臺山電廠5號機組風煙控制系統參數分析及優化

鄭天華

（神華廣東國華粵電臺山發電有限公司，廣東 江門529228）

0 引言

火力發電廠中的鍋爐爐膛負壓控制直接反映了爐膛的燃燒情況，是運行過程中要控制和監視的重要參數之一。當爐內燃燒工況發生變化或者鍋爐的燃燒系統發生故障時，最先在爐膛負壓上反映出來。爐膛負壓過大時，漏風量增大，風機電耗、不完全燃燒損失、排煙熱損失均增大；爐膛負壓過小甚至變為正壓時，會進一步惡化燃燒甚至危及人身及設備安全。因此，監視和控制爐膛負壓對于控制爐內燃燒、分析運行工況、避免事故的發生均有極其重要的意義。

1 風煙系統控制策略

臺山電廠爐膛負壓控制主要通過引風機的控制邏輯實現，通過爐膛壓力與設定值偏差按PI調節規律調節引風機動葉開度，從而保持爐膛負壓。設定值代表要求保持的爐膛壓力，被調量為爐膛壓力。為提高測量可靠性，爐膛負壓信號采用三取二加取平均，然后經過一階慣性和死區限制處理消除信號中的噪音波動，二者之差即為調節偏差。同時進風量也是引起爐膛壓力變化的一個主要因素，回路中引入2臺送風機動葉反饋平均值函數作為引風機PID調節的前饋量，使爐膛壓力變化盡可能減小。

由于臺山電廠5號機采用的是鼓泡塔脫硫系統，吸收塔阻力較大，所以引入了增壓風機來加大脫硫系統的入口壓力。因此增壓風機的出力就成了控制爐膛負壓的另一個因素。增壓風機實際上是二次引風機，主要是根據機組引風機調節控制的，將2臺引風機靜葉反饋均值作為風機動葉控制的前饋，而增壓風機動葉的PID調節是根據旁路差壓調節的，所以增壓風機動葉的控制指令量＝引風機靜葉反饋前饋量＋入口煙氣壓力PID輸出量。圖1給出了簡略的增壓風機動葉控制示意圖。

圖1 增壓風機動葉控制示意圖

自臺山電廠完成5號機組脫硫取消旁路改造工作后，在風煙系統聯調中，專門針對引風機自動調節PID中增加變比例和變積分，其目的是使爐膛負壓調節更加完善和可靠，能滿足各種工況的自動調節。具體變比例和變積分部分參數如下：KP＝f主蒸汽流量×f偏差×0.4，Tn＝F主蒸汽流量×F偏差×50。其中，KP為引風機靜葉PID的比例部分，Tn為引風機靜葉PID的積分部分，f主蒸汽流量、F主蒸汽流量為主蒸汽流量函數，f偏差、F偏差為引風機靜葉指令、反饋偏差的函數，2臺引風機靜葉PID共用這套邏輯。

2 5號爐負壓波動事件

2014年8月21日08：28，5號機組負荷由450MW降至390MW過程中，爐膛負壓出現振蕩型波動。負壓在－427～177Pa之前周期性波動，增壓風機入口壓力與爐膛負壓波動曲線趨勢相同，最高236Pa，最低－426Pa。引風機A靜葉開度在39.1%～41.3%之間周期性調節動作，引風機B靜葉開度固定于43.3%，增壓風機動葉開度在52%～54.7%之間周期性調節動作，引風機A電流在215.7～240.6A之間波動，與靜葉開度動作相匹配，引風機B電流一直保持在247.8A。

3 系統參數優化

通過對8月21日5號機爐膛負壓頻繁波動事件的初步分析，認為引風機調節整體框架不存在錯誤，但調節品質有待提高。通過分析可以認定引風機靜葉PID控制器參數調節過強導致了爐膛負壓波動時靜葉調節深度過大，從而導致負壓過調而引起了調節器振蕩。

經充分研究分析，對PID參數作了如下修改：（1）將比例系數中KP由0.4改為0.32；（2）將積分系數中Tn由50改為60。通過減小比例（20%）及增加積分時間（20%）方法來減緩引風機靜葉調節，減小了因調節器過調造成的振蕩，有利于機組爐膛負壓穩定。同時為了在爐膛負壓小偏差內能及時調節，對5號機組引風機靜葉偏差部分的比例進行適當修改，將小偏差內的比例系數適當加大，這就滿足了引風機靜葉對爐膛負壓調節響應的快速性。具體函數修改如表1、表2所示。

表1 原比例部分偏差函數

表2 修改后比例部分偏差函數

在對5號機組引風機靜葉自動PID比例及積分修改后，機組變負荷時，爐膛負壓最低跌至－475Pa，從整體觀察來看，爐膛負壓自動調節大部分已能滿足現場運行調節。但在機組快速降負荷時，仍存在工況變化劇烈而引風機調節稍慢的情況，爐膛負壓在1min內由－26Pa降至－453Pa，且前端降至－194Pa明顯相對較緩，而從－194Pa降至－453Pa明顯速度加快，應屬機組在降負荷時減風減煤造成，而此段時間2臺引風機靜葉及增壓風機動葉均未發生變化，純屬爐膛工況引起，引風機靜葉自動調節也屬正常。且在此期間，引風機靜葉控制明顯可以在一次負壓擾動的情況下準確動作，未再出現調節振蕩發散現象。而此時爐膛負壓的調節品質仍未達到理想水平。

通過對增壓風機動葉調節PID深入分析得出，增壓風機在前饋函數設置上不合理，在引風機靜葉開度為35%～40%時明顯速率過快，從而導致增壓風機在該區域調節時過強。也就是說，在爐膛負壓出現工況變化時，引風機靜葉自動調節的同時，增壓風機同樣也因受到前饋作用而進行調節，且該區間調節強度較大，進一步加深了調節振蕩。因此對增壓風機動葉PID前饋做了如下修改，如表3、表4所示。

表3 原增壓風機前饋函數

表4 調整后的增壓風機前饋函數

通過增壓風機與引風機聯調優化，目前5號機組爐膛負壓有了很大改善。從曲線觀察，在機組升降負荷過程中，爐膛負壓在－180～＋80Pa之間波動（設定值為－100Pa），同時在負壓出現波動時自動調節能迅速調整回正常值，持續周期性波動也消失了。通過優化，爐膛負壓抗燃燒帶來的干擾能力得到進一步提升。具體優化后曲線如圖2所示。

圖2 爐膛負壓控制曲線

4 結語

綜上所述，臺山電廠5號機組在350～450MW負荷段，對應的2臺引風機靜葉在該負荷段（35%～40%）時過于敏感，2%的小開度就能引起引風機電流高達25A的波動，并存在風機間搶風現象，非常不利于自動調節。但通過此次對5號爐風煙系統參數的優化，可適當減弱這種特性對機組燃燒穩定性的影響。從本次參數優化過程可以看出，通過對系統參數的修正，大大提升了臺山電廠5號機組的爐膛負壓控制能力，完全滿足目前機組控制的要求。