火電廠深度配煤摻燒工況下BTU校正優(yōu)化研究

火電廠深度配煤摻燒工況下BTU校正優(yōu)化研究摘要：本文分析了火電機(jī)組在一邊大力參與深度調(diào)峰，一邊大比例進(jìn)行分磨分級(jí)配煤摻燒工況下，傳統(tǒng)BTU控制只針對(duì)總?cè)霠t煤熱值進(jìn)行優(yōu)化，無法滿足分磨分級(jí)摻燒及快速變動(dòng)負(fù)荷下的精細(xì)控制需求，而極易引發(fā)水煤比失調(diào)、受熱面超溫、升降負(fù)荷緩慢等問題，提出了一種為各臺(tái)摻燒經(jīng)濟(jì)煤種的給煤機(jī)引入“小BTU”控制的方法，在根本上解決傳統(tǒng)BTU只能優(yōu)化總?cè)霠t煤熱值的不精準(zhǔn)問題。關(guān)鍵詞：配煤摻燒、BTU控制策略、入爐煤熱值、深度調(diào)峰1.傳統(tǒng)BTU控制簡(jiǎn)介

傳統(tǒng)BTU校正方法采用設(shè)計(jì)工況下的給水流量與燃料量的對(duì)應(yīng)函數(shù)計(jì)算出當(dāng)前給水流量下對(duì)應(yīng)的理論燃料量[2]，通過實(shí)際燃料量乘以BTU校正系數(shù)得到校正后的燃料量。對(duì)理論燃料量與校正后的燃料量的偏差進(jìn)行積分，并將積分結(jié)果通過函數(shù)折算為一個(gè)校正系數(shù)，即為實(shí)際煤發(fā)熱量與理論煤發(fā)熱量的比值。在機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí):BTU校準(zhǔn)系數(shù)主要由總煤量、主蒸汽壓力偏差、給水流量來決定。在協(xié)調(diào)方式負(fù)荷不變的情況下，水煤比正常，鍋爐燃料指令不變，若入爐煤發(fā)熱量降低，需減小BTU數(shù)值，使校正后的煤量增加。此時(shí)控制系統(tǒng)為了維持水煤比不變，會(huì)增加實(shí)際煤量，從而增加校正后的煤量，水此時(shí)不變，中間點(diǎn)溫度升高。若入爐煤發(fā)熱量升高，需增大BTU數(shù)值，使校正后的煤量減少。此時(shí)控制系統(tǒng)為了維持水煤比不變，會(huì)減少實(shí)際煤量，從而減少校正后的煤量，水此時(shí)不變，中間點(diǎn)溫度降低。

該方法認(rèn)為入爐煤熱值是一個(gè)均勻的整體，升降基本呈線性關(guān)系，與現(xiàn)階段局部入爐煤熱值變化較大，整體入爐煤熱值是一個(gè)顯著非線性關(guān)系的實(shí)事嚴(yán)重不符，存在較大偏差，難以通過簡(jiǎn)單整定積分時(shí)間，來消除這種非線性變化引起的控制滯后與偏差問題，因積分時(shí)間過小則控制系統(tǒng)易出現(xiàn)系統(tǒng)振蕩，過大則控制系統(tǒng)響應(yīng)指令遲緩。2.火電機(jī)組深度配煤摻燒現(xiàn)狀

某電廠2×350MW超臨界機(jī)組鍋爐為哈鍋生產(chǎn)的超臨界變壓直流爐，型號(hào)HG-1163/25.4-PM1。爐本體采用∏型布置、單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)。鍋爐采用前后墻對(duì)沖燃燒方式，20只三井巴布科克公司引進(jìn)技術(shù)制造的LNASB燃燒器分前三層、后兩層布置在爐膛前后墻上，在煤粉燃燒器的上方前后墻各布置2層燃盡風(fēng)，每層有4只風(fēng)口，使沿爐膛寬度方向熱負(fù)荷及煙氣溫度分布更均勻。燃燒器采用低NOx旋流式煤粉燃燒器，燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用分級(jí)燃燒和濃淡燃燒等技術(shù)。鍋爐設(shè)計(jì)燃用楊村煤(20%)+常村煤(50%)+馬村煤(30%)的混合煤種，收到基低位熱值4730kal、干燥無灰基揮發(fā)份19.9%，具體參數(shù)如下：名

稱符

號(hào)單

位設(shè)計(jì)煤種工業(yè)分析收到基低位發(fā)熱量Qnet,arkJ/kg19820全水分Mt%7.2空氣干燥基水分Mad%1.94收到基灰分Aar%31.07干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf%19.90元素分析收到基碳Car%53.77收到基氫Har%2.26收到基氧Oar%3.69收到基氮Nar%0.80收到基全硫St,ar%1.21

鍋爐燃燒器布置圖示：

實(shí)際配煤摻燒時(shí)，常用的配煤方案如下表：

燃燒器層入爐煤指標(biāo)燃燒器層入爐煤指標(biāo)熱值/kal揮發(fā)份/%熱值/kal揮發(fā)份/%C層≥4000≥14E層2300-3900≥14B層2300-3900≥14A層≥4000≥30D層≥4000≥141、C倉(cāng)作調(diào)節(jié)煤，頂峰配高熱值，日?？赏珺、E。

2、關(guān)于硫份，5層制粉系統(tǒng)，保持2臺(tái)低硫，1臺(tái)常運(yùn)，1臺(tái)作備用調(diào)節(jié)。3.傳統(tǒng)BTU控制邏輯的不足設(shè)計(jì)煤種下，每層燃燒器煤質(zhì)指標(biāo)相差無幾，可以認(rèn)為相應(yīng)燃燒器出口形成的溫度區(qū)域、能量場(chǎng)是平均的，入爐煤熱值波動(dòng)時(shí)，汽壓、中間點(diǎn)溫度的變化是偏線性且一致的，所以BTU的修正方向是明確的[3]，通過增減煤量補(bǔ)償入爐熱值的變化。而當(dāng)前深度分級(jí)分磨配燒摻燒工況下，各層燃燒器所用煤質(zhì)熱值相關(guān)極大，在爐內(nèi)形成了一個(gè)一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的能量場(chǎng)，在升降負(fù)荷時(shí)，對(duì)應(yīng)層燃燒器加減同樣煤量，或達(dá)到臨界負(fù)荷，需要啟停磨煤機(jī)時(shí)，其對(duì)汽壓與中間點(diǎn)溫度的影響都是復(fù)雜和非線性的，此時(shí)BTU通過控制總體入爐煤量來修正熱量偏差時(shí)，顯然力不從心，且傳統(tǒng)BTU控制邏輯中，給水總是成比例地與煤量一同增減，然后再嘗試修正，對(duì)異常工況下，如摻燒經(jīng)濟(jì)煤種突發(fā)斷煤的情況，或啟停磨工況下，BTU無法知道爐內(nèi)增減的是高熱值還是低熱值的煤種，控制器只是按穩(wěn)態(tài)下平均熱值對(duì)應(yīng)的煤量去增減給水，經(jīng)常造成升負(fù)荷大量增加低熱值煤時(shí)，給水過量增加，中間點(diǎn)溫度反而大幅下降，汽溫大幅下降；或大量增加高熱值煤時(shí)，給水增加不足，中間點(diǎn)溫度大幅上升，汽溫超溫。雖然值班人員可以提前根據(jù)煤質(zhì)指標(biāo)，手動(dòng)給予不同給煤機(jī)一定偏置量，保證整體入爐熱值盡可能平均變化，但這種影響始終客觀存在于每一次變工況中，完全依靠人力憑經(jīng)驗(yàn)去修正，在經(jīng)濟(jì)性和安全性上都無法滿足當(dāng)前現(xiàn)代化企業(yè)達(dá)標(biāo)創(chuàng)優(yōu)的基本要求。4.為特定給煤機(jī)引入“小BTU”控制的策略

上述問題的出現(xiàn)，主要是因?yàn)樽児r時(shí)燃燒器出口熱值變化不均勻，而傳統(tǒng)BTU采取先控制煤量均勻，而后微調(diào)的方式，顯然不滿足當(dāng)前運(yùn)行工況的需求。

要解決此矛盾，需將動(dòng)態(tài)下的“煤量均勻”轉(zhuǎn)化為“熱量均勻”，一段時(shí)間內(nèi)靜態(tài)下的各給煤機(jī)里煤質(zhì)是不定的，只需事先知道各煤倉(cāng)熱值指標(biāo)，以高熱值煤指標(biāo)為基準(zhǔn)，按一定比例減少低熱值煤量進(jìn)入控制器參與調(diào)節(jié)的數(shù)值即可。為此可在“實(shí)測(cè)給煤機(jī)煤量”與“協(xié)調(diào)控制器采集的該煤量信號(hào)”中間，引入一個(gè)系數(shù)X，即為特定給煤機(jī)引入單獨(dú)的“小BTU”，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，X取值在0.5-1.2之間較為合適，實(shí)際應(yīng)用時(shí)該數(shù)值無需特別精確，只需保證變工況時(shí)加倉(cāng)低熱值的給煤機(jī)在增、減煤量時(shí)，其對(duì)應(yīng)輸出或減少的熱值與其它層大致相當(dāng)即可，X可簡(jiǎn)單由下式得到：X=特定給煤機(jī)的經(jīng)濟(jì)煤種熱值/較好煤種的高熱值，引入“小BTU”后，協(xié)調(diào)控制器在增加煤量時(shí)摻燒低熱值的給煤機(jī)會(huì)增加的更多，減少煤量時(shí)，同樣減的更多，但因?yàn)橄禂?shù)X的存在，協(xié)調(diào)控制器從各給煤機(jī)接收到的變化量幾乎是平均的，因此給水控制器跟蹤時(shí)也是平滑非突變的，水與煤匹配正常，鍋爐各參數(shù)變化則較為穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)深度分磨分級(jí)配煤摻燒的同時(shí)，保證鍋爐變工況時(shí)依然安全平穩(wěn)。5.結(jié)語

對(duì)特定給煤機(jī)引入“小BTU”控制能滿足當(dāng)前火電機(jī)組一邊大力參與深度調(diào)峰，一邊大比例進(jìn)行分磨分級(jí)配煤摻燒的需求，解決了傳統(tǒng)BTU面對(duì)熱值波動(dòng)，控制粗放、滯后，易引發(fā)水煤比失調(diào)、受熱面超溫、升降負(fù)荷緩慢等問題，使得鍋爐在入爐煤源復(fù)雜、熱值不均，甚至嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)煤種的情況下，頻繁快速、大區(qū)間升降負(fù)荷，依然能保持較好的控制特性。參考文獻(xiàn)：[1]動(dòng)力配煤規(guī)范:GB25960—2010［S］．[2]張銳鋒.基于模型煤發(fā)熱量軟測(cè)量的BTU校正方法[J].熱力發(fā)電,2015（11）-0043-05[3]趙志丹，顧濤，陳志剛，等．超臨界600ＭＷ機(jī)組協(xié)調(diào)控制的優(yōu)化［Ｊ］．熱力發(fā)電，2014，43（2）：117-121作者簡(jiǎn)介：1、阮