重庆钢铁集团CCPP热值控制软件应用实践
2008-03-31 11:03:37
重庆钢铁集团50MW燃气-蒸汽联合循环发电机组（CCPP）是一个新建项目，使用的是新技术、新工艺，联合循环的发电效率比直接蒸汽轮机高15%。混合煤气热值控制包含混合煤气热值和压力控制两个方面。其中，压力控制是为了稳定煤气压缩机入口压力，保证煤气压缩机工作正常；热值控制是为燃机提供满足正常工作要求的稳定的热值。
50MW燃机通过调节高焦煤流量与压力实现对混合煤气热值和压力的控制，其系统流程见图1。
系统中各点检测参量如图1所示，正常工作(标态)时燃机对混合煤气压力要求是2.3±0.2 MPa，混合煤气温度的要求是230℃（由煤气压缩机进行调节）。混合煤气热值控制要求为5577kJ/m3±5% ，此时高焦煤设计参考值如下表1。
混合煤气的热值和压力控制是一个多输入、多输出、强耦合、大滞后、非线性、大扰动的系统，其控制是目前国内外攻克的难点。
表1
热值控制软件
研究热值检测对利用好热值仪的热值，控制好混合煤气热值有很好的意义。根据热平衡，当单燃气密度增加时，燃气热值也就增加了。华白指数是表示热负荷的参数（发热指数）。高华白指数 =总热值/相对密度。具有相同华白指数的不同的燃气成分，在相同的燃烧压力下，能释放出相同的热负荷。
但现场实际情况有时会比较差。比如，高炉煤气管网压力不够稳定，低的时候会在5.8kPa~5.2kPa区间波动，对混合煤气压力调节带来很大影响。为了煤压机安全生产和节约煤压机负荷，一般将混合煤气压力目标控制值调高。但是煤压机入口压力比混合煤气压力小2.0kPa~2.2kPa，高煤调节阀开度超过65%无调节作用，焦煤调节阀开度超过60%无调节作用，等等，这些都为解决方案带来了很多难题。
重钢电子公司根据现场情况，在工艺相关专家强有力的帮助下，推出了模糊智能解决方案。采用双交叉串级自动控制，运用重钢电子有限责任公司自主知识产权的模糊控制技术，结合现场的实际摸索情况，通过几个月的时间，开发了模糊控制鲁棒算法软件包、热值大滞后跟踪算法软件包、高焦煤气压力及流量四调节解耦算法软件包，最后成功开发出了混合煤气热值控制系统软件，解决了技术难题。其中创新点包括：混合煤气四阀解耦控制技术，解决调节阀间解耦的问题；模糊鲁棒控制技术，解决热值波动的问题；综合模糊等控制技术，推出完整热值控制软件。
控制策略的优劣直接关系到模糊控制器的运行效果。对于常规的流量、压力、液位等对象，在模糊控制理论中有一些通用规则可以借鉴。但是，通过实际的测试表明，通用的规则除在适应性和稳定性方面较好外，在快速性和静态误差上还不如常规PID调节器。因此，要得到更好的控制效果，必须根据特定的对象和环境，寻找具有针对性的一套控制规则。重钢电子公司在现场反复摸索和收集信息，经过大量的数据收集和分析，制订了针对现场实际情况的解决方案，都采用偏差和偏差率进行分析和构建规则，并在表2的对象基本模型上进行控制规则的优化和测试工作。
由于控制对象热值和压力的特性差别很大，计算机采样的周期和取值很不一样，计算采样时刻偏差和偏差的变化的清晰值处理也各有差异，有些采用了加权的平均算法。
表2 CCPP建前 手动控制时 自动控制时
具体技术指标
循环发电机组热值控制软件取得成果前，完全靠人工手动控制，工艺参数难保证，发电效率很难提高，有时发生停止事故；成果完成后，实现计算机控制，控制的主要技术指标如下：
1.热值控制精度优于目标值5577kJ/m3±5%，目前实际控制效果在±3%以内。
2.压力控制在煤压机要求范围内，当混合站前煤气压力≥6.0kPa时，混合站后煤气压力能稳定满足煤压机满负荷正常运行要求。目前混合煤气压力稳定在5.5±0.5kPa，根据工艺实际情况具备调整功能。
这样既保障了工艺参数，也保证了燃机和煤压机的高效率运行，直接提高了发电量，减少了煤气放散。
根据运行情况，软件产品实施后，取得节能降耗具体指标如下：
1.提高发电量2.4MW/h。产品推广后，煤气利用率提高，系统运行稳定，可以让燃机的负荷提高。
2.将煤气放散由人工操作的5%减少到自动控制的2%以下。
在成果实施之前，人工手动控制很容易引起系统波动停机，高焦煤煤气每天放散量在65000m3左右；在热值软件产品推出后，煤气放散量在25000 m3以下。每天放散量对比如表3。
表3 产品/应用方案促进节能降耗情况（含具体指标）
效益
重钢电子公司开发的热值控制软件直接用于建设的CCPP，即节省投资，又节约时间，可以利用最短的时间创造最大的经济效益。
1.经济效益
通过软件产品技术创新，按保守估计，提高发电量2.4MW/h （按现在小时平均总发电量40.4MW/h，其中燃机38.9MW/h、汽轮机1.5MW/h，原参考值38MW/h计算），按现在的运行率一年250天计算发电量，按平均一度电0.2元计算利润（由于利用剩余煤气发电，除去成本，按较低的平均一度电利润0.2元计算），年经济效益为：2.4×24×250×1000×0.2=288万元。其中2007年从5月份开始计算，除去检修和停机时间按160天计算，其经济效益为：2.4×24×160×1000×0.2=184.32万元。
2.很大程度减少了重钢的煤气放散
减少高炉煤气和焦炉煤气的放散，就是很好的节能降耗，还优化了环境，提高了附近居民的安全性。
推广前景
热值控制软件开发成功后，将对重庆钢铁集团内部以后新区的能源发电系统建设发挥重要的作用。新区建设是环保节能项目，采用CCPP可以有效地利用资源，保护环境。重钢开发的热值控制软件直接用于建设的CCPP，即节省投资，又节约时间，可以用最短的时间创造最大的经济效益。
热值控制软件的开发成功，不仅对重庆钢铁集团节能降耗推广有积极的作用，而且对以后重庆钢铁集团内部电子自动化产业的发展发挥有效作用。
