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   張永軍 （1976-）

   男，江西萍鄉(xiāng)人，碩士，工程師，從事火電廠熱工自動化技術(shù)應(yīng)用與研究工作。




    摘  要：脫硫系統(tǒng)增壓風(fēng)機(jī)一般用來控制增壓風(fēng)機(jī)入口壓力，由于風(fēng)煙系統(tǒng)的管路特性，爐膛壓力變化和增壓風(fēng)機(jī)入口壓力變化存在一定的時間差，當(dāng)煙氣流量大幅變動時，增壓風(fēng)機(jī)控制往往容易和引風(fēng)機(jī)的爐膛壓力控制產(chǎn)生諧振，導(dǎo)致被控量波動幅度過大，波動時間過長，甚至發(fā)生發(fā)散。為了克服這種現(xiàn)象，在傳統(tǒng)邏輯中針對風(fēng)機(jī)RB增加了相應(yīng)的前饋，并減弱了增壓風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)作用，從而降低了正常工況下增壓風(fēng)機(jī)的控制品質(zhì)。針對上述問題，本文通過理論分析，在仿真的基礎(chǔ)上提出了一種風(fēng)機(jī)協(xié)調(diào)控制的控制策略。并以某300MW機(jī)組的工程實(shí)例，說明了該控制策略的實(shí)施過程和實(shí)施效果。

   關(guān)鍵詞：脫硫；增壓風(fēng)機(jī)；引風(fēng)機(jī)；爐膛負(fù)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(shù)含脫硫裝置的電站而言，增壓風(fēng)機(jī)是必須配置的，其煙氣系統(tǒng)通常的控制策略為增壓風(fēng)機(jī)控制增壓風(fēng)機(jī)入口壓力，引風(fēng)機(jī)控制爐膛負(fù)壓。對于風(fēng)機(jī)串聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)，這種控制方式結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，但是當(dāng)出現(xiàn)煙氣流量大幅變動、風(fēng)機(jī)RB等惡劣工況時，由于爐膛負(fù)壓和增壓風(fēng)機(jī)入口壓力之間的耦合作用，一旦調(diào)整不好，該控制方式容易產(chǎn)生振蕩甚至發(fā)散，對機(jī)組運(yùn)行帶來較大風(fēng)險。

    本文提出一種增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)聯(lián)合協(xié)調(diào)控制的方式，該方式利用兩種風(fēng)機(jī)同時控制爐膛負(fù)壓，并兼顧增壓風(fēng)機(jī)入口壓力。通過該控制方式可以有效避免傳統(tǒng)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(tài)，是質(zhì)量、溫度等參數(shù)的綜合體現(xiàn)。爐膛壓力和增壓風(fēng)機(jī)入口壓力由煙氣量、燃料量、送引風(fēng)機(jī)狀態(tài)、增壓風(fēng)機(jī)狀態(tài)、爐內(nèi)燃燒強(qiáng)度、爐內(nèi)溫度、煙氣溫度等參數(shù)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(dǎo)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(jī)入口壓力而言，其主要影響因素如下：

    爐膛壓力和爐內(nèi)煙氣質(zhì)量變化、爐內(nèi)溫度變化相關(guān)。引起爐內(nèi)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(nèi)溫度變化的因素主要是爐內(nèi)燃燒工況的變化。

    增壓風(fēng)機(jī)入口壓力和引風(fēng)機(jī)至增壓風(fēng)機(jī)煙道內(nèi)煙氣質(zhì)量變化、煙氣溫度變化相關(guān)。引起煙道內(nèi)煙氣質(zhì)量變化的因素主要包括：引風(fēng)機(jī)排煙量，增壓風(fēng)機(jī)出力；引起煙道內(nèi)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(jī)控制其入口壓力、引風(fēng)機(jī)控制爐膛負(fù)壓的傳統(tǒng)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(tǒng)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(nèi)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(jī)出力減小。隨后增壓風(fēng)機(jī)入口壓力也隨之下降，增壓風(fēng)機(jī)也減小出力。不過由于引風(fēng)機(jī)初期出力的減小和壓力傳遞的時間差，當(dāng)引風(fēng)機(jī)出力減小后一段時間增壓風(fēng)機(jī)才開始減小出力。由此導(dǎo)致增壓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)和引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)相互耦合，使得壓力可能出現(xiàn)反復(fù)波動、波動幅度過大、波動時間過長等現(xiàn)象，嚴(yán)重時壓力的波動可導(dǎo)致爐膛壓力保護(hù)動作甚至可能拉塌煙道。

    因此在傳統(tǒng)的控制邏輯中，針對風(fēng)機(jī)RB的工況通常增加了相應(yīng)的前饋邏輯：風(fēng)機(jī)RB時，增壓風(fēng)機(jī)出力迅速減小至原來的70％左右。同時為了減小增壓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)和引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)之間的耦合作用，通常將增壓風(fēng)機(jī)對其入口壓力的調(diào)節(jié)能力設(shè)得較弱。這樣一來，當(dāng)機(jī)組正常工況波動時，很可能出現(xiàn)增壓風(fēng)機(jī)入口壓力調(diào)節(jié)過程較長，調(diào)節(jié)品質(zhì)較差的情況；當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)磨煤機(jī)跳閘導(dǎo)致燃燒工況大幅波動時，則會出現(xiàn)由于調(diào)節(jié)能力不足導(dǎo)致壓力波動過大，嚴(yán)重影響安全運(yùn)行。

    2 協(xié)調(diào)控制仿真試驗(yàn)

    增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的協(xié)調(diào)控制主要是指：爐膛負(fù)壓由增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)來共同控制，增壓風(fēng)機(jī)在控制爐膛負(fù)壓的同時兼顧增壓風(fēng)機(jī)入口壓力。采用風(fēng)機(jī)的協(xié)調(diào)控制后，當(dāng)爐膛內(nèi)燃燒發(fā)生劇烈變化導(dǎo)致煙氣量大幅改變時，增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)同向調(diào)節(jié)，克服了兩者之間的耦合作用，不會產(chǎn)生由于增壓風(fēng)機(jī)入口壓力的滯后性、風(fēng)機(jī)之間的耦合性導(dǎo)致的增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)的不同步，減少了增壓風(fēng)機(jī)對風(fēng)煙系統(tǒng)的內(nèi)擾，使得包括爐膛負(fù)壓在內(nèi)的風(fēng)煙系統(tǒng)各參數(shù)調(diào)節(jié)品質(zhì)得到提高。

    根據(jù)前面分析的壓力特性，對風(fēng)煙系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模，并對仿真模型進(jìn)行對比仿真試驗(yàn)，定性仿真風(fēng)量大幅下降時風(fēng)煙系統(tǒng)的工作狀態(tài)。在仿真中分別采用兩種控制模式并調(diào)整參數(shù)至最優(yōu)，仿真結(jié)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(jī)和增壓風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)存在較強(qiáng)的耦合作用（風(fēng)機(jī)之間的反向調(diào)節(jié)）；采用協(xié)調(diào)控制后，風(fēng)機(jī)之間的耦合作用減弱了。

    （2）采用協(xié)調(diào)控制后，無論爐膛壓力和增壓風(fēng)機(jī)入口壓力，其壓力波動幅度和波動的持續(xù)時間均得到了改善，風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)幅度也變得更加平緩，風(fēng)煙系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)得到了顯著提高。

          

    3 協(xié)調(diào)控制實(shí)施效果

    定性仿真試驗(yàn)證明協(xié)調(diào)控制模式能有效地減弱風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)之間的耦合性作用，同時改善調(diào)節(jié)品質(zhì)，增加控制的安全性。按照仿真試驗(yàn)思路在某300MW機(jī)組上進(jìn)行了引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)聯(lián)合控制試驗(yàn)，對不同工況下風(fēng)機(jī)協(xié)調(diào)控制的控制品質(zhì)進(jìn)行考核。

    3.1 協(xié)調(diào)控制策略

    某電廠#5機(jī)組為300MW亞臨界燃煤機(jī)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(huán)鍋爐。引風(fēng)機(jī)為靜葉可調(diào)軸流式，設(shè)計(jì)工況為953070 m3/h，風(fēng)機(jī)全壓設(shè)計(jì)工況為4693Pa。該機(jī)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(tǒng)配置一臺100%BMCR容量的動葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)，用于克服FGD裝置投入時引起的煙氣壓降。增壓風(fēng)機(jī)的性能保證能適應(yīng)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)工況35%~100% BMCR負(fù)荷下正常運(yùn)行，并留有一定裕度。

    針對該機(jī)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。

                        

    在修改的過程中還應(yīng)注意下面問題：

    （1）考慮到增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)特性的差異，在主控MA站出口增加f(x)回路，調(diào)節(jié)不同風(fēng)機(jī)之間的特性差異。同時需要在增壓風(fēng)機(jī)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(xiàn)。

    （2）增壓風(fēng)機(jī)入口壓力修正回路主要用于保證穩(wěn)態(tài)工況下維持增壓風(fēng)機(jī)入口壓力，需要考慮該P(yáng)ID的修正范圍。同時在跟蹤回路中應(yīng)保證該部分修正量在風(fēng)機(jī)手動時跟蹤至零位，以及設(shè)定值對實(shí)際壓力的跟蹤。

    3.2 協(xié)調(diào)控制實(shí)施效果

    在風(fēng)機(jī)聯(lián)控試驗(yàn)中，將AGC撤出運(yùn)行，穩(wěn)定在機(jī)組負(fù)荷在240MW附近，在該負(fù)荷段下進(jìn)行負(fù)壓定值擾動試驗(yàn)和負(fù)荷變動試驗(yàn)，并調(diào)整引風(fēng)機(jī)控制至最優(yōu)品質(zhì)。經(jīng)調(diào)整后的相關(guān)試驗(yàn)曲線如圖3中所示。

     

    經(jīng)調(diào)整后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1~2中所示。

           

   由相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)聯(lián)控爐膛負(fù)壓的方式是可行的，經(jīng)過參數(shù)的整定，完全能滿足控制需要。

   4 小結(jié)

   通過仿真試驗(yàn)證明風(fēng)機(jī)的協(xié)調(diào)控制模式能有效地減弱風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)之間的耦合性作用，同時改善調(diào)節(jié)品質(zhì)，增加控制的安全性。通過某300MW機(jī)組上風(fēng)機(jī)協(xié)調(diào)控制方式的實(shí)施，證明風(fēng)機(jī)的協(xié)調(diào)控制是安全可行的，能提高惡劣工況變化時風(fēng)煙系統(tǒng)的控制品質(zhì)。為增壓風(fēng)機(jī)控制、引風(fēng)機(jī)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(jìn)一步探討和研究：

    （1）在風(fēng)機(jī)協(xié)調(diào)控制模式下，增壓風(fēng)機(jī)由爐膛壓力控制回路和增壓風(fēng)機(jī)入口壓力控制回路共同參與調(diào)節(jié)。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(diào)整需要綜合而定。在下一步的研究中可以考慮根據(jù)不同工況動態(tài)分配兩個回路之間的比例關(guān)系，以進(jìn)一步提高控制品質(zhì)。

    （2）增壓風(fēng)機(jī)入口壓力反應(yīng)了引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)之間的出力分配關(guān)系，可以通過調(diào)整增壓風(fēng)機(jī)入口壓力找到較為經(jīng)濟(jì)的工況。在下一步的研究中可以考慮：當(dāng)給定不同負(fù)荷段下的最優(yōu)入口壓力設(shè)定點(diǎn)后，區(qū)分穩(wěn)定工況和動態(tài)工況，動態(tài)調(diào)整增壓風(fēng)機(jī)入口壓力控制回路的控制器參數(shù)，提高穩(wěn)定工況下入口壓力控制的準(zhǔn)確性和動態(tài)工況下入口壓力控制的穩(wěn)定性，從而使相關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最佳。

    參考文獻(xiàn)：

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                                                      ——轉(zhuǎn)自《自動化博覽》