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   张永军 （1976-）

   男，江西萍乡人，硕士，工程师，从事火电厂热工自动化技术应用与研究工作。




    摘  要：脱硫系统增压风机一般用来控制增压风机入口压力，由于风烟系统的管路特性，炉膛压力变化和增压风机入口压力变化存在一定的时间差，当烟气流量大幅变动时，增压风机控制往往容易和引风机的炉膛压力控制产生谐振，导致被控量波动幅度过大，波动时间过长，甚至发生发散。为了克服这种现象，在传统逻辑中针对风机RB增加了相应的前馈，并减弱了增压风机的调节作用，从而降低了正常工况下增压风机的控制品质。针对上述问题，本文通过理论分析，在仿真的基础上提出了一种风机协调控制的控制策略。并以某300MW机组的工程实例，说明了该控制策略的实施过程和实施效果。

   关键词：脱硫；增压风机；引风机；炉膛负压；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

    对于大多数含脱硫装置的电站而言，增压风机是必须配置的，其烟气系统通常的控制策略为增压风机控制增压风机入口压力，引风机控制炉膛负压。对于风机串联运行系统，这种控制方式结构简单，易于实现，但是当出现烟气流量大幅变动、风机RB等恶劣工况时，由于炉膛负压和增压风机入口压力之间的耦合作用，一旦调整不好，该控制方式容易产生振荡甚至发散，对机组运行带来较大风险。

    本文提出一种增压风机和引风机联合协调控制的方式，该方式利用两种风机同时控制炉膛负压，并兼顾增压风机入口压力。通过该控制方式可以有效避免传统控制模式带来的一些弊端。

    1 对象特性分析

    压力反映了气体的状态，是质量、温度等参数的综合体现。炉膛压力和增压风机入口压力由烟气量、燃料量、送引风机状态、增压风机状态、炉内燃烧强度、炉内温度、烟气温度等参数决定。下面假定高温低压的烟气为理想气体，对压力特性进行定性分析。

    由理想气体性质可得： p=mRT/V                               （1）

    对(1)式求导得：

                                （2）

    对于锅炉而言其容积V是固定的，因此由（2）式中可以看出压力和气体的质量、温度的状态直接相关。具体对炉膛压力和增压风机入口压力而言，其主要影响因素如下：

    炉膛压力和炉内烟气质量变化、炉内温度变化相关。引起炉内烟气质量变化的因素主要包括：送风量、引风量和燃料量；引起炉内温度变化的因素主要是炉内燃烧工况的变化。

    增压风机入口压力和引风机至增压风机烟道内烟气质量变化、烟气温度变化相关。引起烟道内烟气质量变化的因素主要包括：引风机排烟量，增压风机出力；引起烟道内烟气温度变化的因素主要包括炉膛排烟温度的变化。

    以增压风机控制其入口压力、引风机控制炉膛负压的传统控制方式，在正常工况时完全可以满足对炉膛压力和脱硫系统的控制需求。然而在某些特殊工况下却存在不安全因素。

    例如在炉膛内燃烧发生剧烈变化、烟气流量快速下降的工况下。炉膛压力迅速下降，引风机出力减小。随后增压风机入口压力也随之下降，增压风机也减小出力。不过由于引风机初期出力的减小和压力传递的时间差，当引风机出力减小后一段时间增压风机才开始减小出力。由此导致增压风机调节和引风机调节相互耦合，使得压力可能出现反复波动、波动幅度过大、波动时间过长等现象，严重时压力的波动可导致炉膛压力保护动作甚至可能拉塌烟道。

    因此在传统的控制逻辑中，针对风机RB的工况通常增加了相应的前馈逻辑：风机RB时，增压风机出力迅速减小至原来的70％左右。同时为了减小增压风机调节和引风机调节之间的耦合作用，通常将增压风机对其入口压力的调节能力设得较弱。这样一来，当机组正常工况波动时，很可能出现增压风机入口压力调节过程较长，调节品质较差的情况；当机组出现磨煤机跳闸导致燃烧工况大幅波动时，则会出现由于调节能力不足导致压力波动过大，严重影响安全运行。

    2 协调控制仿真试验

    增压风机和引风机的协调控制主要是指：炉膛负压由增压风机和引风机来共同控制，增压风机在控制炉膛负压的同时兼顾增压风机入口压力。采用风机的协调控制后，当炉膛内燃烧发生剧烈变化导致烟气量大幅改变时，增压风机和引风机同向调节，克服了两者之间的耦合作用，不会产生由于增压风机入口压力的滞后性、风机之间的耦合性导致的增压风机与引风机调节的不同步，减少了增压风机对风烟系统的内扰，使得包括炉膛负压在内的风烟系统各参数调节品质得到提高。

    根据前面分析的压力特性，对风烟系统进行仿真建模，并对仿真模型进行对比仿真试验，定性仿真风量大幅下降时风烟系统的工作状态。在仿真中分别采用两种控制模式并调整参数至最优，仿真结果如图1所示。从图1中可以看出：

    （1）在原控制策略下，引风机和增压风机的调节存在较强的耦合作用（风机之间的反向调节）；采用协调控制后，风机之间的耦合作用减弱了。

    （2）采用协调控制后，无论炉膛压力和增压风机入口压力，其压力波动幅度和波动的持续时间均得到了改善，风机的调节幅度也变得更加平缓，风烟系统的调节品质得到了显著提高。

          

    3 协调控制实施效果

    定性仿真试验证明协调控制模式能有效地减弱风机调节之间的耦合性作用，同时改善调节品质，增加控制的安全性。按照仿真试验思路在某300MW机组上进行了引风机和增压风机联合控制试验，对不同工况下风机协调控制的控制品质进行考核。

    3.1 协调控制策略

    某电厂#5机组为300MW亚临界燃煤机组，其锅炉采用上海锅炉厂制造的亚临界压力一次再热控制循环锅炉。引风机为静叶可调轴流式，设计工况为953070 m3/h，风机全压设计工况为4693Pa。该机组配置石灰石-石膏湿法脱硫装置，一炉一塔，每台炉烟气系统配置一台100%BMCR容量的动叶可调轴流式风机，用于克服FGD装置投入时引起的烟气压降。增压风机的性能保证能适应风机设计工况35%~100% BMCR负荷下正常运行，并留有一定裕度。

    针对该机组，按照图2中所示SAMA图示意图对原控制组态进行修改。

                        

    在修改的过程中还应注意下面问题：

    （1）考虑到增压风机与引风机特性的差异，在主控MA站出口增加f(x)回路，调节不同风机之间的特性差异。同时需要在增压风机至主控的反馈回路中增加反算的f(x)回路，以保证跟踪的实现。

    （2）增压风机入口压力修正回路主要用于保证稳态工况下维持增压风机入口压力，需要考虑该PID的修正范围。同时在跟踪回路中应保证该部分修正量在风机手动时跟踪至零位，以及设定值对实际压力的跟踪。

    3.2 协调控制实施效果

    在风机联控试验中，将AGC撤出运行，稳定在机组负荷在240MW附近，在该负荷段下进行负压定值扰动试验和负荷变动试验，并调整引风机控制至最优品质。经调整后的相关试验曲线如图3中所示。

     

    经调整后的试验数据如表1~2中所示。

           

   由相关试验数据可以看出，引风机和增压风机联控炉膛负压的方式是可行的，经过参数的整定，完全能满足控制需要。

   4 小结

   通过仿真试验证明风机的协调控制模式能有效地减弱风机调节之间的耦合性作用，同时改善调节品质，增加控制的安全性。通过某300MW机组上风机协调控制方式的实施，证明风机的协调控制是安全可行的，能提高恶劣工况变化时风烟系统的控制品质。为增压风机控制、引风机控制提供了一种新的思路。但是还存在下面一些问题值得进一步探讨和研究：

    （1）在风机协调控制模式下，增压风机由炉膛压力控制回路和增压风机入口压力控制回路共同参与调节。两个压力控制回路之间的比例目前为一定值，该定值由不同工况下的调整需要综合而定。在下一步的研究中可以考虑根据不同工况动态分配两个回路之间的比例关系，以进一步提高控制品质。

    （2）增压风机入口压力反应了引风机和增压风机之间的出力分配关系，可以通过调整增压风机入口压力找到较为经济的工况。在下一步的研究中可以考虑：当给定不同负荷段下的最优入口压力设定点后，区分稳定工况和动态工况，动态调整增压风机入口压力控制回路的控制器参数，提高稳定工况下入口压力控制的准确性和动态工况下入口压力控制的稳定性，从而使相关系统运行的经济性达到最佳。

    参考文献：

    [1] 赵军. 脱硫增压风机控制对炉膛负压的影响分析与控制优化[J]. 中国电力，2008，2: 37~40.

    [2] 刘卜岗，葛旻. 600MW机组烟气脱硫中增压风机的控制[J]. 水利电力机械，2006，28(2): 49~51.

 



                                                      ——转自《自动化博览》