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1、增压风机和引风机协调控制策略的应用增压风机和引风机协调控制策略的应用 张永军 陈波 浙江省电力试验研究院,浙江杭州,310014 摘摘 要：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
2、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：关键词：脱硫 增压风机 引风机 炉膛负压 控制策略 The Application on Boosting Fan and IDF Coordinated Control System Zhang Yong- jun, Chen Bo （Zhejiang Electric Power Test and Research Institute, Hangzhou 310014,China） Abstract: The boosting fan of Desulphurization is
3、 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 gre
4、at range, Syntony, even radiation is bring to control system. For overcoming the phenomenon, adjusting on boosting fan was weakened and control quality was debased usually. All these Problems of traditional control strategy were introduced in this paper. According to theoretical analysis and emulati
5、on, a new control strategy on boosting fan and IDF (induced draft fan) fan coordinated control System were presented and taken a 300MW power plant for an example, to illustrating the implementation Process and implementation effect. Key Words: Desulphurization, boosting fan, IDF, furnace draft, Cont
6、rol Strategy 0 引言引言 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。 PDF 文件使
7、用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 1 对象特性分析对象特性分析 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： dt dT V R m dt dm V R T dt dP += (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
8、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。
9、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
10、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
11、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。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 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
12、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。 a. 原控制策略下原控制策略下 b. 协调控制策略下协调控制策略下 图图 1. 送风机跳闸时风烟系统控制系统仿真对比试验曲线送风机跳闸时风烟系统控制系统仿真对比试验曲线 3 协调控制实施效果协调控制实施效果 定性仿真试验证明协调控制模式能有效的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 协调控制策略协调控制策略 某电厂#5 机组为 300MW 亚临界燃煤机组，其
13、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
14、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 图图 2. 风机协调控制风机协调控制 SAMA 图示意图示意 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 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
15、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。 a. 炉膛负压定值扰动试验炉膛负压定值扰动试验 b. 炉膛负压负荷扰动试验炉膛负压负荷扰动试验 图图 3. 风机联控试验相关曲线风机联控试验相关曲线 经调整后的试验数据如表 12 中所示。 表表 1. 风机联控方式下炉膛负压控制系统定值扰动试验数据风机联控方式下炉膛负压控制系统定值扰动试验数据 试验对象 扰动量（Pa） 响应死区 （s） 超调量（Pa） 衰减率 稳定时间 （min） - 200.0 5 30 0.9 3 炉膛负压 +200.0 5 30 0.9 3 表表 2. 风机联控方式下炉
16、膛负压控制系统负荷扰动试验数据风机联控方式下炉膛负压控制系统负荷扰动试验数据 试验对象 扰动量 超调量（Pa） 240MW270MW 100 炉膛负压 270MW240MW 100 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 小结小结 通过仿真试验证明风机的协调控制模式能有效的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
17、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 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 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，
18、 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,2008,2:3740 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):4951 作者简介： 张永军(1978 )，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。电话：13957110197，单位地址：浙江杭州朝晖八区华电弄浙江省电力试验研究院， 邮编：310014。邮箱：zhangyj_ PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建