張永軍 （1976-）

   男，江西萍鄉人，碩士，工程師，從事火電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化技術(shù)應用與研究工作。




    摘  要：脫硫系統增壓風(fēng)機一般用來(lái)控制增壓風(fēng)機入口壓力，由于風(fēng)煙系統的管路特性，爐膛壓力變化和增壓風(fēng)機入口壓力變化存在一定的時(shí)間差，當煙氣流量大幅變動(dòng)時(shí)，增壓風(fēng)機控制往往容易和引風(fēng)機的爐膛壓力控制產(chǎn)生諧振，導致被控量波動(dòng)幅度過(guò)大，波動(dòng)時(shí)間過(guò)長(cháng)，甚至發(fā)生發(fā)散。為了克服這種現象，在傳統邏輯中針對風(fēng)機RB增加了相應的前饋，并減弱了增壓風(fēng)機的調節作用，從而降低了正常工況下增壓風(fēng)機的控制品質(zhì)。針對上述問(wèn)題，本文通過(guò)理論分析，在仿真的基礎上提出了一種風(fēng)機協(xié)調控制的控制策略。并以某300MW機組的工程實(shí)例，說(shuō)明了該控制策略的實(shí)施過(guò)程和實(shí)施效果。

   關(guān)鍵詞：脫硫；增壓風(fēng)機；引風(fēng)機；爐膛負壓；控制策略

   Abstract: The boosting fan of Desulphurization is used to control entrance pressure of boosting fan. On account of pipeline characteristic, entrance pressure of boosting fan is changed after the change of furnace pressure. By this control strategy, furnace pressure and entrance pressure of boosting fan fluctuate chronically when gas flux alter great range, Syntony, even radiation is bring to control system. In order to overcome the phenomenon, usually, the related feed-forward is added to fan RB in the traditional logic design, and moreover, the tune function of boosting fan was weakened and therefore the control quality was debased. All these problems of traditional control strategy are introduced in this paper. According to theoretical analysis and emulation, a new control strategy on boosting fan and IDF (induced draft fan) fan coordinated control System are presented and taken a 300MW power plant for an example, we illustrate the implementation process and effect.

    Key words: Desulphurization; boosting fan; IDF; furnace draft; Control Strategy

    對于大多數含脫硫裝置的電站而言，增壓風(fēng)機是必須配置的，其煙氣系統通常的控制策略為增壓風(fēng)機控制增壓風(fēng)機入口壓力，引風(fēng)機控制爐膛負壓。對于風(fēng)機串聯(lián)運行系統，這種控制方式結構簡(jiǎn)單，易于實(shí)現，但是當出現煙氣流量大幅變動(dòng)、風(fēng)機RB等惡劣工況時(shí)，由于爐膛負壓和增壓風(fēng)機入口壓力之間的耦合作用，一旦調整不好，該控制方式容易產(chǎn)生振蕩甚至發(fā)散，對機組運行帶來(lái)較大風(fēng)險。

    本文提出一種增壓風(fēng)機和引風(fēng)機聯(lián)合協(xié)調控制的方式，該方式利用兩種風(fēng)機同時(shí)控制爐膛負壓，并兼顧增壓風(fēng)機入口壓力。通過(guò)該控制方式可以有效避免傳統控制模式帶來(lái)的一些弊端。

    1 對象特性分析

    壓力反映了氣體的狀態(tài)，是質(zhì)量、溫度等參數的綜合體現。爐膛壓力和增壓風(fēng)機入口壓力由煙氣量、燃料量、送引風(fēng)機狀態(tài)、增壓風(fēng)機狀態(tài)、爐內燃燒強度、爐內溫度、煙氣溫度等參數決定。下面假定高溫低壓的煙氣為理想氣體，對壓力特性進(jìn)行定性分析。

    由理想氣體性質(zhì)可得： p=mRT/V                               （1）

    對(1)式求導得：

                                （2）

    對于鍋爐而言其容積V是固定的，因此由（2）式中可以看出壓力和氣體的質(zhì)量、溫度的狀態(tài)直接相關(guān)。具體對爐膛壓力和增壓風(fēng)機入口壓力而言，其主要影響因素如下：

    爐膛壓力和爐內煙氣質(zhì)量變化、爐內溫度變化相關(guān)。引起爐內煙氣質(zhì)量變化的因素主要包括：送風(fēng)量、引風(fēng)量和燃料量；引起爐內溫度變化的因素主要是爐內燃燒工況的變化。

    增壓風(fēng)機入口壓力和引風(fēng)機至增壓風(fēng)機煙道內煙氣質(zhì)量變化、煙氣溫度變化相關(guān)。引起煙道內煙氣質(zhì)量變化的因素主要包括：引風(fēng)機排煙量，增壓風(fēng)機出力；引起煙道內煙氣溫度變化的因素主要包括爐膛排煙溫度的變化。

    以增壓風(fēng)機控制其入口壓力、引風(fēng)機控制爐膛負壓的傳統控制方式，在正常工況時(shí)完全可以滿(mǎn)足對爐膛壓力和脫硫系統的控制需求。然而在某些特殊工況下卻存在不安全因素。

    例如在爐膛內燃燒發(fā)生劇烈變化、煙氣流量快速下降的工況下。爐膛壓力迅速下降，引風(fēng)機出力減小。隨后增壓風(fēng)機入口壓力也隨之下降，增壓風(fēng)機也減小出力。不過(guò)由于引風(fēng)機初期出力的減小和壓力傳遞的時(shí)間差，當引風(fēng)機出力減小后一段時(shí)間增壓風(fēng)機才開(kāi)始減小出力。由此導致增壓風(fēng)機調節和引風(fēng)機調節相互耦合，使得壓力可能出現反復波動(dòng)、波動(dòng)幅度過(guò)大、波動(dòng)時(shí)間過(guò)長(cháng)等現象，嚴重時(shí)壓力的波動(dòng)可導致?tīng)t膛壓力保護動(dòng)作甚至可能拉塌煙道。

    因此在傳統的控制邏輯中，針對風(fēng)機RB的工況通常增加了相應的前饋邏輯：風(fēng)機RB時(shí)，增壓風(fēng)機出力迅速減小至原來(lái)的70％左右。同時(shí)為了減小增壓風(fēng)機調節和引風(fēng)機調節之間的耦合作用，通常將增壓風(fēng)機對其入口壓力的調節能力設得較弱。這樣一來(lái)，當機組正常工況波動(dòng)時(shí)，很可能出現增壓風(fēng)機入口壓力調節過(guò)程較長(cháng)，調節品質(zhì)較差的情況；當機組出現磨煤機跳閘導致燃燒工況大幅波動(dòng)時(shí)，則會(huì )出現由于調節能力不足導致壓力波動(dòng)過(guò)大，嚴重影響安全運行。

    2 協(xié)調控制仿真試驗

    增壓風(fēng)機和引風(fēng)機的協(xié)調控制主要是指：爐膛負壓由增壓風(fēng)機和引風(fēng)機來(lái)共同控制，增壓風(fēng)機在控制爐膛負壓的同時(shí)兼顧增壓風(fēng)機入口壓力。采用風(fēng)機的協(xié)調控制后，當爐膛內燃燒發(fā)生劇烈變化導致煙氣量大幅改變時(shí)，增壓風(fēng)機和引風(fēng)機同向調節，克服了兩者之間的耦合作用，不會(huì )產(chǎn)生由于增壓風(fēng)機入口壓力的滯后性、風(fēng)機之間的耦合性導致的增壓風(fēng)機與引風(fēng)機調節的不同步，減少了增壓風(fēng)機對風(fēng)煙系統的內擾，使得包括爐膛負壓在內的風(fēng)煙系統各參數調節品質(zhì)得到提高。

    根據前面分析的壓力特性，對風(fēng)煙系統進(jìn)行仿真建模，并對仿真模型進(jìn)行對比仿真試驗，定性仿真風(fēng)量大幅下降時(shí)風(fēng)煙系統的工作狀態(tài)。在仿真中分別采用兩種控制模式并調整參數至最優(yōu)，仿真結果如圖1所示。從圖1中可以看出：

    （1）在原控制策略下，引風(fēng)機和增壓風(fēng)機的調節存在較強的耦合作用（風(fēng)機之間的反向調節）；采用協(xié)調控制后，風(fēng)機之間的耦合作用減弱了。

    （2）采用協(xié)調控制后，無(wú)論爐膛壓力和增壓風(fēng)機入口壓力，其壓力波動(dòng)幅度和波動(dòng)的持續時(shí)間均得到了改善，風(fēng)機的調節幅度也變得更加平緩，風(fēng)煙系統的調節品質(zhì)得到了顯著(zhù)提高。

          

    3 協(xié)調控制實(shí)施效果

    定性仿真試驗證明協(xié)調控制模式能有效地減弱風(fēng)機調節之間的耦合性作用，同時(shí)改善調節品質(zhì)，增加控制的安全性。按照仿真試驗思路在某300MW機組上進(jìn)行了引風(fēng)機和增壓風(fēng)機聯(lián)合控制試驗，對不同工況下風(fēng)機協(xié)調控制的控制品質(zhì)進(jìn)行考核。

    3.1 協(xié)調控制策略

    某電廠(chǎng)#5機組為300MW亞臨界燃煤機組，其鍋爐采用上海鍋爐廠(chǎng)制造的亞臨界壓力一次再熱控制循環(huán)鍋爐。引風(fēng)機為靜葉可調軸流式，設計工況為953070 m3/h，風(fēng)機全壓設計工況為4693Pa。該機組配置石灰石-石膏濕法脫硫裝置，一爐一塔，每臺爐煙氣系統配置一臺100%BMCR容量的動(dòng)葉可調軸流式風(fēng)機，用于克服FGD裝置投入時(shí)引起的煙氣壓降。增壓風(fēng)機的性能保證能適應風(fēng)機設計工況35%~100% BMCR負荷下正常運行，并留有一定裕度。

    針對該機組，按照圖2中所示SAMA圖示意圖對原控制組態(tài)進(jìn)行修改。

                        

    在修改的過(guò)程中還應注意下面問(wèn)題：

    （1）考慮到增壓風(fēng)機與引風(fēng)機特性的差異，在主控MA站出口增加f(x)回路，調節不同風(fēng)機之間的特性差異。同時(shí)需要在增壓風(fēng)機至主控的反饋回路中增加反算的f(x)回路，以保證跟蹤的實(shí)現。

    （2）增壓風(fēng)機入口壓力修正回路主要用于保證穩態(tài)工況下維持增壓風(fēng)機入口壓力，需要考慮該PID的修正范圍。同時(shí)在跟蹤回路中應保證該部分修正量在風(fēng)機手動(dòng)時(shí)跟蹤至零位，以及設定值對實(shí)際壓力的跟蹤。

    3.2 協(xié)調控制實(shí)施效果

    在風(fēng)機聯(lián)控試驗中，將AGC撤出運行，穩定在機組負荷在240MW附近，在該負荷段下進(jìn)行負壓定值擾動(dòng)試驗和負荷變動(dòng)試驗，并調整引風(fēng)機控制至最優(yōu)品質(zhì)。經(jīng)調整后的相關(guān)試驗曲線(xiàn)如圖3中所示。

     

    經(jīng)調整后的試驗數據如表1~2中所示。

           

   由相關(guān)試驗數據可以看出，引風(fēng)機和增壓風(fēng)機聯(lián)控爐膛負壓的方式是可行的，經(jīng)過(guò)參數的整定，完全能滿(mǎn)足控制需要。

   4 小結

   通過(guò)仿真試驗證明風(fēng)機的協(xié)調控制模式能有效地減弱風(fēng)機調節之間的耦合性作用，同時(shí)改善調節品質(zhì)，增加控制的安全性。通過(guò)某300MW機組上風(fēng)機協(xié)調控制方式的實(shí)施，證明風(fēng)機的協(xié)調控制是安全可行的，能提高惡劣工況變化時(shí)風(fēng)煙系統的控制品質(zhì)。為增壓風(fēng)機控制、引風(fēng)機控制提供了一種新的思路。但是還存在下面一些問(wèn)題值得進(jìn)一步探討和研究：

    （1）在風(fēng)機協(xié)調控制模式下，增壓風(fēng)機由爐膛壓力控制回路和增壓風(fēng)機入口壓力控制回路共同參與調節。兩個(gè)壓力控制回路之間的比例目前為一定值，該定值由不同工況下的調整需要綜合而定。在下一步的研究中可以考慮根據不同工況動(dòng)態(tài)分配兩個(gè)回路之間的比例關(guān)系，以進(jìn)一步提高控制品質(zhì)。

    （2）增壓風(fēng)機入口壓力反應了引風(fēng)機和增壓風(fēng)機之間的出力分配關(guān)系，可以通過(guò)調整增壓風(fēng)機入口壓力找到較為經(jīng)濟的工況。在下一步的研究中可以考慮：當給定不同負荷段下的最優(yōu)入口壓力設定點(diǎn)后，區分穩定工況和動(dòng)態(tài)工況，動(dòng)態(tài)調整增壓風(fēng)機入口壓力控制回路的控制器參數，提高穩定工況下入口壓力控制的準確性和動(dòng)態(tài)工況下入口壓力控制的穩定性，從而使相關(guān)系統運行的經(jīng)濟性達到最佳。

    參考文獻：

    [1] 趙軍. 脫硫增壓風(fēng)機控制對爐膛負壓的影響分析與控制優(yōu)化[J]. 中國電力，2008，2: 37~40.

    [2] 劉卜崗，葛旻. 600MW機組煙氣脫硫中增壓風(fēng)機的控制[J]. 水利電力機械，2006，28(2): 49~51.

 



                                                      ——轉自《自動(dòng)化博覽》