背壓機組控制系統壓力調節功能分析及優化

李克奎,范天明

（酒鋼集團宏晟電熱有限責任公司，甘肅嘉峪關735100）

背壓機組控制系統壓力調節功能分析及優化

李克奎,范天明

（酒鋼集團宏晟電熱有限責任公司，甘肅嘉峪關735100）

酒鋼背壓發電機組改造過程中，出現了機組控制系統精度達不到要求的問題，對此進行了深入探討，提出了解決方案，對系統進行了優化，達到了控制精度目標要求。

背壓機組;控制系統;壓力調節

1 前言

酒鋼自備電廠3臺高爐汽動鼓風機通過技術改造，更型為軸流風機，新蒸汽壓力3.6 MPa，機組運行穩定，已成為高爐鼓風不可或缺的主要因素。酒鋼公司于2005年進行論證，對原1#中壓機組進行背壓改造。項目于2006年4月底開始實施，2006年11月安裝完畢，并開始進行調試，2007年1月底投入運行，汽輪機采用青島捷能汽輪機股份有限責任公司的背壓機組，型號為B9-8.83/3.30，發電機型號為QFW-12-2（沈陽電機廠制造），控制系統采用杭州和利時HOLLiAS-MACSV系統（軟件版本為MACSV 1.1.0 SP2）。由于該汽輪機的排汽作為三臺汽動鼓風機的生產用汽，所以對排汽壓力調節精度要求非常高，但由于在控制系統設計過程中，按照一般工業用汽標準進行設計，背壓調節精度不高，在機組調試過程中，背壓排汽壓力始終無法滿足高爐鼓風機生產用汽要求，后經過認真分析原因，從軟硬件對控制系統進行優化和改進，最終解決了機組排汽壓力調節精度不高的問題。目前，該機組的背壓調節精度非常高，滿足了高爐鼓風機用汽的要求。

2 具體生產工藝介紹

1＃機組為高溫高壓背壓機組，主蒸汽壓力為9 MPa，溫度為535℃，額定負荷為9 MW，其排汽壓力為3.5 MPa，排汽溫度為420℃左右，排汽流量約150 t左右。該機組正常運行后，其排汽通過管道送入到汽動鼓風機，作為鼓風機的新蒸汽推動汽動鼓風機做功，鼓風機將吸入的空氣經過軸流壓縮后，提供給高爐生產用風，具體工藝見圖1。

圖1 生產工藝簡圖

3 控制系統的組成及功能

3.1 控制系統

控制系統組成如圖2。

3.2 主要功能

機組運行控制系統：主要實現機組的自動啟動、機組正常運行控制、機組異常停機保護等。機組參數的DSA系統：機組參數監視、曲線記錄、趨勢記錄和顯示等。自動調節功能：主要實現背壓參數的自動調節、發電功率的控制和調節以及其它參數的調節，主要調節為壓力自動調節、功率自動調節等。報警功能：主要包括控制系統自身異常報警、機組參數變化報警和工藝系統異常報警等功能。報表功能：自動實現機組日運行參數報表、能耗分析報表、異常報警報表、事故追憶報表的生成等。

圖2 控制系統組成

4 存在問題的分析及解決措施

由于高爐鼓風機的汽動風機對新蒸汽的壓力變化要求非常高，背壓機正常運行時，變化最大不能超過0.05 MPa，但是該機組于2006年11月份完成安裝后，在調試過程中，機組排氣壓力，在沒有外部負荷擾動時，排氣壓力變化不超過0.06左右，當有外部負荷擾動時，排氣壓力變化較大，最大超過0.1 MPa，特別是在一臺鼓風機跳閘甩負荷的情況下，背壓變化范圍更大，最大變化范圍超過0.2 MPa，不僅無法滿足鼓風機的用汽外，對其它鼓風機的安全運行帶來影響，而且對主蒸汽母管蒸汽壓力變化影響非常大。未優化前的調試數據如表1～表3。

表1 1#機組主氣流量40t/h的調試數據

表2 1#機組主氣流量80t/h的調試數據

表3 一臺鼓風機瞬間甩負荷，1#機組背壓變化情況

4.1 背壓調節精度不高的原因分析

4.1.1 數據采集單元的采集轉換速度較慢，存在一定的遲緩率，不能適應系統調節的快速的要求，經過我們計算，所采用的背壓采集信號的變送器的遲緩率達到毫秒級，而本系統要求的遲緩率應該達到納秒級，在采集信號上存在時間上的數量級差別。

4.1.2 在生產工況一定、外圍介質沒有變化的情況下，經常突然出現機組排汽壓力的變化，初步判斷是由于系統存在干擾所致，檢查發現信號電纜與動力電纜混在一起敷設，從而造成了系統的干擾，測試干擾電壓1～10 V之間。

4.1.3 由于背壓調節對控制系統的調節精度較高，從調節趨勢分析，控制系統的PID調節從響應速度和調節性能上來說，無法滿足要求，控制系統的PID調節參數設置不合理，調節有超調的現象發生。

4.2 采取的措施4.2.1采用了航空業專用的快速傳感器，將信號采集、轉換和傳送的時間縮到納秒級范圍內，降低了采集單元遲緩率對控制系統的影響。

4.2.2 對控制系統的信號電纜進行了全面的普查，將信號電纜和動力電纜重新進行了單獨敷設，解決了動力電源對控制系統的電磁干擾的問題。經測試此時干擾電壓為0～1.1 V

4.2.3 控制系統的PID調節無法滿足調節性能，為此，和利時針對此種情況，專門開發了一種硬件調節器，解決了調節速度的問題，同時，對PID調節參數進行優化，解決超調的問題。

通過對該機組控制系統優化后，正常情況下，機組排氣壓力在不超過0.01 MPa,當有大的負荷變動時，機組排氣壓力也控制在0.05 MPa之內，滿足高爐鼓風機的用汽要求。

優化后的調試數據如表4～表6。

表4 1#機組主氣流量40t/h的調試數據

表5 1#機組主氣流量80t/h的調試數據

表6 一臺鼓風機瞬間甩負荷，1#機組背壓變化情況

5 建議

（1）在設計之初必須向設計單位提清楚功能需求，最好有功能需求書，避免由于設計單位和承包單位不清楚功能要求，造成調試和投產期限過長。

（2）作為業主，必須與設計單位密切聯系溝通，對項目的實施過程嚴密跟蹤，以解決設計不符合要求的問題。

6 結論

經過對控制系統軟硬件的優化和整改后，機組備壓調節精度達到了高爐氣動鼓風機的生產要求，該系統自2007年1月份投入運行后，運行正常，滿足了生產的要求。

[1]北方聯合電力有限責任公司.火力發電廠熱工自動化系統安全技術指南[M]，北京：中國電力出版社，2007.

[2]王大為.火力發電廠分散控制系統應用基礎[M]，北京：中國電力出版社，2007.

[3]趙建立.大型火電機組熱工控制技術與實例[M]，北京：中國電力出版社，2009.

[4]分散控制系統與現場總線控制系統—基礎、評選、設計和應用[M]，北京：中國電力出版社，2000.

Analysis and Optimization of Pressure Regulation Function of the Control System for Back-pressure Generators

Li Kekui,Fan Tianming
(Jiayuguan Hongsheng Electric Heat Co.,Ltd.Of JISCO,Jiayuguan,Gansu 735100,China)

During transformation of the back pressure power generating unit of JISCO, the problem of inadequate precision of the control system was found.The problem was probed in depth,solution was put forward and optimization of the system was carried out, which improved the control precision to required level.

back pressure generator;control system;pressure regulation

TM31

B

1006-6764（2015）03-0034-04

2014-12-11

李克奎（1971-），男，2004年畢業于北京科技大學自動化專業（1995年畢業于蘭州高等工業專科學校計算機系），工程師，現從事技術管理工作。