分仓配煤火电机组给煤量优化分配控制方法与流程

本发明涉及一种用于分仓配煤火电机组的给煤量优化分配方法，属于发电技术领域。

背景技术：

煤炭市场发热量高的煤价格明显偏高，发热量22MJ/kg的优质煤比发热量15MJ/kg的劣质煤价格高2~3倍。燃煤成本占火电机组整体运行成本的70%以上，在满足火电机组锅炉安全稳定运行的基本条件下，掺烧低发热量劣质煤能够有效降低火电企业的燃料成本，提高其盈利水平。另外由于劣质煤用途单一、存放使用污染环境，火电机组优先燃用劣质煤也符合国家经济、环保政策。

火电机组锅炉针对特定煤种设计，当煤质发生重大变化时，可能导致锅炉截面热负荷变化、炉膛及烟道高温受热面结焦、排烟温度异常、制粉系统出力不足等问题。因此火电机组掺烧劣质煤时，需要经过严格的试验测试，确定掺烧煤性质和配煤比例。当前火力发电厂主要采用煤场配煤和分仓配煤两种配煤方式。煤场配煤是将各个煤种在煤场内掺混均匀后再送至各煤仓、磨煤机，锅炉各燃烧器燃用煤种相同；分仓配煤是通过调整输煤皮带运行方式，将不同煤种配送至不同煤仓、磨煤机，锅炉各燃烧器所燃用煤种不相同。相对于煤场配煤，分仓配煤不需要增加现场设备，有利于发挥各煤种优点组织炉内燃烧过程，运行方式更加灵活，但对锅炉给煤量控制也提出了更高要求。

绝大部分大容量火电机组采用正压直吹式中速磨制粉系统多台磨煤机并列运行方式。磨煤机存在最小出力和最大出力限制，给煤量过小时磨煤机磨盘和磨辊直接碰撞易导致磨剧烈振动；给煤量过大时一次风难以将磨内煤粉吹出，易导致堵塞故障。典型600MW机组发电负荷在50%~100%范围内变化时，可能运行3、4、5、6台磨煤机。机组负荷越高、煤可磨性越差，运行磨煤机台数越多。

目前火电机组给煤量控制采用等比例跟随控制系统，能够实现以下功能：（1）采用闭环控制保证总给煤量反馈快速跟随给煤量指令；（2）运行人员可设置某台磨煤机的给煤量偏置值，在保证总给煤量不变的条件下调整某台磨煤机出力大小；（3）给煤量指令的变化量平均分配给各台投入自动的给煤机。

现有典型600MW机组的给煤量等比例跟随控制系统如图1所示，图1中，“SUM1-1～SUM1-6”为六个双路给煤量求和模块；“SUM3”为多路给煤量求和模块；“PID-1”为给煤量PID（比例、积分、微分）控制模块，“sp”为设定值输入端，“pv”为反馈值输入端；“A1～A6”为六个联接操作员画面的给煤量偏置值设定模块。

该控制系统的特点是：锅炉总给煤量指令信号和由各磨煤机实际给煤量信号求和后得到的总给煤量反馈信号进入给煤量PID控制模块，给煤量PID控制模块输出信号迭加由运行人员设置的给煤量偏置信号后形成各磨煤机给煤量自动指令信号。控制系统工作原理是：当锅炉总给煤量设定值变化时，给煤量PID控制模块输入不平衡产生相应控制输出信号，下达至各磨煤机给煤量指令侧，各磨煤机实际给煤量发生变化使总给煤量变化，最终使得总给煤量反馈值等于给煤量设定值；当运行人员修改某台磨煤机对应的给煤量指令偏置值时，此磨煤机给煤量指令变化，实际给煤量也随之发生变化并使得总给煤量变化，给煤量PID控制模块输入出现不平衡产生相应控制输出，调整所有磨煤机给煤量指令，最终使总给煤量反馈值等于给煤量设定值，系统达到新的平衡状态后，设置有偏置值的磨煤机给煤量与其它磨煤机给煤量相差偏置值。

通过设置偏置值，可调整各台磨煤机的基本出力。例如总给煤量200t/h，A、B、C、D共4台磨煤机投入自动状态运行，B磨煤机设置-12t/h的偏置，平衡后各磨煤机给煤量为：A磨53t/h，B磨41t/h，C磨53t/h，D磨53t/h。当总给煤量增加40t/h时，A、B、C、D磨都以相同的速率增加10t/h给煤量，稳定后各磨煤机给煤量为：A磨63t/h，B磨51t/h，C磨63t/h，D磨63t/h。

此控制系统经过长期应用已经非常成熟。但对分仓配煤而言，最大问题在于将给煤量指令的变化量平均分配给各台投入自动的给煤机。火电机组中广泛使用的中速磨煤机对煤可磨性变化非常敏感，当煤可磨性降低时，磨煤机出力会明显下降甚至发生堵塞故障。劣质煤灰份、水份含量大可磨性差，许多情况下劣质煤本身即为煤炭开采过程中洗选剩余的煤矸石、煤泥等，搀杂有大量石子、沙子等异物。大量运行经验表明，磨煤机及一次风粉管道堵塞往往发生在给煤量大幅变化过程中。例如当锅炉给煤量指令大幅增加时，各台磨煤机将平均分担给煤量的增量，送入优质煤的磨煤机不存在问题，但送入劣质煤的磨煤机却可能发生堵塞故障。另外，劣质煤的着火性能也非常差，给煤量大幅变化会导致相应燃烧器的煤粉流量大幅变化，影响燃烧稳定性。再次，当某台磨煤机存在磨盘、磨辊磨损出力下降等轻微故障时，给煤量大幅变化将导致磨运行状态迅速恶化而被迫停磨检修。

为避免以上情况，运行人员往往将送入劣质煤或工作状态不佳磨煤机对应的给煤机切为手动状态维持给煤量稳定，或者在其给煤量指令侧加负偏置。由此带来的问题分别是：切手动后此磨煤机将失去调节能力，给煤量指令变化的部分完全由其它磨煤机承担，导致其它磨煤机及燃烧器运行工况变差；机组给煤量增加时，负偏置磨煤机不会因给煤量过高而发生堵塞，但在给煤量减少时，却容易因给煤量过低而发生振动。

综上所述，实施分仓配煤时，现有的给煤量控制方法无法确保磨煤机和燃烧器稳定运行，目前急需一种可依据各磨煤机煤质分别设定不同给煤量增减速率及幅度的控制方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种分仓配煤火电机组给煤量优化分配控制方法，它可以依据各磨煤机煤质分别设定不同给煤量增减速率及幅度，保证磨煤机和燃烧器稳定运行。

本发明所述问题是以下述技术方案解决的：

一种分仓配煤火电机组给煤量优化分配控制方法，所述方法采用等比例跟随控制系统控制火电机组各个磨煤机的给煤量并在控制逻辑中各磨煤机给煤量指令处增加限速模块，每个限速模块的控制端设置一个限速偏置值设定模块，通过分别设定各个限速偏置值设定模块的输出值，使总给煤量变化时劣质煤给煤量指令的变化速率低于优质煤给煤量指令的变化速率。

上述分仓配煤火电机组给煤量优化分配控制方法，所述方法还设有速率平衡逻辑，所述速率平衡逻辑包括总给煤量限速值设定模块、速率平衡PID控制模块、多路速率求和模块和与各磨煤机一一对应的多个双路速率求和模块，所述速率平衡PID控制模块的设定值输入端接总给煤量限速值设定模块，反馈值输入端接多路速率求和模块的输出端；每个双路速率求和模块的一个输入端接对应磨煤机限速模块的限速偏置值设定模块，另一输入端接速率平衡PID控制模块的输出端，双路速率求和模块的输出端接对应磨煤机限速模块的输入端并与多路速率求和模块的一个输入端连接。

上述分仓配煤火电机组给煤量优化分配控制方法，所述等比例跟随控制系统包括多路给煤量求和模块、给煤量PID控制模块和与各磨煤机一一对应的多个双路给煤量求和模块和多个给煤量偏置值设定模块，所述多路给煤量求和模块的多个输入端分别接各磨煤机的实际给煤量信号，多路给煤量求和模块的输出端接给煤量PID控制模块的反馈值输入端；所述给煤量PID控制模块的设定值输入端接锅炉总给煤量指令信号；每个双路给煤量求和模块的一个输入端接给煤量PID控制模块的输出端，另一输入端接对应磨煤机的给煤量偏置值设定模块，双路给煤量求和模块的输出端为对应磨煤机提供给煤量指令。

本发明在传统给煤量控制逻辑中增加了限速模块，实现了各磨煤机给煤量的变化速率和变化幅度的单独控制，彻底解决了机组变负荷过程中劣质煤对应磨煤机、燃烧器因给煤量波动幅度大而出现磨煤机堵塞、磨煤机振动、燃烧器燃烧不稳定的问题，从而保证了分仓配煤火电机组的正常运行。

附图说明

图1是现有典型600MW机组给煤量控制系统；

图2是改进后典型600MW机组给煤量控制系统。

图中各标号表示为：SUM1-1～SUM1-6、第一双路给煤量求和模块～第六双路给煤量求和模块；SUM2-1～SUM2-6、第一双路速率求和模块～第六双路速率求和模块；SUM3、多路给煤量求和模块；SUM4、多路速率求和模块；A1～A6、第一给煤量偏置值设定模块～第六给煤量偏置值设定模块；B1～B6、第一限速偏置值设定模块～第六限速偏置值设定模块；C、总给煤量限速值设定模块；PID-1、给煤量PID控制模块；PID-2、速率平衡PID控制模块；V1<～V6<、第一限速模块～第六限速模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明针对实施分仓配煤火电机组现有控制系统不能依据煤质调配各磨煤机给煤量的问题，提出了一种给煤量优化分配控制方法。该方法以现有火电机组常规给煤量控制系统为基础，在每台磨煤机给煤量自动指令信号通道上，增加变化速率限制功能模块，并增加总给煤量变化速率平衡逻辑。运行人员可以单独设置各磨煤机给煤量变化速率限制的偏置值以及设置总给煤量变化速率限制值。实现劣质煤对应磨煤机给煤量低速率小幅度变化、优质煤对应磨煤机给煤量高速率大幅度变化的功能，有效减少了变负荷工况下各磨煤机和燃烧器工作状态不稳定的概率。

当给煤量变化时，实施分仓配煤的火电机组希望劣质煤对应磨煤机给煤量低速率、小幅度变化。自动控制中常用的变化速率限制模块（简称限速模块）功能是：当输入信号变化速率低于设定速率时，输出信号等于输入信号；当输入信号变化速率高于设定速率时，输出信号按照设定的变化速率跟随输入信号。在原控制逻辑中各磨煤机给煤量指令处增加限速模块，并将劣质煤给煤量指令变化速率设低，可实现总给煤量变化时劣质煤给煤量低速率、小幅度变化的功能。

例如总给煤量200t/h，A、B、C、D共4台磨煤机自动状态运行，B磨煤机设置-12t/h的偏置，B磨给煤量限速值为1(t/h)/s，其余磨给煤量限速值为3(t/h)/s。当总给煤量增加40t/h时，B磨给煤量增加速率为1(t/h)/s，其余磨为3(t/h)/s，稳定后各磨煤机给煤量为：A为65t/h，B为45t/h，C为65t/h，D为65t/h，给煤量B磨增加4t/h，其余磨增加12t/h。在各磨煤机给煤量指令处增加限速模块，可以改变总给煤量变化时各磨煤机给煤量的变化速率和变化幅度，并且两者成正比。

为了避免所有磨煤机给煤量指令限速值都设置过低导致总给煤量反馈不能快速跟随总给煤量指令的情况发生，还需要增加速率平衡逻辑。由运行人员设置总给煤量变化速率限制的设定值，所有投入自动磨煤机给煤量的变化速率限制值求和后为实际给煤量变化速率限制反馈值，分别引入PID控制器。同时，各磨煤机给煤量速率限制以偏置值的形式引入，与PID控制器输出相加后形成各磨煤机实际速率限制值。闭环控制可保证实际给煤量变化速率限制值等于设定值。例如，A、B、C、D共4台磨煤机自动状态运行，总给煤量限速的设定值为10(t/h)/s。B磨给煤量限速偏置值为-2(t/h)/s，则实际B磨给煤量限速值为1(t/h)/s，其余磨为3(t/h)/s，效果与前例相同。

下面以600MW机组6台磨煤机为例进行说明，如图2所示，虚线框内为在原给煤量控制逻辑基础上新增加逻辑。包括以下功能模块：总给煤量限速值设定模块C，由运行人员在操作员站画面上设置；速率平衡PID控制模块PID-2，接收C和SUM4的输出，保证实际给煤量限速值等于设定值；给煤机给煤量的限速偏置值设定模块B1～B6，由运行人员在操作员站画面上设置；双路速率求和模块SUM2-1～SUM2-6；限速模块V1<～V6<，接收双路速率求和模块SUM2-1～SUM2-6输出的数值，对原逻辑中给煤量自动指令进行限速处理；多路速率求和模块SUM4。其中限速偏置值设定模块、双路速率求和模块、限速模块共包含6路。

图2中，V1<～V6<为限速模块，功能是将纵向输入端的输入信号的变化速率限制在横向控制端设置速率的范围内。

实施步骤

（1）原控制逻辑确认。

实施本方案前需要对机组给煤量控制逻辑进行分析，确认其基本逻辑结构与如图1所示等比例跟随控制系统相同。只要符合将总给煤量指令等比例分配至各磨煤机给煤量指令这一基本特征，都可应用本控制方案。另外，不同控制逻辑中标幺化后的给煤量指令单位不同，有的为kg/s，有的为t/h，有的为机组额定给煤量的百分比等，计算限速值时需进行比例换算。

（2）控制逻辑组态。

对照图2，在机组DCS（分散控制系统）、PLC（可编程控制器）等现场控制装置中，以组态方式实现该控制逻辑，虚线框内为新增加逻辑。图2为配置6台磨煤机600MW机组的控制逻辑，配置不同数量磨煤机不同容量机组的组态方案与之相似，区别在于磨煤机给煤量指令通道数量不同而已。

现场组态中，限速模块可以由其它如惯性、低通滤波等模块替代，也能实现和本发明相同的功能，设计方法不变且都在此专利权利要求范围内。

（3）操作画面设计。

在机组DCS、PLC操作员站中对应设备的操作画面上，增加各磨煤机给煤量限速偏置值和总给煤量限速设定值的模拟量输入操作面板。实现由运行人员设置各磨煤机给煤量限速值和总给煤量限速值的功能。

本发明所述的控制逻辑无需调试，可直接使用。

本发明的优点

（1）控制效果好。对分仓配煤火电机组，本发明能够依据煤质单独控制各磨煤机给煤量的变化速率和变化幅度，解决机组变负荷过程中劣质煤对应磨煤机、燃烧器因给煤量波动幅度大而出现磨煤机堵塞、磨煤机振动、燃烧器燃烧不稳定的问题。

（2）组态简单、无需调试、使用方便。本发明控制方案很容易在DCS、PLC等控制装置中以组态方式实施，无调试参数可以直接使用。本发明所涉及到的需要运行人员设置的参数物理意义明确，设置操作简单、使用方便。