300MW机组CCS投入规律探索.doc

300MW机组CCS投入规律探索Experience introduction of Heze Power Plant 300MW UnitCCS摘要本文论述了采用英国ABB公司生产的Symphony Rack系统的CCS构成、存在的主要问题及分析，并通过对300MW机组CCS局部修改、优化完善及参数调整，使协调控制系统及其子系统能长期可靠地投入自动，保证本机组安全稳定运行，并能经受大幅度负荷变动的考验（负荷变动范围50100%BMCR，负荷变化率2%/min），包括磨煤机投切扰动的考验，满足电网自动发电控制（AGC）的要求。关键词CCS，控制系统Extract: This article discussescomponent of CCS which operation system is ABB companys Symphony Rack,main problem and analysis,after modified to 300MW unit part logic of CCS,optimized and parameter tuned,make CCS and its sub_system into automation long term,insure unit safely and steadily running,and through the big load change experience(the range of load change is 50100%BMCR,chang rate 2%min),include mill on-off disturbance experience,satisfy the power_network, auto generation control (AGC).Keywords:ccs,control system1原设计方案协调控制系统(汽机跟随TF、锅炉跟随BF、协调控制CCS)采用英国ABB INFI-90产品，主要子控制系统包括炉膛压力控制系统、二次风量控制系统、二次风压控制系统、一次风压控制系统、磨煤机料位控制系统、磨煤机一次风量控制系统、制粉系统分离器出口温度控制系统、汽包水位控制系统、主蒸汽温度控制系统和再热汽温度控制系统。2存在的主要问题及分析2.1本系统设计庞大、繁琐，实用性较差，不仅增加系统负载，也给热工人员熟悉设计思路、进行正常维护带来困难。例如：对于并列运行的双执行机构（送风机、引风机、一次风机等），本可采用同一控制回路，而现采用两套独立控制系统，为防止两侧不平衡时又增加一套平衡控制回路，使系统十分繁杂，效果不好。2.2即使设计十分繁琐，但仍有该设计而未设计，甚至错误设计之处，使自动投入困难、自动调节品质较差；现仅以炉膛压力控制系统为例说明：炉膛压力控制系统主要是平衡通风功能，国内外标准设计均是取送风机动叶开度指令作为引风机挡板调节的前馈信号，现设计误取主蒸汽流量信号，造成炉膛压力波动较大。2.3控制设备的可靠性问题：自动控制系统运行良好的首要条件是信号测量准确，执行机构动作可靠；本厂关键设备双进双出磨煤机料位测量采用 “电耳”，可靠性较差，经常出现突变现象，影响燃料量控制系统的正常运行，使主汽压控制品质差；磨煤机热风门的控制特性欠佳，有时有卡涩，易大开大关。2.4控制系统调试情况：各子控制系统的调试品质尚待提高，机组协调控制系统已初步试投，但机组功率和主汽压力的控制品质有待改进，其关键是燃烧控制系统的各项静态参数配合和动态参数整定需继续完善、优化。机组协调控制系统的部分功能未调试。2.5主辅机设备控制特性试验：自动控制系统调试及长期稳定投运，要求进行必要的主辅机设备控制特性试验，并尽可能维护使控制特性稳定；机组协调控制系统的任务是适应电网负荷变动的要求，并维持机组主汽压稳定。3优化完善技术实施方案根据西安热工研究院专家意见，结合生产现场实际，制定如下技改方案：3.1 控制策略的修改完善3.1.1炉膛压力控制系统：该系统前馈信号原设计为主蒸汽流量，改为送风机动叶开度指令。3.1.2燃料量控制系统：修改控制策略，及时消除内部扰动。3.1.3重审原设计煤质发热量自动校正系统，将其投入使用，通过完善制粉系统运行方式，修正控制策略，消除磨煤机旁路风投入引起的燃料及主蒸汽压力扰动。3.1.4修改有关控制系统设计，实现手动方式时设定值自动跟踪功能，达到无扰切换目的。对于改变设定值，增加高限、低限及速率限制功能，以防止运行人员误操作。3.1.5审查机组协调控制系统的有关设计功能，进行必要修改、完善后，调试投运。3.2有关静态参数调整，对现有的各有关控制系统静态参数配合进行核查，设定相应函数发生器f(x)。3.3主要子系统调试，对各主要子控制系统逐一进行调整试验。4主要对策实施过程4.1送风自动与引风自动原来为两个独立的控制控制系统，两者之间没有直接联系，出现了引风自动不随送风量的改变提前动作，导致炉膛压力波动大，为避免由于引风自动调节滞后于送风量的改变，从而导致的炉膛压力波动大问题，已将送风自动调节器的输出作为引风自动的前馈信号，使引风自动的调节趋势与送风自动超前匹配，此逻辑的修改保证了炉膛压力的稳定性，经长期观察炉膛压力波动幅度有明显改善。图1原设计引风控制组态图2修改后引风控制组态 4.2我厂二期磨煤机料位自动原设计采用电耳音频信号参与磨煤机料位自动的控制，由于电耳的灵敏度低，在磨煤机负荷的75%以下和100%以上工况运行时，时常出现给煤量不随锅炉负荷的变化而改变，又由于电耳抗干扰能力差，在磨煤机负荷的75%100%之间的工况运行时，经常出现给煤量不该改变时乱改变现象，导致磨煤机满磨或空磨现象，使煤粉研磨粗细不均，既影响磨煤机出力，又使煤耗增加，协调控制系统更是无法投入；配合metso现场服务人员杜文电气工程师，磨煤机电耳由SVEDALA有源线圈式更换为MINERLS无源电容式；磨煤机料位电耳更换为新型电耳后，磨煤机料位控制系统重新整定，#3机组启运后，进行了数据统计分析，这是改造时的情景：原电耳拆除新电耳安装调整支架高度使电耳调整安装斜面控制器参数与磨煤机筒体切面垂与磨煤机筒体修改完善直距离为5cm切面保持垂直磨煤机料位电耳更换为新型电耳，配合ABB公司调试人员对磨煤机料位进行逻辑修改，先进行离线逻辑图，然后下装到48/8磨煤机控制逻辑。图3原设计磨煤机料位控制组态图4修改后磨煤机料位控制组态经调查研究，磨煤机一次风量与给煤量的匹配关系存在一定的线性关系，如图5所示：磨煤机启动运行控制参数建议：1）暖磨过程中，旁路风挡板开度为49%，一次风流量控制不应低于17.3kg/s，启动初期随着磨煤机进煤总量达到23.4t/h时，旁路风挡板开度相应关闭到23%，维持一次风流量17.3不变，当磨煤机进煤总量增加到27.8t/h时，旁路风挡板开度关闭到0%。2）磨煤机正常运行过程中，由于磨煤机实际进出口差压与设计值差别较大，实际运行增减负荷时，建议按照图中的“运行一次风控制流量与磨煤机进煤总量的关系曲线”调整，但须注意一次风流量不得低于17.3kg/s（保护定值为16.26 kg/s）。图5给煤量与一次风量、旁路风关系图将此关系用一函数表达出来，作为料位自动的给煤量设定值，只要磨煤机一次风量改变，给煤量设定值就变，通过调节器控制给煤机转速，使给煤量发生相应改变，从而使磨煤机料位不变，整个磨煤机出力稳定，煤粉研磨粗细均匀，为协调控制系统的投入打下牢固基础，同时煤粉可用率提高，每年可挽回经济损失上百万元；同时根据我厂煤质发热量高低不等的特点，在一次风量转换成给煤量设定值后加一手动偏置调整模块，使运行人员根据煤质特点，在原来的一次风量对应的给煤量关系基础上，校正给煤量，使一次风量与给煤量的配比达到最佳水平，保证锅炉的热效率稳定。4.3一次风母管压力自动设定值原设计采用主蒸汽流量经函数转换后的数值，它随蒸汽流量的变化而作相应变化，经观察在负荷波动范围不超过3MW的稳定工况下，主蒸汽流量有时波动十几吨，导致一次风母管压力自动的设定值来回波动，使一次风母管压力实际值来回波动，导致磨煤机一次风量忽高忽低，从而使主蒸汽压力不稳定。又由于一次风机入口取自送风机动叶的出口，不同程度上干扰了送风机出口压力和送风量的稳定性，破坏了二次风量和炉底风量的先前的稳态，使风煤比发生改变，导致煤粉在炉膛内的燃烧过程和化学反应发生质变，炉膛图6ADS与蒸汽流量关系图含氧量忽高忽低，使主蒸汽压力波动幅度加剧，主汽温度和再热汽温度变化幅度加大，又由于，以往先通过增减磨煤机热风档板开度改变一次风量来增减锅炉热负荷，等到主蒸汽流量发生变化后，才改变一次风母管压力设定值，容易使磨煤机热风档板开度有大幅度开关现象，时常出现由于磨煤机热风档板开度与一次风母管压力协调不好，导致主蒸汽压力波动超出允许范围的现象。针对此现象，我们将ADS机组负荷指令经速率变换后数值转换成主蒸汽流量，再经过函数转换成一次风母管压力自动设定值，通过此修改，在负荷波动范围不超过3MW的稳定工况下，一次风母管压力设定值没有任何变化，保证了一次风母管压力实际值的稳定性，就保证了主蒸汽压力的稳定性。即使是大幅度的升降负荷，首先，一次风母管压力设定值随ADS机组负荷指令按一定速率改变，用一次风母管压力来粗调主蒸汽压力，再用磨煤机热风档板来微调主蒸汽压力，使磨煤机热风档板在变化幅度不大的情况下，就能满足机组在变负荷的情况下主蒸汽压力的稳定性；其次，增加了根据主蒸汽压力与主蒸汽压力设定值的偏差校正一次风母管压力设定值的功能，避免了由于锅炉内部扰动使主蒸汽压力发生波动，磨煤机热风档板不用大幅度的动作，就能将主蒸汽压力调节稳定，此逻辑修改后经验证，锅炉各项指标有明显改善，新控制思想的优越性得到充分体现。4.4二期锅炉是通过磨煤机热风档板来调整锅炉主蒸汽压力的，由于磨煤机热风档板开度与一次风量的关系是非线性的，其次气动执行器与热风档板安装存在机械死区，全凭PID调节器是不能满足档板开度与一次风量的协调关系。磨煤机热风门挡板特性试验（以A磨煤机CD7506A为例，机组负荷：280MW）表1挡板开度（%） 9.00 21.00 30.00 40.00 50.00 62.00 71.00 80.00一次风量（kg/s） 16.0 20.2 20.2 21.2 23.0 24.0 23.8 23.8冷风门开度（100%） 25 48 48 48 48 48 46 46风温（） 141.4 145.9 151.9 158.2 162.4 163.5 163.5 162.4主汽压力（Mpa） 16.479 16.546 16.302 16.818 16.731 16.112 16.277 16.511一次风压（kpa） 9.5 9.3 9.3 9.5 9.3 9.6 9.3 9.2给煤量（t/s）(甲)（乙） 18.818.7 18.718.8 18.718.8 18.818.7 18.718.6 18.718.8 18.618.7 18.818.9磨煤机料位（%） 19.6 39.6 49.5 53.5 53.9 55.1 53.5 51.0注：2002年11月28日，热工分别对#3机组A、B、C磨煤机挡板特性试验，并详细记录了在280MW、250MW、220MW三种稳定的工况对应的一次风压力条件下，热风挡板在开行程和关行程中，分别在最低允许开度与最大有效开度之间，每变化2%，测试一组数据；在其它磨热风档板配合调整的情况下，主汽压保持稳定。经过摸索，在不同的一次风母管压力下，找出了三台磨煤机热风档板开度与一次风量之间的关系，通过函数修正，作为磨煤机热风档板调节一次风量的前馈信号，使磨煤机热风档板开度与一次风量的非线性尽量转换成线性关系，使磨煤机热风档板快速改变一次风量来调稳主蒸汽压力。又由于在不同的一次风母管压力下三台磨煤机热风档板开度在60%以上时，热风档板对一次风量的调节达到饱和，基本一次风量没有多大的变化，为避免此现象，在任意两台磨煤机热风档板开到50%时，在原来的一次风母管压力设定值上自动缓慢增加一小偏置，阻止磨煤机热风档板开到60%以上，磨煤机一次风量达到饱和区，影响磨煤机热风档板调节特性。同时为防止由于煤质较好，一次风母管压力较高，磨煤机热风档板关到30%以下时，存在节流损失，造成一次风机单耗增加和鼓坏膨胀节现象的发生，在任意两台磨煤机热风档板关到30%时，在原来的一次风母管压力设定值上自动缓慢减小一小偏置，减少由于一次风母管压力存在节流损失造成的一次风机单耗增加和鼓坏膨胀节现象的发生。4.5送风自动主调节器的二次风母管压力设定值和一次风母管压力自动设定值类似，也是采用主蒸汽流量经函数转换后的数值，即使在稳定工况下，主蒸汽流量有时波动十吨左右，导致二次风母管压力设定值来回波动，使送风量来回波动，破坏了二次风与一次风的风煤比关系，使烟气含氧量忽高忽低，主汽温和再热汽温波动范围加大，针对此现象，我们采用ADS机组负荷指令经速率变换后数值转换成主蒸汽流量，再经过函数转换成二次风母管压力设定值，通过此修改，即使机组负荷稍有波动，也不会使二次风母管压力设定值波动；其次，在送风量稳定的情况下，由于二次风量自动受一次风量的影响，六个二次风挡板一起开或一起关，虽然动作幅度不大，但对二次风母管压力有轻微影响，导致二次风母管压力在十几秒时间内有上下小范围的波动，此种波动是一二次风系统正常的扰动，只要保证送风量的稳定即可。如果在这种情况下投入送风自动，送风量为了维持二次风母管压力等于二次风母管压力设定值，会出现送风量一味为了追赶二次风母管压力，使送风自动副调节器输出指令来回变化，迫使送风量来回波动，造成烟气含氧量忽高忽低，主汽压、主汽温波动范围加大的状况，在不同程度上影响了一次风机出口压力的稳定性，使一次风机静叶频繁动作，影响了主汽压力调节的稳定性，为克服此现象，在送风自动主调节器前加一死区函数，当二次风母管压力在死区范围内波动时送风量不需调节，当二次风母管压力超出死区范围时送风量才开始调节，经验证送风量波动范围改后比改前明显减小。4.6磨煤机驱动端和非驱动端旁路风自动是为了防止磨煤机一次风量低于16.26Kg/s堵塞一次风管而设计的自动调节。原设计当磨煤机一次风量低于16.26Kg/s时，同时开启磨煤机驱动端和非驱动端两旁路风门，对主汽压力干扰较大。现改为当磨煤机一次风量低于16.26Kg/s时，先打开其中一旁路风门7%后，再打开另外一旁路风门，两旁路风门然后同时动作，避免了主汽压力波动大的问题。同时还暴露了一英巴设计错误问题，当旁路风开启时，二百多度的一次热风量一部分不经过磨煤机内部，而直接经过磨煤机旁路风档板再经粗粉分离器出口到炉膛，会使粗粉分离器出口温度急剧上升，由于磨煤机温度自动的测点在粗粉分离器出口处，所以会使参与调节磨煤机温度的冷风档板大幅度打开，来降低磨煤机温度，这时开冷风的同时，会增加磨煤机一次总风量，使磨煤机一次风量自动关磨煤机热风档板，冷风档板和热风档板动作过程的叠加，加剧了本来正常的磨煤机内部温度急剧下降，使煤粉干燥程度降低，磨煤机研磨煤粉的时间加长，降低了磨煤机研磨效率，使燃料不能满足负荷要求，汽压和负荷将受到损失，将参与调节磨煤机温度的测点移至旁路风管道之前磨煤机出口之后的某一点处，来改正英巴设计错误。通过上述对CCS优化、完善、调试工作，使本机组在大幅度负荷变动时（负荷变动范围50100%MCR，负荷变化率2%/min），主要监视参数的变化幅度都在允许范围之内，满足国家标准火力发电厂模拟量控制系统在线验收测试规程的要求，机组协调控制系统的正常运行，为实现AGC联网打好基础。4.7菏泽电厂#3机组AGC试验情况：2003年8月15日，山东省电网调度中心对国电菏泽电厂#3机组AGC进行试验，试验结果大部分能满足规程规定，但还有一些技术指标未达到规程要求，还需进一步研究解决，现将试验数据整理如下，主要考核指标试验数据统计如表2。表2系统方式 负荷变化范围MCR 负荷变化速度MW/min 被调参数最大偏差主汽压力MPa 主汽温度 再热汽温 汽包水位mm 氧量% 炉膛压力PaAGC 60/110（%） 7MW/min 0.45 8 未投自动 85 0.7 200备注：本次试验后，省调提出两点建议：1）300330MW负荷带不上去。2）机组负荷大速率变化到某一负荷值后，机组负荷有超调现象；经过研究第一个问题涉及到锅炉、汽机的辅机设备的安全运行问题，需要生技部进一步指导研究，第二个问题机组负荷有超调现象已进行优化，待有机会进行变负荷试验时进行验证；由于菏泽电厂是山东第一家W型火焰炉，目前未有上级颁发的有关W型火焰炉品质指标标准，只有四角喷燃型锅炉的品质指标标准如表3，菏泽电厂的W型火焰炉应视具体情况适当调整。表3系统方式 负荷变化范围MCR 负荷变化速度MW/min 被调参数允许最大偏差主汽压力MPa 主汽温度 再热汽温 汽包水位mm 氧量% 炉膛压力PaAGC 70/100（%） 3MW/min 0.3 4 5 25 0.5 1009MW/min 0.5 8 10 40 1.0 20015MW/min 0.8 10 12 60 1.0 250菏泽电厂#3机组趋势线参数描述如表4表4趋势画面编号9006序号 标签名 参数名称 设置量程 备注1. PV7522AA.C_ASP 一次风压设定值 2. JA3004 实际负荷 180320 MW 3. BP3701.PV A磨煤机给煤量 4. BP3901.PV B磨煤机给煤量 5. DEH0004 主蒸汽压力设定值 1017 Mpa 6. LDC_OUT 负荷指令（AGC） 180320 MW 7. PT0402_SV 主蒸汽压力 1017 Mpa 8. BP4101.PV C磨煤机给煤量 趋势画面编号90109. JA3004 实际负荷 180320 MW 10. DEH0002 发电机频率 49.8050.20HZ 11. CCS_FREQ_CTRL 调频方式投入 12. FC_OFF_TRANS 频差负荷偏值 13. LDC_OUT 负荷指令 180320 MW 趋势画面编号901114. JA3004 实际负荷 150330 MW 15. PT0402_SV 主蒸汽压力 1518 Mpa 16. DEH0004 主蒸汽压力设定值 1518 Mpa 17. LT0101_SV 汽包水位 -200200 mm 18. PT7601_SV 炉膛压力 -300300 Pa 19. PT71070A_SV 二次风母管压力 0.1-1.2 KPa 20. PT75060A_SV 一次风母管压力 6-12 KPa 21. FDF_TAF 总送风量 200-500 Kg/S #3机组主要AGC试验