百万机组煤水比失调浅析

沈志超

（国家电投集团协鑫滨海发电有限公司，江苏 滨海 224500）

随着新能源项目的不断发展，电网全额消纳新能源电量，火电市场优势逐渐下降，甚至百万机组也为了电网安全，参与市场调峰、调频，煤炭市场价格波动较大，尤其是今年，迫于经营压力，大多数火电机组燃用煤种均偏离设计煤种，为了保证控制系统在煤种频繁变化情况下对机组AGC指令的响应速率及对主蒸汽压力控制的品质，提出了BTU校正方法，以消除燃煤量和汽轮机调节阀开度变化对机组协调控制的影响，从而保证机组的稳定性。

1 BTU控制逻辑

基本原理：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，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。但该方法存在较大误差，有时候难以整定积分时间，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。BTU控制逻辑图如图1。

图1 BTU控制逻辑图

BTU校正系数由总煤量、机组实际功率、进回油量、油枪投运情况、给煤机反馈量、MFT动作情况、一次调频、变负荷情况、RB、磨煤机运行情况、主蒸汽压力偏差、给水流量经一个PID调节器计算得出。

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，若手动关小热值校正BTU数值，锅炉燃料指令不变，由于煤质发热系数降低，校正后的煤量增加，为了维持水煤比不变，实际煤量会增加，水此时不变，中间点温度升高。开大热值校正BTU数值时，锅炉燃料指令不变，由于煤质发热系数升高，校正后的煤量减少，为了维持水煤比不变，实际煤量会减少，水此时不变，中间点温度下降。

2 运行现状

在大量掺烧褐煤的情况下，燃料热值下降，火电机组又时刻在参与市场调峰和调频，为了保证机组的性能，在市场中保持竞争力，机组负荷发生变化时，燃料量超前控制较多，尤其是煤种变化，主汽压力响应速度变差时，BTU变化影响较大，由于入炉煤大多采用炉外掺混，均匀度差，当发生煤质突变时，BTU变化跟踪不及时，容易造成煤水比失调，严重威胁机组安全运行。

3 原因分析

入炉煤掺烧不均，导致入炉煤热值不稳定，这种方式容易造成入炉煤热值波动大，当天燃煤热量突然下降，BTU热值校正应该下降，使锅炉主控增加煤量，而主蒸汽压力受负荷波动和减温水影响，压力偏高1～2MPa，应该减煤、减水来降低主汽压力，而此时锅炉主控同时接收加煤和减煤的指令，相互干扰，造成实际煤量变化量很小，BTU热值校正偏高，实际煤量偏低；因机组水煤比焓值控制器给水偏差输出自动状态下存在限制（-0.1～+0.25倍的给水指令），当焓值控制器给水偏差达到低限后，无法通过减水来降低主汽压力，造成给水流量偏高，主汽压力偏高、中间点过热度偏低，主、再热蒸汽温度下降，新负荷点无法达到的稳定状态，导致水煤比严重失调。

商业运行初期进入炉膛的燃料为设计煤种，BTU跟踪变化波动很小，可以满足协调运行方式的任意负荷变化，因此在BTU控制逻辑内部设置了0.9～1.0之间的限制，而正是由于这个限制，造成了后期商业运行阶段，煤种突然变差、突变的时候，BTU值变化收到的下限0.9的限制，不能将进入炉膛里的燃料量热值真是反映出来，造成严重的煤水比失调。在煤质变化初期，锅炉的主要参数已经偏离的设计值，值班人员采用传统的通过手动调整中间点焓值，以调整给水量偏置，短时间锅炉运行参数内会恢复到正常范围内，当投入自动状态后，随着时间和煤质的进一步的变化，锅炉参数再次偏离设计值，造成煤水比严重失调。电网调频市场开放，若机组中标，短时间内负荷变动大，磨煤机频繁启停，入炉煤热值在短时间内快速升高或下降，BTU热值校正无法及时自动跟踪到位；负荷波动大同时会造成煤量超调大，负荷频繁波动会导致煤量频繁超调，主蒸汽压力不稳，从而影响BTU热值校正，是造成水煤比失调间接原因。

4 控制措施

由于掺配褐煤，入炉煤热值下降较大，BTU下限0.9已经无法满足要求，将下限改为0.7，可以杜绝因煤质突降，造成煤水比失调。保证配煤掺烧均匀，入炉煤煤质稳定。当更换上煤煤种时，值班员要了解加仓时当前原煤斗煤位，估算出烧到新煤种时间，根据上煤煤质不同做出相应的调节，避免所有磨煤机同时烧到新煤种，造成入炉煤热值发生大幅变化BTU热值校正自动跟踪不及时。值班员提前查看网调预测负荷曲线和前一天负荷变动情况，做好负荷预测，尽量减少备用磨煤机启停次数。当查看负荷预测曲线负荷短时间上升时，可通过增加烧高热值煤种磨煤机出力，适当提高一次风压，开大磨煤机入口热一次风调门开度，降低磨煤机分离器转速等方法来增加锅炉出力，减少备用磨煤机的启停次数。备用磨煤机启停后及时调整BTU热值校正。当启停备用磨煤机时，入炉煤热量发生变化，BTU热值校正自动跟踪缓慢，可解除BTU热值校正自动手动调节，根据经验值调节BTU至合适数值，使锅炉燃烧达到稳定的状态。BTU热值校正手动增减一键数值变化0.01，100S后跟踪到位。

减少主、再热蒸汽减温水调门的大幅度调节。值班员根据负荷及主蒸汽压力变化提前调整主、再蒸汽温度，通过配风、燃烧器摆角等调节，保持主、再热蒸汽温度稳定，防止主、再热蒸汽温度波动大，造成减温水量的大幅度增减。当出现水煤比失调的时候，值班员应及时解除水煤比控制和热值校正自动，通手动调节给水流量偏差和实际煤量偏差使水煤比达到平衡状态后再投入自动。BTU值当出现轻微的偏离时，增加压力偏置、增加高热值给煤机给煤量、降低BTU系数可以使总煤量上升，使实际压力与设定压力偏差快速减小，从而达到BTU系数恢复正常。多台磨煤机掺烧褐煤，BTU校正系数滞后，调整BTU时，各台磨煤机给煤量增加较大，要缓慢调整，要防止堵磨，注意石子煤斗，防止着火，磨煤机热风调门手动调节，当磨煤机煤量波动较大，一次风压及热风调门需及时跟踪调节，必要时及时启动备用磨煤机。磨煤机分离器运行方式为自动，正常情况下分离器转速偏执设置为0。分离器转速与给煤量呈正比关系，给煤量30-120t/h对应分离器转速19.5-21.5Hz。此种自动运行方式易造成煤量升高难出粉，煤量下降易出粉现象，极端情况造成升负荷压力跟踪不及时，降负荷压力憋高的情况。建议在负荷相对稳定期间投入自动，快速升降负荷期间解除分离器转速自动改为手动调节。或修改分离器转速自动调节逻辑，以磨煤机出粉能力为侧重点修改分离器自动调节逻辑。

5 结语

BTU数值跟踪滞后，究其主要原因为煤种突变造成。BTU数值若反应过快，对煤量影响较大，其调整速率不易过快。常见煤种突变：ABCDE运行、BCDE褐煤、停运A磨；上煤方式变化，多台磨煤机同时更换煤种。因此，在停运较好煤种磨煤机时，操作应缓慢，保证磨煤机不振的情况下低煤量运行一段时间再停运；更换煤种时，不可多台磨煤机大量同时更换，应在单台磨煤机单次上煤期间更换。