CN103672845A - 多种燃料混烧机组rb工况下的燃料切除方法 - Google Patents

Abstract

一种多种燃料混烧机组RUNBACK工况下的燃料切除方法，是针对宝钢电厂4号机组（燃气机组）自身特点开发的有别于常规燃煤机组应对机组辅机故障的燃料切除方案。本发明运用DCS***（分布式控制***）对重要辅机故障跳闸（RUNBACK工况简称RB工况）进行分析和辩识，然后采用安全的工艺策略并编程，实现全自动地稳定机组运行。针对各种RB工况，不同程度的负荷扰动，该燃烧方案能够很好的响应机组负荷波动，满足锅炉热负荷需求，在宝钢电厂4号机组这个特殊燃气机组取得了良好的效果。

Description

多种燃料混烧机组RB工况下的燃料切除方法

技术领域

本发明涉及一种电站自动化技术领域的方法，具体地说，涉及的是一种多种燃料混烧机组RUNBACK工况(重要辅机故障跳闸，简称RB工况）下的燃料切除方法。

背景技术

宝钢电厂4号机组为亚临界、一次再热、直流、微正压、塔式锅炉、单元制汽轮发电机组。宝钢电厂4号机组是世界上首台可最大燃用1031kNm3/h流量BFG（主燃料）的发电机组，燃料***配置三台双速BFG增压风机，配置有18个复合式的气体燃烧器，分三层布置，每层布置有六个燃烧器，分别分布在锅炉的前墙和后墙。主燃料为BFG，燃料***配置三台双速BFG增压风机。锅炉本身是燃烧多种大型钢企各种工艺产生的废气，所以本台机组有以下特点：

①五种燃料：BFG（主燃料：高炉煤气）、COG（仅上、下层布置）、COREX（顶负荷用）、NG（天然气）、LFO（轻油，点火及顶负荷用）。

②复合式气体燃烧器：非传统燃煤机组，没有给煤机、磨煤机及一次风机等设备代之以三台双速BFG增压风机，配置有18个复合式的气体燃烧器，分上、中、下三层，左右墙对冲布置。

③正压炉：设置2台送风机，没有引风机，风压控制要求精度更高。

④旁路***：100％高旁＋50％低旁设置，西门子汽轮机调节节流损失少，主汽压力控制比一般机组高。

⑤亚临界直流炉：给水控制要求高。

国内外现有技术：

对于传统燃煤机组，机组RB试验的燃料切除方案有成熟的方案可以借鉴，但是，4号机组是燃气锅炉，类似4号机组这样的燃烧器布置方式国际上也是首台，显然借鉴国内有关电厂和电力科研机构经验，直接吸收其他技术来解决上述问题的途径走不通。另外，外方锅炉厂家德巴公司对锅炉RB工况下的燃料方案也没有给出具体方案，只是提到在负荷波动情况下，建议通过减少低热值燃料BFG，保留高热值燃料的方式来维持锅炉稳燃。然而，机组一旦发生重要辅机跳闸的RB工况，显然仅仅通过减少燃烧器BFG流量是不能快速响应机组负荷剧烈变化的，必须采用特殊的燃料切除方案来应对机组辅机脱扣的恶劣工况。

RB种类设置：

结合宝钢电厂4号机组自身的特点，机组本身的RB功能也有别常规燃煤机组，其燃烧器的特殊性，使得燃料切除方案显得尤为特别，没有现成方案可以借鉴。另外，3台BFG增压风机分高、低运行，组合方式较多，且不同情况下RB复置值也不尽相同。4号机组是宝钢股份燃用BFG高炉煤气的大户，平时运行受到电网调度及能源部煤气平衡双重制约，为方便增减BFG高炉煤气和升降负荷，4号机组运行方式以TF为主，这也使得宝钢电厂4号机组RB控制策略与众不同，根据上述特点4号机组RB控制策略设置了送风机RB、给水泵RB、BFG增压风机3高跳1高RB、BFG增压风机2高跳1高RB、BFG增压风机3低跳1低RB等5种RB功能。

如中国申请（专利）号:200810055359.3，名称:火力发电机组辅机故障快减负荷给水泵跳闸工况可行性测定方法，该发明涉及“一种火力发电机组辅机故障快减负荷给水泵跳闸工况可行性测定方法,本发法包括下述三步:(1)给水泵跳闸快减负荷时锅炉汽包允许亏水量的确定;(2)快减负荷最小开始时间T1的确定;(3)快速减负荷最小持续发生时间T2的确定。本发明的有益效果是本方法可对给水泵RUNBACK的可行性进行测定和评估;提高给水泵RUNBACK的成功率，提高机组的安全运行水平。”

上述专利与本发明技术要点比较：

1．机组燃料不同：该发明200810055359.3为常规燃煤机组，主要燃料为煤；本发明为非常规燃气机组，主要燃料为钢铁厂产生的BFG、COG等可燃气体。由此，对应的燃烧***尤其是燃烧器的种类、布置方式和数量等就截然不同。同样是应对机组给水泵异常故障的燃料切除方案就全然不同。该发明强调可行性测定方法，而本发明重点关注多种燃料在应对机组辅机时的不同策略，提高机组应对大范围负荷阶跃的自动控制能力，保证机组的安全运行，减少机组年非正常停机的次数。

2．锅炉型式不同：该发明200810055359.3是针对汽包炉，而本发明对应的是直流炉。前者在给水控制方面因有汽包缓冲，在发生机组RUNBACK大幅扰动的情况，给水缓冲量大，而直流炉因为没有汽包的缓冲对于给水控制要求和响应更高。而直流炉的给水控制策略是基于“燃水比”，汽包炉则只需保证汽包水位维持在正常水位，两者要求不同，且显然直流炉对给水响应要求更严格，同样的对于燃料的响应要求也是更高的。目前，直流炉的效率高于汽包炉，新上的大型机组都以直流炉为主，本发明的难度是远超该发明200810055359.3。

又如中国申请（专利）号:200810062281.8，名称:全工况自动RB控制方法，该发明“包括触发延时时间选择、RB速率选择、目标负荷选择、跳磨方式选择、设备联动方式选择、机组控制方式选择、RB复归等过程,通过针对不同工况的过程控制与针对不同设备控制方式的联动功能，可有效提高RB功能的工况适应性与成功率,尽可能防止了机组跳闸造成的损害。”

上述专利与本发明技术要点比较：该发明200810062281.8针对常规燃煤机组，在总结常规机组RB工况的基础在，对于RB过程的优化；本发明针对非常规燃气机组，侧重点针对有别于常规机组的燃料***在应对RB工况下的应对策略。如果说该200810062281.8发明是一种对以往经验的总结和优化的话，那么本发明就是新的机型的一种探索和尝新。本发明对于大型钢企的自备电厂的节能应用有较大的参考意义，指出了节能降耗的一个方向。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述不足，提供一种多种燃料混烧机组RUNBACK工况下的燃料切除方法，是针对宝钢电厂4号机组（燃气机组）自身特点开发的有别于常规燃煤机组应对机组辅机故障的燃料切除方案。

本发明运用DCS***（分布式控制***）对重要辅机故障跳闸（RUNBACK工况简称RB工况）进行分析和辩识，然后采用安全的工艺策略并编程，实现全自动地稳定机组运行。

为实现上述的目的，本发明所述的多种燃料混烧机组RUNBACK工况下的燃料切除方法，包括以下步骤：

1.RB工况下燃料指令的形成：RB触发后，给BFG主控RB动作后BFG流量的目标值，与BFG实际流量经PID运算后，通过BALANCER模块到三个BFG层主控，层主控通过BALANCER模块下到各层6个燃烧器BFG调节挡板。

BALANCER模块即所谓的平衡算法模块，主要功能为：同一个调节控制器控制2个或2个以上执行机构，当其中一个或多个执行机构故障时，其所承担的负荷通过该模块平均分配剩余可用的执行机构，保证***平稳运行。

2.燃烧器个数的统计：根据燃烧器火检和燃烧器热负荷值作为条件共同判定，具体是燃烧器火检为“1”（表示该燃烧器已点火燃烧）并且燃烧器热负荷值大于25KMJ（表示该燃烧器稳定燃烧）。

燃烧器布置：配置有18个复合式的气体燃烧器，分上、中、下三层，左右墙对冲布置。为便于描述用两位码进行编号，对应关于如下：11－下层左前，12－下层左中，13－下层左后，14－下层右后，15－下层右中，16－下层右前，21－中层左前，22－中层左中，23－中层左后，24－中层右后，25－中层右中，26－中层右前，31－上层左前，12－上层左中，13－上层左后，14－上层右后，15－上层右中，16－上层右前；

3.RB动作后燃料***公共逻辑：

3.1解除大偏差：RB信号动作到RB信号复置＋2min延时时间内自动解除18个BFG调节挡板、二次风门挡板设定值与控制量、执行机构指令与实际反馈大偏差切手动条件。

3.2RB信号发生，且当前BFG燃烧器投用，则将该BFG燃烧器切自动，如果每层6个BFG燃烧器中有2个投自动，则BFG层主控投自动。

4.各种RB工况下的燃料切除方案

4.1给水泵、送风机RB试验燃料方案：

4.1.1主燃料BFG情况：RB信号发生后，燃烧器按照编号11－14－13－16－12－15－21的顺序间隔10s切除，直至保留11个BFG燃烧器运行为止。

4.1.2其他燃料情况：

其他燃料在送风机、给水泵RB工况中，遵循只减燃料不切燃烧器的原则。

4.2增压风机（3台低速运行中故障1台的情况，以下简称3低到2低）RB试验燃料方案

4.2.1主燃料BFG情况：根据辅机运行能力，RB信号发生后，燃烧器按照编号11－14－13－16－12－15的顺序间隔10s切除，直至保留12个BFG燃烧器运行为止。

4.2.2其他燃料情况：

BFG增压风机RB根据锅炉厂家建议，保留其他燃料情况不变，仅将其他燃料投用的燃烧器投入自动，根据燃料内部限制自行调节。

4.3增压风机（2台高速运行中故障1台的情况，以下简称2高到1高）RB试验燃料方案

4.3.1主燃料BFG情况：根据辅机运行能力，设定RB目标值。RB信号发生后，燃烧器按照编号11－14－13－16－12－15－21的顺序间隔10s切除，直至保留11个BFG燃烧器运行为止。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：采用上述燃料切除方案的4号机组，利用大修启停阶段进行实际RB试验，验证了该燃料切除方案的可行性。根据实施例中试验数据不难看出，针对各种RB工况，不同程度的负荷扰动，该燃烧方案能够很好的响应机组负荷波动，满足锅炉热负荷需求，在宝钢电厂4号机组这个特殊燃气机组取得了良好的效果。

附图说明

图1为主燃料流程图；

图2为增压风机（3低到2低）RB主燃料BFG逻辑框图；

图3为增压风机（2高到1高）RB主燃料BFG逻辑框图；

图4为DCS中燃料切除逻辑图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的解释，但是以下的内容不用于限定本发明的保护范围。

本发明运用DCS***（分布式控制***）对重要辅机故障跳闸（RUNBACK工况简称RB工况）进行分析和辩识，然后采用安全的工艺策略并编程，实现全自动地稳定机组运行；其关键技术就是根据宝钢电厂4号机组混烧多种燃料；18个复合式的气体燃烧器，分上、中、下三层，左右墙对冲布置的特点，给出了如何正确辩识和诊断各种RB工况，以及根据不同RB工况采取不同锅炉燃料切除方案，采用合理、安全的过程策略，正确引导机组到另一个稳定状态的过程方法。

350MW全烧高炉煤气的环保性发电机组在国内外是首次应用，在应对重要辅机故障跳闸处理过程中，因燃烧器的情况和燃料种类与常规燃煤机组截然不同，通过对整个机组的工艺总体把握后，针对混烧燃烧器的工艺管理和高低热值燃料切换技术找寻出适合与此类机组型号相适应的燃料切除方法。应对机组辅机异常时减少机组“非计划停机”次数，同时提高整个机组的自动化程度和安全性。

本实施例包括以下步骤：

1.RB工况下燃料指令的形成：RB触发后，给BFG主控RB动作后BFG流量的目标值，与BFG实际流量经PID运算后，通过BALANCER模块到三个BFG层主控，层主控通过BALANCER模块下到各层6个燃烧器BFG调节挡板。如图1所示。

2.燃烧器个数的统计：

根据燃烧器火检和燃烧器热负荷值作为条件共同判定，具体是燃烧器火检为“1”（表示该燃烧器已点火燃烧）“and”燃烧器热负荷值大于25KMJ（表示该燃烧器稳定燃烧）。

3.RB动作后燃料***公共逻辑：

3.1解除大偏差：RB信号动作到RB信号复置＋2min延时时间内自动解除18个BFG调节挡板、二次风门挡板设定值与控制量、执行机构指令与实际反馈大偏差切手动条件。

3.2RB信号发生，且当前BFG燃烧器投用，则将该BFG燃烧器切自动，如果每层6个BFG燃烧器中有2个投自动，则BFG层主控投自动。

4.各种RB工况下的燃料切除方案

4.1给水泵、送风机RB试验燃料方案：

4.1.1主燃料BFG情况：RB信号发生后，燃烧器按照11－14－13－16－12－15－21的顺序间隔10s切除，直至保留11个BFG燃烧器运行为止。

RB信号发生后，BFG流量以6KNm3/s速度先减10秒，如果BFG燃烧器投用大于11个，切除#11燃烧器，再以6KNm3/s速度下降10秒后切除#14燃烧器，再以6KNm3/s速度下降10秒后切除#13燃烧器，再以6KNm3/s速度下降10秒后切除#16燃烧器，再以6KNm3/s速度下降10秒后切除#12燃烧器，再以6KNm3/s速度下降10秒后切除#15燃烧器，再以6KNm3/s速度下降10秒后切除#21燃烧器，最后保留11个。若过程发现需切除的燃烧器本身没有点火，直接跳转切除下个需要切除的燃烧器。

4.1.2其他燃料情况：

其他燃料在送风机、给水泵RB工况中，遵循只减燃料不切燃烧器的原则，具体细节如下：

LFO流量大于4t/h，按DCS内置设定值控制，目标值为3t/h。

COG流量大于5KNm3/h,按DCS内置定值控制，目标值为4KNm3/h。

NG流量大于6KNm3/h,按DCS内置定值控制，目标值为5KNm3/h。

4.2增压风机（3低到2低）RB试验燃料方案

4.2.1主燃料BFG情况：根据辅机运行能力，RB信号发生后，燃烧器按照11－14－13－16－12－15的顺序间隔10s切除，直至保留12个BFG燃烧器运行为止。逻辑框图如图2所示：

RB信号发生后，BFG流量以6KNm3/s速度先减10秒，如果BFG燃烧器投用大于11个，切除#11燃烧器，再以6KNm3/s速度下降10秒后切除#14燃烧器，再以6KNm3/s速度下降10秒后切除#13燃烧器，再以6KNm3/s速度下降10秒后切除#16燃烧器，再以6KNm3/s速度下降10秒后切除#12燃烧器，再以6KNm3/s速度下降10秒后切除#15燃烧器，最后保留12个。若过程发现需切除的燃烧器本身没有点火，直接跳转切除下个需要切除的燃烧器。

4.2.2其他燃料情况：

BFG增压风机RB根据锅炉厂家德巴建议，保留其他燃料情况不变，仅将其他燃料投用的燃烧器投入自动，根据燃料内部限制自行调节。

4.3增压风机（2高到1高）RB试验燃料方案

4.3.1主燃料BFG情况：根据辅机运行能力，RB信号发生后，燃烧器按照11－14－13－16－12－15－21的顺序间隔10s切除，直至保留11个BFG燃烧器运行为止。如图3、4所示。

采用上述燃料切除方案的4号机组，在2010年2月～3月期间利用大修启停阶段进行实际RB试验，验证了该燃料切除方案的可行性。根据以下试验数据不难看出，针对各种RB工况，不同程度的负荷扰动，该燃烧方案能够很好的响应机组负荷波动，满足锅炉热负荷需求，在宝钢电厂4号机组这个特殊燃气机组取得了良好的效果。具体试验数据如下：

参考数据一：2008年11月11日13:12，4号机组发电机定子线圈温度突降触发“汽机脱扣”，13:26给水流量低触发锅炉跳闸、机组停运；直至2008年11月12日9:064号机组重新并网发电。启动消耗如下表一：

表一

机组当时负荷200MW，少发电200MW*19=3800MW，

少发电直接损失380万千瓦时*7062元/万千瓦时=268.35万元。

参考数据一：2009年1月11日0:00--2009年1月23日24:00机组临修后，1月31日23:30锅炉上水冲洗，至2月1日20:284号机组并网发电。启动消耗如下表二：

表二

参考数据三：2009年2月11日9：55，锅炉跳闸、机组停运；直至2009年2月11日23：05机组重新并网发电。启动消耗如下表三：

表三

机组当时负荷240MW，少发电240MW*13=3120MW，

少发电直接损失312万千瓦时*7062元/万千瓦时=220.33万元。

项目预期收益：本项目研究的是一项新的应用技术，按每年发生两次RB动作成功计算，依据以上历史数据：

年预期效益=（65.8+268.35+152.4+220.33）/2*2万元=706.88万元。

随着国家对于节能环保越来越重视，作为能耗大户的钢铁行业，节能减排的任务非常重。宝钢作为行业的领头羊，在自备电厂余能发电，不断降低BFG、COG、COREX放散率方面走在行业的前列。越来越多的钢铁企业开始借鉴宝钢模式，类似宝钢电厂4号机组这样的节能环保机组有着很强的示范性作用，该机组类型目前在钢铁自备电厂正在大力推广应用。对应其特殊的燃料切换方案在应对辅机故障和减少机组“非计划停机”方面值得其他相似机组学习和推广。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种多种燃料混烧机组RB工况下的燃料切除方法，包括以下步骤：

步骤1：RB工况下燃料指令的形成：RB触发后，给BFG主控RB动作后BFG流量的目标值，与BFG实际流量经PID运算后，通过BALANCER模块到三个BFG层主控，层主控通过BALANCER模块下到各层6个燃烧器BFG调节挡板；

步骤2：燃烧器个数的统计：根据燃烧器火检和燃烧器热负荷值作为条件共同判定，具体是燃烧器火检为“1”，表示该燃烧器已点火燃烧，并且燃烧器热负荷值大于25KMJ，表示该燃烧器稳定燃烧；

所述燃烧器布置：配置有18个复合式的气体燃烧器，分上、中、下三层，左右墙对冲布置，为便于描述用两位码进行编号，对应关于如下：11－下层左前，12－下层左中，13－下层左后，14－下层右后，15－下层右中，16－下层右前，21－中层左前，22－中层左中，23－中层左后，24－中层右后，25－中层右中，26－中层右前，31－上层左前，12－上层左中，13－上层左后，14－上层右后，15－上层右中，16－上层右前；

步骤3：RB动作后燃料***公共逻辑：

3.1解除大偏差：RB信号动作到RB信号复置＋2min延时时间内自动解除18个BFG调节挡板、二次风门挡板设定值与控制量、执行机构指令与实际反馈大偏差切手动条件；

3.2RB信号发生，且当前BFG燃烧器投用，则将该BFG燃烧器切自动，如果每层6个BFG燃烧器中有2个投自动，则BFG层主控投自动；

步骤4：各种RB工况下的燃料切除方案

4.1给水泵、送风机RB试验燃料方案：

4.1.1主燃料BFG情况：RB信号发生后，燃烧器按照编号11－14－13－16－12－15－21的顺序间隔10s切除，直至保留11个BFG燃烧器运行为止；

4.1.2其他燃料情况：

其他燃料在送风机、给水泵RB工况中，遵循只减燃料不切燃烧器的原则；

4.2增压风机3台低速运行中故障1台情况下RB试验燃料方案:

4.2.1主燃料BFG情况：根据辅机运行能力，RB信号发生后，燃烧器按照编号11－14－13－16－12－15的顺序间隔10s切除，直至保留12个BFG燃烧器运行为止；

4.2.2其他燃料情况：

BFG增压风机RB根据锅炉厂家建议，保留其他燃料情况不变，仅将其他燃料投用的燃烧器投入自动，根据燃料内部限制自行调节；

4.3增压风机2台高速运行中故障1台情况下RB试验燃料方案

4.3.1主燃料BFG情况：根据辅机运行能力，设定RB目标值；RB信号发生后，燃烧器按照编号11－14－13－16－12－15－21的顺序间隔10s切除，直至保留11个BFG燃烧器运行为止。

2.根据权利要求1所述的多种燃料混烧机组RB工况下的燃料切除方法，其特征在于：所述4.1.1主燃料BFG情况：RB信号发生后，BFG流量以6KNm3/s速度先减10秒，如果BFG燃烧器投用大于11个，切除#11燃烧器，再以6KNm3/s速度下降10秒后切除#14燃烧器，再以6KNm3/s速度下降10秒后切除#13燃烧器，再以6KNm3/s速度下降10秒后切除#16燃烧器，再以6KNm3/s速度下降10秒后切除#12燃烧器，再以6KNm3/s速度下降10秒后切除#15燃烧器，再以6KNm3/s速度下降10秒后切除#21燃烧器，最后保留11个；若过程发现需切除的燃烧器本身没有点火，直接跳转切除下个需要切除的燃烧器。

3.根据权利要求1或2所述的多种燃料混烧机组RB工况下的燃料切除方法，其特征在于：所述4.1.2其他燃料情况，其中只减燃料不切燃烧器原则具体如下：

LFO流量大于4t/h，按DCS内置设定值控制，目标值为3t/h；

COG流量大于5KNm3/h，按DCS内置定值控制，目标值为4KNm3/h；

NG流量大于6KNm3/h，按DCS内置定值控制，目标值为5KNm3/h。

4.根据权利要求1或2所述的多种燃料混烧机组RB工况下的燃料切除方法，其特征在于：所述4.2.1主燃料BFG情况：RB信号发生后，BFG流量以6KNm3/s速度先减10秒，如果BFG燃烧器投用大于11个，切除#11燃烧器，再以6KNm3/s速度下降10秒后切除#14燃烧器，再以6KNm3/s速度下降10秒后切除#13燃烧器，再以6KNm3/s速度下降10秒后切除#16燃烧器，再以6KNm3/s速度下降10秒后切除#12燃烧器，再以6KNm3/s速度下降10秒后切除#15燃烧器，最后保留12个；若过程发现需切除的燃烧器本身没有点火，直接跳转切除下个需要切除的燃烧器。

Images