脫硫系統增壓風機和引風機間的協調控制策略

劉朝安

(大唐淮南洛河電廠，安徽 淮南 232008)

脫硫系統增壓風機和引風機間的協調控制策略

劉朝安

(大唐淮南洛河電廠，安徽 淮南 232008)

分析了爐膛內煙氣的壓力和增壓風機入口壓力的特性，指出在特殊工況下采用傳統的二段式控制方式的不足之處，提出了3種減小引風機與增壓風機之間的時滯耦合影響的方案，并逐一進行了分析，為脫硫系統增壓風機和引風機之間的協調控制提供了策略。

脫硫系統；增壓風機；引風機；協調控制

脫硫系統(FGD)增壓風機用以提高脫硫塔入口煙氣的壓力，主要通過控制增壓風機入口壓力來保證脫硫塔煙氣的入口壓力在一定的范圍內，進而有效提高爐膛壓力的可控能力。

由于原鍋爐引風機出口壓力較低，尤其是對后來改造增加的脫硫系統，達不到脫硫系統運行的要求入口壓力。為了提高脫硫煙氣的壓力，必須配置增壓風機，通常采用增壓風機控制入口壓力、引風機控制爐膛負壓這一典型的二段式控制方式。對于風機串聯運行的系統，這種控制方式結構簡單，易于實現。但由于爐膛壓力和增壓風機入口壓力之間存在時間滯后的耦合作用，當出現鍋爐負荷大幅度變化、鍋爐燃燒工況不穩定、風機RB(快速減負荷)等惡劣工況時，爐膛壓力急劇變化，這種控制方式很容易產生調節系統振蕩或者發散的現象，給機組運行帶來較大的風險。尤其是在無脫硫旁路的情況下，情況更為嚴重。

1 爐膛煙氣和增壓風機入口壓力特性

假定爐膛內高溫低壓的煙氣為理想氣體，則由理想氣態方程P=mRT/V(P為壓力，m為介質的量，R為氣體常數，T為絕對溫度，V為體積)可知，爐膛內煙氣的壓力與爐內煙氣質量的變化、爐內煙氣溫度的變化有關。

引起爐內煙氣質量變化的因素主要包括鍋爐送風量、引風量和燃料量；引起爐內溫度變化的因素主要是爐內燃燒工況。同理可知，增壓風機入口壓力也與引風機至增壓風機間的煙道內的煙氣質量變化、煙氣溫度變化有關。引起煙道內煙氣質量變化的因素主要是引風機排煙量和增壓風機出力；引起煙道內煙氣溫度變化的主要因素是爐膛排煙溫度。

在正常工況下，傳統的二段式控制方式可以滿足對爐膛壓力和脫硫系統的控制需求。然而在某些特殊工況下，這種方式存在許多不安全因素，如爐膛內燃燒發生劇烈變化、機組負荷大幅度變化、爐膛壓力迅速升高或下降、引風機出力迅速增大或減小，都會造成引風機出口排煙量大幅度變化，從而引起增壓風機入口壓力及增壓風機出力的變化。由于引風機的出力與增壓風機的出力存在時間差，因此引風機出力減小或增大一段時間后，增壓風機才開始減小或增大出力，由此導致增壓風機調節和引風機調節相互時滯耦合，使得增壓風機入口壓力出現波動幅度過大、波動時間過長的現象，從而導致控制系統發散，造成脫硫系統不穩定。嚴重時壓力的波動甚至可導致爐膛壓力保護動作，鍋爐主燃料跳閘(MFT)，進而造成機組停運。

2 3種控制方案的比較分析

2.1 控制方案1

控制方案1是將引風機靜葉執行器的位置反饋信號引入增壓風機的控制系統，作為靜態前饋信號，并經函數F(x)轉換后，輸入到增壓風機入口壓力控制系統的前饋通道。

該方案的控制原理如圖1所示，將實際增壓風機入口壓力的測量值PT與期望值SP的差值輸入到壓力控制器PID中進行運算，其輸出與經過F(x)轉換后的引風機動葉位置的前饋信號疊加，并經M/A手、自動操作器去控制執行機構。引入前饋信號的目的是，當鍋爐出現異常工況時，可提前控制增壓風機入口壓力，起粗調作用，再由增壓風機入口壓力PID調節器對(SP-PT)的差值進行校正、微調，起細調作用，從而減少2個風機之間的時滯耦合作用，保證入口壓力在規定的范圍內。這種控制方案簡單明了，在原控制系統上較容易實現，不需要進行較大的組態改動，但要對靜葉位置信號的前饋量進行試驗，以獲取較好的、可靠的數據。該方案在實際中應用較為廣泛。

圖1 方案1中風機協調控制原理

某電廠2號機組是300 MW的火電機組，其脫硫系統的增壓風機入口壓力控制系統，一開始采用鍋爐負荷信號作為前饋信號，即把上述控制方案的引風機動葉位置信號換成鍋爐負荷信號。在實際應用中發現，這種方式在鍋爐負荷穩定的情況下，控制效果較好；但在鍋爐負荷變化較大時，控制系統則會產生較大的波動，控制效果較差。而采用方案1后，控制效果更好，改善了調節系統的品質，有效控制了增壓風機的入口壓力。

2.2 控制方案2

控制方案2是將引風機控制系統的爐膛壓力調節器PID1輸出的主控制信號引入增壓風機的控制系統，作為動態前饋信號，并經函數F(x)轉換后，實現引風機與增壓風機的聯合控制。

該方案的控制原理如圖2所示，爐膛壓力調節器PID1對SP1與PT1的差值進行運算，輸出的一路信號控制引風機的動葉執行器，以維持爐膛壓力在規定的范圍內；同時，另一路信號經函數F(x)轉換后輸出，作為控制的前饋信號，與增壓風機入口壓力調節器PID2輸出的信號疊加，用來控制增壓風機的動葉執行器，以維持增壓風機入口壓力在規定的范圍內。這個前饋信號具有超前調節作用，同時為防止增壓風機入口壓力與期望值相差太大，增壓風機入口壓力由PID2調節器進行校正、調節，從而有效地降低了引風機與增壓風機之間的時滯耦合作用。

圖2 方案2中風機協調控制原理

該方案需要從鍋爐引風機控制系統引前饋信號進入增壓風機控制系統中，如果是2種不同類型的DCS系統還要進行控制系統組態，如果在控制系統物理位置較遠處敷設信號電纜，則有一定的工作量。函數F(x)轉換是為了限制引風機主控信號的速率與幅度，防止爐膛壓力主控信號突變，進而造成增壓風機控制系統不穩定。由于該方案有2個調節系統共同作用，因此在調試過程中，要對這2個控制系統進行聯合靜態調試和動態調試，這給各個系統調節控制參數的整定帶來了一定的難度。

2.3 控制方案3

圖3 方案3中風機協調控制原理

控制方案3是將鍋爐的負荷信號引入增壓風機入口壓力的控制系統，作為前饋信號來減少風機間的時滯耦合作用。該方案的控制原理如圖3所示。與主控輸出信號進行比較，選取高值信號輸出，即動態的前饋量，具有前饋作用。它可以有效地克服因鍋爐負荷變化造成的煙氣量的變化對增壓風機入口壓力的影響。

該方案在實際應用中，如果機組負荷變化不是太大，則增壓風機入口壓力控制的效果較好；如果負荷變化較為劇烈，則會發生控制系統波動較大、調節品質不好的現象。

3 結束語

脫硫系統增壓風機入口壓力的控制非常重要，一旦增壓風機入口壓力控制失穩，則有可能造成旁路擋板開啟，影響脫硫效率，同時也會影響機組的安全經濟運行，嚴重時甚至會造成整個機組停運。

該控制方案采用串級調節系統，即將增壓風機入口壓力的期望值SP與增壓風機入口壓力的測量值PT輸入到(P+I)調節單元中進行運算，其輸出信號進入到下一級調節單元(P+I)中，由其輸出去控制增壓風機動葉的開度。同時在2個調節器之間加入1個高選模塊，將鍋爐負荷信號引入高選模塊

∶2013-10-29；

∶2013-12-24。

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劉朝安(1964-)，男，熱控高級技師，長期從事熱控自動化工作，參加過4×300 MW亞臨界機組、2×600 MW超臨界機組的熱控儀表測量，DCS系統維護，MCS系統組態和調試工作，以及各機組脫硫控制系統的技術改造工作，email∶2198213471@qq.com。