基于双进双出磨煤机发电机组协调控制分析与研究
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摘 要：在火电厂选型中，双进双出磨煤机储存煤粉的能力大，运行灵活，可实现半磨运行，研磨效率高，系统防爆能力强，适应煤种范围宽，具有良好的预干燥性能，响应锅炉负荷变化较快，煤粉细度细，控制方式先进合理，双进双出磨煤机在火电厂越来越多，该磨煤机介于直吹和储能磨煤机之间， 但是火电厂节能优化、提高经济性的大环境下，对煤种的选择多样性及其双进双出磨煤机迟缓性等缺点，从而严重影响协调控制的调节品质。本文针对河南华润电力首阳山有限公司#1 、#2机组（630MW超临界机组）机组进行了分析研究，得出了一套完整的双进双出磨煤机的控制方式，并逐步完善了能够自适应煤质变化的协调控制策略，锅炉主控的稳定保证了机组协调系统的整体稳定，有效提高火电机组运行稳定性和变负荷能力，使协调控制系统具备了自动适应煤质变化的能力，取得了良好的效果。
关键词：自动控制；双进双出磨煤机；节能；料位
中图分类号：TK323 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）05-0170-02
1 引言
目前电网调度对火电机组负荷变化幅度和速度的要求越来越高，很多火电机组由于煤种变化大、入炉煤质变化频繁，严重削弱了现有协调控制系统的调节性能，减弱了机组上网竞争的能力，协调变负荷能力不能适应电网调度的要求。对协调控制系统（Coordinated ControlSystem，简称CCS）的一个主要要求是在现随着国家对节能减排力度的增大和电厂市场经营的压力，各电厂越来越重视节能降耗工作，节能降耗不仅可以降低生产成本，提高企业的经济效益，同时可节约能源，减少环境污染。通过针对协调控制的分析，找出协调控制所产生的关键点，主要是锅炉主控，锅炉主控关键点是燃烧控制，而燃烧控制主要是双进双出磨煤机控制。
2 协调控制的重要因素分析
协调控制系统控制汽轮机负荷和锅炉的燃烧，保持机组内部以及机组和电网负荷需求的能量平衡，汽机主控通过调整汽轮机进汽量，保持机组负荷按照电网调度的要求运行。以河南华润电力首阳山有限公司2x630MW超临界机组为例，进行协调控制系统分析。
河南华润电力首阳山公司2x630MW机组，锅炉选用哈尔滨锅炉厂引进的英国三井巴布可克能源公司技术生产的HG1952/2504-YM1型超临界直流对冲燃烧锅炉。汽轮机选用东方汽轮机厂引进日本国日立公司技术生产的N600-24.2/538/566型超临界压力汽轮机。制粉系统采用的是上海重型机械厂引进法国阿尔斯通公司技术生产的BBD-4360型双进双出磨煤机。控制系统选用日立公司的H5000M型DCS系统。
2.1 压力控制
压力控制是直流锅炉控制系统的关键环节。因此以优先稳定压力为前提考虑。从燃烧的动态特性可知，燃料量变化对于主汽压力的影响是较小的，主要是影响的主要对象是汽温，而后才因减温水的调节使得压力上升，而给水流量的改变对于汽压和汽温均有明显的影响。因此，采用改变燃料量来校正汽温是解除两者之间耦合的较好办法，使给水能快速动作稳定压力，而在变负荷时通过微分环节额外超调一部分燃料量以补偿制粉系统的惯性，这样可将煤-水两回路之间的耦合特性减小的最低程度。
2.2 协调系统耦合
协调好煤水之间的匹配关系后，剩下的关键问题如何消除机、炉之间的相互耦合关系，补偿锅炉的大惯性特性，在变负荷及发生内扰时，锅炉侧能跟得上汽机侧调节功率而造成的持续扰动。直接能量平衡控制策略（DEB）在所有情况下都解除发电控制和锅炉控制间的耦合和使用根据汽轮机能量需求计算的具有自校正性质的机组指令。
2.2.1 煤水的配比
煤水比校正回路的修正功能是全负荷范围内的工况，比如说在某个负荷点下由于入炉煤质的变化造成过热器入口焓值的偏移，此时应通过校正将程序中原先预设的煤水比曲线整体平移一数值，这样在机组变负荷至另一个负荷点的过程中，煤水比校正回路就可不用重新计算而保持不变。
2.2.2 负荷指令UD经过惯性环节
当锅炉主控切为手动时，煤水比校正系统是乘在给水流量指令上的，此时由运行人员手动增减锅炉指令，煤水相应同时动作（水有一定滞后）来调节负荷，汽机侧调节主汽压力。当锅炉主控投入自动后，转为CCS方式，此时煤水比校正系统又除到锅炉主控至燃料量指令的回路上，通过改变燃料量来调节汽温（焓值），同时取消锅炉主控至给水流量指令的惯性环节，使给水快速动作以消除主汽压力偏差，变负荷时则通过UD的微分额外增减一部分燃料量来维持汽温的稳定。
根据前面的分析，汽温（焓值）校正器的输出应当为一个范围0.75～1.3左右的系数乘到给水流量指令上，这样才能做到对煤水比曲线的整体校正，如此设计的煤水比控制回路也同时具有了煤质热值校正的功能。
机组协调控制方案在实施过程中燃料量的控制是协调的难点。即对双进双出磨煤机的控制，双进双出磨煤机配用在直流锅炉上，其特出的优点：（1）能长期保持恒定的容量和要求的煤粉细度。（2）能磨制硬煤以及磨蚀性强的煤。（3）有较大的储备容量，在较宽的负荷范围内有快速反应能力等。双进双出磨煤机系统简单，其出力完全由通过磨煤机的负荷风风量决定，因筒体内有一定量的煤粉存贮量，故能对锅炉负荷进行快速响应。然而双进双出磨煤机无直接的煤量信号，需依据进入磨煤机筒体内的负荷风量，来确定进入锅炉参与燃烧的煤量。
3 基于双进双出磨锅炉系统控制分析
从上节协调控制分析，本机组协调系统的稳定性、快速性、准确性的关键因素是燃烧量控制，本节介绍双进双出磨煤机控制方式方法分析。
3.1 燃烧控制介绍
该厂是采用双进双出磨煤机，每台机组配置4台磨，每台磨非驱动端和驱动端各配置了一台负荷风门携带煤粉满足锅炉燃烧的需求。
3.2 负荷风门与一次风系统分析
该公司负荷风门为挡板式负荷风门，其线性度较差，由于负荷风门控制风量，风量来计算燃烧量，固风门的线性度较差，很难控制燃烧量。通过对负荷风量相关参数进行试验与研究，拟合出一套完整的能够反映出风量变化的相关逻辑，建立数学模型，用来替代目前实测的风量，从而达到风量的稳定性。为燃烧稳定提供准确、稳定的参数，控制系统更精确，能够快速的响应相关扰动。如图1。
从图1中看出，利用一次风机定压控制，负荷风门进行控制，发现线性度较差，无法更能有效的控制锅炉燃烧，虽然通过各种参数拟合成风量数据，但是其调节动态过程中，执行机构等需要反应速度，造成燃烧的延迟性，从而导致给水、风烟系统的跟踪延迟，协调控制产生较大的震荡。
3.3 一次风机与风量控制
该厂是采用双进双出磨煤机，每台机组配置4台磨，每台磨非驱动端和驱动端各配置了一台负荷风门携带煤粉满足锅炉燃烧的需求，按照习惯控制，一次风机定压控制，运行人员通过偏置来调节风压，负荷煤风比通过负荷风门开度调节，负荷风门的调节线性一般情况比较差，要保持调节线性，必须保持在50%以下，这样八台负荷风门就造成了风量节流，造成一次风机电流增大。风机动液的开度与一次风压力之间有很强的正相关，通过对一次风机压力的调节，压力进行一次风流量的调节，从而达到燃烧的稳定性。
3.4 总结
通过本节分析，锅炉燃烧系统的控制通过磨煤机料位、负荷风门开度、压力及其出每台磨煤机的风量进行修正后然后控制已经无法满足直流锅炉协调的需求，固转化思路，利用新型控制策略，保持负荷风门全开，利用一次风机压力进行调节，从而保证燃烧系统的稳定性，但是此种控制需要一次风机动液系统的可靠性要高。
4 结语
双进双出磨煤机配用在直流锅炉上，经过多年时间的摸索，了解锅炉及磨煤机燃烧系统特性，完善了控制方案，协调了两者之间的关系，从而实现了机组的AGC功能，使双进双出磨煤机的优良特性在直流锅炉上充分发挥了出来。600至480MW至600MW降升负荷曲线图，从图中可以看出负荷稳定、快速、准确；主气温、再热气温稳定， 一次调频系统正常投用。