試論火電廠600MW機(jī)組送風(fēng)自動(dòng)控制優(yōu)化研究分析

國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院 張?jiān)~赟

寧夏大學(xué)新華學(xué)院 張?jiān)~秀

對(duì)于送風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)而言，它是火電廠鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要組成部分，同時(shí)在整個(gè)鍋爐的運(yùn)行工程中的作用也是十分重要的。文章主要是以發(fā)電公司的兩臺(tái)600MW機(jī)組的送風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)在使用的過(guò)程作為研究對(duì)象，研究了該系統(tǒng)的現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，完善了信號(hào)的測(cè)量工作，并且也對(duì)送風(fēng)控制邏輯的優(yōu)化也作出了詳細(xì)的說(shuō)明。另外，送風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)在優(yōu)化之后則還會(huì)更加滿足于目前實(shí)際使用的情況，并且會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的各方面均得到了科學(xué)的改進(jìn)，這不但會(huì)使得風(fēng)量與氧量等數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，而且使調(diào)節(jié)的靈活性會(huì)更大。本文通過(guò)對(duì)機(jī)組送風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的改造，希望能夠?qū)痣姀S在進(jìn)行對(duì)機(jī)組送風(fēng)自動(dòng)控制改善過(guò)程給予一定的借鑒作用和學(xué)習(xí)。

一、送風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)

想要實(shí)現(xiàn)送風(fēng)量可以自動(dòng)控制的核心之處則是能夠?qū)λ惋L(fēng)量進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。對(duì)于現(xiàn)代的大型鍋爐而言，通常情況下會(huì)分別設(shè)有一次風(fēng)、二次風(fēng)，其中還有一些鍋爐還將設(shè)有三次風(fēng)，所以這三種風(fēng)流量的總和就是總風(fēng)量。另外，經(jīng)常使用的風(fēng)量測(cè)量裝置分別有對(duì)稱機(jī)翼型與復(fù)式文丘里管。而簡(jiǎn)單的測(cè)量裝置，分別會(huì)裝置于風(fēng)機(jī)入口彎頭測(cè)風(fēng)裝置和舉行風(fēng)道內(nèi)擋風(fēng)板等。在協(xié)調(diào)控制之中，對(duì)氧量和風(fēng)量的控制則屬于燃燒控制的主要構(gòu)成部分，并且它將會(huì)直接決定著鍋爐在燃燒過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)性與穩(wěn)定性。在穩(wěn)定條件下，按照鍋爐主控指令的要求，對(duì)燃料量與送風(fēng)量進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，并且保持了適當(dāng)?shù)娘L(fēng)煤比，也就是保證爐膛出口處有一定的過(guò)量空氣系數(shù)，在動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程中，首先在確保負(fù)荷添加之時(shí)，要先添加送風(fēng)量之后再添加燃料量，而在對(duì)負(fù)荷進(jìn)行減少時(shí)，要先對(duì)燃料量減少后再對(duì)送風(fēng)量減少，才能夠確保送風(fēng)量大于供煤量，從而實(shí)現(xiàn)空氣和燃料交叉限制的目的。

二、600MW機(jī)組送風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)現(xiàn)狀及問(wèn)題

對(duì)于送風(fēng)控制系統(tǒng)而言，它將對(duì)整個(gè)火電廠的熱工自定控制系統(tǒng)起著十分關(guān)鍵的作用，同時(shí)它的安全使用也將使經(jīng)濟(jì)效益得到逐漸提升。然而，在送風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中依舊有著許多問(wèn)題的存在，例如在測(cè)量風(fēng)量和氧量的信號(hào)時(shí)，經(jīng)常會(huì)無(wú)法獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。那么這就會(huì)使得整個(gè)送風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)在自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程中的投送量很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，從而在很大程度上降低了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。同時(shí)，送風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行和整個(gè)鍋爐燃燒情況密切相關(guān)。假設(shè)操作過(guò)程稍有不當(dāng)，必然會(huì)導(dǎo)致鍋爐出現(xiàn)熄火和放炮等問(wèn)題，這關(guān)系到整個(gè)鍋爐的運(yùn)行是否安全和穩(wěn)定。因此，加強(qiáng)對(duì)送風(fēng)控制系統(tǒng)的控制精度與輸送量將是一個(gè)非常嚴(yán)重的問(wèn)題，同時(shí)也是如今大多數(shù)火電廠迫切需要解決的一個(gè)難題。

對(duì)原設(shè)計(jì)的機(jī)組協(xié)調(diào)控制方式而言，主要是通過(guò)調(diào)節(jié)容量風(fēng)口的開度來(lái)對(duì)進(jìn)入鍋爐燃料量進(jìn)行控制，而這將會(huì)在節(jié)流損失方面存在很大的問(wèn)題，進(jìn)而則會(huì)直接影響到機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，在2010年對(duì)協(xié)調(diào)控制方式進(jìn)行優(yōu)化，將容量風(fēng)門全開，調(diào)節(jié)一次風(fēng)壓力以控制燃料流入鍋爐。為了能夠滿足環(huán)境排放的要求，該裝置在2012年時(shí)對(duì)機(jī)組增加了反硝化系統(tǒng)。機(jī)組隨著反硝化系統(tǒng)的加入和協(xié)調(diào)控制方式的改變，鍋爐燃燒的狀態(tài)隨之跟著發(fā)生了很大的變化，尤其是燃燒器的改變，使得燃料可以在鍋爐內(nèi)進(jìn)行分段逐級(jí)進(jìn)行燃燒，從而使得NOx降低的目的得以實(shí)現(xiàn)。然而，這種分層送風(fēng)方式會(huì)對(duì)機(jī)組的燃燒控制、各層二次風(fēng)擋板控制、爐內(nèi)送風(fēng)量和氧量控制等分別提出了新的要求，而這將會(huì)對(duì)機(jī)組運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)性有著直接性關(guān)系。由于原設(shè)計(jì)機(jī)組送風(fēng)控制策略與參數(shù)已經(jīng)不能夠使其要求得到滿足，因此送風(fēng)控制系統(tǒng)必須要使用手動(dòng)操作的方式來(lái)使其運(yùn)行。

三、完善信號(hào)測(cè)量工作

對(duì)完善整個(gè)系統(tǒng)風(fēng)量和氧量信號(hào)的測(cè)量工作而言，主要是為了使送風(fēng)量可以在自動(dòng)控制的情況下能夠進(jìn)行精準(zhǔn)的自動(dòng)調(diào)整。

（一）送風(fēng)量測(cè)量量裝置換型

機(jī)組原來(lái)所使用的風(fēng)測(cè)量裝置主要威尼巴的測(cè)風(fēng)裝置，它在對(duì)鍋爐風(fēng)量進(jìn)行采樣的過(guò)程中，往往會(huì)出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不夠準(zhǔn)確。然而，我們?cè)诟脑熘?，所采用了防堵塞式的風(fēng)量測(cè)量裝置，不僅使得測(cè)量裝置能夠穩(wěn)定和連續(xù)的運(yùn)行，并且也從來(lái)沒(méi)有因?yàn)闇y(cè)量而造成堵塞的問(wèn)題發(fā)生。而此種方式既可以為鍋爐運(yùn)行提供了可靠的風(fēng)量測(cè)量數(shù)據(jù)，而且也優(yōu)化了鍋爐燃燒情況。

（二）氧量測(cè)量信號(hào)不準(zhǔn)且延遲大

對(duì)原有的測(cè)風(fēng)控制系統(tǒng)氧量而言，主要選用了脫銷CEMS系統(tǒng)的氧量信號(hào)，抽提式氧量分析儀測(cè)定的氧量信號(hào)有很大的滯后性，同時(shí)，在過(guò)熱器煙氣擋板出口處安裝了氧量測(cè)點(diǎn)，煙道擋板的開度對(duì)氧量有著很大的影響，測(cè)點(diǎn)通常沒(méi)有代表性。在脫銷入口處垂直煙道兩側(cè)添加裝氧化鋯測(cè)氧裝組織，將氧量試驗(yàn)與網(wǎng)格法進(jìn)行比較，選擇出最適合的氧測(cè)量安裝點(diǎn)試驗(yàn)來(lái)確定代表性安裝位置，而在改造之后測(cè)量的氧量會(huì)更加準(zhǔn)確，并且測(cè)量點(diǎn)能夠充分滿足送風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)精度的要求。

四、控制策略優(yōu)化

根據(jù)自動(dòng)控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題，對(duì)DCS控制邏輯中的下回路進(jìn)行了改進(jìn)，用于滿足送風(fēng)優(yōu)化控制的需要。

（一）送風(fēng)控制回路

1、氧量設(shè)定值

在脫銷前增加氧量測(cè)量點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)氧量測(cè)量點(diǎn)的修正，以及實(shí)現(xiàn)氧量測(cè)量點(diǎn)與脫銷后的氧量測(cè)點(diǎn)的邏輯進(jìn)行切換選擇，從而為氧量自動(dòng)提供了基本條件。

通過(guò)對(duì)DCS的邏輯分析，可以發(fā)現(xiàn)氧量的設(shè)定值主要是由氧量與負(fù)荷線函數(shù)之間的關(guān)系而得知的，而氧量校正系數(shù)的校正函數(shù)需要重新進(jìn)行設(shè)置，并且通過(guò)添加氧量偏置設(shè)定功能，可以使負(fù)荷的自動(dòng)化得以實(shí)現(xiàn)。為了滿足變負(fù)荷情況下總風(fēng)量設(shè)定值得要求，可以通過(guò)氧量偏置，自動(dòng)改變鍋爐的氧量設(shè)定，且提高了氧量調(diào)節(jié)的靈活性。

2、總風(fēng)量設(shè)定

通過(guò)分析原DCS邏輯回路，可以得知整個(gè)送風(fēng)回路主要是由風(fēng)煤比來(lái)控制的。對(duì)總風(fēng)量設(shè)定值而言，它主要是通過(guò)將總煤量的變化作為設(shè)定風(fēng)量的依據(jù)，以A-F磨總煤量統(tǒng)計(jì)作為設(shè)定基礎(chǔ)，使得油量轉(zhuǎn)化為燃料量的總和，以及加入煤質(zhì)校正系數(shù)與氧量校正系數(shù)而生成的。

3、送風(fēng)控制

在送風(fēng)控制回路之中，通過(guò)添加由機(jī)組負(fù)荷而生成的總分量函數(shù)關(guān)系和風(fēng)量質(zhì)量，可以實(shí)現(xiàn)變負(fù)荷下的前饋送風(fēng)量。為了滿足鍋爐在變負(fù)荷工狀況下的燃燒相應(yīng)速度，在送風(fēng)機(jī)PID中加入了總風(fēng)量函數(shù)的前饋函數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)送風(fēng)系統(tǒng)的快速和準(zhǔn)確運(yùn)行。

通過(guò)在原有的邏輯中添加一個(gè)鍋爐主控和變負(fù)荷前饋送風(fēng)量，能夠產(chǎn)生總風(fēng)量的對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系。為了能夠滿足鍋爐在變負(fù)荷工狀況下的燃燒相應(yīng)速度，在送風(fēng)機(jī)PID中加入總風(fēng)量函數(shù)的前饋函數(shù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)送風(fēng)快速和準(zhǔn)確的運(yùn)行，同時(shí)還可以添加制動(dòng)回路，并且在達(dá)到負(fù)荷設(shè)定前減少煤，有助于確保主蒸氣的溫度不過(guò)溫或者是過(guò)溫較少，使之能夠達(dá)到理想的控制效果。

（二）一次風(fēng)回路

在一次風(fēng)機(jī)的控制指令回路之中加入變負(fù)荷前饋控制，能夠確定變負(fù)荷前饋控制與總煤量之間的系數(shù)。添加一次風(fēng)壓的變負(fù)荷前饋控制，可以使響應(yīng)速度得到提升，并且能夠使鍋爐負(fù)荷快速相應(yīng)的要求得到滿足。

在原有邏輯中存在的問(wèn)題主要有：第一，原有邏輯對(duì)一次風(fēng)機(jī)控制指令做了總風(fēng)量的前饋函數(shù)，但是其并沒(méi)有得到啟用。第二，需要通過(guò)對(duì)變負(fù)荷前饋的添加，才可以對(duì)一次風(fēng)壓進(jìn)行控制，而利用煤粉管中的蓄煤，可以使響應(yīng)速度得到提高。第三，改進(jìn)了燃料的主控指令和磨煤機(jī)容量分函數(shù)之間的關(guān)系曲線，而這種方法可以快速響應(yīng)鍋爐負(fù)荷的要求。

（三）二次風(fēng)回路

對(duì)于二次風(fēng)回路來(lái)說(shuō)，它主要控制的是控制和調(diào)節(jié)二次小風(fēng)們擋板的開度。通過(guò)在二次風(fēng)門層加入操作功能，和在二次風(fēng)門層操作回路中加入的風(fēng)門偏置功能，以及手動(dòng)設(shè)置偏置，方能使不同風(fēng)門的不同開度調(diào)整得到滿足。另外，二次風(fēng)控制主要是根據(jù)變負(fù)荷工狀況下的二次小風(fēng)門開的調(diào)整來(lái)進(jìn)行的。同時(shí)，通過(guò)對(duì)二次風(fēng)門層加入操作功能，才可以對(duì)每層的二次風(fēng)門開度進(jìn)行層操作，以及可以將偏置功能加入到每個(gè)小風(fēng)門中，而操作人員通過(guò)手動(dòng)來(lái)設(shè)定偏置，則是為了可以讓不同位置的風(fēng)門所對(duì)應(yīng)的不同開度得到滿足，進(jìn)而能夠使鍋爐膛中的燃燒配風(fēng)得到及時(shí)準(zhǔn)確的調(diào)整。

（四）引風(fēng)回路

在引風(fēng)回路控制中加入鍋爐MFT條件下的跟蹤功能，也就是通過(guò)超馳控制的方式可以使引風(fēng)回路的保護(hù)得到有效地改善，并且給出了在鍋爐MFT過(guò)程中引風(fēng)機(jī)輸出的設(shè)定，使得爐膛的安全得到保障，從而有效地防止了由爐膛壓力的急劇變化而造成的信號(hào)變化。在引風(fēng)控制回路中主要采用的方法為前饋和反饋控制。通過(guò)手動(dòng)設(shè)定爐膛負(fù)壓之后在對(duì)爐膛負(fù)壓進(jìn)行自動(dòng)控制，而送風(fēng)前饋的引入則有效地保障了爐膛中的壓力始終保持在負(fù)壓運(yùn)行狀況。因此，建議只有對(duì)引風(fēng)機(jī)回路保護(hù)動(dòng)作邏輯功能的改進(jìn)，才能使其在MFT運(yùn)行過(guò)程中可以轉(zhuǎn)變成為超馳控制的方式，從而使?fàn)t膛得到保護(hù)，同時(shí)防止了爐膛因?yàn)閴毫Φ募眲∽兓黾涌刂菩盘?hào)。

四、結(jié)語(yǔ)

總而言之，文章通過(guò)優(yōu)化火電廠600MW機(jī)組送風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)其中鍋爐內(nèi)送風(fēng)量氧量的測(cè)量，從而使得送風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)因?yàn)檠趿繙y(cè)量信號(hào)延遲而自動(dòng)調(diào)節(jié)的問(wèn)題得到有效地解決。對(duì)這一問(wèn)題的解決，不僅使變負(fù)荷的速度得到了提升，而且使整個(gè)鍋爐可以充分的燃燒，同時(shí)也使鍋爐的波動(dòng)得到穩(wěn)定。另外，通過(guò)對(duì)送風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化前后的比較，我們可以得知對(duì)送風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能的改善非常有效，并且充分滿足了機(jī)組在600MW負(fù)荷條件下可以穩(wěn)定運(yùn)行。