劉朝安

(大唐淮南洛河電廠，安徽 淮南 232008)

脫硫系統(tǒng)增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)間的協(xié)調(diào)控制策略

劉朝安

(大唐淮南洛河電廠，安徽 淮南 232008)

分析了爐膛內(nèi)煙氣的壓力和增壓風(fēng)機(jī)入口壓力的特性，指出在特殊工況下采用傳統(tǒng)的二段式控制方式的不足之處，提出了3種減小引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)之間的時(shí)滯耦合影響的方案，并逐一進(jìn)行了分析，為脫硫系統(tǒng)增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)之間的協(xié)調(diào)控制提供了策略。

脫硫系統(tǒng)；增壓風(fēng)機(jī)；引風(fēng)機(jī)；協(xié)調(diào)控制

脫硫系統(tǒng)(FGD)增壓風(fēng)機(jī)用以提高脫硫塔入口煙氣的壓力，主要通過控制增壓風(fēng)機(jī)入口壓力來保證脫硫塔煙氣的入口壓力在一定的范圍內(nèi)，進(jìn)而有效提高爐膛壓力的可控能力。

由于原鍋爐引風(fēng)機(jī)出口壓力較低，尤其是對后來改造增加的脫硫系統(tǒng)，達(dá)不到脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的要求入口壓力。為了提高脫硫煙氣的壓力，必須配置增壓風(fēng)機(jī)，通常采用增壓風(fēng)機(jī)控制入口壓力、引風(fēng)機(jī)控制爐膛負(fù)壓這一典型的二段式控制方式。對于風(fēng)機(jī)串聯(lián)運(yùn)行的系統(tǒng)，這種控制方式結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。但由于爐膛壓力和增壓風(fēng)機(jī)入口壓力之間存在時(shí)間滯后的耦合作用，當(dāng)出現(xiàn)鍋爐負(fù)荷大幅度變化、鍋爐燃燒工況不穩(wěn)定、風(fēng)機(jī)RB(快速減負(fù)荷)等惡劣工況時(shí)，爐膛壓力急劇變化，這種控制方式很容易產(chǎn)生調(diào)節(jié)系統(tǒng)振蕩或者發(fā)散的現(xiàn)象，給機(jī)組運(yùn)行帶來較大的風(fēng)險(xiǎn)。尤其是在無脫硫旁路的情況下，情況更為嚴(yán)重。

1 爐膛煙氣和增壓風(fēng)機(jī)入口壓力特性

假定爐膛內(nèi)高溫低壓的煙氣為理想氣體，則由理想氣態(tài)方程P=mRT/V(P為壓力，m為介質(zhì)的量，R為氣體常數(shù)，T為絕對溫度，V為體積)可知，爐膛內(nèi)煙氣的壓力與爐內(nèi)煙氣質(zhì)量的變化、爐內(nèi)煙氣溫度的變化有關(guān)。

引起爐內(nèi)煙氣質(zhì)量變化的因素主要包括鍋爐送風(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。同理可知，增壓風(fēng)機(jī)入口壓力也與引風(fēng)機(jī)至增壓風(fēng)機(jī)間的煙道內(nèi)的煙氣質(zhì)量變化、煙氣溫度變化有關(guān)。引起煙道內(nèi)煙氣質(zhì)量變化的因素主要是引風(fēng)機(jī)排煙量和增壓風(fēng)機(jī)出力；引起煙道內(nèi)煙氣溫度變化的主要因素是爐膛排煙溫度。

在正常工況下，傳統(tǒng)的二段式控制方式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，這種方式存在許多不安全因素，如爐膛內(nèi)燃燒發(fā)生劇烈變化、機(jī)組負(fù)荷大幅度變化、爐膛壓力迅速升高或下降、引風(fēng)機(jī)出力迅速增大或減小，都會(huì)造成引風(fēng)機(jī)出口排煙量大幅度變化，從而引起增壓風(fēng)機(jī)入口壓力及增壓風(fēng)機(jī)出力的變化。由于引風(fēng)機(jī)的出力與增壓風(fēng)機(jī)的出力存在時(shí)間差，因此引風(fēng)機(jī)出力減小或增大一段時(shí)間后，增壓風(fēng)機(jī)才開始減小或增大出力，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)相互時(shí)滯耦合，使得增壓風(fēng)機(jī)入口壓力出現(xiàn)波動(dòng)幅度過大、波動(dòng)時(shí)間過長的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)發(fā)散，造成脫硫系統(tǒng)不穩(wěn)定。嚴(yán)重時(shí)壓力的波動(dòng)甚至可導(dǎo)致爐膛壓力保護(hù)動(dòng)作，鍋爐主燃料跳閘(MFT)，進(jìn)而造成機(jī)組停運(yùn)。

2 3種控制方案的比較分析

2.1 控制方案1

控制方案1是將引風(fēng)機(jī)靜葉執(zhí)行器的位置反饋信號引入增壓風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)，作為靜態(tài)前饋信號，并經(jīng)函數(shù)F(x)轉(zhuǎn)換后，輸入到增壓風(fēng)機(jī)入口壓力控制系統(tǒng)的前饋通道。

該方案的控制原理如圖1所示，將實(shí)際增壓風(fēng)機(jī)入口壓力的測量值PT與期望值SP的差值輸入到壓力控制器PID中進(jìn)行運(yùn)算，其輸出與經(jīng)過F(x)轉(zhuǎn)換后的引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉位置的前饋信號疊加，并經(jīng)M/A手、自動(dòng)操作器去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。引入前饋信號的目的是，當(dāng)鍋爐出現(xiàn)異常工況時(shí)，可提前控制增壓風(fēng)機(jī)入口壓力，起粗調(diào)作用，再由增壓風(fēng)機(jī)入口壓力PID調(diào)節(jié)器對(SP-PT)的差值進(jìn)行校正、微調(diào)，起細(xì)調(diào)作用，從而減少2個(gè)風(fēng)機(jī)之間的時(shí)滯耦合作用，保證入口壓力在規(guī)定的范圍內(nèi)。這種控制方案簡單明了，在原控制系統(tǒng)上較容易實(shí)現(xiàn)，不需要進(jìn)行較大的組態(tài)改動(dòng)，但要對靜葉位置信號的前饋量進(jìn)行試驗(yàn)，以獲取較好的、可靠的數(shù)據(jù)。該方案在實(shí)際中應(yīng)用較為廣泛。

圖1 方案1中風(fēng)機(jī)協(xié)調(diào)控制原理

某電廠2號機(jī)組是300 MW的火電機(jī)組，其脫硫系統(tǒng)的增壓風(fēng)機(jī)入口壓力控制系統(tǒng)，一開始采用鍋爐負(fù)荷信號作為前饋信號，即把上述控制方案的引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉位置信號換成鍋爐負(fù)荷信號。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，這種方式在鍋爐負(fù)荷穩(wěn)定的情況下，控制效果較好；但在鍋爐負(fù)荷變化較大時(shí)，控制系統(tǒng)則會(huì)產(chǎn)生較大的波動(dòng)，控制效果較差。而采用方案1后，控制效果更好，改善了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的品質(zhì)，有效控制了增壓風(fēng)機(jī)的入口壓力。

2.2 控制方案2

控制方案2是將引風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的爐膛壓力調(diào)節(jié)器PID1輸出的主控制信號引入增壓風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)，作為動(dòng)態(tài)前饋信號，并經(jīng)函數(shù)F(x)轉(zhuǎn)換后，實(shí)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)的聯(lián)合控制。

該方案的控制原理如圖2所示，爐膛壓力調(diào)節(jié)器PID1對SP1與PT1的差值進(jìn)行運(yùn)算，輸出的一路信號控制引風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉執(zhí)行器，以維持爐膛壓力在規(guī)定的范圍內(nèi)；同時(shí)，另一路信號經(jīng)函數(shù)F(x)轉(zhuǎn)換后輸出，作為控制的前饋信號，與增壓風(fēng)機(jī)入口壓力調(diào)節(jié)器PID2輸出的信號疊加，用來控制增壓風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉執(zhí)行器，以維持增壓風(fēng)機(jī)入口壓力在規(guī)定的范圍內(nèi)。這個(gè)前饋信號具有超前調(diào)節(jié)作用，同時(shí)為防止增壓風(fēng)機(jī)入口壓力與期望值相差太大，增壓風(fēng)機(jī)入口壓力由PID2調(diào)節(jié)器進(jìn)行校正、調(diào)節(jié)，從而有效地降低了引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)之間的時(shí)滯耦合作用。

圖2 方案2中風(fēng)機(jī)協(xié)調(diào)控制原理

該方案需要從鍋爐引風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)引前饋信號進(jìn)入增壓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中，如果是2種不同類型的DCS系統(tǒng)還要進(jìn)行控制系統(tǒng)組態(tài)，如果在控制系統(tǒng)物理位置較遠(yuǎn)處敷設(shè)信號電纜，則有一定的工作量。函數(shù)F(x)轉(zhuǎn)換是為了限制引風(fēng)機(jī)主控信號的速率與幅度，防止?fàn)t膛壓力主控信號突變，進(jìn)而造成增壓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。由于該方案有2個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)共同作用，因此在調(diào)試過程中，要對這2個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合靜態(tài)調(diào)試和動(dòng)態(tài)調(diào)試，這給各個(gè)系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制參數(shù)的整定帶來了一定的難度。

2.3 控制方案3

圖3 方案3中風(fēng)機(jī)協(xié)調(diào)控制原理

控制方案3是將鍋爐的負(fù)荷信號引入增壓風(fēng)機(jī)入口壓力的控制系統(tǒng)，作為前饋信號來減少風(fēng)機(jī)間的時(shí)滯耦合作用。該方案的控制原理如圖3所示。與主控輸出信號進(jìn)行比較，選取高值信號輸出，即動(dòng)態(tài)的前饋量，具有前饋?zhàn)饔?。它可以有效地克服因鍋爐負(fù)荷變化造成的煙氣量的變化對增壓風(fēng)機(jī)入口壓力的影響。

該方案在實(shí)際應(yīng)用中，如果機(jī)組負(fù)荷變化不是太大，則增壓風(fēng)機(jī)入口壓力控制的效果較好；如果負(fù)荷變化較為劇烈，則會(huì)發(fā)生控制系統(tǒng)波動(dòng)較大、調(diào)節(jié)品質(zhì)不好的現(xiàn)象。

3 結(jié)束語

脫硫系統(tǒng)增壓風(fēng)機(jī)入口壓力的控制非常重要，一旦增壓風(fēng)機(jī)入口壓力控制失穩(wěn)，則有可能造成旁路擋板開啟，影響脫硫效率，同時(shí)也會(huì)影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐烧麄€(gè)機(jī)組停運(yùn)。

該控制方案采用串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即將增壓風(fēng)機(jī)入口壓力的期望值SP與增壓風(fēng)機(jī)入口壓力的測量值PT輸入到(P+I)調(diào)節(jié)單元中進(jìn)行運(yùn)算，其輸出信號進(jìn)入到下一級調(diào)節(jié)單元(P+I)中，由其輸出去控制增壓風(fēng)機(jī)動(dòng)葉的開度。同時(shí)在2個(gè)調(diào)節(jié)器之間加入1個(gè)高選模塊，將鍋爐負(fù)荷信號引入高選模塊

∶2013-10-29；

∶2013-12-24。

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劉朝安(1964-)，男，熱控高級技師，長期從事熱控自動(dòng)化工作，參加過4×300 MW亞臨界機(jī)組、2×600 MW超臨界機(jī)組的熱控儀表測量，DCS系統(tǒng)維護(hù)，MCS系統(tǒng)組態(tài)和調(diào)試工作，以及各機(jī)組脫硫控制系統(tǒng)的技術(shù)改造工作，email∶2198213471@qq.com。