引風機變頻靜葉聯(lián)合控制研究與應用及節(jié)能效果分析

汪朝陽 朱宇新

1.上海上電漕徑發(fā)電有限公司 2.上海明華電力技術工程有限公司

引風機變頻靜葉聯(lián)合控制研究與應用及節(jié)能效果分析

汪朝陽1朱宇新2

1.上海上電漕徑發(fā)電有限公司 2.上海明華電力技術工程有限公司

介紹了引風機靜葉擋板和變頻控制策略、節(jié)能效果、聯(lián)合調解控制策略，在此基礎上詳細介紹了變頻凈葉聯(lián)合控制冷態(tài)試驗、熱態(tài)運行情況，最后給出了聯(lián)合控制方式的節(jié)能效果分析。

靜葉變頻聯(lián)合控制；爐膛負壓；控制策略；節(jié)能效果

上海上電漕徑發(fā)電有限公司1000 MW超超臨界火力電機組，其鍋爐為上海鍋爐廠有限公司引進阿爾斯通技術生產的塔式直流鍋爐，汽輪機為上海汽輪機有限公司引進西門子技術生產的單軸四缸四排汽凝汽式汽輪機，2013年利用機組檢修機會完成了2 臺引風機變頻改造，從原先的靜葉調節(jié)改為變頻控制，這樣一是消除了靜葉的節(jié)流損失，二是變頻轉速可以盡可能地低，降低廠用電率。但是，機組運行時爐膛負壓由于燃料、送風等參數(shù)變化的影響，經常處于波動狀態(tài)，使得引風機變頻轉速頻繁來回變化，給引風機相關部件帶來交變應力。先后發(fā)生過電機側聯(lián)軸器彈簧膜片斷裂（引風機2A）、葉輪側聯(lián)軸器彈簧膜片及螺栓斷裂（引風機2B）等引風機設備故障，為此，除了考慮更換或加強引風機相關部件外，也可以考慮優(yōu)化引風機變頻控制，采用靜葉-變頻聯(lián)合控制方式，改變目前變頻來回頻繁變化的方式，以適應引風機部件強度不夠的現(xiàn)狀。

1 原引風機靜葉擋板及變頻器控制策略

上海上電漕徑發(fā)電有限公司在完成引風機變頻改造后，爐膛負壓的控制方式進行相應修改，增加了變頻器的模擬量控制回路。在原先控制策略中，靜葉擋板和變頻器的自動控制回路是相互閉鎖的，同時只能有一種投入自動。當靜葉擋板或變頻器投入自動后，另一套控制回路會被強制切到手動方式。這是因為兩套自動控制回路都是控制爐膛負壓，如果同時投入自動，兩套自動控制回路都會同時調節(jié)爐膛負壓，很可能形成過調，導致爐膛負壓控制發(fā)生振蕩。

一般當引風機用變頻器調節(jié)爐膛負壓時，運行人員會將靜葉擋板手動全開，使風機靜葉的截流損失最小，以獲得最佳的節(jié)能效果。但是，由于鍋爐的燃燒有脈動的特點，爐膛負壓也同樣會呈現(xiàn)脈動的趨勢。變頻器調節(jié)爐膛負壓的過程中會來回頻繁變化，對引風機的一些部件容易造成疲勞損傷。

2 引風機變頻靜葉聯(lián)合調節(jié)控制策略

引風機變頻方式下變頻轉速和靜葉擋板聯(lián)合調節(jié)控制技術，使得變頻器和靜葉擋板相互配合調節(jié)。

由于變頻器的頻率變化對引風機靜葉的調節(jié)特性有較大影響，因此，引風機靜葉擋板控制根據(jù)變頻器的輸出頻率的不同，對送風機擋板指令前饋和PID調節(jié)參數(shù)增加了變參數(shù)功能。這樣能夠使得在不同的頻率特性下，靜葉擋板能保證較好的調節(jié)能力。

引風機變頻器的控制則沒有采用原先的PID調節(jié)方式，而是使得變頻器頻率跟隨機組負荷指令變化。機組負荷越高，變頻器頻率也越高。同時，變頻器除了原來就有的RB前饋和送風機擋板前饋，還新增了爐膛負壓偏差前饋。當爐膛負壓與設定值偏差較大的情況下，變頻器會相應的提高或降低出力，幫助靜葉擋板來控制爐膛負壓。

為防止由于負荷指令的小幅波動而造成引風機變頻器輸出頻繁來回調節(jié)，變頻器的指令有一定死區(qū)。當機組的爐膛負壓較為穩(wěn)定（實際值與設定值的偏差不大于150 Pa）時，變頻器的指令死區(qū)為0.5 Hz，隨著爐膛負壓控制偏差加大，變頻器指令死去逐漸減小，最小至0.1 Hz。

在新的變頻靜葉聯(lián)合控制策略下，變頻器輸出比較穩(wěn)定，不會隨爐膛負壓而波動，同時又保留了一定的變頻器的節(jié)能效果。這樣既解決了引風機變頻來回頻繁調節(jié)的問題，又盡可能少的犧牲變頻經濟性。

3 引風機變頻靜葉聯(lián)合控制冷態(tài)試驗

在完成邏輯修改后，在機組啟動前對引風機變頻靜葉聯(lián)合控制進行冷態(tài)試驗，調整控制參數(shù)。試驗時，送風機、引風機、一次風機均運行兩臺，鍋爐未點火。

圖1、圖2分別是不同負荷段（總風量2 300 t/h和3 400 t/h情況下）對爐膛負壓設定值擾動的試驗曲線。設定值擾動幅度為±200 Pa，試驗時，送風機動葉擋板和增壓風機靜葉擋板調節(jié)均在手動狀態(tài)。

從圖1、圖2中可以看到，爐膛負壓設定值變化200 Pa時, 變頻靜葉聯(lián)合控制效果較為理想。爐膛負壓穩(wěn)定時間為2 min，無超調。

圖3是送風機動葉擋板的擾動試驗，通過改變送風機動葉開度，模擬加減負荷時風量變化，試驗引風機變頻靜葉聯(lián)合控制能否較好的跟隨。

在初次試驗過程中，送風機擋板從40%開至50%，送風量變化425 t/h，爐膛負壓由-105 Pa上漲至300 Pa，變化了405 Pa；送風機擋板從55%關至40%，風量變化了700 t/h，爐膛負壓由-105Pa下降至-670 Pa，變化了570 Pa。

圖1 爐膛負壓設定值擾動試驗（2 300 t/h風量）

圖2 爐膛負壓設定值擾動試驗（3 400 t/h風量）

分析試驗數(shù)據(jù)后，調整了變頻器指令的貫性時間以及送風機動葉擋板對引風機靜葉擋板以及變頻器的前饋增益。然后，再次將送風機擋板從40%開至55%，送風量變化了500 t/h,爐膛負壓也由-25 Pa升至180 Pa，僅變化了205 Pa，較原先的控制性能提高許多。

4 引風機變頻靜葉聯(lián)合控制熱態(tài)運行情況

引風機變頻靜葉聯(lián)合控制策略投入使用后，機組的爐膛負壓控制穩(wěn)定，在節(jié)能的效果下完全能保證機組的安全運行。圖4為引風機變頻靜葉聯(lián)合控制的在700 MW至950 MW之間的運行曲線。

圖3 送風機擾動試驗

機組在引風機變頻靜葉聯(lián)合控制策略投入后，運行情況穩(wěn)定。爐膛負壓波動幅度穩(wěn)態(tài)時不超過150 Pa，變負荷啟停磨煤機時不超過350 Pa。

由于引風機變頻靜葉聯(lián)合控制主要是由靜葉擋板來響應爐膛負壓的變化，而靜葉擋板的調節(jié)存在1.5%左右的調節(jié)死區(qū)。所以在新的聯(lián)合控制的情況下，爐膛負壓的調節(jié)性能要低于純變頻運行方式。但是，在啟停磨煤機、RB等較大工況變化的情況下，靜葉擋板的響應速度要快于變頻運行方式。

5 引風機變頻靜葉聯(lián)合控制方式節(jié)能效果分析

表1中是不同控制策略下，引風機的電流對比。

根據(jù)這些數(shù)據(jù)，按照有功功率=1.732×電流×電壓×功率因素的公式來分析計算節(jié)能效果，計算結果見表2。從表1、表2的數(shù)據(jù)中可以看到，聯(lián)合控制的節(jié)能效果低于純變頻運行的方式，但相較于純工頻運行依舊有較大的節(jié)能效果。同時，聯(lián)合控制能夠提高引風機變頻運行的安全性能，降低引風電機側聯(lián)軸器彈簧膜片斷裂、葉輪側聯(lián)軸器彈簧膜片及螺栓斷裂等設備故障的可能。

表1 引風機不同運行方式電機電流對比

表2 引風機不同運行方式功率對比

6 結語

圖4 引風機變頻靜葉聯(lián)合控制

通過控制功能設計、控制邏輯組態(tài)修改、冷態(tài)調試、熱態(tài)試驗等一系列工作，引風機變頻靜葉聯(lián)合控制策略已實現(xiàn)良好的運行功能，控制品質良好，能滿足機組日常運行及AGC變負荷需求。引風機采用變頻靜葉聯(lián)合控制策略后變頻器輸出比較穩(wěn)定，不會隨爐膛負壓而波動，同時又保留了一定的變頻器的節(jié)能效果。這樣既解決了引風機變頻來回頻繁調節(jié)而引發(fā)的安全問題，又能盡可能少的犧牲變頻經濟性。但引風機采用變頻靜葉聯(lián)合控制后節(jié)能效果低于純變頻運行的方式。在資金允許的情況下，對引風機進行改造，盡可能早日實現(xiàn)純變頻運行方式。

Study on Induced Draft Fan Combined Static Blade Frequency Control and Analysis on Application and Energy Saving Effect

Wang Chaoyang, Zhu Yuxin
Shanghai Electric Power Caohejing Power Generation Limited Company
Shanghai Minghua Electric Power Technology Engineering Limited Company

∶The article introduces induced draft fan static blade baffle and frequency control strategy, energy saving effect and combined mediation control strategy. Based on it the author introduces combined static blade frequency control cold test, hot running condition and finally puts forward energy saving analysis on combined control method.

∶Static Blade Frequency Control, Furnace Negative Pressure, Control Strategy, Energy Saving Effect

DOI∶10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.02.009