基于动态功煤比的快速燃料热值校正方法

王 强

(大唐东北电力试验研究院有限公司,长春 130012)

0 引 言

传统的功煤配比方式,在协调状态下的基础煤量值为机组电负荷指令加供热负荷后经f(x)折线函数得出,函数关系的确定,根据建厂初期的设计煤种热值状态下,得出的机组负荷对应的静态燃料量,此数值为负荷对应的基础燃料量。此函数必须准确,才能保证锅炉主控系统对煤量调节的平稳性,才能保证机组燃料量、给水流量、总风量等参数的稳定[1]。若现有煤种偏离设计煤种,则无法保证此f(x)函数的准确性,也就无法保证基础煤量的准确性。为解决以上问题,通过燃煤热值校正技术,以实现煤种差异下的煤量校正。

1 现有控制逻辑燃煤热值校正方法

1.1 控制逻辑分析

控制过程逻辑,实际负荷对应的标准煤量作为热值校正PID的设定值,实际值为当前校正的燃料量,PID的积分时间ti一般设置为6 000～8 000 s,PID的输出值为燃料热值校正系数,此热值校正系数乘以实际燃料量作为校正后的燃料量,校正后的燃料量再次作为热值校正PID的实际值,进行循环校正,直到实时校正系数等于目标校正系数为止。校正后的燃料量作为最终的实际燃料量,同步进入燃料主控的闭环控制[2]。通过SAMA图可以较为清晰地了解此技术的控制理念,例如当校正系数为1.1时,说明设计煤种的热值是当前燃料量热值的1.1倍,当前负荷下设计煤种需量100 t/h,当前热值的燃煤需量110 t/h。通过换算关系完成燃煤的热值校正,控制逻辑如图1所示。

图1 现有燃煤热值校正功能控制逻辑

图1中,BTU被用来描述燃料的热值,英制热量单位(British thermal unit, BTU)。

1.2 现有基础功煤比及热值校正功能的缺点

机组负荷对应的基础煤量函数f(x),此函数为设计煤种煤量关系式,当煤种发生较大变化、各辅机特性变化、锅炉大修等因素产生后,此f(x)函数关系式将不再准确,煤量偏差较大时,将给燃煤热值校正功能造成很大的扰动。

常规燃煤热值校正是根据机组负荷指令对应的设计煤量与实际煤量进行比较,当机组负荷、压力、中间点温度、煤量稳定时,需要经过PID控制进行缓慢校正煤量。当燃料品质发生大范围变化时,将对主汽压力控制产生扰动[3]。通过锅炉主控的闭环作用再次调整煤量,达到校正的作用,校正时间过快导致机组煤量、主蒸汽压力、主再热蒸汽温度波动大。校正作用设置较慢时,虽然对机组各主要参数影响稍弱,但校正功能较弱,使机组协调无法适应煤种的变化。现阶段随着AGC变负荷速率更快、幅度更大、频率更高的影响,机组长期处于稳定工况的时间较短,而且随着火电机组对燃料的迫切需求,在大比例掺烧经济煤种后,入炉煤加权平均热值往往和设计煤种差别很大[4]。入炉煤种无法满足设计煤种的要求,燃煤热值变动较大,协调控制系统中负荷对应的基础煤量已不是准确的数值,实际功煤比与原设计值相差很大。所以常规的功能已无法满足现阶段机组协调的控制需求,燃煤热值无法及时的被校正,将会造成机组负荷变化时煤量非正常过调或欠调,机组长时间处于不稳定的工况,不仅对机组安全性产生影响,而且不利于机组经济运行[5]。上述问题一直是影响火电机组协调控制系统品质的重要因素。

2 零扰动快速燃煤热值校正方法

通过实时变化的机组负荷与燃煤量的比值计算出机组功煤比参数,通过机组稳态方式条件加以判断,确定出机组稳态功煤比系数,当机组燃煤热值发生变化以后能够准确、快速的进行热值校正,校正的差值量对锅炉主控进行反向补偿,既达到功煤比系数校正的快速性,又保证了功煤比系数校正过程的无扰性。基于功煤比取代常规负荷对应煤量的f(x)函数功能,能够保证负荷变化时,煤量跟随变化的精准性,同时煤热值校正过程中的扰动性也能够避免。该方法可以大幅提高机组协调控制的调节品质,煤量波动更小,煤量、机组给水流量、主/再热蒸汽温度、主蒸汽压力等机组主要参数在机组动态协调下改变负荷时,均能保持较好的稳定性。此校正方法,对于燃煤热值变化较大,煤种不稳定的电厂,效果尤为明显。热值校正流程图如图2所示。

图2 基于功煤比及零扰动快速燃煤热值校正方法流程图

3 控制逻辑优化

3.1 实现方法

控制逻辑实现方法由三部分构成:功煤比运算回路、功煤比反向补偿计算回路、功煤比反向补偿回路。

图3为功煤比运算回路。此功能回路利用机组稳态运行的判断条件，对功煤比回路进行运算，得出准确、稳定的功煤比系数，通过与当前负荷指令进行乘积运算，得出机组当前负荷对应的基础煤量。利用机组实际负荷加上供热负荷得到机组实际出力水平。总燃料量与机组负荷之比得出机组实时的动态功煤比。此动态功煤比不一定是机组稳定状态时准确的功煤比数值，所以需要对功煤比计算状态进行限制[6]。当机组在协调方式时，机组主蒸汽压力偏差小于0.2 MPa，主蒸汽压力偏差的60 s微分值小于0.1 MPa，机组不在变负荷状态，机组未发生RB等条件满足时，按照50 t/min的变化速率，将动态功煤比转化为机组稳态的功煤比。为了避免机组稳态时，功煤比小幅度波动，应对动态功煤比及稳态功煤比进行比较，偏差小于0.1 t/(10 MW)时,则保持当前的稳态功煤比数值,稳态功煤比代表了当前热值的燃煤增减10 MW负荷对燃料的准确需求量[7]。此稳态功煤比数值乘以机组负荷指令则代表了机组当前负荷对应的基础煤量指令。用此种方法取代机组负荷指令,对应f(x)得出当前负荷对应的基础煤量指令,是因煤种多变性,此时单一恒定的f(x)函数已不够准确。而采用功煤比回路就能准确的确定出功煤关系,机组变负荷时,使得煤量变化更精准,尽量减少锅炉主控闭环滞后的煤量调整幅度和频率[8]。

图3 功煤比运算回路

图4为功煤比煤量校正锅炉主控反向补偿计算回路。此功能回路是功煤比无扰校正的关键所在。当功煤比校正触发期间,当前机组负荷静态煤量指令的变化量进行运算得到单次功煤比煤量校正数值。在此次校正结束后,此次校正的绝对煤量差值将被保持住,下一次功煤比校正触发时,在原有的校正煤量上继续进行叠加。当锅炉主控切除自动后延时0.5 s,将锁存的煤量进行清零。此补偿回路的叠加补偿计算功能,通过功煤比触发及功煤比触发消失的判断条件,对4个“T”选块进行切换和锁存,达到叠加补偿的功能。

图4 功煤比反向补偿计算回路

图5为功煤比反向补偿回路,对功煤比校正的煤量绝对值在锅炉主控煤量输出中进行反向补偿,这样当功煤比校正煤量时,锅炉主控煤量输出不发生变化,实现机组煤量无扰动状态下的功煤比校正功能。

图5 功煤比反向补偿回路

3.2 应用效果

图6、图7为煤质变动后,机组稳态、负荷变动时协调及主要参数变化曲线。应用改进型动态功煤比及燃料热值快速无扰校正技术后,当煤质热值发生较大改变时,机组稳态、动态变负荷都能保证主蒸汽压力、主再热蒸汽温度的稳定,机组协调系统对煤种适应性更好,控制指标更为优良。

图6 稳态工况下机组参数曲线

图7 机组负荷变动150 MW参数曲线

4 结 语

改进型动态功煤比及燃料热值快速无扰校正技术,采用稳态功煤比乘以机组负荷指令的方式,得出当前燃煤热值下的精准煤量指令,取代常规机组负荷指令,通过单一恒定函数得出粗略的煤量指令。燃煤热值发生变化时,功煤比动态补偿功能,将会以“零扰动”的方式对功煤比进行校正,机组稳态工况下校正时间20 s内即可完成。改进方法通过煤质校正仅需要传统控制策略校正时间的3‰,并且校正过程完全无扰,极大地提升了机组燃煤与机组负荷的匹配精准度,机组负荷与煤量波动小,主、再热蒸汽压力及温度稳定,机组经济性得到提高。