一种提高锅炉负荷响应速率的调节方法与流程

本发明属于锅炉负荷控制技术领域，具体地说一种提高锅炉负荷响应速率的调节方法。

背景技术：

在锅炉运行中，入磨煤量、出磨粉量、入炉燃料量之间的关系如图1所示。燃料主控产生燃料量指令控制进入磨煤机煤量（简称入磨煤量），磨煤机对入磨原煤进行研磨后输出煤粉，磨煤机输出的煤粉量（简称出磨粉量）才是最终的入炉燃料量。磨煤机出口动态分离器用于调节煤粉细度，同时也影响出磨粉量：入磨煤量不变时，转速越高，煤粉越细，出磨粉量越低；入磨煤量不变时，转速越低，煤粉越粗，出磨粉量越大。对于稳定的入磨煤量，当磨煤机出口动态分离器转速保持稳定时，出磨粉量与入磨煤量相等；在磨煤机出口动态分离器转速提高过程中，出磨粉量小于入磨煤量；在磨煤机出口动态分离器转速降低的过程中，出磨粉量大于入磨煤量。

在机组负荷稳定的静态工况下，机组负荷与入磨煤量一一对应，当时的入磨煤量即为该负荷对应的稳态煤量，稳态煤量与机组负荷的关系曲线称为基本煤线，按照基本煤线控制入磨煤量即可保证入炉燃料量满足稳态负荷要求。在机组负荷变化的动态工况下，情况则与静态工况不同。在变负荷工况下，如果仍然按照基本煤线送入与机组功率指令对应的稳态煤量，锅炉系统经过一段时间调节，最终总会达到目标负荷；但是由于锅炉系统热惯性大，从燃料燃烧、汽水吸热、产出蒸汽到蒸汽参数达标的过程较为缓慢，锅炉系统对目标负荷的响应时间往往较长。因此，变负荷工况中应供煤量必须具有前馈量，应供煤量由稳态煤量和动态煤量前馈叠加组成，以提高锅炉响应速度，使锅炉系统和汽机系统的动作协调一致。

以机组减负荷工况为例，图2中示意了基本煤线（曲线2）和煤量前馈（曲线3）随机组功率指令（曲线1）的变化，图3示意了应供煤量（曲线4）随机组功率指令（曲线1）的变化，应供煤量由基本煤线和煤量前馈叠加而成。

煤量前馈虽然提高了锅炉系统的响应速率，但也带来一些问题。在机组减负荷时，入磨煤量减少，而煤量前馈使原本较低的入磨煤量进一步降低，可能导致分配至单台磨煤机的入磨煤量低于该磨煤机的最小出力；在机组加负荷时，入磨煤量增大，而煤量前馈使原本较大的入磨煤量进一步增大，可能导致分配至单台磨煤机的入磨煤量高于磨煤机的最大出力。随着燃煤发电机组辅助调峰要求加强，燃煤机组自动负荷调节范围扩大，煤量前馈导致磨煤机出力过低或过高的几率更高。如图3所示，机组减负荷过程中应供煤量的最低点xmin过低时，可能导致分配至单台磨煤机的入磨煤量低于该磨煤机的最小出力。如图4所示，机组减负荷过程中应供煤量的最高点xmax过高时，可能导致分配至单台磨煤机的入磨煤量大于该磨煤机的最大出力。

当煤量前馈使磨煤机出力过低时，停运一台磨煤机是常用的操作方法；问题在于，低负荷工况下停运一台磨煤机可能使机组仅剩单磨运行，机组可靠性大大降低。当煤量前馈使磨煤机出力过高时，开启新一台磨煤机是常用的操作方法；问题在于，开启磨煤机前需进行现场检查，这将影响机组升负荷速率，使机组负荷响应速率达不到电网调度要求。

因此，在变负荷工况中，当应供煤量超出入磨煤量可调范围时，如何保证进入炉膛燃烧的实时煤粉量满足机组变负荷速率要求，是提高锅炉负荷响应速率应解决的问题。

技术实现要素：

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种提高锅炉负荷响应速率的调节方法，其通过入磨煤量和出磨粉量的联合调节，使整个变负荷过程中的实时煤量相对于稳态煤量始终具有足够大的煤量前馈，以提高锅炉负荷响应速率。

本发明采用如下的技术方案：一种提高锅炉负荷响应速率的调节方法，其预先确定变负荷工况的应供煤量范围、入磨煤量限值和出磨粉量限值；以入磨煤量限值为界线将应供煤量划分为前期和后期；在入磨煤量限值范围内，调节入磨煤量，以满足应供煤量前期对煤量前馈的要求；在入磨煤量限值范围外、出磨粉量限值范围内，保持入磨煤量不变，通过磨煤机出口动态分离器转速的偏置调节，使出磨粉量满足应供煤量后期对煤量前馈的要求。

本发明通过入磨煤量和出磨粉量的联合调节，使整个变负荷过程中的实时煤量相对于稳态煤量始终具有足够大的煤量前馈，从而提高锅炉负荷响应速率。

作为上述调节方法的补充，通过试验确定不同入磨煤量所对应的出磨粉量限值范围，出磨粉量限值包括出磨粉量下限和出磨粉量上限，不同入磨煤量工况下的试验方法相同；某一入磨煤量下的出磨粉量限值范围的确定方法是：保持入磨煤量不变，调整动态分离器转速至最大转速，测量磨煤机出口煤粉量，得到出磨粉量下限；保持入磨煤量不变，调整动态分离器转速至最小转速，测量磨煤机出口煤粉量，得到出磨粉量上限。

作为上述调节方法的补充，根据当前制粉系统中磨煤机启动台数设定入磨煤量限值，入磨煤量限值分为入磨煤量下限和入磨煤量上限，入磨煤量下限等于磨煤机启动台数和单台磨煤机最低出力的乘积，入磨煤量上限等于磨煤机启动台数和单台磨煤机最大出力的乘积。

作为上述调节方法的补充，在停机期间，通过建模分别确定变负荷幅度为10mw时煤量前馈的最大值i1、变负荷幅度为20mw时煤量前馈的最大值i2、变负荷幅度为30mw时煤量前馈的最大值i3、变负荷幅度为40mw时煤量前馈的最大值i4、变负荷幅度为50mw时煤量前馈的最大值i5，变负荷幅度大于50mw时煤量前馈的最大值等于i5。

作为上述调节方法的补充，根据变负荷幅度获得煤量前馈最大值。

作为上述调节方法的补充，所述的应供煤量由稳态煤量和煤量前馈叠加组成，减负荷工况中应供煤量最小值等于目标负荷对应的稳态煤量减去煤量前馈最大值，升负荷工况中应供煤量最大值等于目标负荷对应的稳态煤量加上煤量前馈最大值。

作为上述调节方法的补充，根据基本煤线获得目标负荷对应的稳态煤量。

作为上述调节方法的补充，在锅炉减负荷工况中，将目标负荷对应的稳态煤量减去煤量前馈最大值获得应供煤量最小值，当预测到应供煤量最小值将小于入磨煤量下限且大于出磨粉量下限时，按以下步骤调节：a）将入磨煤量减至目标负荷对应的稳态煤量；b）继续降低入磨煤量至入磨煤量下限；c）保持入磨煤量不变，提高磨煤机出口动态分离器转速，使出磨粉量在机组功率指令到位时刚好降低至应供煤量最小值；d）降低磨煤机出口动态分离器转速，使出磨粉量回调至入磨煤量下限；e）调节入磨煤量，使入磨煤量和出磨粉量均复归至目标负荷对应的稳态煤量。

作为上述调节方法的补充，在锅炉升负荷工况中，将目标负荷对应的稳态煤量加上煤量前馈最大值获得应供煤量最大值，将应供煤量最大值与入磨煤量上限比较，当预测到应供煤量最大值将大于入磨煤量上限时，按以下步骤调节：a）将入磨煤量增至目标负荷对应的稳态煤量；b）继续增加入磨煤量至入磨煤量上限；c）保持入磨煤量不变，降低磨煤机出口动态分离器转速，使出磨粉量在机组功率指令到位时刚好增加至应供煤量最大值；d）提高磨煤机出口动态分离器转速，使出磨粉量回调至入磨煤量上限；e）调节入磨煤量，使入磨煤量和出磨粉量均复归至目标负荷对应的稳态煤量。

作为上述调节方法的补充，所述的出磨粉量，通过在磨煤机出口煤粉管道上安装煤粉质量流量在线监测装置实时获取。

本发明具有以下有益效果：入磨煤量被限制在一定的限值范围内，使入磨煤量不会超出单台磨煤机的出力范围，避免引起磨煤机出力过高或过低问题；在入磨煤量不变情况下，通过磨煤机出口分离器转速的偏置调节，使出磨粉量的调节范围大于入磨粉量的调节范围；入磨煤量能够满足应供煤量前期要求，出磨粉量能够满足应供煤量后期要求，使实时煤量相对于稳态煤量始终具有足够大的煤量前馈，避免因煤量前馈不足导致锅炉负荷调整时间过长，从而有效提高了锅炉负荷响应速率。

附图说明

图1是本发明背景技术中涉及入磨煤量、出磨粉量、入炉燃料量之间的关系图；

图2是本发明背景技术中涉及减负荷工况中基本煤线和煤量前馈随机组功率指令的变化图；

图3是本发明背景技术中涉及减负荷工况中实时煤量随机组功率指令的变化图；

图4是本发明背景技术中涉及升负荷工况中实时煤量随机组功率指令的变化图；

图5是本发明应用例1中某600mw燃煤发电机组减负荷工况中锅炉负荷响应过程图；其中图5.a是煤量前馈不足的情况，图5.b是利用磨煤机出口动态分离器增大煤量前馈的情况；

图6是本发明应用例2中某600mw燃煤发电机组升负荷工况中锅炉负荷响应过程图；其中图6.a是煤量前馈不足的情况，图6.b是利用磨煤机出口动态分离器增大煤量前馈的情况；

图中，曲线1是机组功率指令，曲线2是基本煤线，曲线3是煤量前馈，曲线4是应供煤量，曲线5是入磨煤量，曲线6是出磨粉量，曲线7是锅炉负荷响应曲线。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

实施例

本实施例提供一种提高锅炉负荷响应速率的调节方法，其预先确定变负荷工况的应供煤量范围、入磨煤量限值和出磨粉量限值；以入磨煤量限值为界线将应供煤量划分为前期和后期；在入磨煤量限值范围内，调节入磨煤量，以满足应供煤量前期对煤量前馈的要求；在入磨煤量限值范围外、出磨粉量限值范围内，保持入磨煤量不变，通过磨煤机出口动态分离器转速的偏置调节，使出磨粉量满足应供煤量后期对煤量前馈的要求。通过入磨煤量和出磨粉量的联合调节，使整个变负荷过程中的实时煤量相对于稳态煤量始终具有足够大的煤量前馈，从而提高锅炉负荷响应速率。

通过试验确定不同入磨煤量所对应的出磨粉量限值范围，出磨粉量限值包括出磨粉量下限和出磨粉量上限，不同入磨煤量工况下的试验方法相同；某一入磨煤量下的出磨粉量限值范围的确定方法是：保持入磨煤量不变，调整动态分离器转速至最大转速，测量磨煤机出口煤粉量，得到出磨粉量下限；保持入磨煤量不变，调整动态分离器转速至最小转速，测量磨煤机出口煤粉量，得到出磨粉量上限。

根据当前制粉系统中磨煤机启动台数设定入磨煤量限值，入磨煤量限值分为入磨煤量下限和入磨煤量上限，入磨煤量下限等于磨煤机启动台数和单台磨煤机最低出力的乘积，入磨煤量上限等于磨煤机启动台数和单台磨煤机最大出力的乘积。

在停机期间，通过建模分别确定变负荷幅度为10mw时煤量前馈的最大值i1、变负荷幅度为20mw时煤量前馈的最大值i2、变负荷幅度为30mw时煤量前馈的最大值i3、变负荷幅度为40mw时煤量前馈的最大值i4、变负荷幅度为50mw时煤量前馈的最大值i5，变负荷幅度大于50mw时煤量前馈的最大值等于i5。根据变负荷幅度获得煤量前馈最大值。

所述的应供煤量由稳态煤量和煤量前馈叠加组成，减负荷工况中应供煤量最小值等于目标负荷对应的稳态煤量减去煤量前馈最大值，升负荷工况中应供煤量最大值等于目标负荷对应的稳态煤量加上煤量前馈最大值。根据基本煤线获得目标负荷对应的稳态煤量。

所述的出磨粉量，通过在磨煤机出口煤粉管道上安装煤粉质量流量在线监测装置实时获取。

在锅炉减负荷工况中，将目标负荷对应的稳态煤量减去煤量前馈最大值获得应供煤量最小值，当预测到应供煤量最小值将小于入磨煤量下限且大于出磨粉量下限时，按以下步骤调节：a）将入磨煤量减至目标负荷对应的稳态煤量；b）继续降低入磨煤量至入磨煤量下限；c）保持入磨煤量不变，提高磨煤机出口动态分离器转速，使出磨粉量在机组功率指令到位时刚好降低至应供煤量最小值；d）降低磨煤机出口动态分离器转速，使出磨粉量回调至入磨煤量下限；e）调节入磨煤量，使入磨煤量和出磨粉量均复归至目标负荷对应的稳态煤量。

在锅炉升负荷工况中，将目标负荷对应的稳态煤量加上煤量前馈最大值获得应供煤量最大值，将应供煤量最大值与入磨煤量上限比较，当预测到应供煤量最大值将大于入磨煤量上限时，按以下步骤调节：a）将入磨煤量增至目标负荷对应的稳态煤量；b）继续增加入磨煤量至入磨煤量上限；c）保持入磨煤量不变，降低磨煤机出口动态分离器转速，使出磨粉量在机组功率指令到位时刚好增加至应供煤量最大值；d）提高磨煤机出口动态分离器转速，使出磨粉量回调至入磨煤量上限；e）调节入磨煤量，使入磨煤量和出磨粉量均复归至目标负荷对应的稳态煤量。

应用例1

以某600mw燃煤发电机组减负荷过程为例。机组初始负荷是300mw，锅炉的目标负荷是240mw，变负荷幅度为60mw，目标负荷所对应的稳态煤量为90t/h。当前磨煤机启动台数为3台，单台磨煤机最小出力为25t/h，单台磨煤机的最大出力是60t/h，当前制粉系统的正常出力范围是75t/h-180t/h，所以设定入磨煤量下限为75t/h。

图5.a是减负荷工况中煤量前馈不足情况下锅炉负荷响应过程。机组功率指令（曲线1）从t1时刻到t4时刻按设定速率递减。入磨煤量随功率指令逐渐降低，并在t3时刻降低至入磨煤量下限，之后保持在其下限值不变。入磨煤量不再继续下降，是为了避免磨煤机出力过低。入磨煤量无法降低使煤量前馈的大小无法满足变负荷幅度和速率的要求，由入磨煤量产生的负荷响应（曲线7）的下降速率在t3时刻之后开始变缓，经历长时间调整后，在t6时刻才达到目标负荷。在锅炉负荷响应过程中，出磨粉量与入磨煤量近似相等，所以曲线6与曲线5近似重合。

图5.b是减负荷工况中利用磨煤机出口动态分离器增大煤量前馈情况下锅炉负荷响应过程。机组功率指令（曲线1）从t1时刻到t4时刻按设定速率递减。入磨煤量（曲线5）降低至目标负荷对应的稳态煤量后继续下降，并在t3时刻降低至入磨煤量下限，随后入磨煤量保持不变。为了使锅炉负荷继续下降且下降速率保持不变，从t3时刻起，逐步提高磨煤机出口动态分离器转速，使出磨粉量（曲线6）偏离入磨煤量而继续降低，且在机组功率指令达到目标负荷时刚好降低至应供煤量最小值。接着，逐步降低磨煤机出口动态分离器转速，使出磨粉量增大至入磨煤量下限值。入磨煤量与出磨粉量达到平衡后，调节入磨煤量，使入磨煤量和出磨粉量均复归至目标负荷对应的稳态煤量，使锅炉系统从动态变负荷过程向静态稳定过程转变。通过磨煤机出口动态分离器转速调节，使入磨煤量和出磨粉量分别满足应供煤量不同时段的要求，由入磨煤量和出磨粉量共同产生的锅炉负荷响应（曲线7）紧跟机组功率指令，在t4时刻达到目标负荷。

对比图5.a和图5.b可见，在减负荷工况中，利用磨煤机出口动态分离器增大煤量前馈，能使锅炉负荷响应时间从t6提前到t4，有效提高锅炉负荷响应速率。

应用例2

以某600mw燃煤发电机组升负荷过程为例。机组初始负荷是240mw，锅炉的目标负荷是300mw，目标负荷所对应的目标煤量为110t/h。当前磨煤机启动台数为2台，单台磨煤机最小出力为25t/h，单台磨煤机的最大出力是60t/h，当前制粉系统的正常出力范围是50t/h-120t/h，所以设定入磨煤量上限为120t/h。

图6.a为升负荷工况中煤量前馈不足情况下锅炉负荷响应过程。机组功率指令（曲线1）从t1时刻到t4时刻按设定速率递增。入磨煤量随功率指令逐渐增大，并在t3时刻增大至入磨煤量上限，之后保持在其上限值不变。入磨煤量不再继续增加，是为了避免磨煤机出力过高。入磨煤量无法增大使煤量前馈的大小无法满足变负荷幅度和速率的要求，由入磨煤量产生的负荷响应（曲线7）的上升速率在t3时刻之后开始变缓，经历长时间调整后，在t6时刻才达到目标负荷。在锅炉负荷响应过程中，出磨粉量与入磨煤量近似相等，所以曲线6与曲线5近似重合。

图6.b是升负荷工况中利用磨煤机出口动态分离器增大煤量前馈情况下锅炉负荷响应过程。机组功率指令（曲线1）从t1时刻到t4时刻按设定速率递增。入磨煤量（曲线5）增大至目标负荷对应的稳态煤量后继续增加，并在t3时刻增大至入磨煤量上限，随后入磨煤量保持不变。为了使锅炉负荷继续上升且上升速率保持不变，从t3时刻起，逐步降低磨煤机出口动态分离器转速，使出磨粉量（曲线6）偏离入磨煤量而继续增大，且在机组功率指令达到目标负荷时刚好增大至应供煤量最大值。接着，逐步提高磨煤机出口动态分离器转速，使出磨粉量降低至入磨煤量上限值。入磨煤量与出磨粉量达到平衡后，调节入磨煤量，使入磨煤量和出磨粉量均复归至目标负荷对应的稳态煤量，使锅炉系统从动态变负荷过程向静态稳定过程转变。通过磨煤机出口动态分离器转速调节，使入磨煤量和出磨粉量分别满足应供煤量不同时段的要求，由入磨煤量和出磨粉量共同产生的锅炉负荷响应（曲线7）紧跟机组功率指令，在t4时刻达到目标负荷。

对比图6.a和图6.b可见，在升负荷工况中，利用磨煤机出口动态分离器增大煤量前馈，能使锅炉负荷响应时间从t6提前到t4，有效提高锅炉负荷响应速率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明的保护范围内。