广安电厂的燃料调节系统谢国松（广安发电有限责任公司，四川广安638017）摘 要：对广安发电厂2X300 MW机组在设计和精调后的两种燃料控制系统 进行介绍、分析、比较，说明采用热量信号作为燃料量控制系统的反馈信号在中 间储仓制粉系统的锅炉燃料控制系统中的应用。关键词：燃料控制；热量信号；给粉机转速信号；反馈；燃料调节四川广安电厂新建2X300 MW机组，锅炉是东方锅炉厂的DG1025 / 18. 2- II型亚临界、自然循环中间再热汽包炉，制粉系统采用中储式热风送粉系统，四 角切园燃烧，燃烧器布置有五层煤粉、三层油，点火方式采用机械雾化二级点火。 每炉配4个制粉单元，每炉配20台变频调速叶轮给粉机。2X300 MW机组的分散控制系统采用贝利公司的INFI-90OPEN系统，系统 的SCS （顺序控制系统）、MCS （模拟量控制系统）主要由热工研究院设计承担。 DCS的调试由热工研究院完成。1燃料控制系统1. 1燃料控制系统的任务通过控制进入锅炉的燃料量（如：油、煤等）维持过热器出口汽压，以保证 在不同负荷下锅炉的安全运行，汽压变化时表示锅炉的蒸汽产量和负荷的耗汽量 不适应，这时必须相应地改变燃料的供应量，以改变锅炉的产汽量，维持燃烧过 程的能量平衡。1. 2中储式热风送粉锅炉的特点和燃料量控制系统的燃料信号控制系统与燃烧过程是可以相互独立运行的，对于燃烧过程而言，可以迅速 有效地改变进入炉膛的燃料量，以适应负荷的变化，这对于维持主汽压力的稳定 是有利的。但对于燃料量的测量上是一个特殊的问题，要准确测量进入炉膛的瞬 时煤粉量目前尚有难度。目前在系统设计时采用的方法是两种间接法：最常见的 是采用给粉机转速信号代替给粉量的方法，因为在正常(理想)情况下，给粉机 的出力与转速成正比。给粉机转速容易测量、反应速度快，因此，采用给粉机转 速信号代表给粉量是中储式热风送粉锅炉燃料控制系统常用方法之一。另外一种 是以热量信号代表燃料量信号的燃料控制系统，热量信号是由蒸汽流量信号和汽 包压力的微分信号组成，在蓄热系统准确求出后，它能较准确代表进入锅炉的燃 料量，并能克服给粉机转速信号代表给粉量的一些缺点。2采用给粉机转速反馈信号燃烧调节系统广安电厂一期工程2X300 MW机组INFI-90OPENDCS的模拟量控制系统 (MCS)，由热工研究院负责系统设计、应用软件组态并调试。而燃料控制系统 为19种调节系统之一。1) 实际总煤量(TOTALCOALFLOW %)计算：根据给粉机的出力特性曲线， 给粉机的出力与转速成正比关系，将这种关系用函数方式表达，通过测取每台给 粉机转速，经过函数发生器f (x)转换成实际煤量，同层四台给粉机的实际煤 量相加得到该层煤量，再A、B、C、D、E五层给粉机的煤量相加得出总的进入炉 膛的煤量。为了适应不同的煤种，使燃料量反馈信号在不同煤种时能代表燃料发热量， 在组态时还设置了一手动设定站(块号：3678)，作为热量修正回路。运行人员 可根据当前不同煤种设定不同发热量，以修正煤量。功能块3685是一个超前/ 滞后滤波器，其作用是当总煤量减少(或增加)时，延缓对给粉机指令减少(或 增加)。2) 给煤指令(COALDEMAND)的计算：锅炉主站根据机组负荷给出锅炉负荷 控制指令(BOILERLOADDEMAND)考虑锅炉的发热量受锅炉给水温度的变化影响， 因此对锅炉负荷控制指令进行锅炉给水温度补偿，得出燃料负荷指令。燃料量调 节器的设定值是由 一个小值选择器给出，小值选择器的输入信号为经给水温 度补偿后的负荷指令和总风量信号，这是为了保证锅炉燃烧的安全性，在机组加 减负荷时有足够的风量，维持一定的过剩空气系数。保证在动态过程中燃料量始 终相对小于总风量。另外，进入炉膛的燃料可能还有燃油和三次风带粉，所以，在计算时应减去 辅助燃料（即给煤指令=总的燃料指令一辅助燃料量），三次风的煤量按风量质 量的10%计算。3）给煤指令与实际总煤量之差作为燃料调节输入信号，进入PID调节器（块 号：3665）经过运算后得出给粉机的控制指令。另外，在进入PID调节器前有一 个函数发生器f （x）（块号：3677），其作用是使给煤指令与实际总煤量之差 变化微小（一0. 30. 3）时使PID调节器不参与调节作用，避免在给粉机频繁 动作，不利于系统的稳定和造成设备因动作频繁而损坏。4）另外给煤指令还应用了前馈（块号：3628）的方法来增强负荷变化时对 燃料量的调节作用，以加快系统对负荷的响应速度。5）燃料控制主站说明（块号：3670）:燃料主站切手动的条件（块号：3664 的输出）是：所有层给粉机都在手动；锅炉燃料主站输出与锅炉给煤指令偏差大 于50%。在没有强制手动的条件下，燃料控制的投自动是由运行人员在操作员站调出 手/自动站进行切换。当存在强制手动的条件下，手/自动站自行切为手动，PID输出跟踪燃料主 站输出，同时锅炉负荷主站也将切为手动。另外，燃料控制中还存在超弛控制，超弛控制是不论控制方式是处于手动或 自动都起作用的一种权限最高的控制手段，超弛控制在这里实际指跟踪功能。当存在下列条件时燃料控制站切跟踪：所有层给粉机在手动。当燃料控制站 切跟踪时，它跟踪的值为块号3690输出。即为各层给粉机指令之和除以运行的给粉机层数。6）在PID调节器（块号：3665）内部进行了输出限制，低限为26%，高限 为58%。这是由于给粉机的特性决定的：当给粉机指令在26%以下时，转速控 制困难和给粉机的出力不线性，同时，给粉机易卡涩，因此，PID调节器输出加 低限（使其输出始终26%）；当给粉机指令超过58%以上时，同样转速控制 困难和给粉机的出力不线性。在PID调节器（块号：3665）输出超过规定范围时，必须启/停给粉机来重新分配给粉机出力。7）燃料调节器的修正：燃料调节器控制的是投自动状态的给粉机，因此， 燃料调节器增益必须根据投入自动的给粉机层数而变化，组态图中块号2968是 一个自适应块，它的输出随着投入自动的给粉机层数变化，并对PID调节器（块 号：3677）的、11 （增益参数）进行修正。且自适应块的值由一个函数发生器产 生。其输入/输出关系如表1。表】燃料调节器增益的变化投H幼的给粉机层数012345增 益I 1.5 2.5 1,7 1.251分析此系统：用给粉机转速测量信号作为燃料量控制系统的反馈信号，其优 点是直观、灵敏，不需特别的试验即可使用适于新机投产初期，但用给粉机转速 测量信号有不能克服内部扰动的本质缺点：不能反映煤质的变化。当燃煤发热 值发生变化时，不能快速校正控制指令，会引起主汽压力波动；如给粉机转速 测量信号不准不稳，会造成附加扰动，引起主汽压力波动。从广安发电厂试生产的情况来看：用给粉机转速测量信号作为燃料量控制系 统的反馈信号是不能满足机组实际情况和运行的需要，主要原因和表现：广安地区的煤源多，电厂的煤40%为汽车运输，煤的发热量变化无规律， 按设计要求运行人员应根据不同煤质的不同发热量，在OIS上设定发热量值，这 不仅增加了煤的化验工作量和运行人员的操作，而且也给系统带来扰动，显然是 不合乎实际。给粉机为国产设备，加之其运行环境差其性能很难保证。给粉机转速测量一 般有两种：用接近式探头测量和直接采用变频器的输出作为给粉机转速信号，这 两种方式得到的信号受设备的运行环境和设备本身的性能的影响，因此，给粉机 转速测量的波动也给系统带来扰动。再有，粉仓的粉位高低也影响给粉机的给粉 量(煤的自流)。给粉机的转速是不能真实反映进入锅炉的燃料量。故用给粉机 转速测量信号作为燃料量控制系统的反馈信号受到设备性能和运行环境的限制， 很难满足机组的安全经济运行的需要。从半年的运行情况看，此系统给机组的安全运行带来了严重的影响，同时， 该系统的调节品质较差，系统的自动投入率极低，给运行人员造成很多的操作， 不能满足机组安全运行的需要。与热工研究院的专家讨论决定：对广安发电厂的燃料量控制系统进行改造， 采用热量信号作为燃料量控制系统的反馈信号。同时指定了详细的实施和试验方 案。3用热量信号作为燃料量控制系统的反馈信号3. 1采用热量信号代替给粉机转速信号原理通过机组运行过程主汽流量和压力的变化特性，模拟锅炉炉膛发热量，作为 燃料量控制系统的反馈信号。使用热量信号需通过试验求取锅炉的蓄热系数，并 在实践中调整相关系数，使较好地满足热量信号的设计原则：只反映锅炉侧燃料 量的变化，而汽机侧负荷变化时保持不变。3. 2改造后的燃料量控制系统前面已经介绍了对系统改造的原因。图1为系统改造后的SAMA图。该系统与前面的系统在主回路上是一样的，主要区别在主调节器APID (156)的S2,即将原控制系统中的给粉机转速测量信号作为燃料量控制系统的反馈信 号改为：热量信号作为燃料量控制系统的反馈信号。另外，在反馈信号的求取上 不同。就H略中闱I改造后的避料控剖耋兼的SAMA图Q d/dt从修改后的状态图可以看出1）采用给粉机转速测量信号和热量信号的燃料控制系统的主回路是一样的。 采用了一个选择功能块（块号：3701），它利用了一个ON / OFF块实现。这样可 以使燃料量控制系统的反馈信号在给粉机转速测量信号和热量信号之间进行切 换。2）给煤指令（COALDEMAND）也有一些变化，因为采用给粉机转速信号代表 煤量时，给煤指令为总燃料指令减去辅助燃料指令，而采用热量信号的燃料控制系统，热量信号不只代表 煤量，而是代表总的燃料量，给煤指令不用再总燃料指令减去辅助燃料指令。3）调节器的参数需重新整定。4）热量信号的组成：由汽压生产过程已知道：炉内受热面单位内的吸热量 以蒸汽流量表示时，其热平衡方式为：BQ = SF+Cb （dP/dt） 式中BQ为热量信号；SF为主汽流量；C为锅炉的蓄热系数，它由试验的方法求取，在下面的章节介绍； bP为汽包压力。BQ与燃料量间比例关系，时间上存在一个迟延。主汽流量（MAINSTEAMFLOW）为汽轮机第一级压力经过计算得出，并经过函 数发生器转换成百分数：Cb在PID调节器（块号：3693）中给出，块3693是一 个典型的微分调节器，汽包压力经过该微分器后形成汽包压力的微分及cb（dP /dt）；主汽流量与汽包压力的微分相加（块号：3702）即得BQ （热量信号）。热量信号作为燃料量控制系统的反馈信号有如下优点：1）发热量（BTU）校正回路取消，运行人员不用根据不同煤质的不同发热量，在OIS上设定发热量值。减少了运行人员的部分操作；同时能消除了发热量（BTU）校正时给系统带来的扰动。2）克服了由于给粉机及转速测量的误差给系统带来的影响。3）当燃料发生自发性扰动时，由于热量信号能及时反映燃料的自发性扰动，并很快地消除扰动，基本上不会因燃料的自发性扰动造成主汽压力的波动。提高主汽压力的品质，提高机组适应负荷变化的能力。3. 3锅炉的蓄热系数C的求取方法b为了组成热量信号，必须求出锅炉的蓄热系数Cb，通常用试验的方法求取。当锅炉的燃烧率不变而负荷变动或汽轮机调节门开度变动时，虽然主汽流量D和汽包压力P都在变化，但热量信号Dq不应改变。用方程式表示为：D+Cb （dAP/dt）=AD此时 AD =0q则心)将上式由等时刻L时刻进行积分j A = - Ct I ”二。山-G P ( h )-Pj /?山则:G二亟页土云页Q显然在零时刻&P(M)=鸟而?(】)m-p(i这是因为! 膈零时刻是测量AD及AP的初始时刻。因此：式中的P (t0)-P (t1)为从零时刻到t1时刻汽包压力P的变化：MP