夏瑩

（浙江浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江寧波315200）

鍋爐燃盡風(fēng)門控制策略的創(chuàng)新

夏瑩

（浙江浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江寧波315200）

針對(duì)傳統(tǒng)PID控制鍋爐燃盡風(fēng)門開度調(diào)節(jié)氧量的遲滯性，無法配合機(jī)組實(shí)際負(fù)荷區(qū)段靈活調(diào)整風(fēng)門開度的局限性，提出了燃盡風(fēng)門新的控制策略，改變了傳統(tǒng)PID控制方式調(diào)節(jié)氧量波動(dòng)頻繁的狀態(tài)，已達(dá)到較好的控制省煤器出口氧量目的?？刂撇呗詣?chuàng)新應(yīng)用后，鍋爐缺氧導(dǎo)致主汽超溫現(xiàn)象明顯減少，并且出口NOX排放量也較穩(wěn)定且符合環(huán)保要求。

爐內(nèi)脫氮；燃盡風(fēng)；控制策略；氧量

0 引言

鍋爐燃燒過程產(chǎn)生的NOX排放進(jìn)入大氣會(huì)形成酸雨，給環(huán)境帶來巨大的危害，如：腐蝕建筑物和工業(yè)設(shè)備，損壞植物葉面等，同時(shí)NOX也是造成光化學(xué)煙霧的根本原因，對(duì)人體有很大的刺激性和毒害作用。運(yùn)用爐內(nèi)脫氮分級(jí)燃燒方式可控制NOX的排放。分級(jí)燃燒將鍋爐分為主燃區(qū)、再燃區(qū)和燃盡區(qū)[1]。OFA（燃盡風(fēng)）風(fēng)門在爐膛上部燃盡區(qū)域及時(shí)補(bǔ)入過量風(fēng)，從而保證從再燃區(qū)出來的未完全燃燒產(chǎn)物燃盡，以達(dá)到減少NOX排放及防止?fàn)t膛結(jié)焦的目的。

燃盡區(qū)出口過量空氣系數(shù)α目標(biāo)值為1.167。若氧氣含量偏高，鍋爐富氧燃燒，會(huì)導(dǎo)致鍋爐排放NOX超出環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)；若氧氣含量偏低，則會(huì)造成未完全燃燒產(chǎn)物在煙道燃燒致使主汽超溫，主汽壓力迅速降低，協(xié)調(diào)控制下鍋爐壓力波動(dòng)超過1 MPa[2]。因此，控制OFA風(fēng)門的開度相當(dāng)重要。以下介紹的OFA風(fēng)門開度控制策略，充分考慮了氧量變化的遲滯性，根據(jù)相應(yīng)機(jī)組負(fù)荷區(qū)段配置風(fēng)門開度，且應(yīng)用定時(shí)查詢修正氧量的方式對(duì)風(fēng)門開度進(jìn)行細(xì)調(diào)，保證了氧量變化平穩(wěn)、協(xié)調(diào)控制穩(wěn)定、出口NOX符合環(huán)保要求。

1 OFA風(fēng)門控制的創(chuàng)新應(yīng)用

1.1 OFA風(fēng)門傳統(tǒng)PID控制的局限性及創(chuàng)新

傳統(tǒng)PID（分例-積分-微分）控制方式簡單，如圖1所示，其控制局限性在所難免，見表1。

圖1 傳統(tǒng)PID控制方式

針對(duì)PID連續(xù)控制方式導(dǎo)致風(fēng)門開度變化頻繁，不利于控制氧量在一定范圍內(nèi)，且控制響應(yīng)緩慢、靈活性差的狀況，提出如圖2所示的自動(dòng)控制邏輯。圖2中，“HSCSLAVE5”為伺放模塊，根據(jù)“MS”端輸入指令同反饋“ZT”相比較送出開關(guān)量指令，以保證反饋與“MS”端輸入指令偏差小于死區(qū)；“SEL”為選擇模塊，如第9模塊：“CRUNBACKY10”=1，則輸出端=“CAM103401”，否則，輸出端等于第8模塊輸出值；“SUB”為減法使能模塊，只有當(dāng)“EN”輸入端=1時(shí)，才能為“CSET1028A”賦值等于“CZT1693”與“CAM102802”；“ZHADD”為加法模塊，O1=I1*A1（模塊內(nèi)部參數(shù)）+I2*A2（模塊內(nèi)部參數(shù)）；“TP”為定寬模塊，本邏輯中“TM1028A”定寬脈沖時(shí)間均為0.5 s。

OFA風(fēng)門自動(dòng)邏輯：風(fēng)門開度=負(fù)荷區(qū)段對(duì)應(yīng)開度+氧量控制輸出+偏置，RB（快速減負(fù)荷）時(shí)風(fēng)門開度=最小負(fù)荷區(qū)段對(duì)應(yīng)風(fēng)門開度。以下針對(duì)OFA風(fēng)門原PID控制的局限性，詳細(xì)說明創(chuàng)新的控制邏輯。

1.2 增加控制靈活性

圖2邏輯中將“負(fù)荷對(duì)應(yīng)開度”作為風(fēng)門基準(zhǔn)開度，氧量控制輸出和偏置作為開度微調(diào)。如此創(chuàng)新，大大增加了風(fēng)門自動(dòng)控制靈活性，確保機(jī)組處于不同負(fù)荷區(qū)段時(shí)，風(fēng)門開度快速適應(yīng)鍋爐燃燒工況，很大程度上避免了負(fù)荷變化時(shí)燃盡區(qū)氧量無法快速適應(yīng)、波動(dòng)大的缺陷。

如圖3所示，邏輯中將機(jī)組負(fù)荷分割為4區(qū)段，負(fù)荷區(qū)段由小到大：區(qū)段一：CAM1034A至 CAM1034B；區(qū)段二：CAM1034B至CAM1034C；區(qū)段三：CAM1034C至CAM1034D；區(qū)段四：大于CAM1034D，分別對(duì)應(yīng)風(fēng)門開度“CAM103401”至“CAM103404”。

圖3中“HSALM_AM”為幅值報(bào)警模塊，“IN”端輸入值大于“AH”端輸入值，則“DV”置1?！癇OOL_ TO_WORD”模塊將BOOL量轉(zhuǎn)化為WORD?！癕UX”模塊：第一輸入端輸入值=0或1，輸出端=“CAM103401”；第一輸入端輸入值=2，輸出端=“CAM103402”；第一輸入端輸入值=3，輸出端=“CAM103403”；第一輸入端輸入值=4，輸出端=“CAM103404”和“HSRATELIM”為速率限制模塊。負(fù)荷區(qū)段對(duì)應(yīng)風(fēng)門開度根據(jù)試驗(yàn)所得，見表2。

表1 PID控制缺陷

表2 低氮燃燒配風(fēng)操作參考數(shù)值

1.3 減少氧量波動(dòng)

圖2邏輯中將氧量控制輸出作為負(fù)荷對(duì)應(yīng)開度的優(yōu)化修正，根據(jù)燃燒過程中實(shí)際氧氣含量控制風(fēng)門開度變化，保證將燃盡區(qū)氧量控制在一定范圍內(nèi)。

針對(duì)PID連續(xù)控制無法適應(yīng)氧量變化遲滯的局限性，創(chuàng)新氧量控制邏輯如圖4所示，當(dāng)氧量連續(xù)30 s超過上限K2或者下限K3時(shí)，氧量控制輸出指令累計(jì)±5；氧量未超限或氧量值回復(fù)至正常范圍內(nèi)，氧量控制輸出保持。經(jīng)參數(shù)調(diào)試，整定氧量高限回復(fù)值K4＜K2，氧量低限回復(fù)值K5＞K3，以確保氧量超上限時(shí)自動(dòng)控制調(diào)整風(fēng)門開度減小至氧量稍低于上限值，避免氧量于高限附近波動(dòng)，氧量控制頻繁調(diào)節(jié)影響執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用壽命，低限同上理。

圖2 OFA風(fēng)門自動(dòng)控制邏輯

圖4中“HSALM_AM”為幅值報(bào)警模塊，“AH”與“AL”分別為幅值上/下限，“IN”輸入值超限則“DV”輸出端置1，超上限“AMH”置1；“RS”為RS觸發(fā)器模塊，“SET”=1，則“Q1”=1，“RESET”=1，則“Q1”=0；“TON”為延時(shí)置1模塊，本邏輯中“TM1028B”延時(shí)時(shí)間為30 s；“R_TRIG”為上升沿觸發(fā)模塊。輸入端“CLK”上升沿觸發(fā)輸出端“Q”送出時(shí)長一個(gè)運(yùn)算周期的脈沖；“LIMIT”為限值模塊，“輸入端（2）”≤“輸入端（1）”≤“輸入端（3）”。

相較于傳統(tǒng)PID控制方式，氧量值連續(xù)30 s查詢方式確保了測量氧量為燃盡區(qū)確切實(shí)值，避免了氧量假值大幅度波動(dòng)時(shí)風(fēng)門過調(diào)，較好地解決了風(fēng)門開度變化時(shí)氧量變化的遲滯性和氧量波動(dòng)頻繁的問題，確保氧量控制的穩(wěn)定性并延長了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的使用壽命。

1.4 加快控制響應(yīng)速度

針對(duì)傳統(tǒng)PID控制積分飽和致使風(fēng)門響應(yīng)緩慢問題，改變自動(dòng)控制時(shí)風(fēng)門開度限值。如圖4所示，K8，K9分別為風(fēng)門自動(dòng)開度下限、上限。相較圖5，一般自動(dòng)邏輯將風(fēng)門開度限制置于自動(dòng)模擬量指令末端，風(fēng)門開度限制的改變有效解決了風(fēng)門自動(dòng)控制響應(yīng)緩慢的問題。

舉例說明：如現(xiàn)工況負(fù)荷對(duì)應(yīng)開度CAM103422=40，氧量控制輸出CAM102801=-20，偏置CSET1028A=0，開度下限K8=30，開度上限K9=70，則風(fēng)門實(shí)際開度為30。因?yàn)樨?fù)荷區(qū)段較寬且負(fù)荷一般較穩(wěn)定，負(fù)荷區(qū)段對(duì)應(yīng)開度一定時(shí)間內(nèi)并不會(huì)發(fā)生較大變化。若此時(shí)氧量持續(xù)30 s低于下限，則氧量優(yōu)化控制為-15，40-15=25＜30，風(fēng)門開度仍為30%，1 min后氧量優(yōu)化控制為-10，40-10=30，風(fēng)門開度仍為30%。直到1 min 30 s后，風(fēng)門開度才有所變化，對(duì)氧量反應(yīng)延時(shí)長，風(fēng)門響應(yīng)緩慢。

圖3 負(fù)荷對(duì)應(yīng)開度邏輯

圖4 氧量控制邏輯

圖5 一般風(fēng)門開度限制

現(xiàn)優(yōu)化邏輯將風(fēng)門自動(dòng)開度限值置于氧量控制邏輯中，如圖4所示，較好地解決了一般邏輯響應(yīng)速度慢的問題：（開度下限K8-負(fù)荷對(duì)應(yīng)開度CAM103422）≤氧量控制輸出值CAM102801≤（開度上限K9-負(fù)荷對(duì)應(yīng)開度CAM103422）。采取以上措施后，如上工況，風(fēng)門開度為30，氧量控制輸出值為-10（因受限，最小為-10），當(dāng)氧量值小于下限時(shí)，氧量優(yōu)化控制迅速響應(yīng)-10+5為-5，風(fēng)門開度增加至35%，能夠快速響應(yīng)氧量變化。

2 其他控制創(chuàng)新應(yīng)用

2.1 手/自動(dòng)投切無擾

為保證風(fēng)門手自動(dòng)投切時(shí)不出現(xiàn)開度擾動(dòng)，如圖2所示，通過TP與SUB模塊，增加自動(dòng)投入時(shí)，給偏置CSET1028A賦值邏輯。

自動(dòng)投入那一刻，使偏置CSET1028A=風(fēng)門實(shí)際開度CZT1693-負(fù)荷對(duì)應(yīng)開度CAM103422-氧量控制輸出CAM102801，自動(dòng)模擬量指令=負(fù)荷對(duì)應(yīng)開度+氧量控制輸出+偏置=風(fēng)門實(shí)際開度，從而達(dá)到自動(dòng)投入時(shí)風(fēng)門開度無擾的目的。

2.2 可人工干預(yù)自動(dòng)時(shí)風(fēng)門開度

如圖2所示，OFA風(fēng)門自動(dòng)邏輯：風(fēng)門開度=負(fù)荷區(qū)段對(duì)應(yīng)開度+氧量控制輸出+偏置。偏置CSET1028A可由運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際工況做出相應(yīng)修改，保證了自動(dòng)控制中人工干預(yù)的可能性，大大提高了自動(dòng)控制的靈活性和適用性。

2.3 手動(dòng)時(shí)氧量控制輸出清零

氧量控制輸出作為風(fēng)門自動(dòng)控制邏輯中重要的修正優(yōu)化參數(shù)，需保證此參數(shù)的可修正性。如圖4所示，因氧量自動(dòng)控制較復(fù)雜，所以每次自動(dòng)切手動(dòng)時(shí)，都給氧量控制輸出參數(shù)賦值為0，以保證每次自動(dòng)投入時(shí)，氧量控制輸出CAM102801重新計(jì)算調(diào)節(jié)，氧量控制邏輯簡單化。

2.4 控制邏輯模塊化

圖6 開關(guān)量控制方式

如圖6所示，創(chuàng)新控制邏輯將手/自動(dòng)結(jié)合。手動(dòng)控制時(shí)，為方便運(yùn)行人員操作，設(shè)計(jì)有長短脈沖控制輸出。當(dāng)按下開或關(guān)按鈕超過2 s，邏輯送出指令長脈沖直到松開開或關(guān)按鈕，否則送出0.5 s短脈沖；另手動(dòng)控制包括選限方式，運(yùn)行人員可選中多個(gè)風(fēng)門同時(shí)控制開度變化。上層1號(hào)角OFA風(fēng)門若被選中，則CYK1693X置1，選限開按鈕按下則被選中的風(fēng)門同時(shí)開，IN6輸入端為選限復(fù)位。圖6中：TON為延時(shí)置1模塊，邏輯中TM01與TM03延時(shí)時(shí)間均為2 s。TP為定寬模塊，邏輯中TM02與TM04定寬脈沖時(shí)間均為0.5 s。為方便邏輯組態(tài)，將圖6邏輯集成模塊化，如圖7所示。手動(dòng)時(shí)，CDM1028A（自動(dòng)投入）=0，手動(dòng)開按鈕按下，則IN1置1；自動(dòng)時(shí)，運(yùn)行人員切換CDM1028A=1，根據(jù)CYC1693O（自動(dòng)開指令）、CYC1693C（自動(dòng)關(guān)指令）送出開關(guān)指令。

圖7 邏輯集成模塊

集成模塊將復(fù)雜風(fēng)門邏輯簡化，可同樣運(yùn)用于無自動(dòng)的二次風(fēng)組態(tài)中，通過設(shè)置模塊內(nèi)部參數(shù)RM實(shí)現(xiàn)。

3 OFA風(fēng)門控制邏輯創(chuàng)新后的成效

OFA風(fēng)門控制策略創(chuàng)新前后的效果對(duì)比見表3，控制邏輯應(yīng)用后大大緩解了運(yùn)行人員手動(dòng)調(diào)節(jié)的壓力，使風(fēng)門開度能快速適應(yīng)機(jī)組負(fù)荷變化，且對(duì)燃盡區(qū)氧量變化響應(yīng)迅速。每30 s查詢1次氧氣含量的方式有效解決了氧量變化遲滯性和風(fēng)門開度調(diào)節(jié)過于頻繁的問題，同時(shí)手/自動(dòng)投切時(shí)無擾、氧量控制輸出清0的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，確保了邏輯的簡易性和穩(wěn)定性，保證了風(fēng)煤配比、主汽壓力穩(wěn)定，主汽溫超溫減少。

表3 OFA風(fēng)門控制策略創(chuàng)新前后效果對(duì)比

在實(shí)際應(yīng)用中，燃盡風(fēng)的補(bǔ)充實(shí)現(xiàn)煤粉完全燃燒，高溫省煤器出口NOX排放不大于300 mg/m3（O2=6%，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下），效率大于60%，NOX排放量達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)[2]，而且爐膛燃燒狀況、鍋爐效率、飛灰含碳量都有較大的改善。

[1]鐘秦.燃煤煙氣脫硫脫硝技術(shù)及工程實(shí)例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[2]蔣文舉，趙君科，尹華強(qiáng)，等.煙氣脫硫脫硝技術(shù)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

[3]西安熱工研究院.火電廠SCR煙氣脫硝技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2013.

[4]楊飏.氮氧化物減排技術(shù)與煙氣脫硝工程[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

[5]孫克勤，韓祥.燃煤電廠煙氣脫硝設(shè)備及運(yùn)行[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

（本文編輯：陸瑩）

Innovation of Control Strategy for OFA Throttle

XIA Ying
（Zhejiang Zhenhai Power Generation Co.，Ltd.，Zhenhai Zhejiang 315200，China）

Aiming at sluggishness of oxygen content change due to OFA（Overfired air）throttle opening through traditional PID control and the limitation owing to failure of cooperation with actual load section of units in air door opening adjustment，the paper proposes new control strategy for OFA throttle.Frequent oxygen content fluctuation due to traditional PID control is changed and oxygen content in economizer outlet is well controlled.Since the application of innovated control strategy，there is seldom overheat of main steam due to lack of oxygen in boilers；moreover，NOXemissions from the outlet is stable and can meet the requirements of environmental protection.

denitrification in boiler；OFA；control strategy；oxygen content

TK321

：B

：1007-1881（2014）11-0030-05

2014-09-11

夏瑩（1990－），女，浙江寧波人，助理工程師，從事發(fā)電廠熱工控制工作。