對于大多數(shù)含脫硫裝置的電站而言,,增壓風(fēng)機(jī)是必須配置的,其煙氣系統(tǒng)通常的控制策略為增壓風(fēng)機(jī)控制增壓風(fēng)機(jī)入口壓力,,引風(fēng)機(jī)控制爐膛負(fù)壓,。對于風(fēng)機(jī)串聯(lián)運行系統(tǒng),這種控制方式結(jié)構(gòu)簡單,,易于實現(xiàn),,但是當(dāng)出現(xiàn)煙氣流量大幅變動、風(fēng)機(jī)RB等惡劣工況時,,由于爐膛負(fù)壓和增壓風(fēng)機(jī)入口壓力之間的耦合作用,,一旦調(diào)整不好,該控制方式容易產(chǎn)生振蕩甚至發(fā)散,,對機(jī)組運行帶來較大風(fēng)險,。本文提出一種增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)聯(lián)合協(xié)調(diào)控制的方式,該方式利用兩種風(fēng)機(jī)同時控制爐膛負(fù)壓,,并兼顧增壓風(fēng)機(jī)入口壓力,。通過該控制方式可以有效避免傳統(tǒng)控制模式帶來的一些弊端。
1 對象特性分析
壓力反映了氣體的狀態(tài),,是質(zhì)量,、溫度等參數(shù)的綜合體現(xiàn)。爐膛壓力和增壓風(fēng)機(jī)入口壓力由煙氣量,、燃料量,、送引風(fēng)機(jī)狀態(tài)、增壓風(fēng)機(jī)狀態(tài),、爐內(nèi)燃燒強度,、爐內(nèi)溫度,、煙氣溫度等參數(shù)決定。下面假定高溫低壓的煙氣為理想氣體,,對壓力特性進(jìn)行定性分析,。
由理想氣體性質(zhì)可得:p=mRT/V (1)
對(l)式求導(dǎo)得:
對于鍋爐而言其容積V是固定的,因此由(2)式中可以看出壓力和氣體的質(zhì)量,、溫度的狀態(tài)直接相關(guān),。具體對爐膛壓力和增壓風(fēng)機(jī)入口壓力而言,其主要影響因素如下:
爐膛壓力和爐內(nèi)煙氣質(zhì)量變化,、爐內(nèi)溫度變化相關(guān),。引起爐內(nèi)煙氣質(zhì)量變化的因素主要包括: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)燃燒工況的變化,。
增壓風(fēng)機(jī)入口壓力和引風(fēng)機(jī)至增壓風(fēng)機(jī)煙道內(nèi)煙氣質(zhì)量變化、煙氣溫度變化相關(guān),。引起煙道內(nèi)煙氣質(zhì)量變化的因素主要包括:引風(fēng)機(jī)排煙量,,增壓風(fēng)機(jī)出力;引起煙道內(nèi)煙氣溫度變化的因素主要包括爐膛排煙溫度的變化,。
以增壓風(fēng)機(jī)控制其入口壓力,、引風(fēng)機(jī)控制爐膛負(fù)壓的傳統(tǒng)控制方式,在正常工況時完全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卻存在不安全因素,。
例如在爐膛內(nèi)燃燒發(fā)生劇烈變化、煙氣流量快速下降的工況下,。爐膛壓力迅速下降,,引風(fēng)機(jī)出力減小。隨后增壓風(fēng)機(jī)入口壓力也隨之下降,,增壓風(fēng)機(jī)也減小出力,。不過由于引風(fēng)機(jī)初期出力的減小和壓力傳遞的時間差,當(dāng)引風(fēng)機(jī)出力減小后一段時間增壓風(fēng)機(jī)才開始減小出力,。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)相互耦合,,使得壓力可能出現(xiàn)反復(fù)波動、波動幅度過大,、波動時間過長等現(xiàn)象,,嚴(yán)重時壓力的波動可導(dǎo)致爐膛壓力保護(hù)動作甚至可能拉塌煙道。
因此在傳統(tǒng)的控制邏輯中,,針對風(fēng)機(jī)RB的工況通常增加了相應(yīng)的前饋邏輯:風(fēng)機(jī)RB時,增壓風(fēng)機(jī)出力迅速減小至原來的70%左右,。同時為了減小增壓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)和引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)之間的耦合作用,,通常將增壓風(fēng)機(jī)對其入口壓力的調(diào)節(jié)能力設(shè)得較弱,。這樣一來,當(dāng)機(jī)組正常工況波動時,,很可能出現(xiàn)增壓風(fēng)機(jī)入口壓力調(diào)節(jié)過程較長,,調(diào)節(jié)品質(zhì)較差的情況;當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)磨煤機(jī)跳閘導(dǎo)致燃燒工況大幅波動時,,則會出現(xiàn)由于調(diào)節(jié)能力不足導(dǎo)致壓力波動過大,,嚴(yán)重影響安全運行。
2 協(xié)調(diào)控制仿真試驗
增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的協(xié)調(diào)控制主要是指:爐膛負(fù)壓由增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)來共同控制,,增壓風(fēng)機(jī)在控制爐膛負(fù)壓的同時兼顧增壓風(fēng)機(jī)入口壓力,。采用風(fēng)機(jī)的協(xié)調(diào)控制后,當(dāng)爐膛內(nèi)燃燒發(fā)生劇烈變化導(dǎo)致煙氣量大幅改變時,,增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)同向調(diào)節(jié),,克服了兩者之間的耦合作用,不會產(chǎn)生由于增壓風(fēng)機(jī)入口壓力的滯后性,、風(fēng)機(jī)之間的耦合性導(dǎo)致的增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)的不同步,,減少了增壓風(fēng)機(jī)對風(fēng)煙系統(tǒng)的內(nèi)擾,使得包括爐膛負(fù)壓在內(nèi)的風(fēng)煙系統(tǒng)各參數(shù)調(diào)節(jié)品質(zhì)得到提高,。
根據(jù)前面分析的壓力特性,,對風(fēng)煙系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模,并對仿真模型進(jìn)行對比仿真試驗,,定性仿真風(fēng)量大幅下降時風(fēng)煙系統(tǒng)的工作狀態(tài),。在仿真中分別采用兩種控制模式并調(diào)整參數(shù)至最優(yōu),仿真結(jié)果如圖l所示,。從圖1中可以看出:
(l)在原控制策略下,,引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)存在較強的耦合作用(風(fēng)機(jī)之間的反向調(diào)節(jié));采用協(xié)調(diào)控制后,,風(fēng)機(jī)之間的耦合作用減弱了,。
(2)采用協(xié)調(diào)控制后,無論爐膛壓力和增壓風(fēng)機(jī)入口壓力,,其壓力波動幅度和波動的持續(xù)時間均得到了改善,,風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)幅度也變得更加平緩,風(fēng)煙系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)得到了顯著提高,。
3 協(xié)調(diào)控制實施效果
定性仿真試驗證明協(xié)調(diào)控制模式能有效地減弱風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)之間的耦合性作用,,同時改善調(diào)節(jié)品質(zhì),增加控制的安全性,。按照仿真試驗思路在某300MW機(jī)組上進(jìn)行了引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)聯(lián)合控制試驗,,對不同工況下風(fēng)機(jī)協(xié)調(diào)控制的控制品質(zhì)進(jìn)行考核。
3.1 協(xié)調(diào)控制策略
某電廠#5機(jī)組為300MW亞臨界燃煤機(jī)組,,其鍋爐采用上海鍋爐廠制造的亞臨界壓力一次再熱控制循環(huán)鍋爐,。引風(fēng)機(jī)為靜葉可調(diào)軸流式,,設(shè)計工況為953070m3/h,風(fēng)機(jī)全壓設(shè)計工況為4693Pa,。該機(jī)組配置石灰石-石膏濕法脫硫裝置,,一爐一塔,每臺爐煙氣系統(tǒng)配置一臺100%BMCR容量的動葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī),,用于克服FGD裝置投入時引起的煙氣壓降,。增壓風(fēng)機(jī)的性能保證能適應(yīng)風(fēng)機(jī)設(shè)計工況35%-100%BMCR負(fù)荷下正常運行,并留有一定裕度,。
針對該機(jī)組,,按照圖2中所示SAMA圖示意圖對原徑制組態(tài)進(jìn)行修改。
在修改的過程中還應(yīng)注意下面問題:
(l)考慮到增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)特性的差異,,在主控MA站出口增加f(x)回路,,調(diào)節(jié)不同風(fēng)機(jī)之間的特性差異。同時需要在增壓風(fēng)機(jī)至主控的反饋回路中增加反算的f(x)回路,,以保證跟蹤的實現(xiàn),。
(2)增壓風(fēng)機(jī)入口壓力修正回路主要用于保證穩(wěn)態(tài)工況下維持增壓風(fēng)機(jī)入口壓力,需要考慮該PID的修正范圍,。同時在跟蹤回路中應(yīng)保證該部分修正量在風(fēng)機(jī)手動時跟蹤至零位,,以及設(shè)定值對實際壓力的跟蹤。
3.2 協(xié)調(diào)控制實施效果
在風(fēng)機(jī)聯(lián)控試驗中,,將AGC撤出運行,,穩(wěn)定在機(jī)組負(fù)荷在240Mw附近,在該負(fù)荷段下進(jìn)行負(fù)壓定值擾動試驗和負(fù)荷變動試驗,,并調(diào)整引風(fēng)機(jī)控制至最優(yōu)品質(zhì),。經(jīng)調(diào)整后的相關(guān)試驗曲線如圖3中所示。
經(jīng)調(diào)整后的試驗數(shù)據(jù)如表l-2中所示,。
由相關(guān)試驗數(shù)據(jù)可以看出,,引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)聯(lián)控爐膛負(fù)壓的方式是可行的,經(jīng)過參數(shù)的整定,,完全能滿足控制需要,。
4 小 結(jié)
通過仿真試驗證明風(fēng)機(jī)的協(xié)調(diào)控制模式能有效地減弱風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)之間的耦合性作用,同時改善調(diào)節(jié)品質(zhì),,增加控制的安全性,。通過某300MW機(jī)組上風(fēng)機(jī)協(xié)調(diào)控制方式的實施,證明風(fēng)機(jī)的協(xié)調(diào)控制是安全可行的,,能提高惡劣工況變化時風(fēng)煙系統(tǒng)的控制品質(zhì),。為增壓風(fēng)機(jī)控制、引風(fēng)機(jī)控制提供了一種新的思路。但是還存在下面一些問題值得進(jìn)一步探討和研究:
(l)在風(fēng)機(jī)協(xié)調(diào)控制模式下,,增壓風(fēng)機(jī)由爐膛壓力控制回路和增壓風(fēng)機(jī)入口壓力控制回路共同參與調(diào)節(jié),。兩個壓力控制回路之間的比例目前為一定值,,該定值由不同工況下的調(diào)整需要綜合而定,。在下一步的研究中可以考慮根據(jù)不同工況動態(tài)分配兩個回路之間的比例關(guān)系,以進(jìn)一步提高控制品質(zhì),。
(2)增壓風(fēng)機(jī)入口壓力反應(yīng)了引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)之間的出力分配關(guān)系,,可以通過調(diào)整增壓風(fēng)機(jī)入口壓力找到較為經(jīng)濟(jì)的工況。在下一步的研究中可以考慮:當(dāng)給定不同負(fù)荷段下的最優(yōu)入口壓力設(shè)定點后,,區(qū)分穩(wěn)定工況和動態(tài)工況,,動態(tài)調(diào)整增壓風(fēng)機(jī)入口壓力控制回路的控制器參數(shù),提高穩(wěn)定工況下入口壓力控制的準(zhǔn)確性和動態(tài)工況下入口壓力控制的穩(wěn)定性,,從而使相關(guān)系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最佳,。