高了炉的响应速度，使机炉动态参数保持在一定允许范围之内，但使燃烧过程扰动加剧，炉膛热负荷反复激变，炉膛内受热面承受交变热应力，导致设备寿命降低，检修维护费用升高。同时，燃烧前馈也使制粉系统设备磨损加剧，寿命降低，设备故障率升高。

3 优化方法研究与探讨

我厂现有送风控制系统的调节方式为送风机调节二次风箱压力，二次风调节挡板根据机组负荷进行开环调节，主要控制主燃区NOx的生成，锅炉氧量自动调节受到二次风箱压力安全性的影响，起不到应有的调节作用。因此，首先需要新增送风机出口风量测点、二次风箱与炉膛差压信号测点，采用送风机调节风量，二次风挡板调节风箱与炉膛的差压控制方式进行送风量调节，提高风量响应速度，获得更准确、更合理的风煤比，进而改善锅炉燃烧控制和协调控制品质。其次，优化锅炉氧量自动调节，更多的参与二次风流量的调节，根据锅炉氧量的变化对送风量进行优化，可以更好的控制锅炉燃烧和NOx的生成；同时，进行炉膛负压调整、优化协调控制系统，在锅炉送风量得到优化的条件下，协调控制品质将进一步提高，进而可以有效提高机组AGC响应速度，更好控制机组运行过程中超温、超压现象的发生，保障机组经济、安全运行。

在协调控制方面，采用一种全新的机组协调控制思路，基于实时获得的机组动态模型，利用先进的预测控制算法，充分利用机组的蓄能，使机组迅速响应负荷的需求变化，并充分考虑到脱硝改造后机组燃烧工况的变化和二次风配比发生改变的情况，以解决该机组对电网负荷需求变化响应过慢的缺点.

机组新协调控制模块在接到负荷变化的指令（未来的信息）后，综合系统当前的压力，实际功率和煤量等信息，根据机炉数学模型预测机组未来的蓄热能力和实际负荷的变化趋势，进而预测系统未来的负荷指令，该负荷指令作用于系统后再经过模型输出误差（预测的负荷指令与实际的负荷）进行反馈校正，应用二次型性能指标进行滚动优化，再预测出当前应加于系统的控制指令，如此反复而完成整个控制循环。可见这种控制算法是先预测系统未来的输出状态，再去确定当前时刻的控制动作，即先预测后控制，然后根据模型误差再去优化预测指令，直至完成整个控制循环，控制动作具有明显的预见性。

4 结语

新送风控制系统数学模型的建立和实施采用基于总风量控制的方式，并辅以氧量自动控制系统了，提高机组送风量控制的响应速度，获得更好的风煤比。新增送风机流量测点采用矩阵式测量装置，并加装防堵装置，可有效提高风量测量准确性和设备运行稳定性。锅炉送风系统进行优化后进行的炉膛压力控制优化试验、协调优化试验，可以在保证机组安全、稳定运行的基础上提高机组AGC响应品质，从而提升企业的竞争力。endprint