一键启停技术在华能营口电厂制粉系统中的应用

2020-06-03朱小娟

沈阳工程学院学报（自然科学版） 2020年2期

薛佳，郭勇，姜狄，朱小娟

（1.辽宁华能营口电厂，辽宁营口 115007；2.沈阳工程学院自动化学院，辽宁沈阳 110136）

华能国际电力股份有限公司营口电厂（以下简称营口电厂）现运行装机容量为1 840 MW。二期工程作为国内首台600 MW 国产（三菱重工业株式会社提供技术支持）超超临界燃煤发电机组，两台哈尔滨锅炉厂生产的超超临界变压运行直流锅炉，采用T 型布置、单炉膛、一次中间再热、墙式切圆燃烧、紧身封闭布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构。

二期制粉系统选用中速磨煤机冷一次风机正压直吹式系统，HP1063 中速磨煤机，弹簧变加载。每炉配6 台中速磨煤机，BMCR 工况下5 台运行，1 台备用，并配备6 台与之相适的给煤机。每台磨煤机带4 只煤粉燃烧器。设计煤种为山西晋北烟煤。出于经济性考虑，营口电厂燃煤采用混配煤掺烧方式。这种经济性掺烧方式必然会带来煤种变换频繁、煤种掺烧比例变化大、煤种特性差异大等问题，而这些就是制粉系统一键启停需要攻克的难题。

1 制粉系统一键启动

营口电厂攻关人员对制粉系统启停条件进行逐条讨论，确定条件可行性，同时针对制粉系统相关设备实际情况进行分析，保证启停条件符合设备特性。

设计方案如表1 和表2 所示（由于常规设备启停程控逻辑很多，所以这里只给出两张有代表性的，其他逻辑与其类似，便不再给出）。

表1 制粉系统一键启动

表1 （续）

表2 制粉系统一键停运

2 设计理念

2.1 制粉系统一键启停过程中的冷风调门自动设计

2.1.1 一键启动过程中的冷风调门自动设计

营口电厂煤种变换较为频繁，掺烧煤种特性差异较大，不同煤种间挥发分及水分偏差最大高达20%以上，在制粉系统一键启动过程中，程控无法判断当前掺烧煤种的特性。所以，在程控启动时，增加了两点修正：冷风调门跟踪的磨煤机出口温度在自动投入后可以随时更改设定值；热风调门可以手动调整开度偏差值，并且改动不会影响程控的进行。这就使得制粉系统一键启动程控能够应对煤种复杂多变的掺烧情况，并具有更广泛的应用性。

在制粉系统中，想要避开引起爆炸的煤粉细度的范围是很困难的。煤粉的爆炸大多是因为煤粉的自燃而引起的。煤粉堆积太多，或者是温度太高就很容易引起自燃。所以，要控制磨煤机出口的温度不要太高[1]。在磨煤机出口温度的控制上，制粉系统一键启动既要保证磨煤机充分暖磨，又要保证出口温度稳步可控上升，所以冷风调门的自动投入时机显得尤为重要[2]。本次设计没有采取在固定程控步序上投入冷风自动，而是采取在磨煤机出口温度达到60 ℃时，冷风调门才投入自动（见图1 冷风设计部分）。这样设计的原因在于：为了满足负荷需求，频繁启停同一制粉系统时，磨煤机出口会维持在较高温度，此时如果冷风调门自动固化，会导致磨煤机出口温度剧烈变化，调节紊乱，系统震荡严重；在冬季冷态启动制粉系统时，磨煤机出口会维持在较低温度，此时如果冷风调门自动固化，热风很难在短时间内完成暖磨，这会大大延迟启磨时间，甚至无法满足启磨条件（磨煤机出口温度达到60 ℃）。此设计在磨煤机出口温度达到60 ℃（满足启磨允许条件）后投入冷风自动，投入之前一直保持小幅开度，这一设计理念既为磨煤机提供了一定的风压，使冷热风提前混合，便于暖磨阶段温度的控制，又能避免调节系统震荡以及暖磨困难无法满足启磨条件的尴尬情况。

2.1.2 一键停运过程中的冷风调门自动设计

在制粉系统一键停运过程中，当磨煤机完成吹扫后，冷风调门开度由100%自动关至0。但是如果冷风调门动作过快，势必会引起一次风母管压力波动较大，造成一次风系统存在潜在威胁[3]。所以在本次设计中，系统时刻检测一次风压的上升状况，并实时对关速率做出相应调整，缓解了冷风调门关闭时对一次风系统造成的影响[4]。

2.1.3 一键启动过程中磨煤机入口一次风压的自动控制设计

在一键启动过程中，如果将冷风调门开度简单地设为跟踪磨煤机出口温度，就容易出现磨煤机启动初期为了提高磨煤机出口温度，快速关闭冷风调门的情况，造成磨煤机入口风压偏低的现象。为解决这一问题，此次设计将冷风调门自动跟踪值与磨煤机入口风压设定了正向调节的函数关系，使其在调整磨煤机出口温度的同时，仍能保证足够的入口风压。

2.2 制粉系统一键启停过程中的热风调门自动设计

一键启动中热风自动投入主要分为两个阶段，以给煤机启动前、后作为调节的分界点。

2.2.1 给煤机启动前热风调门的设计

给煤机启动前，热风的主要作用是满足磨煤机一次风压的启动条件，以及提供暖磨的热源。为达到上述目的，本次设计将磨煤机入口一次风压作为热风调门开度前馈，磨煤机出口温度作为主调（见图1热风设计部分）。

磨煤机启动应兼顾时效性与安全性，本次设计时刻检测磨煤机出口温度上升的速率，并对热风调门适当做出调整，同时也利用出口温度作为前馈条件来提高暖磨的速率。

2.2.2 给煤机启动后热风调门的设计

给煤机启动后，热风调门立刻无扰切换到机组原有自动控制逻辑。此次设计还为运行人员提供了可设定偏置的窗口，可及时手动调整热风调门开度偏置，通过改变磨煤机入口温度来使出口温度保持在控制范围内，确保系统的干燥出力始终处于最佳水平。

图1 一键启动冷热风控制

2.3 制粉系统一键启停过程中的煤量控制设计

1）给煤机初始启动时，设置煤量为15 t/h，随后以4 t/min的速率加煤，直至将给煤机煤量增加至目标值，在达到目标值且稳定30 s 之后，投入自动[5]。为了能够让给煤量投入自动运行时更加适合当时的负荷和煤量分配，此次设计增加了可以手动设置目标煤量的窗口，并且手动设定目标煤量的操作不影响程控进行，这样使得一键启动更加灵活实用。

2）在一键停止过程中，煤量递减的速率很重要，不可作为单一的形式。本次设计中，关于减煤速率进行了如下设定（见图2煤量控制）：

①解除给煤机煤量自动，将煤量控制到30 t/h以下，减煤速率为5 t/min。

②煤量从30 t/h 到17 t/h 的过程，减煤速率为4 t/min。

③煤量在17 t/h以下运行时，减煤速率为13.8 t/min。此阶段煤粉浓度较低，磨煤机风温不易控制。出于安全性考虑，为避免磨煤机低煤量运行，进行了快速减煤设计[6]。

一键启动和停止顺序控制逻辑见图3和图4所示。