李世新
（中电投新疆能源化工集团五彩湾发电有限责任公司，新疆昌吉 831799）
摘要：机组运行好坏直接影响了发电厂的运行安全性和经济性。针对某机组存在的结焦结渣和AGC响应不及时问题，进行全厂一体化运行优化。优化从锅炉侧、汽机侧和控制系统三方面开展。通过一体化运行优化，有效的解决了机组存在的问题，同时飞灰含碳量和排烟温度明显下降，降低供电煤耗1g/kWh，投资回收效益明显。
关键词：结焦结渣，AGC响应，一体化，运行优化
1 研发背景
机组运行的好坏对整个电厂的安全、经济都有极大影响。在安全方面，燃烧过程直接关系到锅炉运行的可靠性，如引起蒸汽参数波动、炉膛灭火、水冷壁结渣等[1]。在经济方面，锅炉燃烧的好坏直接影响电厂运营状况。而汽机和控制系统对应的AGC响应情况，更是直接决定了机组在电网中调频、调峰[2]的能力和地位。
无论在正常稳定工况或是在改变工况运行时，对机组调整优化得当，就可以减少锅炉和汽机各项热损失，提高锅炉效率，降低汽机热耗。机组节能一体化改造后，建议实施全厂一体化运行调整优化工作。
2 机组现状
某电厂采用哈尔滨锅炉厂自主研发的660MW超超临界锅炉，该锅炉为一次中间再热、π型、正压直吹式锅炉。每炉配6台中速磨煤机，煤粉细度R90=15%。锅炉采用四角切圆燃烧方式，主燃烧器布置在水冷壁的四角，每层4只燃烧器对应一台磨煤机。SOFA燃烧器布置在主燃烧器区上方的水冷壁的四角。
在运行过程中发现，锅炉水平烟道存在结焦结渣现象，尾部空预器发生堵塞现象。同时存在NOx波动大、AGC响应不及时等问题。因此，急需实施全厂一体化运行协同优化。
3 一体化优化过程
从锅炉侧、汽轮机侧、控制系统三方面对机组整体进行协同优化。
3.1 锅炉侧运行优化
锅炉侧的运行优化可包括冷态预调优化、制粉系统优化和燃烧系统优化。
冷态预调优化工作，包括：二次风挡板检查，对比就地开度与表盘开度是否一致；燃烧器安装质量检查，重点检查燃烧器的安装角度、假想切圆；一次风调平与风量标定，将一次风速偏差调至±5%以内，标定磨煤机入口风量、二次风箱风量；火花示踪，利用冷热态动量比相等原则，可以观察一次风的火焰形状，重点观察无气流刷墙和贴壁情况，切圆是否在炉膛中心，为热态调整试验提供参考。
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图 1 四角切圆锅炉冷态火花示踪试验
制粉系统优化包括煤粉细度优化，磨煤机通风量优化和磨煤机出力调整，还包括针对中速磨的风粉分配均匀性优化和磨加载力优化。煤粉细度一般参照R90参照下式选取。调节煤粉分离器挡板开度或转速，将煤粉细度调到合适细度。
对磨煤机的煤粉细度进行测量，掌握煤粉细度随风量的变化趋势，确定合适的风煤比曲线。保持磨通风量、分离器挡板、磨煤机出口温度不变，按照风煤比曲线送风，在不同出力下测量煤粉细度。此外在热态条件下，对一次风速进行二次测量和调平，对各粉管粉量进行测量。同时对磨煤机的煤粉细度进行测量，掌握出力、加载力、细度、磨煤单耗等相互关系，确定合适的加载力曲线。
而燃烧系统优化，需重点考虑受热面结渣问题，从控制合理氧量、控制炉内温度水平、控制煤粉细度、改变一次风速、改善炉膛出口温度场均匀性、保证风煤混合特性6方面来考虑。所进行的工作包括运行氧量优化，配风方式优化、风箱/炉膛压差优化，一次风速优化，燃尽风量优化，磨投运方式优化，煤粉细度优化，周界风量优化，燃烧器摆角优化等，实现CO浓度、SCR入口氮氧化物浓度、飞灰炉渣含碳量、厂用电率、蒸汽参数、壁面气氛、结焦特性的协同优化。
3.2 汽轮机侧运行优化
汽轮机按照现有的定、滑压曲线运行，高压调门的节流损失较大，高压缸效率在较低范围，影响机组经济性。为提高机组经济性，需寻找出经济性最佳的调门配汽方案。通过对汽轮机进行调门运行优化试验，得出实际调门开度与主蒸汽流量的关系，并与设计值进行对比、分析，得出高压调节阀杆行程与负荷指令关系曲线和机组最佳定滑压运行优化曲线[3]。
汽轮机配汽优化运行总的指导思想为：在负荷一定的条件下，先在现有配汽方式下（原阀序下）对应最优主蒸汽压力下进行试验，再通过改变配汽方式（变阀序下）进行一系列试验，以寻找机组运行经济性最好调门位置。然后根据机组常年负荷率变化及调门特性，优化机组不同负荷下的阀序及调门配置，降低阀门损失和提高高压缸效率，总体提高高压缸效率。在100%、90%、80%、70%、60%和50%额定负荷工况下进行原配汽方式和新配汽方式的对比试验，并对比汽轮机不同配汽方式下的经济性，获得汽轮机在不同负荷下的最优配汽方式，同时得到机组新的配汽方式曲线。初步试验工况如下表：
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调门运行优化过程中，将对机组各指标进行监测，在保证机组安全运行的基础上降低机组热耗。
3.3 控制系统运行优化
常规控制普遍采用前馈+PID反馈的调节方法，在机组工况及特性变化时没有相应的模型辨识手段，经常会出现对象变化后控制性能变差的情况。同时对于大滞后强耦合的被控过程，很难协调快速性和稳定性之间的矛盾。先进控制工具模块可以优化和控制复杂过程，如主蒸汽压力控制、AGC协调控制、燃烧控制等。通过对锅炉和汽轮机蒸汽负荷的分配以及锅炉燃烧过程的优化达到效益最大化，并且使机组在深度调峰负荷下的稳定、经济运行。
其中，AGC协调控制系统优化功能主要基于模型的先进控制模块，智能匹配锅炉燃烧率和汽机阀门开度，解决慢速锅炉燃烧系统对快速汽机阀门系统的响应问题，提高机组负荷响应速率。同时减少过程变量和控制器输出之间的干扰，消除了负荷调节和主汽压力变化之间的耦合，使发电机组处于最佳的运行状态。
先进燃烧控制优化是实现锅炉高效燃烧、低污染排放以及节约发电成本有效手段之一。采用闭环先进燃烧优化控制，基于在线燃烧性能反馈的燃烧优化自动控制系统，能够根据锅炉的历史运行参数和优化算法对机组的控制参数自动优化调整。该控制可以通过在线获取锅炉燃烧优化的性能指标优化找出合适的空燃比，使CO和NOx不超出排放限额，且在效率最大值附近。
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图 2闭环先进燃烧优化控制原理
3 应用效果与效益
通过一体化运行优化，有效的解决了主再热汽温欠温及偏差大的现象，飞灰含碳量由5.6%降低至1.1%，排烟温度降低7度，进行控制优化后响应AGC能力明显增强，结焦结渣明显改善。调整运行优化预计投资约350万，初步估计为降低供电煤耗1g/kWh，节约279.18万元/年，静态投资回报周期为1.25年。投资回收效益明显。
4 结论
面对机组存在的锅炉结焦结渣和AGC响应不及时的问题，进行一体化运行优化，得到如下结论：
（1）运行优化需结合电厂运行情况，从锅炉、汽机、自动控制系统进行一体化考虑。
（2）燃烧系统优化需重点考虑受热面结焦结渣问题，从控制氧量等6大方面入手来进行考虑。
（3）一体化运行优化投资少，效益明显，值得各电厂借鉴并推广。
参考文献：
[1]周顺文,崔海娣,郑晓军.燃用准东高碱煤锅炉防结渣研究[J].锅炉制造,2020(05):4-5+12.
[2]任晓辰.火电机组一次调频和AGC原因与优化分析[J].集成电路应用,2021,38(03):116-117.
[3]赵强.汽轮机高压调节汽阀流量特性曲线优化提高AGC和一次调频响应能力的应用[J].煤炭科技,2020,41(06):87-89.