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   張永軍 （1976-）

   男，江西萍鄉人，碩士，工程師，從事火電廠熱工自動化技術應用與研究工作。




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

   關鍵詞：脫硫；增壓風機；引風機；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，增壓風機是必須配置的，其煙氣系統通常的控制策略為增壓風機控制增壓風機入口壓力，引風機控制爐膛負壓。對于風機串聯運行系統，這種控制方式結構簡單，易于實現，但是當出現煙氣流量大幅變動、風機RB等惡劣工況時，由于爐膛負壓和增壓風機入口壓力之間的耦合作用，一旦調整不好，該控制方式容易產生振蕩甚至發散，對機組運行帶來較大風險。

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

    1 對象特性分析

    壓力反映了氣體的狀態，是質量、溫度等參數的綜合體現。爐膛壓力和增壓風機入口壓力由煙氣量、燃料量、送引風機狀態、增壓風機狀態、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，對壓力特性進行定性分析。

    由理想氣體性質可得： 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量、溫度的狀態直接相關。具體對爐膛壓力和增壓風機入口壓力而言，其主要影響因素如下：

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

    增壓風機入口壓力和引風機至增壓風機煙道內煙氣質量變化、煙氣溫度變化相關。引起煙道內煙氣質量變化的因素主要包括：引風機排煙量，增壓風機出力；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。

    以增壓風機控制其入口壓力、引風機控制爐膛負壓的傳統控制方式，在正常工況時完全可以滿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，引風機出力減小。隨后增壓風機入口壓力也隨之下降，增壓風機也減小出力。不過由于引風機初期出力的減小和壓力傳遞的時間差，當引風機出力減小后一段時間增壓風機才開始減小出力。由此導致增壓風機調節和引風機調節相互耦合，使得壓力可能出現反復波動、波動幅度過大、波動時間過長等現象，嚴重時壓力的波動可導致爐膛壓力保護動作甚至可能拉塌煙道。

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

    2 協調控制仿真試驗

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

    根據前面分析的壓力特性，對風煙系統進行仿真建模，并對仿真模型進行對比仿真試驗，定性仿真風量大幅下降時風煙系統的工作狀態。在仿真中分別采用兩種控制模式并調整參數至最優，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，引風機和增壓風機的調節存在較強的耦合作用（風機之間的反向調節）；采用協調控制后，風機之間的耦合作用減弱了。

    （2）采用協調控制后，無論爐膛壓力和增壓風機入口壓力，其壓力波動幅度和波動的持續時間均得到了改善，風機的調節幅度也變得更加平緩，風煙系統的調節品質得到了顯著提高。

          

    3 協調控制實施效果

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

    3.1 協調控制策略

    某電廠#5機組為300MW亞臨界燃煤機組，其鍋爐采用上海鍋爐廠制造的亞臨界壓力一次再熱控制循環鍋爐。引風機為靜葉可調軸流式，設計工況為953070 m3/h，風機全壓設計工況為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容量的動葉可調軸流式風機，用于克服FGD裝置投入時引起的煙氣壓降。增壓風機的性能保證能適應風機設計工況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進行修改。

                        

    在修改的過程中還應注意下面問題：

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

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

    3.2 協調控制實施效果

    在風機聯控試驗中，將AGC撤出運行，穩定在機組負荷在240MW附近，在該負荷段下進行負壓定值擾動試驗和負荷變動試驗，并調整引風機控制至最優品質。經調整后的相關試驗曲線如圖3中所示。

     

    經調整后的試驗數據如表1~2中所示。

           

   由相關試驗數據可以看出，引風機和增壓風機聯控爐膛負壓的方式是可行的，經過參數的整定，完全能滿足控制需要。

   4 小結

   通過仿真試驗證明風機的協調控制模式能有效地減弱風機調節之間的耦合性作用，同時改善調節品質，增加控制的安全性。通過某300MW機組上風機協調控制方式的實施，證明風機的協調控制是安全可行的，能提高惡劣工況變化時風煙系統的控制品質。為增壓風機控制、引風機控制提供了一種新的思路。但是還存在下面一些問題值得進一步探討和研究：

    （1）在風機協調控制模式下，增壓風機由爐膛壓力控制回路和增壓風機入口壓力控制回路共同參與調節。兩個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態分配兩個回路之間的比例關系，以進一步提高控制品質。

    （2）增壓風機入口壓力反應了引風機和增壓風機之間的出力分配關系，可以通過調整增壓風機入口壓力找到較為經濟的工況。在下一步的研究中可以考慮：當給定不同負荷段下的最優入口壓力設定點后，區分穩定工況和動態工況，動態調整增壓風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態工況下入口壓力控制的穩定性，從而使相關系統運行的經濟性達到最佳。

    參考文獻：

    [1] 趙軍. 脫硫增壓風機控制對爐膛負壓的影響分析與控制優化[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機的控制[J]. 水利電力機械，2006，28(2): 49~51.

 



                                                      ——轉自《自動化博覽》