燃料发热量的在线焓值校正
黄卫剑
广东省电力试验研究所，广州510600
在沙角发电总厂A3机组控制系统改造中，德国Hartmann ＆ Braun(简称H＆B)公司在其 Symphony 系统中提供了一段燃料发热量在线焓值校正逻辑。
1 回路结构
如图1，模块D01～D04，D05～D08分别通过新蒸汽的焓增和再热主蒸汽的焓增计算主蒸汽和再热蒸汽在锅炉燃烧过程中所吸收的热量；这两个热量之和减去燃油发热量，得到燃煤发热量；燃煤发热量除以经过延时作用后的总燃煤量，得到单位燃煤发热量；单位燃煤发热量经外部参数可变的速率限制计算，得到用于实际计算的单位燃煤发热量；实际单位燃煤发热量与总燃煤量相乘，得到实际的总燃煤发热量；此信号与上级调节回路过来的总燃料发热量设定信号在模块D15中进行PID运算，其输出结果既可以控制直吹式制粉系统的给煤机转速，也可以控制中间贮仓式制粉系统的各排给粉机转速。
图1 去给煤机(给粉机)转速控制回路
2 重要模块的参数设置
2.1 D01，D05，D06——过热蒸汽焓值计算模块
Qoil—燃油发热量；Qcoalset—燃煤总发热量设定值；Φ1—主蒸汽流量；P1—主蒸汽压力；T1—主蒸汽温度；TW—给水温度；Φ2—再热主蒸汽流量；P2—再热蒸汽冷段压力；T2—再热蒸汽冷段温度；P3—再热蒸汽热段压力；T3—再热蒸汽热段温度随着计算机运算速度的提高和内存的增大，使得象过热蒸汽焓值那样的复杂指标的在线计算成为可能。H＆B 公司在 Symphony 系统中提供的过热蒸汽焓值是以水-蒸汽热力性质图表所提供的数据为基准，通过下列表达式计算得出，
式中 h——过热蒸汽焓值，kJ/kg；
aij——多项式的系数，数值见表1；
P——过热蒸汽压力，×105 Pa；
T——过热蒸汽温度，℃。
表1 H＆B公司提供的aij
i
j
0
1
2
0
2 489.87
1.917 664
1.621 002×10-4
1
-12.058 29
4.259 595×10-2
-4.085 69×10-5
2
1.735 317×10-2
-1.077 94×10-4
1.400 00×10-7
在本回路中，使用了D01，D05，D06三个过热蒸汽焓值计算模块分别计算过热主蒸汽、再热器冷段蒸汽和再热器热段蒸汽的焓值。这三个模块是本回路的核心模块。
2.2 D02——给水焓值计算
锅炉给水是不饱和水，对于湿蒸汽和不饱和水，其焓值仅是关于温度的一元函数，给水温度与给水焓值的对应关系如表2。
表2 给水温度与给水焓值的对应关系
给水温度／℃
给水焓值／kJ.kg-1
10
57.5
100
431.0
200
858.6
300
1 337.4
2.3 D11——给煤量信号延时模块
由于燃煤从给煤机(给粉机)进入炉膛，再在炉膛中彻底燃烧变成被蒸汽吸收的热能需要一段时间 t，即当前蒸汽所得到的能量增量是t时刻前的给煤(给粉)引起的，所以，进行燃煤的发热量计算时，燃料量信号应经一时间常数为 t 的惯性环节作延时。实际 t值的大小应等于磨煤机转速变化后至主汽压力过渡到新的稳态值所需的时间。
2.4 D13——速率变化限制模块
Symphony 系统所提供的控制模块许多地方与众不同，其中之一就是大部分控制算法的参数既可以在算法的内部设定，也可以与其它算法进行外部连接，其参数值由与其连接的模块的运算结果决定。本回路中的模块D13 就是一个变化速率和输出结果受到外部参数限制的模块，其外部参数的连接如图2所示。
图2 模块D13的外部参数连接图
AUT+—正方向自动；AUT-—反方向自动；t+—输出由0上升至100%的时间；t-—输出由100%降至0的时间；STP—停止，STP=1时，算法输出保持
锅炉负荷较低(蒸汽流量不大于X%，燃煤量不大于Y%)时，进入锅炉的燃料主要为燃油，由于每单位燃料所对应的风量较大，燃料的热损失也较大，此时，按本方法计算出的燃煤发热量会偏低较多，因此，不宜以此时所计算的结果作为燃料的发热量。故燃煤发热量在燃油比例较小，且风、煤比基本恒定后才具备自动校正的条件。另外锅炉负荷变化时，由于燃料、送风和蒸汽流量等的变化，引起燃料发热量的计算值忽大忽小，无法正确反映燃料的实际发热量，因此，当负荷发生变化时，STP端被置为1，此时算法输出将保持负荷变化前一刻的计算值，直到负荷稳定后，才开始新的计算。
2.5 Φ2——再热蒸汽流量
如有再热蒸汽流量测量孔板，则可通过孔板的前后差压测量直接得到再热蒸汽流量信号；如果没有直接的再热蒸汽流量测量装置，则可以通过主汽流量、汽机的各段抽汽流量等进行平衡计算，求出再热蒸汽流量。
2.6 燃煤量信号
燃煤量信号是一个灵活的信号，它既可以是从给煤机皮带秤来的实际燃料质量，也可以是各台给煤机(给粉机)的平均转速或各台给煤机(给粉机)转速之和。
3 结束语
燃煤发热量的在线校正，避免了单独采用给煤质量或给煤机(给粉机)转速作为燃料量信号时所遇到的煤种变化、煤湿度变化、给煤机(给粉机)挡板开度等对系统调节品质的影响，提高了机组出力的可控性。这种燃料发热量的在线焓值校正方法，值得在其它DCS系统中广泛推广、应用。
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