火电厂深度配煤掺烧工况下BTU校正优化研究

火电厂深度配煤掺烧工况下BTU校正优
化研究
摘要：本文分析了火电机组在一边大力参与深度调峰，一边大比例进行分磨
分级配煤掺烧工况下，传统BTU控制只针对总入炉煤热值进行优化，无法满足分
磨分级掺烧及快速变动负荷下的精细控制需求，而极易引发水煤比失调、受热面
超温、升降负荷缓慢等问题，提出了一种为各台掺烧经济煤种的给煤机引入“小BTU”控制的方法，在根本上解决传统BTU只能优化总入炉煤热值的不精准问题。

关键词：配煤掺烧、BTU控制策略、入炉煤热值、深度调峰
1.传统BTU控制简介
传统BTU 校正方法采用设计工况下的给水流量与燃料量的对应函
数计算出当前给水流量下对应的理论燃料量[2]，通过实际燃料量乘以 BTU 校正
系数得到校正后的燃料量。

对理论燃料量与校正后的燃料量的偏差进行积分，并
将积分结果通过函数折算为一个校正系数，即为实际煤发热量与理论煤发热量的
比值。

在机组稳定运行时:BTU校准系数主要由总煤量、主蒸汽压力偏差、给水流
量来决定。

在协调方式负荷不变的情况下，水煤比正常，锅炉燃料指令不变，若
入炉煤发热量降低，需减小BTU 数值，使校正后的煤量增加。

此时控制系统为了
维持水煤比不变，会增加实际煤量，从而增加校正后的煤量，水此时不变，中间
点温度升高。

若入炉煤发热量升高，需增大BTU 数值，使校正后的煤量减少。

此
时控制系统为了维持水煤比不变，会减少实际煤量，从而减少校正后的煤量，水
此时不变，中间点温度降低。

该方法认为入炉煤热值是一个均匀的整体，升降基本呈线性关系，
与现阶段局部入炉煤热值变化较大，整体入炉煤热值是一个显著非线性关系的实
事严重不符，存在较大偏差，难以通过简单整定积分时间，来消除这种非线性变
化引起的控制滞后与偏差问题，因积分时间过小则控制系统易出现系统振荡，过大则控制系统响应指令迟缓。

2.火电机组深度配煤掺烧现状
某电厂2×350MW超临界机组锅炉为哈锅生产的超临界变压直流炉，型号HG-1163/25.4-PM1。

炉本体采用∏型布置、单炉膛、一次中间再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构。

锅炉采用前后墙对冲燃烧方式， 20只三井巴布科克公司引进技术制造的LNASB燃烧器分前三层、后两层布置在炉膛前后墙上，在煤粉燃烧器的上方前后墙各布置2层燃尽风，每层有4只风口，使沿炉膛宽度方向热负荷及烟气温度分布更均匀。

燃烧器采用低NOx旋流式煤粉燃烧器，燃烧系统设计采用分级燃烧和浓淡燃烧等技术。

锅炉设计燃用杨村煤(20%)+常村煤(50%)+马村煤(30%)的混合煤种，收到基低位热值4730kal、干燥无灰基挥发份19.9%，具体参数如下：
锅炉燃烧器布置图示：
实际配煤掺烧时，常用的配煤方案如下表：
3.传统BTU控制逻辑的不足
设计煤种下，每层燃烧器煤质指标相差无几，可以认为相应燃烧器出口形成
的温度区域、能量场是平均的，入炉煤热值波动时，汽压、中间点温度的变化是
偏线性且一致的，所以BTU的修正方向是明确的[3]，通过增减煤量补偿入炉热值
的变化。

而当前深度分级分磨配烧掺烧工况下，各层燃烧器所用煤质热值相关极大，在炉内形成了一个一个相对独立的能量场，在升降负荷时，对应层燃烧器加
减同样煤量，或达到临界负荷，需要启停磨煤机时，其对汽压与中间点温度的影
响都是复杂和非线性的，此时BTU通过控制总体入炉煤量来修正热量偏差时，显
然力不从心，且传统BTU控制逻辑中，给水总是成比例地与煤量一同增减，然后
再尝试修正，对异常工况下，如掺烧经济煤种突发断煤的情况，或启停磨工况下，BTU无法知道炉内增减的是高热值还是低热值的煤种，控制器只是按稳态下平均
热值对应的煤量去增减给水，经常造成升负荷大量增加低热值煤时，给水过量增
加，中间点温度反而大幅下降，汽温大幅下降；或大量增加高热值煤时，给水增
加不足，中间点温度大幅上升，汽温超温。

虽然值班人员可以提前根据煤质指标，手动给予不同给煤机一定偏置量，保证整体入炉热值尽可能平均变化，但这种影
响始终客观存在于每一次变工况中，完全依靠人力凭经验去修正，在经济性和安
全性上都无法满足当前现代化企业达标创优的基本要求。

4.为特定给煤机引入“小BTU”控制的策略
上述问题的出现，主要是因为变工况时燃烧器出口热值变化不均匀，而传统BTU采取先控制煤量均匀，而后微调的方式，显然不满足当前运行工况的
需求。

要解决此矛盾，需将动态下的“煤量均匀”转化为“热量均匀”，一
段时间内静态下的各给煤机里煤质是不定的，只需事先知道各煤仓热值指标，以
高热值煤指标为基准，按一定比例减少低热值煤量进入控制器参与调节的数值即可。

为此可在“实测给煤机煤量”与“协调控制器采集的该煤量信号”中间，引
入一个系数X，即为特定给煤机引入单独的“小BTU”，依据现场经验，X取值在0.5-1.2之间较为合适，实际应用时该数值无需特别精确，只需保证变工况时加
仓低热值的给煤机在增、减煤量时，其对应输出或减少的热值与其它层大致相当
即可，X可简单由下式得到：X=特定给煤机的经济煤种热值/较好煤种的高热值，
引入“小BTU”后，协调控制器在增加煤量时掺烧低热值的给煤机会增加的更多，减少煤量时，同样减的更多，但因为系数X的存在，协调控制器从各给煤机接收
到的变化量几乎是平均的，因此给水控制器跟踪时也是平滑非突变的，水与煤匹
配正常，锅炉各参数变化则较为稳定，可以实现深度分磨分级配煤掺烧的同时，
保证锅炉变工况时依然安全平稳。

5.结语
对特定给煤机引入“小BTU”控制能满足当前火电机组一边大力参与
深度调峰，一边大比例进行分磨分级配煤掺烧的需求，解决了传统BTU面对热值
波动，控制粗放、滞后，易引发水煤比失调、受热面超温、升降负荷缓慢等问题，
使得锅炉在入炉煤源复杂、热值不均，甚至严重偏离设计煤种的情况下，频繁快速、大区间升降负荷，依然能保持较好的控制特性。

参考文献：
[1] 动力配煤规范: GB 25960—2010 ［S］．
[2] 张锐锋.基于模型煤发热量软测量的BTU校正方法[J].热力发电,2015（11）-0043-05
[3] 赵志丹，顾涛，陈志刚，等．超临界600ＭＷ机组协调控制的优化［Ｊ］．热力发电，2014，43（2）：117-121
作者简介：
1、阮文剑（1990），男，学士，中级工程师、注册安全工程师，从事火电厂运行优化管理及安全研究工作。

2、孙化鹏（1991），男，学士，中级工程师，从事火电厂运行管理及安全研究工作。

3、廉文星（1988），男，学士，中级工程师，从事火电厂运行工作。

4、林骁（1990），男，学士，中级工程师，从事火电厂运行工作。