湖北汉川电厂#3、#4机组锅炉采用上海锅炉厂生产的SGl025/18.3-M836型亚临界中间再热强制循环汽包炉，制粉系统采用中间仓储式热风送粉，设计煤质发热量为5200kcal/kg。其主控制系统采用西屋公司的WDPF-II型DCS系统，机炉协调控制系统采用直接能量平衡(DEB-Ⅳ)方式，主要由锅炉侧的主汽压控制系统、炉膛压力控制系统和汽机侧的汽机主控制系统组成。近年来，为进行深度调峰，湖北汉川电厂#3、#4机组进行了低负荷稳燃改造。#3、#4机组长时间处于170MW、180MW低负荷运行状态，同时由于煤炭市场的影响，煤种变化大，煤质时好时坏，发热量低，有时仅为4000kcal/kg，锅炉燃烧工况变化很大。在这种情况下，若制粉系统运行过程中突然断煤如煤斗堵煤、给煤机链条断裂等，将对锅炉燃烧造成较大冲击，常引起炉膛燃烧恶化，甚至全炉膛灭火。2002年5月2日、5月6日、7月28日、10月30日，湖北汉川电厂#3、#4机组就分别因两套制粉系统相继断煤导致锅炉燃烧恶化而发生全炉膛灭火停机事故。 一、制粉系统断煤对主汽压控制系统的影响 汉川电厂#3、#4机组主汽压控制系统是一个由外环和内环两部分组成的串级调节系统。内环主要包括汽包压力和速度级压力形成的热量信号、燃料控制器;外环主要包括锅炉主控制器燃料控制器。其系统框图如图1。 以2002年10月30日汉川电厂#3炉灭火停机为例。8时50分19秒，C给煤机因煤斗堵塞而断煤，C磨煤机进煤量减少，通风截面增大，三次风带粉量增加，表现为C排粉机电流从56.7A上升到65.3A，炉膛燃烧瞬间加强，汽包压力上升。由图1可见，汽包压力上升，热量信号增加，副调节器(燃料调节器)的输出减少，锅炉主汽压自动控制系统输出的层给粉机指令从39.7%下降到31.7%，给粉机送粉量减少。几秒钟后随着C磨煤机内的煤粉被抽尽，C排粉机带粉量骤减，炉膛进粉量瞬间减少，燃烧减弱，汽包压力下降，热量信号减小，副调节器(燃料调节器)的输出增加，锅炉主汽压自动控制系统输出的层给粉机指令上升至38.9%。 上述扰动过程尚未完全克服，8时51分15秒，再次出现B制粉系统断煤，B排粉机电流从52.3A上升到59.4A，使得原来在C制粉系统断煤过程第二阶段已得到加强的燃烧更加瞬间得以加强，这可以从层给粉机指令从38.9%一直下降到26.3%(变化量为12.6%)得到印证。从整个过程来看，层给粉机指令的变化呈发散趋势，炉膛燃烧加剧恶化。以上变化过程简要示意如图2。 二、制粉系统断煤对炉膛压力控制系统的影响 汉川电厂#3、#4机组炉膛压力控制系统主要由超前滞后环节、炉压调节器、手/自动切换器组成。其系统框图如图3。 由上述制粉系统断煤对主汽压控制系统影响的分析可知，在C制粉系统断煤过程中，在起始阶段三次风带粉量增加，炉膛燃烧瞬间加强。炉膛燃烧的加强导致炉膛压力和汽包压力上升。在锅炉主汽压控制系统的作用下，汽包压力上升引起给粉机转速下降。在给粉机转速下降的过程中，C磨煤机内的煤粉被抽尽，炉膛进粉量瞬间减少，燃烧减弱。炉膛燃烧减弱又导致炉膛压力下降和汽包压力下降。在锅炉主汽压控制系统的作用下，汽包压力下降又引起给粉机转速上升，燃烧增强，炉膛压力也随之上升。在炉膛压力第二次上升的过程中，由于B制粉系统又断煤，炉膛燃烧再次瞬间加强，使得炉膛压力大幅上升。炉膛压力具体变化情况为:先从-0.132kPa上升到+0.061kPa,再下降到-2.22kPa,之后又上升到+3.850kPa。 由于制粉系统断煤对锅炉燃烧的扰动是一个短暂的过程，因此在整个变化过程中炉膛压力波动很快;而作为炉膛压力调节系统中的执行机构A、B引风机动叶(见图3)，其响应动作有一段时间的滞后。当炉膛压力第一次上升时，在炉膛压力调节系统的作用下，引风机动叶开大，其目的是使炉膛压力减小，维持炉压平衡;由于引风机动叶动作滞后，当引风机动叶开大时，炉膛燃烧变化己到达第二个阶段，炉膛压力因燃烧减弱而下降，二者相加，加剧了炉膛压力向负方向继续增大的幅度。由于炉膛压力的下降，引风机动叶又在炉膛压力调节系统的作用下关小，其目的是使炉膛压力增大，维持炉压平衡;又由于引风机动叶动作滞后，当引风机动叶关小时，炉膛燃烧变化已到达第三个阶段，炉膛压力因燃烧加强而上升，二者相加，又加剧了炉膛压力向正方向继续增大的幅度。这样就形成了引风机动叶动作方向和炉压变化间的共振，反而加剧了炉膛压力的波动，最终引起炉压高动作(炉压高停炉定值为+3.23kPa)，灭火停机。以上变化过程简要示意如图4。 三、制粉系统断煤对汽机主控制系统的影响 汉川电厂#3、#4机组汽机主控制系统主要由功率调节器、加法器、手/自动切换器组成。其系统框图如图5。 汉川300MW机组机炉协调控制的总策略是锅炉调压(定压运行)、汽机调功(见图1和图5)。制粉系统断煤时，锅炉燃烧瞬间增强，主汽压上升，实际负荷上升，汽机主控制系统中功率调节器输出减少，DEH发指令关调门。调门关闭导致主汽压继续上升，在这个过程中形成了主汽压变化的正反馈。在锅炉主汽压控制系统中，由于(Pl/PT)×Ps的微分作用，燃料控制器输出的层给粉机指令减小，给粉机转速下降，这又对炉膛燃烧增加了一个扰动。由于主汽压信号相对滞后于汽包压力，因此该扰动与锅炉主汽压控制系统的动作不一致，加剧了锅炉燃烧的恶化，即加大了停炉事故发生的可能性。此时，若AGC指令要求负荷下降，则以上波动过程更加剧烈。 以上变化过程简要示意如图6。 四、机炉协调控制系统的调整 由以上分析可知:①制粉系统断煤对锅炉燃烧是一个较大的扰动，但它是一个较短暂的过程，一般不超过40s。在这个过程中，虽然汽包压力、主蒸汽压力瞬间上升，炉膛压力有波动，但只要给粉机指令不发生太大的变化 (即变化量不太大)，就不至于对炉膛燃烧造成太大的冲击，引起炉膛压力大幅波动而灭火停机。②炉膛负压变化过程中，引风机动叶动作滞后会加剧炉膛燃烧的恶化。因此，可以从两个主要方面对机炉协调控制策略进行适当调整。 1.减缓锅炉主汽压调节的速度 (1)将主汽压主调节的作用减弱，以减小主汽压相对滞后调节带来的负面影响。即将锅炉主汽压控制系统中锅炉主控制器的作用减弱，实际参数变化为比例增益P=0.65改为P=0.5，积分时间I=60改为I=120。 (2)适度减缓汽包压力的微分调节力度，使其输出控制在1%的变化范围内。即将锅炉主汽压控制系统中加法器2的汽包压力微分输出C×1.0改为C×0.6。 2.增强汽机辅助调压的力度 在汽机主控制系统中增强压力保护回路的调节力度，以减小汽机调门对主汽压形成的正反馈。即当主汽压的偏差超过一定值时，让汽机主控器辅助调压，部分冲消汽机调门的动作幅度，减轻主汽压滞后于汽包压力而带来的汽机侧调节与锅炉侧调节不同步而产生的对锅炉燃烧的扰动。具体办法为改变函数发生器f(X)的具体设置(表1)。 上述两个措施可以使层给粉机的指令变化量减小，特别是可以延长层给粉指令单方向变化的时间，使炉膛燃烧变化趋向平稳，这可以从试验中得到证明。 3.适时调节炉膛压力: 由以上分析可知，炉膛压力的调节本身具有延迟特性，即引风机动叶动作滞后于炉膛压力的变化。为减少引风机动叶动作方向和炉压变化间的共振，加快引风机的响应速度，将炉膛压力调节系统中的超前滞后环节LEADLAG的滞后作用适度减小(LAG由12改为6)。这样，引风机兜牡鹘诒仍刺崆?～3秒，削弱了炉膛压力调节的延迟性，改善了炉膛负压的调节品质。 4.改变运行人员停运制粉系统的操作习惯 旧版运行规程对停运制粉系统的操作过程未作详细规定，对此运行人员一般的操作习惯为:停运制粉系统时，在维持磨煤机负压的同时先将给煤机转速降到零，停给煤机，再停磨煤机，最后停排粉机。整个过程持续时间为1～2分钟。由于时间较短，操作方式较急，对炉膛燃烧的干扰较大。 在反复试验的基础上，将停运制粉系统的操作方式改变为:先将给煤机转速缓慢减至运行时转速的一半以下，然后适当关小热风门和排粉机入口挡板，保持运行3分钟，再停止给煤机;给煤机停止后，磨煤机继续运行10分钟以上，将磨煤机存粉抽尽后再停止磨煤机，关闭磨煤机热风门和排粉机入口挡板后停止排粉机。这样便可以大大减少制粉系统停运时对炉膛的扰动。为规范运行操作，将改变后的操作方式写入了新版运行规程。 五、试验情况 为验证上述策略调整的效果，2003年11月在湖北汉川电厂#3、#4机组先后进行了一些针对性试验，试验数据见表2。 从表2可看出，经过对协调控制系统参数调整及改变运行人员停运制粉系统的操作习惯后，锅炉各个主要参数的变化均比较平缓，炉膛燃烧扰动较小，取得了预期的效果。 六、结束语 经过对协调控制系统参数调整及改变运行人员停运制粉系统的操作习惯后，直至2003年9月湖北省汉川电厂#3、#4炉尚未发生因制粉系统断煤而导致全炉膛灭火停机停炉事故发生。由此可见，在当前火电机组进行深度调峰及煤质多变的情况下，为稳定炉膛燃烧状况、减少制粉系统断煤对炉膛燃烧的干扰，对机炉协调控制策略进行适当调整不仅是必需的，而