基于動葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)典型安裝方式的爐膛負(fù)壓優(yōu)化控制研究

朱繼峰，丁俊宏

（1.浙江浙能中煤舟山煤電有限責(zé)任公司，浙江舟山316131；2.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

基于動葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)典型安裝方式的爐膛負(fù)壓優(yōu)化控制研究

朱繼峰1，丁俊宏2

（1.浙江浙能中煤舟山煤電有限責(zé)任公司，浙江舟山316131；2.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

從熱工自動化專業(yè)角度分析浙江某電廠爐膛負(fù)壓波動大的原因，主要介紹其在對動調(diào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)典型安裝方式的研究并予以優(yōu)化，消除控制死區(qū)，改善爐膛負(fù)壓自動品質(zhì)，提高了機(jī)組可靠性。

熱工自動化；典型安裝；控制死區(qū)；負(fù)壓；自動

某發(fā)電廠2×1 000 MW超超臨界發(fā)電機(jī)組自2014年下半年投運(yùn)以來，爐膛負(fù)壓一直處于波動較大的趨勢，靜態(tài)偏差波動達(dá)400 Pa左右，冒正壓現(xiàn)象嚴(yán)重，最大超過200 Pa，對鍋爐的安全運(yùn)行存在較大隱患，經(jīng)常發(fā)生由于鍋爐頻繁冒正壓造成二次風(fēng)箱壓力和火檢信號波動的現(xiàn)象，鍋爐燃燒不穩(wěn)定，存在火檢熄火跳磨和MFT（主燃料跳閘）隱患。靜態(tài)運(yùn)行工況見圖1、圖2，動態(tài)工況更加惡劣，采取相應(yīng)的措施已經(jīng)迫在眉睫。

1 動葉調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)和原理研究

圖1 負(fù)荷無變化情況下爐膛負(fù)壓波動曲線

研究AP動葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)引風(fēng)機(jī)性能的調(diào)節(jié)，是通過電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)來改變?nèi)~輪葉片（動葉）的工作角度來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)動葉的角度改變時，其風(fēng)量、風(fēng)壓、功率跟著改變，也對應(yīng)著一個不同的性能曲線，從而構(gòu)成動調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的性能曲線型譜。獨(dú)特結(jié)構(gòu)（曲柄力臂短、關(guān)節(jié)軸承與鐵基自潤滑滑塊、平衡錘結(jié)構(gòu)獨(dú)特、葉柄與曲柄軸系精巧）能有效克服動葉關(guān)閉力矩和調(diào)節(jié)力矩，使得控制油壓最低。當(dāng)油站啟動后，風(fēng)機(jī)外部的控制執(zhí)行裝置通過推拉桿來操縱閥殼作軸向前后移動，以使壓力油分別進(jìn)入油缸的后腔或前腔，油缸內(nèi)壓力使活塞隨同控制閥實(shí)現(xiàn)方向和行程相同的位移（略滯后），把調(diào)節(jié)力矩通過導(dǎo)軸傳遞給調(diào)節(jié)盤控制執(zhí)行動葉片的開大與關(guān)小。

圖2 負(fù)荷無變化情況下爐膛負(fù)壓波動數(shù)據(jù)

2 分析影響因素及要因確認(rèn)

2.1 影響因素

分析影響因素有以下可能：

（1）調(diào)節(jié)控制參數(shù)弱，指令輸出變化慢，導(dǎo)致電流響應(yīng)慢，影響爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定。

（2）風(fēng)煙系統(tǒng)存在堵塞現(xiàn)象，如空預(yù)器堵塞。（3）引風(fēng)機(jī)動調(diào)電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)存在滯后。（4）引風(fēng)機(jī)動調(diào)液壓伺服裝置存在滯后。

2.2 要因確認(rèn)

根據(jù)機(jī)組目前存在的問題，在運(yùn)行工況對爐膛負(fù)壓自動調(diào)節(jié)控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，擾動試驗過程中發(fā)現(xiàn)爐膛負(fù)壓在偏離設(shè)定值-100±25 Pa的邏輯死區(qū)后，控制指令快速向抑制偏差的方向響應(yīng)，但引風(fēng)機(jī)的電流響應(yīng)滯后，導(dǎo)致爐膛負(fù)壓波動大，只要引風(fēng)機(jī)電流發(fā)生變化，負(fù)壓能迅速恢復(fù)到設(shè)定值。執(zhí)行機(jī)構(gòu)動態(tài)調(diào)節(jié)的死區(qū)在5%左右，經(jīng)常會發(fā)生爐膛負(fù)壓上沖到較高的正壓波峰后回落。盡管采用了加快爐膛負(fù)壓自動的比例參數(shù)來加快執(zhí)行機(jī)構(gòu)響應(yīng)速度，較大的動態(tài)死區(qū)滯后仍然嚴(yán)重影響著鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行,說明調(diào)節(jié)參數(shù)的快慢不是爐膛負(fù)壓波動的要因。

風(fēng)煙系統(tǒng)中空預(yù)器兩側(cè)壓差大，存在堵塞，會造成引風(fēng)機(jī)出力和電耗增大，但與動葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)性能無關(guān)。

就地執(zhí)行機(jī)構(gòu)回路包括SIPOS電動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)到電機(jī)輸出軸、減速齒輪箱到輸出曲柄、連桿、動葉的曲柄和驅(qū)動裝置、液壓伺服裝置多道機(jī)械傳動部件。為研究當(dāng)上層控制指令下達(dá)到就地執(zhí)行機(jī)構(gòu)回路后存在多大的死區(qū)，在1號機(jī)組小修期間，在引風(fēng)機(jī)動葉片處加裝百分表來測定常用運(yùn)行區(qū)間30%～60%開度對應(yīng)的靜態(tài)死區(qū)，發(fā)現(xiàn)控制反向死區(qū)達(dá)到了4%，這是疊加后的總滯后。為了確定每一個機(jī)械傳動環(huán)節(jié)對總滯后的分解量，在減速箱的輸出曲柄處、動葉的曲柄和驅(qū)動裝置、液壓伺服裝置處增裝臨時百分表進(jìn)行測繪，發(fā)現(xiàn)減速箱到輸出曲柄存在2.5%的靜態(tài)偏差，立即確定此點(diǎn)為滯后的關(guān)鍵原因，脫開連桿單獨(dú)對曲柄進(jìn)行手動來回扳動測試，確認(rèn)齒輪箱內(nèi)齒間隙過大造成回差大。緊急訂做新的齒輪箱，裝復(fù)后進(jìn)行現(xiàn)場單體測試，靜態(tài)偏差減小到了0.5%。

為查找靜態(tài)偏差大的原因，對現(xiàn)場的安裝情況進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)連桿的安裝存在傾斜，見圖3，導(dǎo)致動調(diào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在不停地往復(fù)運(yùn)動調(diào)節(jié)過程中將齒輪的間隙蕩大，導(dǎo)致死區(qū)不斷增大而將帶動下一級單元的速度減慢，這樣的發(fā)展趨勢若持續(xù)下去，將使?fàn)t膛負(fù)壓的波動更加劇烈，甚至?xí)鹛鴻C(jī)。

圖3 連桿調(diào)水平后執(zhí)行機(jī)構(gòu)與原來的安裝位置的偏差

3 移位改造嘗試

確認(rèn)連桿傾斜是造成齒隙和死區(qū)增大的要因后，決定對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的安裝位置進(jìn)行移位，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的曲柄、連桿、動葉的曲柄基本在同一垂直地面的平面上，見圖4，在移位過程中碰到了問題，在滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)全行程的開關(guān)區(qū)間范圍內(nèi)，減速箱輸出曲柄在60%～100%時與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)卡阻，調(diào)整到其它角度，開到全行程的70%就會出現(xiàn)以上3個傳動環(huán)節(jié)在同一直線，造成無法驅(qū)動下一級傳動單元，出現(xiàn)更大的死區(qū)。經(jīng)與檢修單位現(xiàn)場研究，發(fā)現(xiàn)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝位置抬高后，在50%位置時連桿處于水平位，動葉和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的曲柄在垂直地面的位置時，全行程能靈活開關(guān)，為Z字形布置方式。實(shí)施此方案后，靜態(tài)調(diào)試偏差隨著開度不同死區(qū)也有差異，在2%～4%波動，通風(fēng)試驗時帶負(fù)荷操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，動態(tài)偏差在5%～7%，見圖5，本次改造失敗。

圖4 Z字形布置改造

圖5 通風(fēng)試驗動調(diào)控制死區(qū)大

4 正確的安裝方案

4.1 多方調(diào)研和咨詢

隨著小修結(jié)束工期的臨近，咨詢了浙江省內(nèi)內(nèi)的熱工專家人士和監(jiān)督專職，從各發(fā)電廠傳送過來的照片來看，沒有上述改造的布置先例，說明以上布置形式缺乏一定的典型性。經(jīng)與風(fēng)機(jī)廠家就動調(diào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的安裝方式進(jìn)行的探討研究，得知當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的曲柄、連桿、動葉的曲柄組成平行四邊形的3條邊，并且執(zhí)行機(jī)構(gòu)的曲柄和動葉的曲柄互相平行時，動調(diào)的線性最好，死區(qū)最小，該布置方式為典型布置方式。

4.2 平行四邊形布置優(yōu)化

隨著調(diào)研多個電廠的現(xiàn)狀與廠家的確認(rèn)，平行四邊形的布置方式能在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動中獲得最大的推動力和拉伸力，研究最大程度地縮小傳動機(jī)構(gòu)部件邊角變化時的死區(qū)范圍，以期達(dá)到最佳調(diào)節(jié)效果。對第一次失敗的Z字形改造進(jìn)行了重新布置與優(yōu)化，見圖6，先將執(zhí)行器調(diào)試完成，執(zhí)行器運(yùn)行到全關(guān)位置，將動調(diào)葉片人工運(yùn)行到全關(guān)位置，連接動調(diào)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，動調(diào)的曲柄和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的曲柄盡量調(diào)平行，連桿和曲柄夾角最大角度小于等于145°，最小角度大于等于35°，再重調(diào)末端。

圖6 最終的平行四邊形布置

第二次改造后，將Z字形布置帶來的局部2%～4%靜態(tài)偏差縮小到了1%，通風(fēng)帶負(fù)荷試驗操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，偏差在1%～2%，第二次改造成功并且得到了啟動并網(wǎng)前試驗數(shù)據(jù)的支撐，見圖7。但改造結(jié)果還將面臨并網(wǎng)及全行程到滿負(fù)荷復(fù)雜工況的考驗。

圖7 改造后的通風(fēng)帶負(fù)荷響應(yīng)曲線

4.3 啟動并網(wǎng)后的效果

1號機(jī)組啟動并網(wǎng)并帶到滿負(fù)荷的全過程中，爐膛負(fù)壓運(yùn)行平穩(wěn)，在加負(fù)荷到1 000 MW和快速減負(fù)荷到500 MW，運(yùn)行數(shù)據(jù)始終控制在-20～-180 Pa，爐膛頻繁冒正壓的現(xiàn)象消失了，由此帶來的火檢熄火和二次風(fēng)箱壓力擾動現(xiàn)象消除，鍋爐燃燒品質(zhì)大幅提升，波形見圖8。據(jù)此可以確定，爐膛負(fù)壓波動問題得到了根治。

圖8 連續(xù)加減負(fù)荷下的爐膛負(fù)壓曲線

5 結(jié)語

通過對引風(fēng)機(jī)動葉調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的改造，使?fàn)t膛負(fù)壓自動品質(zhì)大幅提升，可見典型布置的安裝方式對機(jī)組可靠性提升具有重要作用。從近期較為流行的典型邏輯、典型操作票研究到典型熱控設(shè)備的安裝方式細(xì)節(jié)，熱控設(shè)備安裝的規(guī)范性和合理性決定了后期熱控設(shè)備可靠性的程度，長周期運(yùn)行的基礎(chǔ)在于對工藝與質(zhì)量的監(jiān)督與把握，在于對設(shè)備與系統(tǒng)出現(xiàn)異常與波動的原因透析與對現(xiàn)場薄弱環(huán)節(jié)的正確決策與及時整治。

該機(jī)組爐膛負(fù)壓波動大與解決整治案例，可供相同類型動葉調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)用戶對照與優(yōu)化，具有借鑒和參考實(shí)踐意義。

[1]朱北恒.火電廠熱工自動化系統(tǒng)試驗[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2]王樹青.自動化與儀表工程師手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

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[8]何偉.引風(fēng)機(jī)動葉故障原因分析及處理措施[J].廣東電力，2015，28（8）∶81-83.

（本文編輯：徐晗）

下期要目

●基于實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)挖掘的配電變壓器狀態(tài)評估

●新型智能巡檢機(jī)器人在變電運(yùn)維工作中的應(yīng)用

●基于電力電子變壓器的能量路由器研究

●基于量綱理論的分裂導(dǎo)線集成載流量綜合性研究

●基于有限元仿真的導(dǎo)汗型安全帽研究

●汽輪機(jī)高排逆止閥改造與控制優(yōu)化

●1 000 MW機(jī)組汽輪機(jī)凝汽器喉部節(jié)能優(yōu)化改造實(shí)踐

●特大型海水冷卻塔防腐涂層性能檢測及老化控制策略探討

●一種改進(jìn)型廣義預(yù)測控制系統(tǒng)研究及工程應(yīng)用

●避雷器在線監(jiān)測儀水平平臺的研制

Optimization and Control of Furnace Negative Pressure based on the Typical Installation of Adjustable Blade Regulating Mechanism

ZHU Jifeng1，DING Junhong2
（1.Zhejiang Zheneng Zhongmei Zhoushan Coal&Electricity Co.，Ltd.，Zhoushan Zhejiang 316131，China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

This paper analyzes reasons of large furnace negative pressure fluctuation in a power plant in Zhejiang province in terms of thermal automation and introduces the research and optimization of the typical installation method of the actuator to eliminate the control dead zone，improve automatic quality of furnace negative pressure and boost reliability of the unit.

thermal automation；typical installation；control dead zone；negative pressure；automation

10.19585/j.zjdl.201707008

1007-1881（2017）07-0033-04

TK323

B

2017-03-31

朱繼峰（1976），男，高級工程師，從事火力發(fā)電廠熱工自動化專業(yè)管理工作。