锅炉先进控制在陕化3号锅炉上的应用

边利利，宋瑞莲

（陕西陕化煤化工集团有限公司，陕西渭南 714100）

陕西陕化煤化工集团有限公司（以下简称“陕化”）动力站建设有3台240 t/h 煤粉锅炉（P=9.81 MPa，t=540 ℃，#3炉扩容改造成260 t/h），锅炉采用单汽包、自然循环、固态排渣、中速磨直吹式四角切圆燃烧方式。系高压单锅筒、自然循环、集中下降管、倒U型布置的固态排渣煤粉炉。配套2台25 MW 热电机组（一台抽背，一台抽凝），机组母管制运行，抽汽带一台后置机，背压排汽并入供热母管，为园区供热，以热定电。由于园区生产用热量变化较大，造成整个母管压力不稳定。为稳定压力，满足生产需求，需要频繁地调整操作，造成劳动强度大，并且存在运行参数控制不稳定、机组效率无法保证、机组间耦合严重等问题。根据“双碳”目标，以及企业提出智能化建设的愿景，采用和利时锅炉先进控制系统（简称“APC”），在3号锅炉上实施，解决运行与操作的问题，同时提升陕化的智能化程度。

1 锅炉先进控制系统总体框架

陕化3号锅炉的DCS 系统采用和利时M5的控制系统，APC 系统采用外挂APC 服务器，与DCS 系统通过和利时自有的通讯协议进行数据交互：从DCS系统采集数据，在APC 服务器中进行数据计算，之后将计算的设备指令回传给DCS 系统，下发给现场设备，如图1所示。

图1 项目网络结构

在控制室3 号炉操作站右侧增加APC 服务器。此服务器仅用于数据计算，无需在此电脑上操作。整个系统的操作还是在原有DCS 系统上，仅增加两张画面，项目的所有回路投切、目标值设定更改均在这两张画面中完成。

此服务器同时具有真人语音报警功能：

（1）回路自动切除报警。

（2）参与调节测点的品质报警等。

2 锅炉先进控制系统主要实施内容

项目整体实施，通过前期现场调研后确认实施内容及方案，具体的实施内容如下。

（1）现场设备特性检查：设备调节死区，设备灵敏度，设备线性度检查等[1]。

（2）系统的数据采集与数学建模。

（3）单炉自动控制调试。①给水自动（汽包水位）：大数据分析，机器自学习给水与蒸汽流量偏差，用质量平衡进行控制[2]。②一二级减温水自动（主汽温度）：大数据分析，机器自学习喷水后温度目标，限制喷水进行控制[3]。③引风自动：引入双机调平，与煤量、送量交叉联锁和限制，让送风、燃料量、引风量协调同步增减控制[4]。④送风自动：送风量自动辨识和优化，负荷与送风量学习，燃料量与送风量学习，共同确定送风量目标进行控制，氧量偏差修正。⑤一次风压自动：一次风压是负荷的函数，加煤先加一次风。⑥燃料量自动：总煤量根据机器学习煤质、煤耗和当前负荷进行预测和限制，分配到多台给煤机，维持总煤量稳定[5]。⑦磨出口温度自动：风煤配比，热风与冷风一起稳定磨出口温度。⑧燃烧优化调试：大数据分析、机器自学习煤质，根据预测煤量进行控制燃料预测控制调试；热值自动辨识和修正、多变量预测控制；负荷偏差、主汽压力偏差限制和修正。配风系统自动寻优[6]。

（4）多炉母管协调控制调试：①单炉燃烧自动是前提；②多台母管锅炉负荷分配和协调，避免炉间抢负荷。

3 锅炉先进控制系统的应用效果

项目从2021年10月26日开始调试，11月9日开始调试给煤回路，11月12日晚上6点开始连续投入，截至15日凌晨所有回路一直投入APC 控制，3号锅炉定压力模式运行，自动根据压力变化调整，自动响应外界负荷的变化，3号锅炉投入APC 控制以后，主蒸汽压力、炉膛负压、二减温度等主要参数波动范围明显减少，参数趋近稳定。

其中，一级减温水投入自动以后，温度抗干扰能力提高，投入以后，吹灰时运行人员不需要手动干预，可以保证蒸汽温度在指标范围内。

3.1 炉膛负压参数对比

如图2所示，左侧为手动调整时，炉膛负压的波动，右侧为APC 控制时炉膛负压的波动，波动趋势明显减少。

图2 炉膛负压手动与APC控制对比图

3.2 主蒸汽压力参数对比

如图3所示，左侧为手动调整时，主蒸汽压力的波动，右侧为APC 控制时主蒸汽压力的波动，波动趋势明显减少。

图3 主蒸汽压力手动与APC控制对比图

3.3 二减入口温度参数对比

如图4所示，左侧为手动调整时，二减入口温度的波动，右侧为APC 控制时二减入口温度的波动，波动趋势明显减少。

图4 二减入口温度手动与APC控制对比图

3.4 煤耗对比

分别取手自动3个时段的数据进行分析，手自动时间长度相同，分别取时段内的使用煤量的累积值和产生的累积主蒸汽流量，最终分别汇总手动和自动的总用煤量和总产汽量，分别计算煤耗，初步计算煤耗降低约0.5%左右，具体手动控制与APC 控制对比数据见表1。

表1 手动控制模式与优化控制模式参数与指标对比

4 结束语

随着智能化的发展，以及环保要求的提高，电站均需要提高自动化水平，通过节能降耗、减员增效等来降低企业的成本。