試論火電廠600MW機組送風自動控制優化研究分析

國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院 張詞赟

寧夏大學新華學院 張詞秀

對于送風自動控制系統而言，它是火電廠鍋爐自動控制系統的主要組成部分，同時在整個鍋爐的運行工程中的作用也是十分重要的。文章主要是以發電公司的兩臺600MW機組的送風自動控制系統在使用的過程作為研究對象，研究了該系統的現狀和存在的問題，完善了信號的測量工作，并且也對送風控制邏輯的優化也作出了詳細的說明。另外，送風自動控制系統在優化之后則還會更加滿足于目前實際使用的情況，并且會使整個系統的各方面均得到了科學的改進，這不但會使得風量與氧量等數據更加準確，而且使調節的靈活性會更大。本文通過對機組送風自動控制系統的改造，希望能夠對火電廠在進行對機組送風自動控制改善過程給予一定的借鑒作用和學習。

一、送風自動控制系統

想要實現送風量可以自動控制的核心之處則是能夠對送風量進行準確測量。對于現代的大型鍋爐而言，通常情況下會分別設有一次風、二次風，其中還有一些鍋爐還將設有三次風，所以這三種風流量的總和就是總風量。另外，經常使用的風量測量裝置分別有對稱機翼型與復式文丘里管。而簡單的測量裝置，分別會裝置于風機入口彎頭測風裝置和舉行風道內擋風板等。在協調控制之中，對氧量和風量的控制則屬于燃燒控制的主要構成部分，并且它將會直接決定著鍋爐在燃燒過程中的經濟性與穩定性。在穩定條件下，按照鍋爐主控指令的要求，對燃料量與送風量進行協調控制，并且保持了適當的風煤比，也就是保證爐膛出口處有一定的過量空氣系數，在動態調節過程中，首先在確保負荷添加之時，要先添加送風量之后再添加燃料量，而在對負荷進行減少時，要先對燃料量減少后再對送風量減少，才能夠確保送風量大于供煤量，從而實現空氣和燃料交叉限制的目的。

二、600MW機組送風自動控制系統現狀及問題

對于送風控制系統而言，它將對整個火電廠的熱工自定控制系統起著十分關鍵的作用，同時它的安全使用也將使經濟效益得到逐漸提升。然而，在送風自動控制系統中依舊有著許多問題的存在，例如在測量風量和氧量的信號時，經常會無法獲得準確的數據。那么這就會使得整個送風自動系統在自動調節過程中的投送量很難達到標準，從而在很大程度上降低了整個系統的運行效率。同時，送風自動控制系統的運行和整個鍋爐燃燒情況密切相關。假設操作過程稍有不當，必然會導致鍋爐出現熄火和放炮等問題，這關系到整個鍋爐的運行是否安全和穩定。因此，加強對送風控制系統的控制精度與輸送量將是一個非常嚴重的問題，同時也是如今大多數火電廠迫切需要解決的一個難題。

對原設計的機組協調控制方式而言，主要是通過調節容量風口的開度來對進入鍋爐燃料量進行控制，而這將會在節流損失方面存在很大的問題，進而則會直接影響到機組的經濟運行，在2010年對協調控制方式進行優化，將容量風門全開，調節一次風壓力以控制燃料流入鍋爐。為了能夠滿足環境排放的要求，該裝置在2012年時對機組增加了反硝化系統。機組隨著反硝化系統的加入和協調控制方式的改變，鍋爐燃燒的狀態隨之跟著發生了很大的變化，尤其是燃燒器的改變，使得燃料可以在鍋爐內進行分段逐級進行燃燒，從而使得NOx降低的目的得以實現。然而，這種分層送風方式會對機組的燃燒控制、各層二次風擋板控制、爐內送風量和氧量控制等分別提出了新的要求，而這將會對機組運行的安全性和穩定性以及經濟性有著直接性關系。由于原設計機組送風控制策略與參數已經不能夠使其要求得到滿足，因此送風控制系統必須要使用手動操作的方式來使其運行。

三、完善信號測量工作

對完善整個系統風量和氧量信號的測量工作而言，主要是為了使送風量可以在自動控制的情況下能夠進行精準的自動調整。

（一）送風量測量量裝置換型

機組原來所使用的風測量裝置主要威尼巴的測風裝置，它在對鍋爐風量進行采樣的過程中，往往會出現堵塞現象而導致測量結果不夠準確。然而，我們在改造中，所采用了防堵塞式的風量測量裝置，不僅使得測量裝置能夠穩定和連續的運行，并且也從來沒有因為測量而造成堵塞的問題發生。而此種方式既可以為鍋爐運行提供了可靠的風量測量數據，而且也優化了鍋爐燃燒情況。

（二）氧量測量信號不準且延遲大

對原有的測風控制系統氧量而言，主要選用了脫銷CEMS系統的氧量信號，抽提式氧量分析儀測定的氧量信號有很大的滯后性，同時，在過熱器煙氣擋板出口處安裝了氧量測點，煙道擋板的開度對氧量有著很大的影響，測點通常沒有代表性。在脫銷入口處垂直煙道兩側添加裝氧化鋯測氧裝組織，將氧量試驗與網格法進行比較，選擇出最適合的氧測量安裝點試驗來確定代表性安裝位置，而在改造之后測量的氧量會更加準確，并且測量點能夠充分滿足送風自動調節精度的要求。

四、控制策略優化

根據自動控制系統存在的問題，對DCS控制邏輯中的下回路進行了改進，用于滿足送風優化控制的需要。

（一）送風控制回路

1、氧量設定值

在脫銷前增加氧量測量點，可以實現氧量測量點的修正，以及實現氧量測量點與脫銷后的氧量測點的邏輯進行切換選擇，從而為氧量自動提供了基本條件。

通過對DCS的邏輯分析，可以發現氧量的設定值主要是由氧量與負荷線函數之間的關系而得知的，而氧量校正系數的校正函數需要重新進行設置，并且通過添加氧量偏置設定功能，可以使負荷的自動化得以實現。為了滿足變負荷情況下總風量設定值得要求，可以通過氧量偏置，自動改變鍋爐的氧量設定，且提高了氧量調節的靈活性。

2、總風量設定

通過分析原DCS邏輯回路，可以得知整個送風回路主要是由風煤比來控制的。對總風量設定值而言，它主要是通過將總煤量的變化作為設定風量的依據，以A-F磨總煤量統計作為設定基礎，使得油量轉化為燃料量的總和，以及加入煤質校正系數與氧量校正系數而生成的。

3、送風控制

在送風控制回路之中，通過添加由機組負荷而生成的總分量函數關系和風量質量，可以實現變負荷下的前饋送風量。為了滿足鍋爐在變負荷工狀況下的燃燒相應速度，在送風機PID中加入了總風量函數的前饋函數，能夠實現送風系統的快速和準確運行。

通過在原有的邏輯中添加一個鍋爐主控和變負荷前饋送風量，能夠產生總風量的對應函數關系。為了能夠滿足鍋爐在變負荷工狀況下的燃燒相應速度，在送風機PID中加入總風量函數的前饋函數，不僅可以實現送風快速和準確的運行，同時還可以添加制動回路，并且在達到負荷設定前減少煤，有助于確保主蒸氣的溫度不過溫或者是過溫較少，使之能夠達到理想的控制效果。

（二）一次風回路

在一次風機的控制指令回路之中加入變負荷前饋控制，能夠確定變負荷前饋控制與總煤量之間的系數。添加一次風壓的變負荷前饋控制，可以使響應速度得到提升，并且能夠使鍋爐負荷快速相應的要求得到滿足。

在原有邏輯中存在的問題主要有：第一，原有邏輯對一次風機控制指令做了總風量的前饋函數，但是其并沒有得到啟用。第二，需要通過對變負荷前饋的添加，才可以對一次風壓進行控制，而利用煤粉管中的蓄煤，可以使響應速度得到提高。第三，改進了燃料的主控指令和磨煤機容量分函數之間的關系曲線，而這種方法可以快速響應鍋爐負荷的要求。

（三）二次風回路

對于二次風回路來說，它主要控制的是控制和調節二次小風們擋板的開度。通過在二次風門層加入操作功能，和在二次風門層操作回路中加入的風門偏置功能，以及手動設置偏置，方能使不同風門的不同開度調整得到滿足。另外，二次風控制主要是根據變負荷工狀況下的二次小風門開的調整來進行的。同時，通過對二次風門層加入操作功能，才可以對每層的二次風門開度進行層操作，以及可以將偏置功能加入到每個小風門中，而操作人員通過手動來設定偏置，則是為了可以讓不同位置的風門所對應的不同開度得到滿足，進而能夠使鍋爐膛中的燃燒配風得到及時準確的調整。

（四）引風回路

在引風回路控制中加入鍋爐MFT條件下的跟蹤功能，也就是通過超馳控制的方式可以使引風回路的保護得到有效地改善，并且給出了在鍋爐MFT過程中引風機輸出的設定，使得爐膛的安全得到保障，從而有效地防止了由爐膛壓力的急劇變化而造成的信號變化。在引風控制回路中主要采用的方法為前饋和反饋控制。通過手動設定爐膛負壓之后在對爐膛負壓進行自動控制，而送風前饋的引入則有效地保障了爐膛中的壓力始終保持在負壓運行狀況。因此，建議只有對引風機回路保護動作邏輯功能的改進，才能使其在MFT運行過程中可以轉變成為超馳控制的方式，從而使爐膛得到保護，同時防止了爐膛因為壓力的急劇變化而增加控制信號。

四、結語

總而言之，文章通過優化火電廠600MW機組送風自動控制系統，對其中鍋爐內送風量氧量的測量，從而使得送風自動控制系統因為氧量測量信號延遲而自動調節的問題得到有效地解決。對這一問題的解決，不僅使變負荷的速度得到了提升，而且使整個鍋爐可以充分的燃燒，同時也使鍋爐的波動得到穩定。另外，通過對送風自動控制系統優化前后的比較，我們可以得知對送風自動控制系統調節功能的改善非常有效，并且充分滿足了機組在600MW負荷條件下可以穩定運行。