鄭天華

（神華廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司，廣東 江門529228）

0 引言

火力發(fā)電廠中的鍋爐爐膛負(fù)壓控制直接反映了爐膛的燃燒情況，是運(yùn)行過程中要控制和監(jiān)視的重要參數(shù)之一。當(dāng)爐內(nèi)燃燒工況發(fā)生變化或者鍋爐的燃燒系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，最先在爐膛負(fù)壓上反映出來。爐膛負(fù)壓過大時(shí)，漏風(fēng)量增大，風(fēng)機(jī)電耗、不完全燃燒損失、排煙熱損失均增大；爐膛負(fù)壓過小甚至變?yōu)檎龎簳r(shí)，會進(jìn)一步惡化燃燒甚至危及人身及設(shè)備安全。因此，監(jiān)視和控制爐膛負(fù)壓對于控制爐內(nèi)燃燒、分析運(yùn)行工況、避免事故的發(fā)生均有極其重要的意義。

1 風(fēng)煙系統(tǒng)控制策略

臺山電廠爐膛負(fù)壓控制主要通過引風(fēng)機(jī)的控制邏輯實(shí)現(xiàn)，通過爐膛壓力與設(shè)定值偏差按PI調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)動葉開度，從而保持爐膛負(fù)壓。設(shè)定值代表要求保持的爐膛壓力，被調(diào)量為爐膛壓力。為提高測量可靠性，爐膛負(fù)壓信號采用三取二加取平均，然后經(jīng)過一階慣性和死區(qū)限制處理消除信號中的噪音波動，二者之差即為調(diào)節(jié)偏差。同時(shí)進(jìn)風(fēng)量也是引起爐膛壓力變化的一個(gè)主要因素，回路中引入2臺送風(fēng)機(jī)動葉反饋平均值函數(shù)作為引風(fēng)機(jī)PID調(diào)節(jié)的前饋量，使?fàn)t膛壓力變化盡可能減小。

由于臺山電廠5號機(jī)采用的是鼓泡塔脫硫系統(tǒng)，吸收塔阻力較大，所以引入了增壓風(fēng)機(jī)來加大脫硫系統(tǒng)的入口壓力。因此增壓風(fēng)機(jī)的出力就成了控制爐膛負(fù)壓的另一個(gè)因素。增壓風(fēng)機(jī)實(shí)際上是二次引風(fēng)機(jī)，主要是根據(jù)機(jī)組引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)控制的，將2臺引風(fēng)機(jī)靜葉反饋均值作為風(fēng)機(jī)動葉控制的前饋，而增壓風(fēng)機(jī)動葉的PID調(diào)節(jié)是根據(jù)旁路差壓調(diào)節(jié)的，所以增壓風(fēng)機(jī)動葉的控制指令量＝引風(fēng)機(jī)靜葉反饋前饋量＋入口煙氣壓力PID輸出量。圖1給出了簡略的增壓風(fēng)機(jī)動葉控制示意圖。

圖1 增壓風(fēng)機(jī)動葉控制示意圖

自臺山電廠完成5號機(jī)組脫硫取消旁路改造工作后，在風(fēng)煙系統(tǒng)聯(lián)調(diào)中，專門針對引風(fēng)機(jī)自動調(diào)節(jié)PID中增加變比例和變積分，其目的是使?fàn)t膛負(fù)壓調(diào)節(jié)更加完善和可靠，能滿足各種工況的自動調(diào)節(jié)。具體變比例和變積分部分參數(shù)如下：KP＝f主蒸汽流量×f偏差×0.4，Tn＝F主蒸汽流量×F偏差×50。其中，KP為引風(fēng)機(jī)靜葉PID的比例部分，Tn為引風(fēng)機(jī)靜葉PID的積分部分，f主蒸汽流量、F主蒸汽流量為主蒸汽流量函數(shù)，f偏差、F偏差為引風(fēng)機(jī)靜葉指令、反饋偏差的函數(shù)，2臺引風(fēng)機(jī)靜葉PID共用這套邏輯。

2 5號爐負(fù)壓波動事件

2014年8月21日08：28，5號機(jī)組負(fù)荷由450MW降至390MW過程中，爐膛負(fù)壓出現(xiàn)振蕩型波動。負(fù)壓在－427～177Pa之前周期性波動，增壓風(fēng)機(jī)入口壓力與爐膛負(fù)壓波動曲線趨勢相同，最高236Pa，最低－426Pa。引風(fēng)機(jī)A靜葉開度在39.1%～41.3%之間周期性調(diào)節(jié)動作，引風(fēng)機(jī)B靜葉開度固定于43.3%，增壓風(fēng)機(jī)動葉開度在52%～54.7%之間周期性調(diào)節(jié)動作，引風(fēng)機(jī)A電流在215.7～240.6A之間波動，與靜葉開度動作相匹配，引風(fēng)機(jī)B電流一直保持在247.8A。

3 系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化

通過對8月21日5號機(jī)爐膛負(fù)壓頻繁波動事件的初步分析，認(rèn)為引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)整體框架不存在錯(cuò)誤，但調(diào)節(jié)品質(zhì)有待提高。通過分析可以認(rèn)定引風(fēng)機(jī)靜葉PID控制器參數(shù)調(diào)節(jié)過強(qiáng)導(dǎo)致了爐膛負(fù)壓波動時(shí)靜葉調(diào)節(jié)深度過大，從而導(dǎo)致負(fù)壓過調(diào)而引起了調(diào)節(jié)器振蕩。

經(jīng)充分研究分析，對PID參數(shù)作了如下修改：（1）將比例系數(shù)中KP由0.4改為0.32；（2）將積分系數(shù)中Tn由50改為60。通過減小比例（20%）及增加積分時(shí)間（20%）方法來減緩引風(fēng)機(jī)靜葉調(diào)節(jié)，減小了因調(diào)節(jié)器過調(diào)造成的振蕩，有利于機(jī)組爐膛負(fù)壓穩(wěn)定。同時(shí)為了在爐膛負(fù)壓小偏差內(nèi)能及時(shí)調(diào)節(jié)，對5號機(jī)組引風(fēng)機(jī)靜葉偏差部分的比例進(jìn)行適當(dāng)修改，將小偏差內(nèi)的比例系數(shù)適當(dāng)加大，這就滿足了引風(fēng)機(jī)靜葉對爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)響應(yīng)的快速性。具體函數(shù)修改如表1、表2所示。

表1 原比例部分偏差函數(shù)

表2 修改后比例部分偏差函數(shù)

在對5號機(jī)組引風(fēng)機(jī)靜葉自動PID比例及積分修改后，機(jī)組變負(fù)荷時(shí)，爐膛負(fù)壓最低跌至－475Pa，從整體觀察來看，爐膛負(fù)壓自動調(diào)節(jié)大部分已能滿足現(xiàn)場運(yùn)行調(diào)節(jié)。但在機(jī)組快速降負(fù)荷時(shí)，仍存在工況變化劇烈而引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)稍慢的情況，爐膛負(fù)壓在1min內(nèi)由－26Pa降至－453Pa，且前端降至－194Pa明顯相對較緩，而從－194Pa降至－453Pa明顯速度加快，應(yīng)屬機(jī)組在降負(fù)荷時(shí)減風(fēng)減煤造成，而此段時(shí)間2臺引風(fēng)機(jī)靜葉及增壓風(fēng)機(jī)動葉均未發(fā)生變化，純屬爐膛工況引起，引風(fēng)機(jī)靜葉自動調(diào)節(jié)也屬正常。且在此期間，引風(fēng)機(jī)靜葉控制明顯可以在一次負(fù)壓擾動的情況下準(zhǔn)確動作，未再出現(xiàn)調(diào)節(jié)振蕩發(fā)散現(xiàn)象。而此時(shí)爐膛負(fù)壓的調(diào)節(jié)品質(zhì)仍未達(dá)到理想水平。

通過對增壓風(fēng)機(jī)動葉調(diào)節(jié)PID深入分析得出，增壓風(fēng)機(jī)在前饋函數(shù)設(shè)置上不合理，在引風(fēng)機(jī)靜葉開度為35%～40%時(shí)明顯速率過快，從而導(dǎo)致增壓風(fēng)機(jī)在該區(qū)域調(diào)節(jié)時(shí)過強(qiáng)。也就是說，在爐膛負(fù)壓出現(xiàn)工況變化時(shí)，引風(fēng)機(jī)靜葉自動調(diào)節(jié)的同時(shí)，增壓風(fēng)機(jī)同樣也因受到前饋?zhàn)饔枚M(jìn)行調(diào)節(jié)，且該區(qū)間調(diào)節(jié)強(qiáng)度較大，進(jìn)一步加深了調(diào)節(jié)振蕩。因此對增壓風(fēng)機(jī)動葉PID前饋?zhàn)隽巳缦滦薷?，如?、表4所示。

表3 原增壓風(fēng)機(jī)前饋函數(shù)

表4 調(diào)整后的增壓風(fēng)機(jī)前饋函數(shù)

通過增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)聯(lián)調(diào)優(yōu)化，目前5號機(jī)組爐膛負(fù)壓有了很大改善。從曲線觀察，在機(jī)組升降負(fù)荷過程中，爐膛負(fù)壓在－180～＋80Pa之間波動（設(shè)定值為－100Pa），同時(shí)在負(fù)壓出現(xiàn)波動時(shí)自動調(diào)節(jié)能迅速調(diào)整回正常值，持續(xù)周期性波動也消失了。通過優(yōu)化，爐膛負(fù)壓抗燃燒帶來的干擾能力得到進(jìn)一步提升。具體優(yōu)化后曲線如圖2所示。

圖2 爐膛負(fù)壓控制曲線

4 結(jié)語

綜上所述，臺山電廠5號機(jī)組在350～450MW負(fù)荷段，對應(yīng)的2臺引風(fēng)機(jī)靜葉在該負(fù)荷段（35%～40%）時(shí)過于敏感，2%的小開度就能引起引風(fēng)機(jī)電流高達(dá)25A的波動，并存在風(fēng)機(jī)間搶風(fēng)現(xiàn)象，非常不利于自動調(diào)節(jié)。但通過此次對5號爐風(fēng)煙系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化，可適當(dāng)減弱這種特性對機(jī)組燃燒穩(wěn)定性的影響。從本次參數(shù)優(yōu)化過程可以看出，通過對系統(tǒng)參數(shù)的修正，大大提升了臺山電廠5號機(jī)組的爐膛負(fù)壓控制能力，完全滿足目前機(jī)組控制的要求。