1 000 MW超超臨界機組脫硫旁路煙氣擋板封堵后的控制優(yōu)化

鄭衛(wèi)東，周波，李曉燕，劉哲，潘津

（華能玉環(huán)電廠，浙江臺州317604）

發(fā)電技術

1 000 MW超超臨界機組脫硫旁路煙氣擋板封堵后的控制優(yōu)化

鄭衛(wèi)東，周波，李曉燕，劉哲，潘津

（華能玉環(huán)電廠，浙江臺州317604）

脫硫系統(tǒng)取消旁路擋板后，大型機組風煙系統(tǒng)實際運行情況已偏離設計工況，脫硫與主機的配合及機組風煙系統(tǒng)在異常情況下的安全問題突出。通過介紹華能玉環(huán)電廠1 000 MW超超臨界機組為解決旁路封堵后的安全問題而進行的控制邏輯優(yōu)化和試驗過程，分析了煙道壓力控制成敗的原因，探討了煙道壓力與爐膛負壓的解耦方案，解決了旁路封堵后困擾熱控專業(yè)的控制難題，提出了風煙系統(tǒng)的RB（RUN BACK）優(yōu)化方案。

火電機組；超超臨界；旁路封堵；邏輯優(yōu)化；可靠性

0 引言

玉環(huán)電廠4×1 000 MW超超臨界機組鍋爐采用哈爾濱鍋爐廠有限責任公司（三菱重工業(yè)株式會社提供技術支持）設計生產(chǎn)的超超臨界變壓運行直流鍋爐，采用П型布置、單爐膛、低NOXPM主燃燒器和MACT燃燒技術，型號為HG-2953/ 27.56-YM1。每臺機組配備2臺50%MCR電動引風機、2臺50%MCR電動增壓風機。引風機、增壓風機采用靜葉調(diào)節(jié)，混凝土煙道設計最大承壓±2 000 Pa。原設計有煙氣旁路，如圖1所示，在機組啟停和增壓風機入口壓力異常時，開啟旁路（壓力定值±1 200 Pa）。為了響應國家環(huán)保要求，在未進行煙道改造的情況下，4臺機組于2012年均取消了脫硫旁路煙氣擋板。

1 存在問題

1.1 旁路煙道的作用

2012年以前投產(chǎn)的1 000 MW機組都設計了脫硫旁路煙道，其對主機及脫硫系統(tǒng)的保護作用主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）鍋爐啟爐或低負荷穩(wěn)燃時，避免含有油污、碳粒和高濃度粉塵的煙氣進入脫硫系統(tǒng)，造成脫硫系統(tǒng)設備和漿液的污染。煙氣參數(shù)異常時（如煙溫、粉塵濃度過高等），開啟旁路擋板，煙氣由旁路直接進入煙囪排放，保護脫硫吸收塔等裝置。

（2）當脫硫系統(tǒng)設備故障無法正常運行時，開啟旁路擋板，保證主機的正常運行。

（3）當出現(xiàn)引風機、增壓風機跳閘或者搶風，導致煙道壓力過高或者過低時，迅速開啟旁路擋板，確保煙道安全。

1.2 旁路取消后的控制難點

旁路取消后，主要有以下控制難點：

（1）煙道壓力控制問題：引風機至增壓風機煙道距離短，控制對象容量系數(shù)小，引風機和增壓風機出力大，而且兩者動作方向存在不一致的可能性，煙道壓力控制難度大。

（2）初始設計一般采用混凝土煙道，承壓強度較低，安全余量有限。風煙系統(tǒng)RB（輔機故障減負荷）時，引風機、增壓風機將聯(lián)鎖跳閘，造成煙道壓力波動過大，要保證異常情況下的煙道安全存在一定難度。

（3）脫硫系統(tǒng)對主機MFT（主燃料跳閘）的條件設置問題：在保證脫硫系統(tǒng)安全的前提下，如何減少脫硫?qū)χ鳈C的影響，保護條件如何設置，也是難點問題。

（4）增壓風機與引風機的聯(lián)鎖保護問題：如何保證以科學的啟停順序啟停引風機及增壓風機，確保風機聯(lián)鎖保護的科學性，也是難點之一。其中，SCS（順序控制系統(tǒng)）的邏輯設置相對簡單，在滿足工藝要求的前提下，應以提高可靠性為標準。而MCS（模擬量控制系統(tǒng)）的優(yōu)化，則是關鍵性難題。

國家和地方出臺環(huán)保新政策的時候，發(fā)電廠往往來不及對設備進行大范圍改造，在未對脫硫系統(tǒng)進行改造的情況下，理論上機組不具備旁路封堵長周期運行的條件。在執(zhí)行環(huán)保政策、取消脫硫旁路的時候，不進行煙道的改造，如何通過控制的優(yōu)化來確保煙道的安全是發(fā)電廠面臨的技術難題。

圖1 脫硫煙氣系統(tǒng)

2 脫硫煙氣控制方案

2.1 SCS邏輯

發(fā)電廠石灰石石膏脫硫工藝系統(tǒng)設計大體一致，旁路封堵后，需要對增壓風機、引風機、吸收塔等設備的啟停順序及脫硫系統(tǒng)請求主機跳閘控制邏輯進行優(yōu)化。以上系統(tǒng)主要邏輯的設置原則如下：

（1）引風機、增壓風機啟動條件中增加通道建立條件，保證風機啟動安全。

（2）增壓風機事故跳閘邏輯：2臺增壓風機運行，單臺跳閘時風機靜葉切手動，超馳關閉，延時1 s聯(lián)鎖跳閘同側(cè)引風機，同時觸發(fā)RB，目標500 MW；2臺增壓風機跳閘且發(fā)電機功率大于100 MW，延時1 s后以5 s脈沖觸發(fā)鍋爐MFT，并聯(lián)鎖跳閘引風機。

（3）1臺引風機跳閘，延時1 s聯(lián)鎖跳閘同側(cè)增壓風機；2臺引風機跳閘且有功大于100 MW，聯(lián)鎖跳閘2臺增壓風機。即同側(cè)增壓風機、引風機作為一個整體進行控制。

（4）增壓風機入口壓力≥2 000 Pa，延時0.5 s聯(lián)鎖跳閘引風機，觸發(fā)MFT；增壓風機入口壓力≤-2 000 Pa，延時0.5 s聯(lián)鎖跳閘增壓風機，觸發(fā)鍋爐MFT。

（5）送風機、引風機之間的聯(lián)鎖保持不變，取消吸收塔液位低跳閘漿液循環(huán)泵這一條件。

（6）吸收塔出口溫度高信號三取二（80℃），觸發(fā)鍋爐MFT。

（7）事故噴淋系統(tǒng)聯(lián)鎖啟動條件：所有吸收塔漿液循環(huán)泵故障停運；FGD（煙氣脫硫系統(tǒng)）入口煙氣溫度超過160℃；吸收塔出口溫度高于70℃。

（8）事故噴淋系統(tǒng)聯(lián)鎖停止條件：所有吸收塔漿液循環(huán)泵停運；FGD入口溫度低于80℃；任意1臺吸收塔漿液循環(huán)泵運行；FGD入口溫度低于150℃。

2.2 MCS邏輯

MCS中，增壓風機導葉控制是優(yōu)化的關鍵和難點。煙氣壓力采用單回路、引風機總指令前饋，煙氣壓力反饋調(diào)節(jié)。增壓風機及引風機跳閘且煙氣壓力越限超馳控制，具有平衡回路的單PID控制。以反饋調(diào)節(jié)為主，前饋補償為輔。

（1）導葉切手動條件：煙氣壓力測點品質(zhì)壞；增壓風機A或B停運（脈沖），A和B均切手動。

（2）導葉超馳控制（以A為例）：增壓風機A停運且增壓風機B運行（脈沖），超馳開75%；增壓風機A和B均停運（脈沖），超馳全開。

（3）風煙系統(tǒng)單側(cè)跳閘超馳（以A為例）：增壓風機B跳閘，延時10 s，煙氣壓力高于500 Pa，增壓風機A靜葉開度增加7%，反之，關小7%。

2.3 運行中存在的問題

旁路封堵后，經(jīng)過實際運行的考驗，SCS的控制正常，滿足工藝的需要，設備的可靠性有較好的保障。MCS控制則存在較大的問題，在送風機、引風機、增壓風機異常引起機組RB時，煙道壓力容易超過保護定值。機組曾于2013年發(fā)生與此有關的不安全事件。控制上存在的主要問題如下：

（1）引風機響應爐膛負壓，增壓風機響應煙氣壓力，二者分開控制，無前饋等補償環(huán)節(jié)，控制方案的設計過于簡單，沒有充分考慮二者之間的聯(lián)系，控制上未進行解耦。而煙氣壓力受引風機影響較大，導致煙氣壓力控制效果差。

（2）增壓風機與引風機存在聯(lián)鎖關系：任意1臺引風機跳閘，對應側(cè)增壓風機聯(lián)鎖跳閘，同樣，任意1臺增壓風機跳閘，對應側(cè)引風機聯(lián)鎖跳閘。單臺引風機跳閘后，運行引風機通過平衡回路的自動調(diào)節(jié)作用，引風機靜葉往開大方向動作，開度與爐膛壓力及風機跳閘時的開度有關。而增壓風機靜葉控制切手動，運行人員往往來不及干預，增壓風機仍保持在原有開度。這樣，引風機、增壓風機出力不一致，煙道壓力平衡被破壞。

（3）由于煙道壓力控制容量系數(shù)小，正常調(diào)節(jié)時，增壓風機靜葉響應快，引風機響應比較慢。調(diào)節(jié)過程中增壓風機與引風機動作不匹配，煙氣壓力在大擾動時容易發(fā)散。例如，當爐膛負壓升高時，引風機出力增加，煙道壓力很快得到反映，增壓風機增加出力。當爐膛負壓回落，引風機進行回調(diào)時，煙道壓力由于慣性繼續(xù)增加，增壓風機繼續(xù)開大，二者的動作方向不一致，必然導致煙氣壓力的大幅度波動。

（4）煙道壓力調(diào)節(jié)控制參數(shù)不合理，控制對象的運行工況比較復雜時，固定參數(shù)難以滿足各種工況的需要。原參數(shù)整定滿足正常運行需要時，無法滿足異常工況（RB等）的需要。

3 控制優(yōu)化方案

基于以上原因，需要對增壓風機入口壓力的控制方案進行優(yōu)化。優(yōu)化原則是：

（1）將引風機與增壓風機作為整體進行控制，以前饋調(diào)節(jié)為主，確保增壓風機與引風機動作方向一致，以免動作方向不一致而導致煙氣壓力失控。閉環(huán)進行修正，消除靜態(tài)偏差。

（2）實現(xiàn)變參數(shù)和分段控制，相關參數(shù)根據(jù)機組不同負荷和工況進行調(diào)節(jié)。根據(jù)壓力偏差的大小實現(xiàn)分段控制，以增強調(diào)節(jié)系統(tǒng)的適應性。

（3）適當犧牲爐膛壓力的控制要求，有限降低異常工況爐膛壓力的響應速度。在RB發(fā)生時，將引風機、送風機進行超馳，目標為500 MW穩(wěn)態(tài)工況時的導葉開度，以此為依據(jù)，對引風機、送風機、增壓風機均進行適當優(yōu)化。

3.1 增壓風機優(yōu)化控制方案

增壓風機靜葉響應增壓風機入口壓力，以引風機總指令為前饋，增壓風機入口壓力反饋調(diào)節(jié)。實現(xiàn)變比例、積分（鍋爐負荷及控制偏差函數(shù)）控制，對壓力偏差分段控制，增壓風機異常閉鎖以增壓風機入口壓力前饋控制為主，閉環(huán)修正為輔。

3.1.1 切手動條件

（1）增壓風機入口壓力測點品質(zhì)壞。

（2）增壓風機A停運時A切手動（脈沖），增壓風機B停運時B切手動。

（3）增壓風機入口壓力設定值與實際值反饋偏差大（延時150 s）。

3.1.2 閉鎖條件

（1）引風機在自動，增壓風機指令反饋偏差大于10%時閉鎖增加5 s，小于-10%時閉鎖減5 s。

（2）增壓風機入口壓力高于1 500 Pa時閉鎖減少，增壓風機入口壓力低于-1 500 Pa時閉鎖增加。

3.1.3 超馳條件

（1）增壓風機A靜葉超馳關：增壓風機A停運且增壓風機B運行（脈沖）；增壓風機B靜葉超馳關：增壓風機B停運且增壓風機A運行（脈沖）。

（2）超馳開70%：增壓風機A，B均停運（脈沖）。

（3）增壓風機A靜葉超馳關5%：增壓風機B停運、增壓風機A運行，且增壓風機入口壓力低于-500 Pa（脈沖）；增壓風機A靜葉超馳開5%：增壓風機B停運、增壓風機A運行，且增壓風機入口壓力高于500 Pa（脈沖）；增壓風機B靜葉超馳關5%：增壓風機A停運、增壓風機B運行，且增壓風機入口壓力低于-500 Pa（脈沖）；增壓風機B靜葉超馳開5%：增壓風機A停運、增壓風機B運行，且增壓風機入口壓力高于500 Pa（脈沖）。

3.1.4 引風機指令前饋

引風機指令前饋，指令比例系數(shù)0.80。

3.1.5 壓力偏差分段控制

壓力偏差在±10 Pa，切除；±10 Pa～±50 Pa對應±30 Pa～±50 Pa；±50 Pa以外，線性控制。

3.1.6 跳閘延時優(yōu)化

將引風機跳閘時聯(lián)鎖跳閘對應側(cè)增壓風機的延時時間由1 s改為0.5 s。

3.2 風煙系統(tǒng)RB時的引風機控制優(yōu)化

風煙系統(tǒng)異常工況時，為了快速響應爐膛壓力要求，引風機控制勢必快速調(diào)節(jié)。引風機的動作對煙道壓力影響大，對爐膛壓力的影響相對較小。鍋爐爐膛的容量大而且承壓能力比煙道好，因此可以犧牲爐膛壓力在異常工況時的控制指標，以保證煙氣壓力的控制效果。優(yōu)化原則是：原控制方案主體回路保持不變，增加風煙系統(tǒng)RB后的超馳調(diào)節(jié)控制，如圖2所示，具體優(yōu)化邏輯設置如下：

（1）風煙系統(tǒng)RB邏輯條件：引風機RB、增壓風機RB或者送風機RB。

（2）增壓風機跳閘后延時0.5 s聯(lián)鎖跳閘對應側(cè)引風機。

（3）引風機靜葉超馳控制條件：當風煙系統(tǒng)RB時，引風機超馳15 s，超馳開度為機組RB目標負荷（500 MW）的開度。

3.3 風煙系統(tǒng)RB時的送風機控制優(yōu)化

風煙系統(tǒng)異常工況時，引風機控制進行了優(yōu)化，為了滿足爐膛壓力的控制要求，需要對送風機控制進行相應的優(yōu)化。送風機原控制主方案保持不變，增加風煙系統(tǒng)RB后超馳調(diào)節(jié)控制，如圖3所示，具體優(yōu)化邏輯設置如下：

（1）風煙系統(tǒng)RB邏輯條件：引風機RB、增壓風機RB或者送風機RB。

（2）送風機動葉超馳控制條件：當風煙系統(tǒng)RB時，送風機超馳25 s，超馳開度為機組RB目標負荷（500 MW）的開度。

圖2 引風機超馳控制優(yōu)化（虛線框為增加部分）

圖3 送風機超馳控制優(yōu)化（虛線框為增加部分）

4 優(yōu)化前后RB效果對比

控制優(yōu)化前，異常工況時的煙道壓力控制不能滿足要求。風煙系統(tǒng)RB難以成功，增壓風機入口壓力（煙道壓力）控制發(fā)散，如圖4所示。

優(yōu)化后，選擇3號機組進行RB試驗，增壓風機入口壓力最高至737 Pa，最低至-425 Pa，如圖5所示。試驗表明：風煙系統(tǒng)RB及增壓風機入口壓力邏輯優(yōu)化效果明顯，徹底解決了在RB情況下增壓風機入口壓力無法控制的問題。

圖4 優(yōu)化前增壓風機RB效果

圖5 優(yōu)化后增壓風機RB效果

5 結(jié)語

隨著我國“節(jié)能減排”政策執(zhí)行力度的不斷加強，發(fā)電廠在執(zhí)行旁路封堵政策的時候，在不進行設備改造的情況下，脫硫系統(tǒng)運行尚達不到設計要求。實踐證明，只要把握了上述優(yōu)化原則，就能取得較好的調(diào)節(jié)品質(zhì)及運行可靠性，從而保證旁路封堵后機組的安全穩(wěn)定運行。

[1]孫長生，朱北恒，孫維本，等.火電廠熱控系統(tǒng)可靠性配置與事故預控[M].北京：中國電力出版社，2010.

[2]開平安，劉建民，焦嵩鳴，等.火電廠熱工過程先進控制技術[M].北京：中國電力出版社，2010.

[3]鄭衛(wèi)東，李捍華，戴航丹，等.1 000 MW機組凝結(jié)水泵變頻運行控制除氧器水位要點探討[J].浙江電力，2012（11）∶38-41.

Control Optimization of Flue Gas Damper Blockage in Desulfurization Bypass of 1 000 MW Ultra-supercritical Units

ZHENG Weidong，ZHOU Bo，LI Xiaoyan，LIU Zhe，PAN Jin
（Huaneng Yuhuan Power Plant，Taizhou Zhejiang 317604，China）

After desulfurization system cancels bypass damper，the actual operation condition of air and gas system in large units exceeds the design function and the security problems of the coordination between the desulfurization system and main units as well as air and gas system in abnormal conditions are serious. Through introducing control logical optimization and testing process to solve safety problems after bypass blockage of 1 000 MW ultra-supercritical units in Huaneng Yuhuan Power Plant，this paper analyzes reasons for success or failure of the flue pressure control and discusses the decoupling scheme of gas duct pressure and furnace draft；it solves the control problems which trouble thermal control specialty after bypass blockage and puts forward recommendations for RB（RUN BACK）optimization scheme of air and gas system.

thermal power generation units；ultra-supercritical；bypass blockage；logical optimization；reliability

TK39

：B

：1007-1881（2014）06-0038-05

2014-04-28

鄭衛(wèi)東（1975-），男，湖北荊州人，工程師，長期從事發(fā)電廠熱工研究和管理工作。（本文編輯：徐晗）