1000MW机组密封风机进口调门改造的分析

0引言

随着火力发电机组容量的增大、技术的成熟,节能降耗成为火力发电研究的热点问题之一。在锅炉直吹式制粉系统中,磨煤机的密封风是用于防止煤粉外漏、避免脏污气体及煤粉漏入磨辊润滑油中,但过多的密封风不仅会导致密封风的浪费,使得锅炉排烟温度上升,降低锅炉效率[1],而且会造成密封风机和一次风机电耗上升,增加厂用电率。

为了解决过剩的密封风造成的弊端,提高锅炉效率,大多数电厂都选择将锅炉密封风机的进口门改造为可调节的电动门,在满足磨煤机密封风安全运行条件要求的前提下,减少过剩的密封风量。现有的密封风机进口调门控制技术是基于锅炉燃烧稳定的工况,以密封风母管的压力或者磨煤机的密封风/一次风压差为控制目标进行调整。现有技术不足之处主要有两大类:一是就地监测装置取值反馈并计算流程较多,且由于调门特性对密封风机调门开度调整反应滞后,不能快速跟踪响应磨煤机密封风压差变化;二是锅炉制粉系统在各种异常工况下对密封风系统有较大影响,密封风系统不能及时快速响应。

针对这些缺点,本文提出一种1000 MW机组锅炉密封风机进口调门逻辑控制技术,以磨煤机的密封风/一次风压差为控制目标,结合磨煤机运行台数和进口调门调节区间性能,自动校正PID控制模块的参数,输出指令控制密封风机进口调门,自动跟踪控制磨煤机密封风/一次风最小压差值。

1密封风机系统改造

某1000MW机组配置100%容量的密封风机2台,1台运行,1台备用,向6台磨煤机及给煤机提供密封风,防止煤粉外漏。密封风机的进口风取自一次风机出口的冷一次风机母管,原密封风机进口门只有0%和100%位置,不能实现节流控制风量,本次改造将密封风机的进口门改为可调节的电动门,减少不必要的密封风浪费。密封风机进口门改造如图1所示。

2密封风机进口调门逻辑控制

结合现场磨煤机的运行方式,设计密封风机进口调门快速响应控制逻辑,满足磨煤机安全运行密封风量的动态需求。调门的逻辑设计如图2所示,密封风机进口调门控制逻辑以磨煤机密封风/一次风的压差最小值为控制对象,考虑磨煤机的压差跳闸值为1 kPa,确保磨煤机密封风的压差调节有余量,将最小值的控制目标值设定为3.5 kPa,经过PID控制模块输出密封风机进口调门指令。

2.1 PID模块动态控制

考虑实际锅炉工况的变化,需要密封风机进口调门也能够快速做出响应,确保制粉系统的安全稳定,本文结合密封风机进口调门开度的性能区间和磨煤机不同的运行台数,构建ƒ₁(x)和ƒ₂(x)函数,将两个函数的输出乘积作为PID模块的可变系数。对应的函数关系如表1、表2所示。

本文设计要求锅炉制粉系统在各种不同工况下,密封风系统能够快速做出响应, 自动校正PID控制模块的参数,实时对进口调门进行修正,快速地跟踪控制磨煤机的密封风的压差。

2.2密封风机进口调门的前馈

在磨煤机启停或者给煤机断煤事故情况下,需要大幅度开大磨煤机冷风调门控制磨煤机的出口温度,会导致磨煤机密封风压差瞬间降低,严重时会导致磨煤机跳闸。如图2密封风进口调门控制逻辑图所示,构建磨煤机冷风调门开度之和与密封风机进口 调门前馈ƒ₃ (x)函数关系如表3所示。

如表3所示,根据磨煤机冷风调门开度之和计算出密封风机进口调门前馈ƒ₃ (x),叠加至密封风机调门自动控制中,超驰开大密封风机进口调门,磨煤机密封风压差迅速回升,确保磨煤机的安全运行。

2.3其他异常工况下的调门控制

如图2所示,在密封风进口调门逻辑控制中,增加其他特殊工况的逻辑控制,完善密封风机系统控制技术^[2],保障制粉系统运行安全。

1)当一次风机RB动作时,冷一次风母管的压力突降,会造成磨煤机密封风压差迅速降低,进一步可能造成磨煤机跳闸,严重危害机组的安全运行。本文增加超驰开指令,最大可能提高密封风机进口压力,提升磨煤机密封风压差,避免达到磨煤机跳闸值。

2)运行密封风机跳闸时,备用密封风机联起,备用密封风机进口调门联开响应不及时,会导致磨煤机密封风压差瞬间降低,本文增加超驰开指令,最大可能提高密封风机进口压力,提升磨煤机密封风压差,避免达到磨煤机跳闸值。

3)锅炉MFT动作时,防止制粉系统爆炸,需要联关磨煤机密封风的漏入。本文增加超驰关,迅速关闭密封风机进口调门,防止磨煤机漏入冷风,导致制粉系统爆炸事故。

3效果分析

本文结合密封风机进口调门的特性和磨煤机的运行方式,设计快速响应控制逻辑。在保证磨煤机安全稳定运行的前提下,可以实现动态控制磨煤机需求的密封风量,进而解决过剩的密封风造成能源浪费的问题。

3.1控制目标的对比

在负荷不变的前提下,对比密封风进口门改造前后,调取6台磨煤机密封风/一次风压差值,如图3、图4所示。满足制粉系统安全前提下,如图4所示,以运行磨煤机的密封风/一次风压差的最小值(A磨)为控制目标,设定值可降至3 kPa,进一步降低密封风量的浪费。

1)密封风机进口门100%位置时,A-F磨煤机的密封风/一次风压差值(两个测点)如图3所示,均值=(5.92十5.92十6.69十6.45十6.36十6.32十5.81十6.05十6.22十5.70十6.27十6.18)/12≈6.16 kPa。

2)密封风进口调门投入自动调节后,A-F磨煤机的密封风/一次风压差值(两个测点)如图4所示,均值=(2.82十2.90十3.64十3.70十3.24十3. 19十3. 12十4.41十3.52十3.49十3.74十3.61)/12≈3.45kPa。通过改造前后压差值的对比,本文提出的密封风进口调门控制逻辑,以各台磨煤机的密封风压差最小值(两个测点的均值)作为控制 目标,达到了对目标调节控制的预想,具有明显的磨煤机密封风节流效果。

3.2控制目标的动态响应

机组负荷以及磨煤机运行方式的变化都会影响磨煤机的密封风压差的变化。本文根据目标值的变化,实时对调门进行修正,控制目标稳定在设定范围内,调门的动态响应如图5所示。

如图5所示,当负荷负变化时,密封风进口调门基本上没有波动,磨煤机密封风/一次风压差稳定在3 kpa左右。

在磨煤机停运或者给煤机断煤时,磨煤机冷风调门开大控制磨煤机出口温度时,必然会拉低一次风机出口压力,密封风机进口调门超调开大,控制磨煤机密封风压差值稳定。如图5所示,磨煤机停运时,密封风机进口调门由33%超调至38%。给煤机断煤时,密封风机进口调门由32%超调至35%。本文设计 pID模块动态控制以及密封风机进口调门的前馈控制逻辑,使密封风机进口调门能够快速响应。

3.3 节能分析

通过本次密封风机进口门的改造,调取密封风机进口调门改造前后的密封风机的电流、一次风机的电流、磨煤机的密封风压差以及预热器的排烟温度,如表4、表5所示。

通过表4、表5可以看出,密封风机和一次风机的电流下降明显。在机组满负荷时,密封风机和一次风机的电流下降分别为26、10、10 A,相当于每天可节约电量为24×(26×380+10×6000+10×6000)×1.732×0.85/1000≈4589.02 kW·h,厂用电率下降约0.4%。磨煤机密封风压差下降约为3.3 kpa,可减少磨煤机总冷风量为3.3×2.5(系数)×6(台)=49.5 t/h,大大提高了磨煤机的出力^[2-3]。预热器的排烟温度下降了3℃ ,锅炉的效率可提高3/10×1%=0.3%,节能效果显著。

4 结论

本文基于火力发电厂锅炉密封风机进口门的节能改造,搭建密封风机进口调门的控制逻辑。该控制增加了调门控制前馈,能实时跟踪目标,提高密封风机进口调门的快速响应,确保制粉系统的安全稳定运行。同时还能减少磨煤机的密封风量,降低密封风机和一次风机电耗、厂用电率以及锅炉排烟温度,有效地提高锅炉效率。

[参考文献]

[1]邵东云,程谦烨.关于煤粉炉排烟温度高的原因分析及降低排烟温度措施[J].中国科技纵横,2016(7):167.

[2]周旋,靳智平,谷沁洋.褐煤锅炉中速磨制粉系统干燥出力计算[J].山西电力,2016(3):57—60.

[3] 王鑫.基于PLC的MPS—HP—Ⅱ型中速磨煤机控制系统设计 与实现[D].长春:吉林大学,2013.

2024年第14期第19篇