CN102563599A - 快速自适应燃煤热值变化的超临界机组机炉协调控制方法 - Google Patents

Abstract

快速自适应燃煤热值变化的超临界机组机炉协调控制方法，先由汽机调节级压力、汽水分离器压力、给煤量、机组负荷等参数，结合超临界火电机组的协调控制对象特性快速实时的计算出燃煤热值；再通过计算的燃煤热值进行燃料、协调等主要控制系统燃煤热值自适应控制；最后通过改进的能量平衡方法计算锅炉负荷指令形成核心控制策略，结合快速的自适应燃煤热值控制，形成一种快速自适应燃煤热值变化的机炉协调控制方法。本发明计算的燃煤热值能在半分钟内响应燃煤热值的变化，两分钟之内自动调整机炉协调控制及子系统至相应的状态；即使在燃煤热值发生大阶跃扰动时，机炉协调控制及子系统在机组稳态、变负荷、变压力等各种工况及锅炉、汽机侧的各种扰动下，机组的协调及子系统控制不需要人工干预，仍然能控制机组负荷、压力等主参数在规定的范围内；机组的主要被控参数精度相对于原常规控制能大幅度提高，同时可提高机组的安全、经济运行水平。

Description

快速自适应燃煤热值变化的超临界机组机炉协调控制方法

技术领域

本发明属于火电厂热工自动控制领域，是一种能快速自适应燃煤热值变化的超临界机组机炉协调控制方法。

背景技术

目前我国电力仍以火力发电为主，此现状还将持续数十年。超临界机组具有大型化、热效率高等优点，目前我国新建与改建火电机组以超临界机组为主，随着小容量火电机组的逐步淘汰，超临界机组将成为主力发电机组。随着电力市场的发展，国内有不少火电机组的燃煤经常偏离设计值。煤质变差且变化较大，协调控制被控对象成为严重的时变非线性系统，使机组的协调控制与自动发电控制功能不能较好投用，严重影响电网对机组的调度。协调控制与自动发电控制功能在差煤质或煤质变化较大时，存在机组主参数波动大、负荷变动速率低、负荷控制精度低、锅炉稳燃性能差等安全与经济不利因素。

因此研究带煤质自适应的机组协调与自动发电控制方法是现实与迫切的要求。通过本发明的方法，实现超临界机组燃料、协调控制及风量等机组主要调节系统的煤质自适应，使煤质变化后在要求的负荷变化率与负荷变动范围内，能保证机组的协调控制与自动发电控制指标；同时在负荷变动中风、煤等主参数变化更平滑，稳态时风、煤等变化更平稳，进一步减小机组主参数的调节偏差，使机组的经济性更高；减小内、外部的扰动对协调控制与自动发电控制调节的影响，使机组运行稳定性更高。

目前，对于煤质测量与校核方法有以下几种：

1、  离线分析。通过定时取样燃煤，经烧灼法的分析仪测量计算出煤的灰份、水分、热值等重要指标。通过采样化验煤质的方法尽管具有很高的分析精度，但存在较大的采样误差，而且至少要数小时才能分析出结果，对实时燃烧调整和优化运行的促进作用非常有限。

2、  在线分析。是通过安装在煤场口、给煤机出口等地方的基于射线、微波等技术的在线分析仪，测量计算煤的热值、灰份、水分等值。煤质在线实时检测技术可以快速、准确地对入炉煤进行实时分析测量，达到有效把握和控制煤炭质量的目的，使燃煤质量更具科学性和可靠性，在提高电力生产的安全性和经济性、实现过程控制方面具有极其重要的意义和巨大的经济潜力。该技术从80年代中期开始就在美国、澳大利亚和欧洲得到了较快地发展，近10年才引入国内。设备多为进口，价格较高，多用于选煤厂和洗煤厂，在电厂的应用业绩也较少。

3、目前还有根据设计煤种的热值，所燃烧的煤量应该产生的热量与实际煤种产生热量的偏差对燃料进行补偿调节。这种BTU修正的方法在实际应用中往往造成系统的不稳定。燃料回路作为控制系统的内环应尽快克服燃料的扰动，其控制目的是在稳定的负荷工况下保证压力或负荷的稳定，任何汽机侧的外扰不应该构成对燃料的扰动。如果以蒸汽流量修正燃料量，当汽机调门发生扰动（如一次调频）使蒸汽流量发生变化，必然导致燃料的变化，使燃料控制系统不能稳定的运行。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种煤质的快速实时软测量方法，对火电机组的燃料、协调及风量等主要控制系统进行煤质自适应控制。同时提供一种完善的协调控制方案，使机组在负荷变动中风、煤等主参数变化更平滑，稳态时风、煤等变化更平稳，进一步减小机组主参数的调节偏差，使机组的经济性更高；减小机组内、外部的扰动对协调与自动发电控制调节的影响，使机组运行稳定性更高。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

快速自适应燃煤热值变化的超临界机组机炉协调控制方法，该方法包括下列步骤：

由汽机调节级压力、汽水分离器压力、给煤量、机组负荷参数综合快速计算出代表燃煤热值变化的参量；通过计算锅炉热量信号与煤量惯性环节、延时后的比值，经滤波后来快速代表燃煤热值参量，如式（1）：

)                      （1）

式（1）中，HR—热量信号，MW；

M—给煤量，t/h；

—滤波模块；

LEADLAG—惯性环节模块；

τ—滞后时间，s；

R—燃煤热值参量；

热量信号用常规的算法如式（2）：

                                   （2）

式（2）中，C _b—锅炉蓄热系数，MW﹒s/MPa；

          P_D＇—锅炉汽水分离器压力变化率，MPa/s；

TEF—总能量流量，MW；用K1.P1来代表，P1为汽机调节级压力， K1为比例系数；

通过计算的燃煤热值进行燃料、协调等主要控制系统煤质自适应控制；

燃料调节被调量为热量信号，设定值为锅炉负荷指令，采用变参数调节，或变PID输入偏差增益等方式，实现煤质的自动校正，以保持闭环控制回路的特征函数不变，燃料调节的变P、I、D参数可以分别用式（3）、式（4）、式（5）来自动改变：

                                （3）

                                 （4）

                                 （5）

其中，K_P、T_I、T_D—分别为并联型PID调节器的比例系数、积分时间、微分时间；

       k1～k3—整定的控制参数；

       f(TEF)—随负荷变化的机组效率曲线；

       R—燃煤热值参量；

对于无PID变参数的控制系统，采用在PID外的偏差输入端乘以R0/R或者R0/R/ f(TEF)实现燃料的煤质校正，R0为设计煤种下的燃煤热值参量；

通过锅炉负荷指令核心控制策略，形成完善的超临界机组机炉协调控制方法；

协调控制方案，锅炉指令NRGD为： 

 （6）

式（6）中，WT=TEF.PTSP/PT，C1、C2、C3、C4为系数，UNITD为机组当前负荷指令， PT为机前压力，PTSP为机前压力设定值，PTSP′为机前压力变化率；式6中：WT项是主量，燃料调节使锅炉热量信号HR与汽机负荷TEF稳态时一致，就保证了机前压力与设定值一致；C1. UNITD′项用于机组变负荷中补偿锅炉负荷对燃料的滞后及燃料调节斜坡变化时的稳态偏差；C2.PTSP′项用于补偿锅炉滑压的蓄热量变化， C3.(PTSP-PT)′+ C4.(PTSP-PT)项解决了传统DEB协调控制中压力控制较慢且精度较低问题。

本发明采用目前火电机组主控制系统已有的数据，研究燃煤热值相对量快速实时计算的方法，来自动修正因煤质变化对火电机组自动调节及投入自动发电控制后形成的影响。这种方法计算的燃煤热值是快速与实时的，并不增加购置设备的费用。同时可以计算出机组燃煤实时的参考热值，供运行、调整参考应用。

本发明是基于火电机组协调控制对象特性提出的一种燃煤热值快速计算方法，计算的燃煤热值能在半分钟内响应燃煤热值的变化，两分钟之内自动调整机炉协调控制及子系统至相应的状态；机炉协调控制采用改进的能量平衡方法，结合自适应燃煤热值控制，即使在燃煤热值发生大阶跃扰动时，机炉协调控制及子系统在机组稳态、变负荷、变压力等各种工况及锅炉、汽机侧的各种扰动下，机组的协调及子系统控制不需要人工干预，仍然能控制机组负荷、压力等主参数在规定的范围内；机组的主要被控参数精度相对于原常规控制能大幅度提高，同时可提高机组的安全、经济运行水平。

附图说明

图1为本发明煤质自适应的燃料控制框图；

图2为本发明协调控制框图。

具体实施方式

见图1，图2，快速自适应燃煤热值变化的超临界机组机炉协调控制方法，该方法包括下列步骤：

由汽机调节级压力、汽水分离器压力、给煤量、机组负荷参数综合快速计算出代表燃煤热值变化的参量； 

通过计算锅炉热量信号与煤量惯性环节、延时后的比值，经滤波后来快速代表燃煤热值参量：

)                      （1）

HR—热量信号（MW）；

M—给煤量，t/h；

—滤波模块；

LEADLAG—惯性环节模块；

τ—滞后时间，s；

R—燃煤热值参量；

热量信号用常规的算法：

                                   （2）

          C _b—锅炉蓄热系数（MW﹒s/MPa）；

          P_D＇—锅炉汽水分离器压力变化率（MPa/s）；

TEF—总能量流量（MW），用K1.P1来代表，P1为汽机调节级压力， K1为比例系数；

通过计算的燃煤热值进行燃料、协调等主要控制系统煤质自适应控制；

燃料调节被调量为热量信号，设定值为锅炉负荷指令，采用变参数调节，或变PID输入偏差增益等方式，实现煤质的自动校正，以保持闭环控制回路的特征函数不变，燃料调节的变P、I、D参数可以用下式来自动改变：

                                （3）

                                 （4）

                                 （5）

其中，K_P、T_I、T_D—分别为并联型PID调节器的比例系数、积分时间、微分时间；

       k1～k3—整定的控制参数；

       f(TEF)—随负荷变化的机组效率曲线；

       R—燃煤热值参量；

对于无PID变参数的控制系统，采用在PID外的偏差输入端乘以R0/R或者R0/R/ f(TEF)实现燃料的煤质校正，R0为设计煤种下的燃煤热值参量；

通过锅炉负荷指令核心控制策略，形成完善的超临界机组机炉协调控制方法；

协调控制方案，锅炉指令NRGD为： 

 （6）

其中WT=TEF.PTSP/PT，C1、C2、C3、C4为系数，UNITD为机组当前负荷指令， PT为机前压力，PTSP为机前压力设定值，PTSP′为机前压力变化率；式6中：WT项是主量，燃料调节使锅炉热量信号HR与汽机负荷TEF稳态时一致，就保证了机前压力与设定值一致；C1. UNITD′项用于机组变负荷中补偿锅炉负荷对燃料的滞后及燃料调节斜坡变化时的稳态偏差；C2.PTSP′项用于补偿锅炉滑压的蓄热量变化， C3.(PTSP-PT)′+ C4.(PTSP-PT)项解决了传统DEB协调控制中压力控制较慢且精度较低问题。

本发明实施的平台为超临界火电机组的主控制系统，包括DCS、FCS、PLC等平台，实施方式包括下列步骤：

（1）针对主控系统的具体型号进行控制功能组态及试验；

（2）在机组运行时进行控制功能的调试与投用；

（3）进行机组的煤质、锅炉与汽机的扰动试验；

（4）进行机组的负荷变动与自动发电控制试验。

Claims (1)

1. 快速自适应燃煤热值变化的超临界机组机炉协调控制方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

由汽机调节级压力、汽水分离器压力、给煤量、机组负荷参数综合快速计算出代表燃煤热值变化的参量；通过计算锅炉热量信号与煤量惯性环节、延时后的比值，经滤波后来快速代表燃煤热值参量，如式（1）：

)                      （1）

式（1）中，HR—热量信号，MW；

M—给煤量，t/h；

—滤波模块；

LEADLAG—惯性环节模块；

τ—滞后时间，s；

R—燃煤热值参量；

热量信号用常规的算法如式（2）：

                                   （2）

式（2）中，C _b—锅炉蓄热系数，MW﹒s/MPa；

         P_D＇—锅炉汽水分离器压力变化率，MPa/s；

TEF—总能量流量，MW；用K1.P1来代表，P1为汽机调节级压力， K1为比例系数；

通过计算的燃煤热值进行燃料、协调等主要控制系统煤质自适应控制；

燃料调节被调量为热量信号，设定值为锅炉负荷指令，采用变参数调节，或变PID输入偏差增益等方式，实现煤质的自动校正，以保持闭环控制回路的特征函数不变，燃料调节的变P、I、D参数可以分别用式（3）、式（4）、式（5）来自动改变：

                                （3）

                                 （4）

                                 （5）

其中，K_P、T_I、T_D—分别为并联型PID调节器的比例系数、积分时间、微分时间；

       k1～k3—整定的控制参数；

       f(TEF)—随负荷变化的机组效率曲线；

       R—燃煤热值参量；

对于无PID变参数的控制系统，采用在PID外的偏差输入端乘以R0/R或者R0/R/ f(TEF)实现燃料的煤质校正，R0为设计煤种下的燃煤热值参量；

通过锅炉负荷指令核心控制策略，形成完善的超临界机组机炉协调控制方法；

协调控制方案，锅炉指令NRGD为： 

 （6）

式（6）中，WT=TEF.PTSP/PT，C1、C2、C3、C4为系数，UNITD为机组当前负荷指令， PT为机前压力，PTSP为机前压力设定值，PTSP′为机前压力变化率；式6中：WT项是主量，燃料调节使锅炉热量信号HR与汽机负荷TEF稳态时一致，就保证了机前压力与设定值一致；C1. UNITD′项用于机组变负荷中补偿锅炉负荷对燃料的滞后及燃料调节斜坡变化时的稳态偏差；C2.PTSP′项用于补偿锅炉滑压的蓄热量变化， C3.(PTSP-PT)′+ C4.(PTSP-PT)项解决了传统DEB协调控制中压力控制较慢且精度较低问题。

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