一种适用直吹式燃煤机组深度调峰的中速磨自启停控制系统
技术领域
本发明属于清洁高效燃煤发电自动控制领域，具体涉及一种适用直吹式燃煤机组深度调峰的中速磨自启停控制系统，用以提高机组适应电网调度的运行灵活性的能力。
背景技术
以风电、太阳能发电为代表的可再生能源发展迅速，但其输出功率具有随机性、间歇性和不稳定性，对电网的负荷控制、灵活性运行提出了更高的要求。因此，国内各大电网要求电源侧的火电机组大范围调峰运行，补偿电源侧、电网负荷侧的双随机扰动，是目前缓解和解决这一矛盾的有效措施。当前，大多数火电单元机组通常在50-100％常规负荷范围内运行，受限热力系统结构和原有控制策略，火电单元机组一般并不适合50％以下负荷区间的快速率、变工况运行。
同常规负荷工况(50-100％额定功率)相对比，深度调峰负荷工况(30-50％额定功率)热力系统的设备状态和运行参数都会发生变化，导致被控对象特性出现明显差异，运行人员应急响应的操作量增加，机组的安全经济性也缺乏保证，这要求控制系统必须做出有针对性的改进，以适应燃煤机组大范围变工况运行要求。在不进行设备改造情况下，通过控制系统优化将正常工况发电负荷调节下限由50％额定功率拓展至40％、30％额定功率甚至更低，从而有效缓解电网的调峰压力，大幅提高电网的新能源消纳能力。
相比直吹式燃煤机组常规运行工况，在30-50％额定工况下，具有入炉煤量低和锅炉稳燃能力弱的特点，常规自动控制策略引起的煤量扰动对机组主汽温、主汽压等主参数扰动较大，从而影响机组安全。
30％额定负荷一般仅存在机组启、停工况下，该工况正好处于第三台磨煤机的启停节点。实际启停磨煤机一般根据运行人员经验手动进行磨煤机启停操作，以减少煤量大幅变化对炉膛冲击引起的系统扰动。
在深度调峰负荷工况下，现有控制技术主要有如下缺点：
(1)采用三台磨煤机运行方式，并经常长时间投用油枪助燃，不经济；
(2)运行人员启停磨煤机手动操作需要一个相对稳定的工况，实际造成升降负荷耗时变长，响应电网侧负荷慢；
(3)磨煤机启停过程中，由于操作多，需要多人配合完成。由于运行人员业务技能差异，选择的磨煤机启停时机和变负荷速率可能存在不协调性，同时在磨煤机启停过程中所有的参数均由运行人员监视和调整，若监视或调整不到位，可能造成磨煤机温度高、甚至磨煤机跳闸的可能。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种适用直吹式燃煤机组深度调峰的中速磨自启停控制系统，本发明的火电机组在不进行较大设备改造情况下，仅通过DCS控制系统优化实现机组负荷的升降，适应燃煤机组深度调峰工况运行。
本发明的技术方案如下：
一种适用直吹式燃煤机组深度调峰的中速磨自启停控制系统，磨煤机系统随机组负荷变化(30-50％额定功率)实现自动启停控制，该控制系统包括磨煤机、给煤机、磨风门、油枪操作全程自动控制，按前后墙对冲燃烧型锅炉典型配置六台磨的热力结构，控制对象范围在炉膛中下层的四台磨。
本发明的第一个目的是提供一种适用直吹式燃煤机组深度调峰的中速磨自动停止控制系统，其包括以下步骤：
步骤一、进磨油枪；
步骤二、减少给煤机的给煤量，并在一较低煤量延时停留；降低磨煤机冷一次风挡板出口温度设定值(所述较低煤量为15t/h，延时停留为180s，磨煤机冷一次风挡板出口温度设定值的降低幅度为20℃)；
步骤三、停给煤机；
步骤四、清空磨煤机，磨冷风门挡板超驰控制；
步骤五、停磨煤机；
步骤六、停磨顺控完成后，释放磨冷风挡板出口温度、退磨油枪。
本发明的第二个目的是提供一种适用直吹式燃煤机组深度调峰的中速磨自动启动控制系统，其包括以下步骤：
步骤一、进磨油枪；
步骤二、磨一次风流量、温度投自动；
步骤三、启磨煤机；
步骤四、启给煤机，并在一较小煤量延迟一定时间；增加磨出口温度控制设定值(所述较低煤量为15t/h，延迟时间为180s，磨出口温度控制设定值的增加幅度为20℃)；
步骤五、给煤机和磨二次风门挡板投自动，释放磨出口温度控制设定增加值、退磨油枪。
与现有技术相比，本发明具有以下特征表现：
1、本发明为在深度调峰过程中的全程燃料及制粉系统自动控制；30％时深度调峰工况时，两台磨煤机运行。
2、与30％深度调峰工况三磨运行相比，本发明从安全角度，30％深度调峰双磨运行工况下锅炉稳燃效果更显著；从经济角度，30％深度调峰双磨运行工况有非常好的节能效果。
此外，与30％深度调峰工况三磨运行方式相比，本发明双磨运行方式可以使单台磨煤机平均出力增加，燃烧器区域煤粉燃烧更剧烈，从而减少三氧化硫SO3生成，达到减少硫酸氢氨生成量的效果，对缓解空预器及下游设备堵塞，具有显著的安全、环保效益。
3、本发明在磨煤机启动/停止自动控制中，增加中间停留控制和实际煤量延时计算策略，抑制煤量变化对锅炉过热汽温、再热汽温、脱硝系统入口氮氧化物的大幅波动，减少启/停磨对锅炉系统冲击。
4、本发明在磨煤机启停自动控制中，增加磨出口温度的超弛控制策略，避免停磨时磨煤机出口温度高和启磨时磨煤机出口温度低的异常发生。
5、本发明磨煤机顺控停止后，该磨煤机处于热备用状态，有利于磨煤机灵活再启动，节约启动时间。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
1.没有设备改造的工作量，可实现30％工况的深度调峰；
2.在深度调峰的负荷升降过程中，启停磨速度变快；减少对系统冲击，保证了磨煤机、给煤机等设备的安全性；
3.前后墙对冲燃烧的锅炉在30％深度调峰工况采用两台磨煤机运行，具有明显的节能、环保和安全效益；
4.磨煤机出口温度超弛控制，可以有效避免停磨时磨出口温度超温，锅炉运行更平稳，控制品质更好；
5.磨自启停控制释放了人力，解决了操作多的问题；杜绝了人为误操作的可能性。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中磨煤机系统结构示意图；
图2为本发明适用直吹式燃煤机组深度调峰的中速磨自启停控制系统的控制框架图；
图3为本发明具体实施方式中深度调峰启停磨组操作面板示意图；
图4为本发明具体实施方式中深度调峰F磨顺控停试验工况图；
图5为本发明具体实施方式中深度调峰F磨顺控启试验工况图；
图1中：热一次风管1，冷一次风管2，磨煤机热风调节挡板3，磨煤机冷风调节挡板4，总一次风调节挡板5，风门挡板6，磨煤机7，原煤仓8，挡板9，给煤机10，给煤机出口闸板11，一次风粉管道12，挡板13，燃烧器14，炉膛15，二次风管16。
具体实施方式
如图1所示，本发明适用于前后墙对冲燃烧锅炉的直吹式燃煤单元机组，每台机组典型配置六台中速磨，图1为直吹式燃煤机组中速磨的典型热力系统，包括一路经过空预器的热一次风管1、另一路冷一次风管2；热一次风管1和冷一次风管2上分别设置有磨煤机热风调节挡板3和磨煤机冷风调节挡板4；热一次风管3和冷一次风管4的出口汇合后连通磨煤机7入口，在热一次风管和冷一次风管汇合以后的风管上设置了磨煤机总一次风调节挡板5、风门挡板6；原煤从原煤仓8经过给煤机10送入磨煤机7，原煤仓8到给煤机10之间的管道上设置挡板9；原煤经过磨煤机7的研磨，与一次风充分混合后，从磨煤机7出口吹出，通过一次风粉管道12连通设置在锅炉上的燃烧器14进入炉膛15；在一次风粉管道到对应本层燃烧器的风粉支管上设置挡板13，在所述炉膛周围设置有二次风管16。
如图2所示，一种适用直吹式燃煤机组深度调峰的中速磨自启停控制系统，磨煤机系统随机组负荷变化(30-50％额定功率)实现自动启停控制，包括磨煤机、给煤机、磨风门、油枪操作全程自动控制。按前后墙对冲燃烧型锅炉典型配置六台磨的热力结构，控制对象范围在炉膛中下层的四台磨，其控制框架如图2。
以某630MW燃煤机组为例，30％深度调峰双磨运行工况有非常好的节能效果，根据试验数据计算：可以实现节能约1.38g/kWh，其中少运行一台磨煤机节约厂用电折合供电煤耗降低约0.53g/kWh，飞灰含碳量降低1％折合供电煤耗降低约0.85g/kWh。
具体的，效益主要是飞灰含碳下降1％和磨煤机电流下降80A(30％深度调峰工况采用两磨运行方式，相比于三磨运行，节省一台磨的电流损耗(按空载电流80A计算)):
(1)根据大机组节能手册：飞灰含碳每变化1％影响，0.495(灰)+0.35(渣)，合计0.85g/kwh；
(2)磨煤机相电压3KV，功率因数0.7，即磨煤机节能＝1.732*3*80*0.7＝291kwh，1.732由磨煤机节能公式中的系数
合计节能＝0.85+0.53＝1.38g/kwh。
以某630MW燃煤机组为例，图3为深度调峰工况的磨组自启停的操作面板，其中B、D为底层磨，C、F为中层磨，每台磨的满负荷煤量为60t/h。
1、深度调峰停磨顺控功能描述：
1.1深调停磨顺控触发条件：
(1)深度调峰投入；
(2)三台磨运行；
(3)运行人员已预选需停止的磨(只能预选一台)；
(4)机组负荷指令低于250MW。
1.2深调停磨顺控步序
深度调峰投入后，从300MW降至低于250MW，深度调峰控制系统发出停磨指令，磨组自动控制程序开始执行(以运行人员预选F磨为例)。
(1)本例中每台磨配两组油枪，自动进F1组油枪，延时15s后进F2组油枪；
(2)给煤机F控制切换到跟踪状态，给煤机煤量控制指令自动减少至15t/h，延时180s，(通过将给煤机在一较低煤量中间停留控制策略的采用，减少停磨煤量瞬时大幅减少对系统的冲击)；实际煤量降至15t时，磨冷风挡板出口温度控制设定值减20℃，(提早控制避免磨出口温度超温)；
(3)自动停给煤机F，锁存给煤机时煤量(可延时)，并通过函数折算系数在150s后再将计算煤量减至0；
(4)清空磨煤机F，超驰控制自动打开磨煤机冷风挡板，使其开度不小于45％并闭锁减，等待210s；
(5)停磨煤机F，同时磨煤机冷风挡板解除闭锁；
(6)停磨煤机F后延迟3分钟，磨冷/热一次风挡板控制的磨煤机出口温度控制设定值恢复，总一次风门挡板自动控制一次风流量，经运行人员确认后自动退出F1、F2组油枪。
2、深度调峰启磨顺控功能描述
2.1深调启磨顺控触发条件：
(1)深度调峰投入；
(2)二台磨运行；
(3)运行人员已预选需启动的磨；
(4)机组负荷指令高于195MW。
2.2深调启磨顺控步序
从185MW升至195MW，深度调峰控制系统发出停磨指令，磨组自动控制程序开始执行(以运行人员预选F磨为例)。
(1)进磨F1组油枪，延时15s后进磨F2组油枪；
(2)总风门挡板控制一次风流量至85t/h，冷一次风门挡板自动控制磨煤机出口温度；
(3)自动启动处于热备用状态的磨煤机F；
(4)自动启动给煤机F(给煤机启动15s后开始计算煤量，500s后缓释计入全部煤量)，给煤量指令增加至15t/h，同时磨冷风挡板出口温度控制设定值加20℃，避免磨出口温度低温，等待180s，通过将给煤量中间停留在一较小煤量一段时间，避免煤量瞬时增加对系统的冲击；
(5)磨冷风挡板出口温度控制设定值恢复，经运行人员确认后自动退出F1、F2组油枪，给煤机和磨左右二次风挡板投自动，该磨组控制自动并列到锅炉燃料控制系统。
3、以深度调峰升降负荷为例，磨煤机自动停止控制的定量效果：
1)深度调峰F磨顺控停试验
如图4所示，对应试验工况——运行人员预选深度调峰停F磨，当机组负荷指令从300MW降至低于250MW，触发停磨顺控。停磨过程中磨一次风流量最低至68.2t/h，磨出口温度最高至77.65℃。
2)深度调峰F磨顺控启试验
如图5所示，对应试验工况——深度调峰预选启F磨，机组负荷指令从185MW升至高于195MW，触发启磨顺控。启磨过程中磨一次风流量最高至107.79t/h，磨出口温度最低至55.7℃。
