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    • 磨煤机出口温度自适应控制策略研究与实施

        摘    要:

        为了提高锅炉运行经济性,广东红海湾发电有限公司4号炉采用智能外挂系统来提高磨煤机出口温度,并进行自适应控制运行。智能外挂控制系统与DCS通过OVATION的LC卡进行双向通讯,智能控制器从DCS读取磨煤机及锅炉有关运行参数,并将控制指令发送至DCS。煤种及煤质数据从信息平台的煤质掺烧系统读取,并以4mA~20mA的物理隔离后送至智能控制器。外挂控制系统接入DCS系统,在DCS系统上实现监视与控制投切。对制粉系统运行控制进行优化,在保证机组安全运行的前提下,根据燃用不同煤种,自适应控制系统自动设置磨煤机出口温度,降低锅炉排烟温度,提高锅炉效率,达到节能效果。

        引言

        广东红海湾发电有限公司4号锅炉型号为DG2060/26.15-Ⅱ2,型式为∏型布置,单炉膛,一次中间再热;尾部双烟道结构,前后墙对冲燃烧方式,旋流燃烧器,平衡通风,固态排渣;全钢构架,全悬吊结构露天布置;采用内置式启动分离系统,三分仓回转式空气预热器,采用正压冷一次风机直吹式制粉系统,超超临界参数变压直流本生型锅炉。每台锅炉设6台中速磨煤机,6台电子称重皮带式给煤机,相应设置6个原煤仓,满负荷。其中5套制粉系统运行,1套备用。磨煤机的密封风从一次风机出口来,采用母管制,设2台离心式密封风机,1台运行,1台备用。

        由于原磨煤机出口温度控制存在问题,为了提高锅炉运行经济性,公司成立项目组,进行了磨煤机出口温度自适应控制策略研究与实施。本文介绍了控制策略研究与实施情况,供同行参考。

        1 控制策略研究

        1.1 原磨煤机出口温度控制存在问题

        本厂4号锅炉年平均排烟温度约135℃,比设计排烟温度高约11℃,主要原因是:锅炉机组正常运行中,各磨煤机出口温度偏低,冷一次风用量大,调整门普遍大于50%,致使排烟温度升高;同时,各磨煤机中低负荷下,入口热一次风调整门小于50%,存在较大的节流损失,且热一次风母管风压偏高,一次风机耗电升高。

        1.2 磨煤机出口温度自适应控制策略研究

        针对原磨煤机出口温度控制存在的问题,进行了4号炉磨煤机出口温度自适应控制策略研究与应用。

        4号炉磨煤机出口温度自适应控制采用外挂控制系统,由上位机、下位机组成。上位机是用于实施磨出口温度控制的工程管理器,完成对控制策略的组态、调试等工作,一经调试完毕,则不需运行;下位机则执行上位机提交的各种控制策略要求,用于对磨出口温度进行实时闭环控制。具体逻辑见图1所示。

        1)磨煤机的煤种信息来自于4号锅炉智能配煤掺烧系统中的煤仓动态管理系统(华中科技大学开发),提供各台磨的煤种信息,外挂控制系统读取各煤仓煤种信息,然后对磨煤机当前煤种挥发份Vad和掺烧系统状态进行质量判断。掺烧系统状态正常且Vad大于一定值,表明Vad正常;掺烧系统状态异常或Vad小于定值,表明Vad异常。

        2)Vad异常时,计算当前煤种的全水分,根据计算全水分得到磨煤机出口温度设定值S1,外挂控制系统向DCS发送掺烧系统异常或Vad异常信号;同时掺烧系统异常或Vad异常信号进一步形成MPC总投入许可信号(MPC总异常信号状态:0为正常,1为异常),DCS系统收到1信号时,MPC磨煤机出口温度自适应控制强制退出。

        3)Vad正常时,根据当前煤种修正挥发份确定磨煤机出口温度设定值S2;外挂控制系统向DCS发送当前煤种煤质数据(Vad、Mt)。

        4)根据当前煤种水分和计算水分的差值,判断当前煤种挥发份是否正确,差值过大,表明煤种可能已更换,需要对当前煤种挥发分进行修正,得到修正系数K1。

        5)当修正挥发分大于35%时,对磨煤机入口风温进行限制,得到磨煤机出口温度限值S3;当修正挥发分小于35%时,对磨煤机入口风温不做限制,S3取95。

        6)根据冷风门开度得到磨煤机出口温度限值S4。

        7)取S2,S3,S4中的最小值。

        8)判断磨出力变化率,输出修正量S5,加出力时适当提高出口温度设定,减出力时适当降低出口温度设定,以稳定实际出口温度。

        9)判断实际出口温度变化率,输出修正量S6,用于判断是否着火,S6>0,外挂控制系统向DCS发送磨煤机着火信号。

        10)磨出口温度自适应控制投入条件:

        (1)磨煤机运行。

        (2)冷风门自动投入。

        (3)S6=0。

        (4)控制系统自检正常。

        2 控制策略实施

        2.1 保证磨煤机运行安全的措施

        磨煤机出口温度自适应控制实施过程的安全措施包括:

        1)磨煤机出口温度自适应控制实施时,分阶段逐步提高磨煤机出口温度。

        2)提高磨煤机出口温度后,观察和评估磨煤机运行情况,石子煤排放情况,尤其是磨煤机变出力时的状态评估,合理确定磨煤机出口温度限值。

        3)磨煤机出口温度自适应控制策略,需充分考虑磨煤机出口温度、磨碗差压、磨煤机入口负压等参数异常波动的状况,发现异常及时发出报警,以使运行人员迅速进行干预。

        2.2 DCS逻辑修改

        在原DCS中,磨出口温度手动设定位置,接入磨出口温度的自适应控制。手动设定值和自适应设定值之间采用双向跟踪,实现无扰切换。图2为磨出口温度的自适应控制与DCS的接口示例。

        逻辑修改,包括跟踪方式、切换方式等细节内容均在DCS控制层组态逻辑中完成。

        MPC总投入许可(MPC总异常)、每台磨煤机自适应控制许可(每台磨异常)均采用负逻辑设计:0为正常,1为异常。

        2.3 工程师站组态逻辑修改

        由MPC系统向DCS系统发模拟量心跳信号,DCS由此检测MPC信号是否处于正常工作状态,如图3所示。

        通过DCS自检回路,可以保证只有在DCS系统与MPC系统通信正常的情况下,DCS才有可能把自动控制权交给MPC。

        DCS自检MPC“通信应答信号”为1,同时“MPC总投入允许”为0(即容许)时,“MPC总投入”按钮才可以投入联锁,数值为1,否则为0。

        “MPC总投入”为1,同时“磨煤机出口温度自适应回路投入允许”为1时,“磨煤机出口温度自适应MPC投入”按钮才可以投入联锁,数值为1,否则为0。

        在“磨煤机出口温度自适应MPC投入”为1,以及满足“通信应答信号”由1变为0时,送光字牌报警,提醒运行人员注意。

        在“磨煤机出口温度自适应MPC投入”为1,以及满足“MPC总投入允许”由0变为1时,送光字牌报警,提醒运行人员注意。

        在“磨煤机出口温度自适应MPC投入”为1,以及满足“磨煤机出口温度自适应回路投入允许”由1变为0时,送光字牌报警,提醒运行人员注意。

        2.4 热态调试及运行

        2.4.1 热态调试

        1)热态调试原则

        (1)在投入磨煤机出口温度自适应控制系统前,先进行磨煤机提高出口温度的运行试验,在保证磨煤机安全运行的条件下,评估确定磨煤机出口温度运行上限。

        (2)磨煤机出口温度控制上限不宜一步到位,先从出口温度较低的温度值对控制系统进行热态调试。

        (3)自适应控制系统调试

        完成后,逐步提高磨煤机出口温度限值。

        2)正常运行调试步骤

        (1)机组正常运行且负荷达到磨投自动要求。

        (2)对调试磨煤机的入磨煤种进行取样分析,并与MPC所取的煤质信息进行比较,保证两者的一致性。

        (3)将调试磨煤机出口温度设定在75℃(非印尼煤)或60℃(印尼煤)。

        (4)将调试磨煤机出口温度自适应控制的上限设定为80℃(非印尼煤)或65℃(印尼煤)。

        (5)投入MPC投入总允许。

        (6)投入一台磨的自适应控制。

        (7)观察调试磨煤机出口温度设定值的变化,变化速率应控制在使磨煤机出口实际温度与设定值相差小于1.5℃。

        (8)磨煤机出口温度设定值达到上限值,观察磨煤机运行情况和石子煤排放情况。

        2.4.2 磨出力扰动调试

        1)加减磨煤机出力5t,速率1t/s,观察磨煤机出口温度设定值的变化。

        2)通过磨出口温度设定值的变化,使磨煤机出口温度实际值的波动不超过1℃。

        3)当磨煤机出力变化信号消失后,观察磨煤机出口温度设定值的变化,并逐步恢复至运行上限值,变化速率应控制在使磨煤机出口实际温度与设定值相差小于1.5℃。

        2.4.3 变煤种调试

        1)根据4号锅炉配煤掺烧系统中的煤仓动态管理系统所得到的煤仓煤种情况,选择煤种变化前后1h进行变煤种调试。

        2)观察磨煤机出口温度设定值的变化。

        3)根据煤种变化情况,评估磨煤机出口温度设定值是否达到设计要求。

        2.4.4 运行

        在确认自适应控制逻辑达到设计要求后,根据不同煤种,将磨煤机出口温度上限逐步提高;观察磨煤机运行情况和石子煤排放情况。

        在每个温度点运行一定时间,经评估磨煤机安全后,确定该煤种下最终的磨煤机出口温度运行上限;变换煤种后,进行同样的运行试验。

        逐步投运其它磨煤机的出口温度自适应控制。

        3 结束语

        本次控制策略改造通过对制粉系统运行控制进行优化,根据燃用不同煤种,自适应控制下提高磨煤机出口温度并降低热一次风母管压力,达到降低锅炉排烟温度,减少热一次风调整门节流损失及降低一次风机电耗的目的,提高锅炉效率,减少一次风机电耗。

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