CN111810984A - 一次风机适配汽轮机增容改造的优化控制方法 - Google Patents

Abstract

一次风机适配汽轮机增容改造的优化控制方法，涉及火电机组节能技术领域。本发明是为了解决风机运行状态较大偏离最优空间的问题。本发明在火电机组的一次风系统中，获得变频状态下过量空气系数与一次风机变频转速之间的对应关系，然后将该对应关系输入到一次风机的控制系统中，利用过量空气系数调整一次风机的出力；在磨煤机转速中串联延迟，然后将延迟后的磨煤机转速作为前馈信号输入到一次风机的控制系统中，调整一次风机的出力与燃料的比例。本发明适用于对一次风机适配汽轮机进行增容改造。

Description

一次风机适配汽轮机增容改造的优化控制方法

技术领域

本发明属于火电机组节能技术领域。

背景技术

电力工业市场化改革极大的推进了我国电力事业的发展，截止到2020年3月，全国在33个省建立省级电力交易中心，在北京、广州2个区域建立了区域交易中心；与此同时，2019年12月，国资委发文，启动由5家能源央企牵头，在5个省进行煤电资源整合；此外，随着弃风弃光问题的逐步解决，新能源利用率逐年稳步提升。

在上述背景下，不仅提高了传统火电机组间的竞争压力，而且压缩了整个火电机组生存空间。所以，为提高火电机组发电量的计划指标，同时降低煤耗提高经济性，全国各地普遍开展针对燃煤火电机组的增容改造项目。此项目虽然提高了机组发电能力，但在此过程中，对主要辅机缺乏系统和针对性的优化研究，尤其是一次风机，其容量大、能耗高，占据了全厂0.5％的厂用电，所以开展对其改造后的优化研究十分必要。

现有火电机组的一次风系统，以现有300MW及600MW设计机组为例，主要存在以下几方面问题：

(1)一次风机设计的流量裕度、电流裕度过高，很多情况下流量裕度都超过了40％，电流裕度超过30％，以至于在机组满负荷运行甚至通流改造后一次风挡板开度仍在70％以下，这不仅造成了浪费给整个风烟系统带来负担，而且长时间的风压超限将对空预器、风道等的密封带来不利影响；

(2)为解决上述问题往往通过变频改造，但在此常规控制中其主要存在的问题是，改造后一次风机的流量、风压控制仍采取直接与机组负荷成一次方关系变化来处理，即负荷改变的信号直接作用于一次风机变频器的转速调整，而不是利用过量空气系数去修正，从而带来过度的富氧或欠氧燃烧；同时也未将机组的燃料量与一次风机直接匹配，仅仅将信号进行跟踪，而燃料的调整具有较大滞后性，给粉机转速(中储式)提高或者磨煤机转速提高、台数增加(直吹式)并不意味着立即需要进行大幅的风量调整，所以一次风机实际运行的调整中总存在加减负荷或启停磨煤机时一次风对炉膛扰动过大的问题。

(3)针对300MW、600MW机组的通流改造后，一次风机的准确阻力特性无法直接获取，由此带来的问题就是关联一次风压的许多参数都是按一般规律估算，使得风机运行状态较大偏离最优空间。对过量空气系数、送风机、引风机等造成不良影响，甚至会降低整个燃烧系统的效率。

发明内容

本发明是为了解决火电机组的一次风系统流量裕度和电流裕度过高、一次风机实际运行的调整中总存在加减负荷或启停磨煤机时一次风对炉膛扰动过大、以及关联一次风压的许多参数都是按一般规律估算，使得风机运行状态较大偏离最优空间的问题，现提供一次风机适配汽轮机增容改造的优化控制方法。

一次风机适配汽轮机增容改造的优化控制方法，包括以下步骤：

步骤一：

在火电机组的一次风系统中，获得一次风机变频运行状态下过量空气系数与一次风机变频转速之间的对应关系，然后将该对应关系输入到一次风机的控制系统中，实现利用过量空气系数调整一次风机的出力；

步骤二：

在磨煤机转速中串联延迟，然后将延迟后的磨煤机转速作为前馈信号输入到一次风机的控制系统中，调整一次风机的出力与燃料的比例。

进一步的，上述步骤一中，变频状态下过量空气系数与一次风机变频转速之间的对应关系如下：

σ＝T(q)n

其中，n为一次风机变频转速，σ为过量空气系数，T(q)为等风量q下、挡板开度与一次风机变频转速之间的对应函数，T(q)＝(a₀+a₁q+a₂q²+…a_mq^m)，a_m为第m级风量系数。

进一步的，上述变频状态下过量空气系数与一次风机变频转速之间的对应关系的获得方法为：

利用一次风机风量q、一次风机转速和转速对应的负荷换算出一次风机挡板开度x₂，

采用多元线性回归方法、利用SPSS软件获得一次送风机开度x₁、一次风机挡板开度x₂与过量空气系数σ的关系：

σ＝k+k₁x₁+k₂x₂ 公式1

其中，k为SPSS软件生成的关系式系数，k₁和k₂分别为SPSS软件生成的x₁和x₂的系数；

对上式进行简化，获得一次风机挡板开度x₂与过量空气系数σ的关系：

σ＝k+(1+λ)k₂x₂ 公式2

其中，λ＝k₁x₁/k₂x₂；

对公式2进行逆向计算，以风量q为中间量获得挡板开度与一次风机变频转速之间的对应函数T(q)：

T(q)＝(a₀+a₁q+a₂q²+…a_mq^m)

从而获得变频状态下过量空气系数与一次风机变频转速之间的对应关系：

σ＝T(q)n。

进一步的，上述步骤二中，在磨煤机转速中串联延迟的具体方法为：

S11：判断t时段前后燃料的热值是否出现变化，是则执行S12，否则执行S13，所述t为6min～30min；

S12：计算理论燃煤值，然后执行S14；

S13：计算t时段内的实际煤耗值K₀，然后执行S15；

S14：根据t时段前后燃料的热值变化量换算理论煤耗值K₁，然后执行S15；

S15：根据下式计算预测耗煤量Δm：

Δm＝ΔN×K

其中，ΔN为火电机组负荷变化量，K为K₀或K₁；

S16：根据预测耗煤量Δm计算磨煤机出力变化量；

S17：根据磨煤机出力变化量计算磨煤机转速变化量；

S18：将磨煤机转速变化量作为延迟串联到磨煤机转速中。

在步骤二之后，建立辅机出力特性的模型，利用该模型对优化控制后的火电机组中的工况进行验证。

本发明所述的一次风机适配汽轮机增容改造的优化控制方法，能够提高汽轮机增容改造工作的效率及可靠性，进一步从整体上改善火电机组的安全性、经济性及调节性能。使得风机运行状态达到最优。

附图说明

图1是一次风机适配汽轮机增容改造的优化控制方法的流程图；

图2是步骤一中数据处理流程图；

图3是步骤二中磨煤机转速中串联延迟的流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1、图2和图3具体说明本实施方式，本实施方式所述的一次风机适配汽轮机增容改造的优化控制方法，包括以下步骤：

步骤一：

在火电机组的一次风系统中，获得一次风机在变频运行状态下过量空气系数与一次风机变频转速之间的对应关系：

σ＝T(q)n

其中，n为一次风机变频转速，σ为过量空气系数，T(q)为等风量q下、挡板开度与一次风机变频转速之间的对应函数，T(q)＝(a₀+a₁q+a₂q²+…a_mq^m)，a_m为第m级风量系数。

上述变频状态下过量空气系数与一次风机变频转速之间的对应关系的获得方法为：

S1：利用一次风机风量q、一次风机转速和转速对应的负荷换算出一次风机挡板开度x₂，

S2：采用多元线性回归方法、利用SPSS软件获得一次送风机开度x₁、一次风机挡板开度x₂与过量空气系数σ的关系：

σ＝k+k₁x₁+k₂x₂ 公式1

其中，k为SPSS软件生成的关系式系数，k₁和k₂分别为SPSS软件生成的x₁和x₂的系数；

S3：对上式进行简化，获得一次风机挡板开度x₂与过量空气系数σ的关系：

σ＝k+(1+λ)k₂x₂ 公式2

其中，λ＝k₁x₁/k₂x₂是动态常系数，随着SPSS软件所处理样本而出现改变；

S4：对公式2进行逆向计算，以风量q为中间量获得挡板开度与一次风机变频转速之间的对应函数T(q)：

T(q)＝(a₀+a₁q+a₂q²+…a_mq^m)

S5：而获得变频状态下过量空气系数与一次风机变频转速之间的对应关系：

σ＝T(q)n。

然后将该对应关系输入到一次风机的控制系统中，利用过量空气系数调整一次风机的出力。

步骤二：根据以下步骤在磨煤机转速中串联延迟：

S11：判断t时段前后燃料的热值是否出现变化，是则执行S12，否则执行S13，所述t为6min～30min；

S12：计算理论燃煤值，然后执行S14；

S13：计算t时段内的实际煤耗值K₀，然后执行S15；

S14：根据t时段前后燃料的热值变化量换算理论煤耗值K₁，然后执行S15；

S15：根据下式计算预测耗煤量Δm：

Δm＝ΔN×K

其中，ΔN为火电机组负荷变化量，K为K₀或K₁；

S16：根据预测耗煤量Δm计算磨煤机出力变化量；

S17：根据磨煤机出力变化量计算磨煤机转速变化量；

S18：将磨煤机转速变化量作为延迟串联到磨煤机转速中。

然后将延迟后的磨煤机转速作为前馈信号输入到一次风机的控制系统中，调整一次风机的出力与燃料的比例。

步骤三：建立辅机出力特性的模型，利用该模型对优化控制后的火电机组中的工况进行验证。具体的：

(1)“重建百分比刻度”的实施(以600MW机组为例)主要是将600MW的工况下每个工况点的一次风机调整刻度重新按照660MW进行划分，结合控制系统的优化，在此大原则的基础上进行标定；

(2)校正程序的建立原则是，“满足工况”、“不超指标”、“3％浮动率”，其所谓“满足工况”是指，在此负荷点下，一次风机的出力能满足运行工况；“不超指标”指的是风机自身运行参数(轴承温度、冷却水温、轴承振动值等)不超，否则可通过增加频率、减小频率等操作，或调整系统自身运行，比如加大冷却水开度，或者增加板冷器等油流压力及速度，如果确实满足不了的，可以进行系统升级改造。

本实施方式步骤一中获得特定工况下过量空气系数与一次风机变频转速的关系；此处通过将不同负荷下的磨煤机组合改变(给粉机组合)、煤种变化关联到过量空气系数的变化，使转速调整更具针对性，使得当采用直接高压变频调速系统,进行变频改造后，在其自动调节电机转速与负荷匹配的功能基础上，通过过量空气系数进一步修正变频运行工况下一次风机出力。

步骤二将磨煤机转速(给粉机转速)串联一定延迟后作为前馈加入一次风机控制系统，弥补风粉增减不一致的问题。

步骤三针对增容改造后的机组，采用机理与数据相融合的方法建立辅机出力特性的模型，以原有历史数据为基本参照，重新建立负荷与一次风机出力的逻辑。

Claims (5)

1.一次风机适配汽轮机增容改造的优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：

在火电机组的一次风系统中，获得一次风机在变频运行状态下过量空气系数与一次风机变频转速之间的对应关系，然后将该对应关系输入到一次风机的控制系统中，实现利用过量空气系数调整一次风机的出力；

步骤二：

在磨煤机转速中串联延迟，然后将延迟后的磨煤机转速作为前馈信号输入到一次风机的控制系统中，调整一次风机的出力与燃料的比例。

2.根据权利要求1所述的一次风机适配汽轮机增容改造的优化控制方法，其特征在于，步骤一中，变频状态下过量空气系数与一次风机变频转速之间的对应关系如下：

σ＝T(q)n

其中，n为一次风机变频转速，σ为过量空气系数，T(q)为等风量q下、挡板开度与一次风机变频转速之间的对应函数，T(q)＝(a₀+a₁q+a₂q²+…a_mq^m)，a_m为第m级风量系数。

3.根据权利要求2所述的一次风机适配汽轮机增容改造的优化控制方法，其特征在于，变频状态下过量空气系数与一次风机变频转速之间的对应关系的获得方法为：

利用一次风机风量q、一次风机转速和转速对应的负荷换算出一次风机挡板开度x₂，

采用多元线性回归方法、利用SPSS软件获得一次送风机开度x₁、一次风机挡板开度x₂与过量空气系数σ的关系：

σ＝k+k₁x₁+k₂x₂ 公式1

其中，k为SPSS软件生成的关系式系数，k₁和k₂分别为SPSS软件生成的x₁和x₂的系数；

对上式进行简化，获得一次风机挡板开度x₂与过量空气系数σ的关系：

σ＝k+(1+λ)k₂x₂ 公式2

其中，λ＝k₁x₁/k₂x₂；

对公式2进行逆向计算，以风量q为中间量获得挡板开度与一次风机变频转速之间的对应函数T(q)：

T(q)＝(a₀+a₁q+a₂q²+…a_mq^m)

从而获得变频状态下过量空气系数与一次风机变频转速之间的对应关系：

σ＝T(q)n。

4.根据权利要求1所述的一次风机适配汽轮机增容改造的优化控制方法，其特征在于，步骤二中，在磨煤机转速中串联延迟的具体方法为：

S11：判断t时段前后燃料的热值是否出现变化，是则执行S12，否则执行S13，所述t为6min～30min；

S12：计算理论燃煤值，然后执行S14；

S13：计算t时段内的实际煤耗值K₀，然后执行S15；

S14：根据t时段前后燃料的热值变化量换算理论煤耗值K₁，然后执行S15；

S15：根据下式计算预测耗煤量Δm：

Δm＝ΔN×K

其中，ΔN为火电机组负荷变化量，K为K₀或K₁；

S16：根据预测耗煤量Δm计算磨煤机出力变化量；

S17：根据磨煤机出力变化量计算磨煤机转速变化量；

S18：将磨煤机转速变化量作为延迟串联到磨煤机转速中。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的一次风机适配汽轮机增容改造的优化控制方法，其特征在于，在步骤二之后，建立辅机出力特性的模型，利用该模型对优化控制后的火电机组中的工况进行验证。

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