吳炳輝 國能神福(石獅)發(fā)電有限公司 石獅 362700

國能神福(石獅)發(fā)電有限責任公司裝機容量2×1050MW，鍋爐由東方鍋爐廠制造，型號為DG3130/27.46-Π2型超超臨界變參數(shù)變壓直流爐。鍋爐采用對沖燃燒方式、平衡通風、全懸吊結構。每臺鍋爐配備兩臺汽動引風機，用于排出鍋爐燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣，產(chǎn)生流動性煙氣，使爐膛內(nèi)維持一定的負壓，使鍋爐能夠得到良好的充分燃燒[1]。爐膛負壓作為鍋爐安全運行的重要參數(shù)，爐膛壓力的高低關系著鍋爐的安全、經(jīng)濟運行。壓力過高易造成粉塵外泄、有引起爐膛爆炸的危險；壓力過低則會造成能耗增加，排煙損失增加，直接影響鍋爐的熱效率。爐膛負壓調(diào)節(jié)作為鍋爐自動控制系統(tǒng)的一個重要部分，通過改變引風機轉(zhuǎn)速、靜葉開度，將爐膛壓力保持為設計值。

1 爐膛負壓控制原理及問題分析

對鍋爐爐膛負壓的控制，原設計采用“靜葉+轉(zhuǎn)速”接力調(diào)節(jié)的控制方式。負壓全程控制調(diào)節(jié)分為引風機靜葉調(diào)節(jié)和引風機汽輪機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)兩種基本控制方式。

在低負荷階段，引風機汽輪機處于低轉(zhuǎn)速(3000rpm)運行，由引風機靜葉調(diào)節(jié)控制靜葉開度維持爐膛負壓的穩(wěn)定；隨著鍋爐負荷的升高，引風機出力逐漸增大，靜葉開度在自動控制回路的作用下逐漸開大，靜葉開度達75%，靜葉自動控制回路切至跟蹤狀態(tài)，由引風機汽輪機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制維持爐膛負壓的穩(wěn)定[2]。通過兩種控制方式自動無擾切換，實現(xiàn)爐膛負壓全程自動控制。

近年來，由于煙道結構改變，鍋爐煙道的流動特性發(fā)生較大變化，引風機葉片經(jīng)常產(chǎn)生裂紋，導致機組經(jīng)常迫降負荷。通過熱態(tài)試驗、振動測試及葉片固有頻率測試等分析表明，引風機存在3458rpm和4386rpm兩個共振轉(zhuǎn)速區(qū)。葉片出現(xiàn)裂紋的主因是風機在變轉(zhuǎn)速運行過程中存在共振現(xiàn)象。爐膛負壓在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制時，引風機轉(zhuǎn)速連續(xù)變化，在某個負荷段，由于引風機正好處在該共振區(qū)運行，經(jīng)長時間運行葉片容易發(fā)生疲勞開裂，嚴重影響機組運行的安全。

2 控制邏輯策略優(yōu)化方案

為避免引風機葉片長期共振出現(xiàn)裂紋，對引風機“靜葉+轉(zhuǎn)速”調(diào)節(jié)爐膛負壓的控制策略進行優(yōu)化：采用按照負荷分區(qū)間定速的控制方式，以避開共振轉(zhuǎn)速。為滿足機組不同負荷的要求，引風機汽輪機轉(zhuǎn)速共分為三擋，爐膛負壓由引風機靜葉全程調(diào)節(jié)控制。當機組負荷在750MW以下，為低轉(zhuǎn)速擋位(0擋)設定為4710rpm；機組負荷大于800MW，為高轉(zhuǎn)速擋位(1擋)設定為5273MW；針對高負荷段，可能出現(xiàn)引風機出力不足的情況，運行可手動升擋至超高轉(zhuǎn)速擋位(2擋)設定為5400rpm。同時，考慮運行過程中，可能發(fā)生的異常工況，設置了限制保護回路。當發(fā)生單側引風機跳閘時，對運行引風機轉(zhuǎn)速設置下限；當發(fā)生給水泵RB或一次風機RB，為防止兩臺引風機運行轉(zhuǎn)速過高，對引風機轉(zhuǎn)速設置上限。

3 引風機分擋定速調(diào)節(jié)具體控制邏輯

3.1 擋位劃分原則

根據(jù)機組負荷區(qū)間劃分轉(zhuǎn)速擋位，見表1：

表1 機組負荷區(qū)間劃分轉(zhuǎn)速擋位

3.2 擋位投入允許條件

以下條件全部滿足，允許投入擋位自動，并在DCS畫面顯示“擋位控制允許”(圖1)。

圖1 分擋控制投入允許畫面

(1)RB未動作。

(2)兩臺引風機轉(zhuǎn)速控制均已投入自動。

(3)兩臺引風機靜葉控制均已投入自動。

(4)兩臺送風機均運行，或僅一臺送風機運行已10分鐘以上。

當“擋位控制允許”條件滿足時，由運行人員手動投入擋位自動控制，投入后在運行畫面指示“擋位控制有效”；當“擋位控制允許”不滿足或運行手動退出時，則擋位自動控制切除，同時在DCS畫面顯示“擋位控制無效”。

3.3 目標擋位(轉(zhuǎn)速)切換

3.3.1 請求0擋轉(zhuǎn)速(4710rpm)

1擋(5273rpm)降至0擋(4710rpm)

(1)條件1(and)：

①目標轉(zhuǎn)速>4710rpm已5分鐘以上；

②負荷指令<800MW；

③機組目標負荷<750MW。

(2)條件2(and)：

①負荷指令<750MW已6分鐘以上；

②機組負荷<800MW。

2.0擋(4710rpm)升至1擋(5273rpm)過程中降回0擋條件(and)：

(1)擋位控制升速過程中；

(2)4710rpm<轉(zhuǎn)速設定<5273rpm；

(3)負荷指令<750MW已5分鐘以上；

(4)靜葉開度<70%。

3.3.2 請求1擋轉(zhuǎn)速(5273rpm)

3.3.2.1 0擋(4710rpm)升至1擋(5273rpm)

(1)條件1(and)：

①目標轉(zhuǎn)速<5273rpm已5分鐘以上；

②負荷指令>800MW；

③機組目標負荷>750MW。

(2)條件2(and)：

①負荷指令>800MW已6分鐘以上；

②機組目標負荷>750MW。

3.3.2.2 1擋(5273rpm)降至0擋(4710rpm)過程中升回1擋條件(and)

(1)擋位控制降速過程中；

(2)4710rpm<轉(zhuǎn)速設定<5273rpm；

(3)負荷指令>800MW已5分鐘以上；

(4)靜葉開度>25%。

3.3.2.3 1擋(5273rpm)升至2擋(5400rpm)過程中降回1擋條件(and)：

(1)擋位控制升速過程中；

(2)5273rpm<轉(zhuǎn)速設定<5400rpm；

(3)負荷指令<950MW已5分鐘以上；

(4)靜葉開度<80%。

3.3.2.4 2擋(5400rpm)降至1擋(5273rpm)條件(or)

(1)運行手動降擋；

(2)靜葉開度<60%已5分鐘以上。

3.3.3 請求2擋轉(zhuǎn)速(5400rpm)

1擋(5273rpm)升至2擋(5400rpm)條件(and)：

(1)5200rpm<轉(zhuǎn)速設定<5400rpm；

(2)擋位控制有效；

(3)運行手動升擋。

3.4 換擋過程速率控制

在目標擋位改變、目標轉(zhuǎn)速經(jīng)速率限制后產(chǎn)生轉(zhuǎn)速設定值。在正常轉(zhuǎn)速切換過程中，根據(jù)爐膛負壓控制偏差自動調(diào)整切換速率。爐膛負壓高時降低轉(zhuǎn)速下降速率，負壓低時降低轉(zhuǎn)速上升速率。見表2、表3。

表2 負壓偏差與擋位切換升速率關系

表3 負壓偏差與擋位切換降速率關系

當爐膛負壓低報警或引風機靜葉指令達下限時，擋位升速率切零閉鎖升擋，避免引風機轉(zhuǎn)速升高導致爐膛負壓過低，引風機靜葉全關；而當爐膛負壓高報警或引風機靜葉指令達上限時，擋位降速率切零閉鎖降擋，避免引風機轉(zhuǎn)速降低導致爐膛負壓過高，引風機靜葉全開。

針對某些特殊工況，不具備升擋條件，而引風機靜葉開度指令>89%時，需要對當前擋位轉(zhuǎn)速設定值進行修正，按照一定的升速率自動增加引風機轉(zhuǎn)速直至靜葉開度恢復至84%以下，見圖2。

圖2 轉(zhuǎn)速設定值修正回路

3.5 轉(zhuǎn)速偏置設定功能

引風機轉(zhuǎn)速偏置設定回路見圖3?？刂七壿嫹謩e設定A、B引風機轉(zhuǎn)速偏置。未投擋位控制時，轉(zhuǎn)速偏置塊跟蹤轉(zhuǎn)速設定值與引風機轉(zhuǎn)速指令的偏差；擋位控制投入后，轉(zhuǎn)速偏置會一定速率自動歸零，從而實現(xiàn)擋位控制的無擾切換；擋位控制投入后，運行人員可根據(jù)機組實際工況隨時修改轉(zhuǎn)速偏置。

3.6 異常工況控制回路

3.6.1 單側引風機跳閘工況

兩臺引風機正常運行時最小轉(zhuǎn)速設為3000rpm。在運行過程中，發(fā)生單側引風機跳閘時，另一側運行引風機靜葉調(diào)節(jié)則通過平衡回路疊加開啟，防止爐膛負壓大幅波動。如果此時運行的引風機轉(zhuǎn)速偏低，將出現(xiàn)引風機出力不足的情況，引風機靜葉開度將接近全開，失去調(diào)節(jié)控制的裕度。為避免單臺引風機出力不足的情況，設置有單側運行引風機最小轉(zhuǎn)速保護回路，最小轉(zhuǎn)速根據(jù)機組負荷指令確定；若單臺運行引風機轉(zhuǎn)速小于最小轉(zhuǎn)速則升速至最小轉(zhuǎn)速，如果運行引風機轉(zhuǎn)速高于最小轉(zhuǎn)速則保持轉(zhuǎn)速不變。最小轉(zhuǎn)速與機組負荷函數(shù)見表4。

單臺風機最小轉(zhuǎn)速，按照當前爐膛負壓的函數(shù)關系確定升速率，爐膛負壓高時提高升速率快速抬高風機轉(zhuǎn)速下限，負壓低時降低升速率減緩轉(zhuǎn)速下限上升。最小轉(zhuǎn)速控制保護回路見圖4。

圖4 最小轉(zhuǎn)速控制保護回路

3.6.2 給水泵RB或一次風機RB工況

當發(fā)生給水泵跳閘或一次風機跳閘觸發(fā)RB時，為防止出現(xiàn)兩臺引風機出力過剩，引風機靜葉開度過低，發(fā)生失速的情況，設置有引風機運行最大轉(zhuǎn)速保護回路，對引風機轉(zhuǎn)速設置上限，轉(zhuǎn)速上限根據(jù)鍋爐負荷指令確定。

針對一次風機RB工況，為防止一次風壓降低，導致進入爐膛的煤粉量瞬間大幅減少，造成爐膛負壓大幅波動，鍋爐內(nèi)爆事故的發(fā)生，另設置有引風機靜葉超馳關閉保護回路，在發(fā)生一次風機RB時，迅速關閉引風機靜葉一定開度，超持量則根據(jù)RB發(fā)生時總風量確定，并保持超馳設定50秒。超馳量與總風量函數(shù)見表5。

表5 超馳量與總風量函數(shù)

4 引風機分擋控制效果分析

在完成引風機分擋控制算法及控制邏輯的設計和靜態(tài)調(diào)試工作后，開展熱態(tài)過程的參數(shù)整定工作。通過機組升降負荷試驗，測試分擋控制對爐膛負壓的調(diào)節(jié)性能，從歷史趨勢和數(shù)據(jù)加以分析見圖5。在變負荷過程中，引風機轉(zhuǎn)速擋位來回切換正常，爐膛負壓總體控制平穩(wěn)，靜葉全程調(diào)節(jié)控制品質(zhì)符合設計要求。RB試驗分擋控制性能趨勢圖見圖6。

圖5 變負荷分擋控制性能試驗趨勢圖 圖6 RB試驗分擋控制性能趨勢圖

通過RB試驗驗證異常工況下分擋控制回路對爐膛負壓的調(diào)節(jié)控制性能，從圖5的歷史趨勢分析可知，在RB過程中，單側運行引風機靜葉調(diào)節(jié)通過平衡回路疊加開度由60%升至90%，在RB前期有效壓制爐膛壓力的持續(xù)上升勢頭；同時在最小轉(zhuǎn)速保護控制回路的作用下，單側運行引風機轉(zhuǎn)速按照一定的速率抬升至5000rpm，有效將爐膛負壓控制在安全范圍，保持機組繼續(xù)運行。

5 結語

相較于“靜葉+轉(zhuǎn)速”接力調(diào)節(jié)的控制方式，引風機分擋定速控制，由于采用靜葉全程調(diào)節(jié)控制，引風機存在一定節(jié)流損失，將犧牲一定的經(jīng)濟性；但在安全性方面，分擋定速控制根據(jù)機組負荷自動調(diào)整擋位，不同負荷區(qū)間對應不同的固定轉(zhuǎn)速，避開引風機轉(zhuǎn)速共振區(qū)，可徹底解決引風機長期在共振區(qū)運行導致葉片疲勞開裂的安全隱患，在提高機組安全穩(wěn)定性方面具有重要的意義。