汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)控制方案設(shè)計(jì)

王嘉毅

（上海電力建設(shè)啟動(dòng)調(diào)整試驗(yàn)所，上海 200031）

為了進(jìn)一步降低廠用電率，提高火電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，部分新建機(jī)組除將引風(fēng)機(jī)與脫硫增壓風(fēng)機(jī)合二為一之外，另一種節(jié)能技術(shù)，汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)替代電動(dòng)引風(fēng)機(jī)也被廣泛應(yīng)用。因此，爐膛壓力控制從過(guò)去的單靜葉控制過(guò)渡到靜葉+轉(zhuǎn)速控制方式，本文以某1 000MW機(jī)組為例，介紹了一種汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)控制方案的設(shè)計(jì)，以及在RB、引風(fēng)機(jī)并列過(guò)程中的一些新思想。

1 系統(tǒng)概況

某1 000MW機(jī)組煙氣系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)與脫硫增壓風(fēng)機(jī)合并，配備2臺(tái)由上汽生產(chǎn)的BZ49／58／12型背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的靜葉可調(diào)式軸流引風(fēng)機(jī)，每臺(tái)引風(fēng)機(jī)的額定容量為50%BMCR。鍋爐一再出口蒸汽作為引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)的工作汽源，鄰機(jī)汽源作為啟動(dòng)及調(diào)試用汽汽源，除氧器作為引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)的正常排汽去向。IDF MEH控制系統(tǒng)與DCS一體化配置，采用艾默生過(guò)程控制有限公司生產(chǎn)的OVATION集散控制系統(tǒng)。

2 汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)控制策略分析

汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)階段，當(dāng)小汽機(jī)掛閘且沖轉(zhuǎn)至1 000r／min，判斷汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行，聯(lián)開引風(fēng)機(jī)入口擋板，開靜葉至5%，小汽機(jī)繼續(xù)沖轉(zhuǎn)至3 000r／min定速。IDF MEH 交遙控后，即可投入引風(fēng)機(jī)靜葉自動(dòng)，此時(shí)爐膛壓力由靜葉控制，靜葉控制采用單回路PI調(diào)節(jié)，引入送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉平均指令作為前饋，控制方式同常規(guī)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)。

而與電動(dòng)引風(fēng)機(jī)不同，采用汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)控制爐膛壓力的關(guān)鍵在于靜葉與轉(zhuǎn)速的協(xié)調(diào)和切換過(guò)程，目前在投產(chǎn)的同類型機(jī)組中比較常見(jiàn)的兩種方式。

第一種方式是小汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制交遙控后，投入靜葉自動(dòng)，轉(zhuǎn)速自動(dòng)也可投入，靜葉與轉(zhuǎn)速均顯示為自動(dòng)方式，但此時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的條件不滿足，轉(zhuǎn)速控制回路處于跟蹤狀態(tài)，保持轉(zhuǎn)速指令不變。以兩臺(tái)汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)均運(yùn)行為例，隨著負(fù)荷的增加，當(dāng)2臺(tái)引風(fēng)機(jī)靜葉開度均大于70%（可調(diào)）后且小汽機(jī)轉(zhuǎn)速大于2 650r／min，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)條件滿足，引風(fēng)機(jī)靜葉控制回路切至轉(zhuǎn)速控制回路，靜葉控制回路切至跟蹤狀態(tài)，保持靜葉開度不變；在降負(fù)荷過(guò)程中，當(dāng)任一引風(fēng)機(jī)小機(jī)轉(zhuǎn)速降至2 650 r／min后，引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制回路切至靜葉控制回路，小汽機(jī)維持當(dāng)前轉(zhuǎn)速不變。該汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制回路及切換邏輯見(jiàn)圖1。

圖1 一種汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制回路及切換邏輯

由圖1可見(jiàn)，這種方式雖然能夠滿足汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)靜葉至轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速至靜葉的一次切換過(guò)程，但當(dāng)轉(zhuǎn)速控制切回靜葉控制后，轉(zhuǎn)速控制回路回到跟蹤當(dāng)前轉(zhuǎn)速狀態(tài)，轉(zhuǎn)速自動(dòng)沒(méi)有手段將轉(zhuǎn)速升至2 650r／min以上，即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)條件的復(fù)位端始終置“1”，汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)無(wú)法再自動(dòng)切至轉(zhuǎn)速控制回路，必須通過(guò)運(yùn)行干預(yù)將轉(zhuǎn)速控制切手動(dòng)，提升轉(zhuǎn)速后再次投入自動(dòng)，等待下一次切換，而當(dāng)切換點(diǎn)處于一個(gè)較常見(jiàn)的負(fù)荷段時(shí)，這一操作變得愈加頻繁。因此該方式?jīng)]有實(shí)現(xiàn)真正意義上的靜葉控制與轉(zhuǎn)速控制的自動(dòng)切換。

第二種方式是上述方案的簡(jiǎn)化，在汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)及低負(fù)荷階段，仍然使用引風(fēng)機(jī)靜葉控制爐膛壓力，機(jī)組帶一定負(fù)荷后，僅保留引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制，而引風(fēng)機(jī)靜葉控制改為手動(dòng)控制或開環(huán)控制方式。開環(huán)控制方式下，引風(fēng)機(jī)靜葉開度指令根據(jù)負(fù)荷的函數(shù)產(chǎn)生。這一方式雖然避開了引風(fēng)機(jī)靜葉控制與轉(zhuǎn)速控制的自動(dòng)切換問(wèn)題，但在切換點(diǎn)附近，當(dāng)靜葉控制上行裕量不足或轉(zhuǎn)速控制下行裕量不足時(shí)仍需要人工切換。并且由于煤質(zhì)的變化，相同負(fù)荷下輸入爐膛的風(fēng)量不同，以及小汽機(jī)進(jìn)汽壓力的變化、背壓機(jī)排汽壓力的變化，都會(huì)影響切換點(diǎn)，由此也很難固定一個(gè)負(fù)荷作為切換點(diǎn)。

3 汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)全程自動(dòng)控制方案

因此實(shí)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)靜葉控制與轉(zhuǎn)速控制自動(dòng)、順暢地切換，能大大提高汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和自動(dòng)化程度。據(jù)此對(duì)汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制回路及切換邏輯進(jìn)行優(yōu)化，如圖2所示。

圖2 汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)全程自動(dòng)控制邏輯

（1）IDF MEH 沖轉(zhuǎn)至3 000r／min定速交遙控后，先后投入引風(fēng)機(jī)靜葉與轉(zhuǎn)速手操器自動(dòng)，此時(shí)爐膛負(fù)壓由靜葉控制，轉(zhuǎn)速控制回路跟蹤當(dāng)前轉(zhuǎn)速，等待轉(zhuǎn)速真自動(dòng)條件滿足。

（2）汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)進(jìn)入轉(zhuǎn)速真自動(dòng)的條件只判斷靜葉開度，復(fù)位端條件引風(fēng)機(jī)小機(jī)轉(zhuǎn)速均低于2 950r／min與上轉(zhuǎn)速真自動(dòng)已投入，原因是使引風(fēng)機(jī)靜葉開度滿足后，不會(huì)由于引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速略低于復(fù)位轉(zhuǎn)速，無(wú)法進(jìn)入轉(zhuǎn)速控制回路。

（3）當(dāng)2臺(tái)引風(fēng)機(jī)靜葉開度均大于68%時(shí)，設(shè)置一段引風(fēng)機(jī)靜葉+轉(zhuǎn)速共同調(diào)節(jié)區(qū)，使汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)在進(jìn)入轉(zhuǎn)速真自動(dòng)前，能夠自動(dòng)拉升轉(zhuǎn)速，逐步滿足轉(zhuǎn)速條件。

（4）在引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速真自動(dòng)條件復(fù)位端設(shè)置2個(gè)15s的反向延時(shí)，使在切換點(diǎn)附近，靜葉控制進(jìn)入轉(zhuǎn)速控制存在一段滯后，避免靜葉控制與轉(zhuǎn)速控制頻繁切換，同時(shí)也充分利用靜葉+轉(zhuǎn)速共同調(diào)節(jié)區(qū)來(lái)控制轉(zhuǎn)速，直至完全進(jìn)入轉(zhuǎn)速控制回路。

（5）爐膛壓力進(jìn)入引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制后，靜葉進(jìn)入跟蹤方式，保持不變。當(dāng)轉(zhuǎn)速降至2 950r／min后，切至靜葉控制，回到（1）狀態(tài)。根據(jù)負(fù)荷變化，往復(fù)切換，實(shí)現(xiàn)汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)靜葉與轉(zhuǎn)速的全程自動(dòng)切換。

（6）引風(fēng)機(jī)靜葉控制回路采用平衡回路，而轉(zhuǎn)速控制回路不采用平衡回路，當(dāng)2臺(tái)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速手操器均手動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速PID跟蹤2臺(tái)小機(jī)轉(zhuǎn)速最大值，2個(gè)轉(zhuǎn)速手操器都設(shè)有各自的偏置。這樣設(shè)計(jì)既符合運(yùn)行對(duì)小機(jī)操作的習(xí)慣，又使得在送、引風(fēng)機(jī)RB過(guò)程中，引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速拉升目標(biāo)位可調(diào)可控。另外，當(dāng)單側(cè)引風(fēng)機(jī)跳閘或送、引風(fēng)機(jī)RB時(shí)，不論汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)是否在轉(zhuǎn)速控制下，運(yùn)行引風(fēng)機(jī)都以600r／min的升速率拉升轉(zhuǎn)速，由于此時(shí)引風(fēng)機(jī)靜葉會(huì)通過(guò)平衡回路疊加，這樣可以使引風(fēng)機(jī)快速進(jìn)入轉(zhuǎn)速控制。

（7）基于汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)靜葉控制與轉(zhuǎn)速控制全程自動(dòng)切換的實(shí)現(xiàn)，從而使引風(fēng)機(jī)并列過(guò)程操作更簡(jiǎn)便。并列另一臺(tái)引風(fēng)機(jī)時(shí)，原運(yùn)行引風(fēng)機(jī)靜葉處于自動(dòng)控制方式，轉(zhuǎn)速切手動(dòng)，手動(dòng)加轉(zhuǎn)速至4 200r／min，靜葉調(diào)節(jié)爐膛壓力逐漸關(guān)小；待并列引風(fēng)機(jī)靜葉開5%，沖轉(zhuǎn)至4 200r／min。2臺(tái)轉(zhuǎn)速匹配后，相當(dāng)于2臺(tái)定速引風(fēng)機(jī)，逐漸開啟待并列引風(fēng)機(jī)靜葉，原運(yùn)行引風(fēng)機(jī)靜葉通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)和平衡回路繼續(xù)控制爐膛壓力，直至一個(gè)明顯的爐膛壓力擾動(dòng)和原運(yùn)行引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速階躍，說(shuō)明兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)已并列入系統(tǒng)。此時(shí)可以投入后并入引風(fēng)機(jī)靜葉自動(dòng)，通過(guò)偏置逐漸調(diào)平兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)靜葉后，手動(dòng)降低2臺(tái)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，若在降轉(zhuǎn)速過(guò)程中，靜葉開度均大于70%，則投入兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)，進(jìn)入轉(zhuǎn)速控制；或2臺(tái)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降至3 000r／min，投入轉(zhuǎn)速自動(dòng)，兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)仍處于靜葉控制。汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)并列過(guò)程如圖3所示。

圖3 汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)并列過(guò)程

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)控制方案的再設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了靜葉與轉(zhuǎn)速的全程自動(dòng)切換控制，并在1 000 MW機(jī)組上取得了良好的應(yīng)用效果，提高了汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行的自動(dòng)化程度和經(jīng)濟(jì)性，能對(duì)新建的同類型機(jī)組優(yōu)化設(shè)計(jì)起到借鑒的作用。