楊利勤

（江西遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保有限公司，江西南昌 330117）

0 引言

隨著環(huán)境壓力的不斷增加，國(guó)家環(huán)保力度的不斷加大，目前國(guó)內(nèi)大容量機(jī)組均已引進(jìn)了煙氣脫硫技術(shù)，而濕法脫硫（WFGD）作為其中最成熟的一種，得到了廣泛應(yīng)用。在濕法煙氣脫硫工藝系統(tǒng)中，增壓風(fēng)機(jī)（BUF）是最重要的設(shè)備之一。其作用是將來(lái)自鍋爐的煙氣進(jìn)行增壓，補(bǔ)償煙氣在整個(gè)脫硫系統(tǒng)中的壓力損失。增壓風(fēng)機(jī)的控制品質(zhì)不僅影響到整個(gè)FGD工藝系統(tǒng)，而且由于增壓風(fēng)機(jī)開(kāi)度的變化對(duì)爐膛負(fù)壓有著顯著的影響，因此還關(guān)系到整個(gè)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

1 增壓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)概述

中電投江西電力有限公司新昌發(fā)電分公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：新昌電廠）1、2號(hào)機(jī)組為2×700 MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，均采用目前較為主流的石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)，兩臺(tái)機(jī)組采用一爐一塔制。鍋爐煙氣在脫硫系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)由增壓風(fēng)機(jī)送入吸收塔進(jìn)行脫硫，然后由煙囪排出；當(dāng)增壓風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障或控制異常時(shí)，直接影響到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

新昌電廠每臺(tái)機(jī)組脫硫系統(tǒng)配備兩臺(tái)靜葉可調(diào)式軸流增壓風(fēng)機(jī)，用以克服煙氣的延程阻力，通過(guò)調(diào)節(jié)增壓風(fēng)機(jī)靜葉的開(kāi)度，將增壓風(fēng)機(jī)入口壓力控制在一定值（-150 Pa）左右[2]。原增壓風(fēng)機(jī)靜葉自動(dòng)控制策略是采用控制偏差PI調(diào)節(jié)的單回路控制模式，且是2套獨(dú)立的單回路調(diào)節(jié)控制邏輯，同時(shí)控制一個(gè)被控對(duì)象——增壓風(fēng)機(jī)入口壓力，運(yùn)行時(shí)存在A、B增壓風(fēng)機(jī)靜葉調(diào)節(jié)搶風(fēng)現(xiàn)象。致使增壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制投入效果差，經(jīng)常采用手動(dòng)調(diào)節(jié)增壓風(fēng)機(jī)入口壓力，操作量大，且無(wú)法保證參數(shù)時(shí)刻控制在合理的范圍內(nèi)，影響機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。其控制系統(tǒng)采用的是Hollysys MACSVDCS系統(tǒng)。

2 存在問(wèn)題分析

通過(guò)對(duì)新昌電廠脫硫控制系統(tǒng)被控對(duì)象運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，以及查找、學(xué)習(xí)相關(guān)資料，總結(jié)出目前脫硫增壓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題，主要包括以下幾點(diǎn)：

1）鍋爐煙氣量出現(xiàn)大幅度擾動(dòng)時(shí)，易與引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)耦合而導(dǎo)致調(diào)節(jié)振蕩。

通過(guò)理論學(xué)習(xí)可知，增壓風(fēng)機(jī)入口壓力與引風(fēng)機(jī)至增壓風(fēng)機(jī)間的煙氣溫度和質(zhì)量的變化有關(guān)。而引起煙道內(nèi)煙氣溫度變化的主要因素是爐膛排煙溫度，即爐內(nèi)燃燒工況的變化；引起煙道內(nèi)煙氣質(zhì)量變化的主要因素是引風(fēng)機(jī)排煙量和增壓風(fēng)機(jī)出力的變化。原控制方案令增壓風(fēng)機(jī)控制其入口壓力，引風(fēng)機(jī)控制爐膛負(fù)壓，二者各司其職。但當(dāng)爐內(nèi)燃燒工況發(fā)生劇烈變化時(shí)，可能由于爐膛負(fù)壓變化到增壓風(fēng)機(jī)入口壓力變化的時(shí)間差，使得兩套系統(tǒng)互相耦合，從而導(dǎo)致壓力反復(fù)波動(dòng)幅度過(guò)大、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，危及機(jī)組安全運(yùn)行。

2）機(jī)組變負(fù)荷過(guò)程中，由于燃料量、總風(fēng)量的變化對(duì)增壓風(fēng)機(jī)入口壓力產(chǎn)生擾動(dòng)，導(dǎo)致調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)偏差較大[3]。

按照電力系統(tǒng)的有關(guān)規(guī)定，新昌電廠機(jī)組在正常情況下須投入“自動(dòng)發(fā)電控制”（AGC）系統(tǒng)，以響應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷信號(hào)的變化。也正是由于這種負(fù)荷的快速變化，使得在負(fù)荷變化初期和末期燃料量、總風(fēng)量的變化幅度和速度較大，導(dǎo)致?tīng)t膛負(fù)壓和增壓風(fēng)機(jī)入口壓力波動(dòng)較大，不利于機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

3）兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的增壓風(fēng)機(jī)同時(shí)控制入口壓力，容易產(chǎn)生“搶風(fēng)”現(xiàn)象。

兩臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，被控變量是同一個(gè)，且隨著機(jī)組運(yùn)行工況的變化，其各自的工作點(diǎn)也會(huì)隨之變化，但其受到的阻力不可能始終相同，導(dǎo)致兩臺(tái)風(fēng)機(jī)出力不同，因此而產(chǎn)生“搶風(fēng)”現(xiàn)象。發(fā)生“搶風(fēng)”現(xiàn)象后，風(fēng)機(jī)振動(dòng)增大，運(yùn)行電流大幅度振動(dòng)，風(fēng)機(jī)處理明顯下降，使得增壓風(fēng)機(jī)入口壓力調(diào)節(jié)特性變差，導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

3 增壓風(fēng)機(jī)入口壓力控制方案

針對(duì)以上存在的問(wèn)題，對(duì)脫硫增壓風(fēng)機(jī)入口壓力自動(dòng)控制方案進(jìn)行了改進(jìn)，圖1、圖2所示為DCS系統(tǒng)組態(tài)圖。

圖2 增壓風(fēng)機(jī)入口壓力控制邏輯2

由于增壓風(fēng)機(jī)入口壓力控制對(duì)象單一且具有較快的響應(yīng)速度，因此其閉環(huán)控制部分只采用單回路PID控制。但由于增壓風(fēng)機(jī)入口壓力存在特殊的控制難點(diǎn)，因此，該控制方案采用的并不僅僅是常規(guī)的單回路控制，而是加入了一些有針對(duì)性的設(shè)計(jì)。

1）由于在沒(méi)有投入FGD系統(tǒng)的情況下，引風(fēng)機(jī)出口壓力也有一個(gè)自然的波動(dòng)幅值，這時(shí)如果增壓風(fēng)機(jī)入口壓力過(guò)度追求較高的調(diào)節(jié)品質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致增壓風(fēng)機(jī)的靜葉頻繁動(dòng)作，影響執(zhí)行機(jī)構(gòu)的壽命，甚至可能燒毀電機(jī)。通過(guò)分析歷史趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，雖然被調(diào)量增壓風(fēng)機(jī)入口壓力采用了三測(cè)點(diǎn)取中的計(jì)算方式，但即使是機(jī)組運(yùn)行工況穩(wěn)定，且靜葉開(kāi)度保持恒定的情況下，仍存在約±40Pa的波動(dòng)。因此，在控制邏輯中加入了被調(diào)量變速濾波環(huán)節(jié)，即增壓風(fēng)機(jī)入口壓力三取中值先通過(guò)慣性環(huán)節(jié)后再與設(shè)定值相減求誤差。所謂變速濾波，類(lèi)似于變速積分，即當(dāng)誤差小于閾值時(shí)采用較長(zhǎng)的慣性時(shí)間，而當(dāng)誤差大于閾值時(shí)采用較短的慣性時(shí)間?？捎萌缦卤磉_(dá)式表示：

其中，T1

另外，通過(guò)在PID控制器中設(shè)置了一定的輸入死區(qū)，使得輸入偏差在一定范圍內(nèi)時(shí)PID控制器認(rèn)為無(wú)差，大大減少了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作次數(shù)，這對(duì)于延長(zhǎng)其壽命頗有好處。

2）為了防止兩臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)之間“搶風(fēng)”現(xiàn)象的發(fā)生，在控制邏輯中引入了了增壓風(fēng)機(jī)A、B指令偏置設(shè)置環(huán)節(jié)。當(dāng)兩臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)出力不均時(shí)，運(yùn)行人員可以手動(dòng)調(diào)節(jié)增壓風(fēng)機(jī)A、B指令偏置，從而使得出力達(dá)到近似平衡，避免“搶風(fēng)”現(xiàn)象的發(fā)生。

以上述邏輯圖為例，當(dāng)增壓風(fēng)機(jī)A、B均處于自動(dòng)控制狀態(tài)時(shí)，增壓風(fēng)機(jī)A的控制指令是在PID控制器輸出的基礎(chǔ)上加上所設(shè)偏置得到的，而增壓風(fēng)機(jī)B控制指令是在PID控制器輸出的基礎(chǔ)上減去所設(shè)偏置得到的。而當(dāng)增壓風(fēng)機(jī)A、B均處于手動(dòng)控制狀態(tài)時(shí)，偏置設(shè)定站的輸出便跟蹤增壓風(fēng)機(jī)A、B控制指令差值的一半，PID控制器輸出跟蹤二者控制指令的均值，以保證切換時(shí)的無(wú)擾。

3）機(jī)組變負(fù)荷過(guò)程中燃料量和風(fēng)量的大幅度變化常會(huì)造成增壓風(fēng)機(jī)入口壓力的大幅度波動(dòng)。為了在變負(fù)荷過(guò)程中減小這種波動(dòng)，采用了“前饋+反饋”的控制策略。引入兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)的平均指令作為前饋，對(duì)增壓風(fēng)機(jī)靜葉開(kāi)度進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。但由于從送風(fēng)機(jī)開(kāi)度的變化到增壓風(fēng)機(jī)入口壓力的變化需要一定時(shí)間，因此通過(guò)一個(gè)可調(diào)的慣性環(huán)節(jié)予以彌補(bǔ)。但由于爐內(nèi)燃燒工況復(fù)雜，故前饋增益設(shè)得較小，前饋調(diào)節(jié)僅在變負(fù)荷時(shí)起到一個(gè)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)淖饔?，主要調(diào)節(jié)手段仍是反饋調(diào)節(jié)[4]。

4 自動(dòng)調(diào)節(jié)試驗(yàn)

為驗(yàn)證上述控制邏輯的有效性及完善控制邏輯中的參數(shù)，使增壓風(fēng)機(jī)入口壓力控制品質(zhì)達(dá)優(yōu)良，隨后對(duì)該控制系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)及調(diào)試，主要包括：手/自動(dòng)無(wú)擾切換試驗(yàn)、強(qiáng)制跟蹤試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)方向性試驗(yàn)、高低負(fù)荷的定值擾動(dòng)試驗(yàn)和變負(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn)。

低負(fù)荷階段和高負(fù)荷階段的定值擾動(dòng)試驗(yàn)曲線如圖3和圖4所示。

圖3 低負(fù)荷定值擾動(dòng)試驗(yàn)曲線

圖4 高負(fù)荷定值擾動(dòng)試驗(yàn)曲線

從試驗(yàn)曲線中可以看出，在定值變化+200 Pa和-200 Pa之后，增壓風(fēng)機(jī)A和增壓風(fēng)機(jī)B的靜葉調(diào)節(jié)指令均能很快作出調(diào)整，使得增壓風(fēng)機(jī)入口壓力迅速跟蹤設(shè)定值，并沒(méi)有出現(xiàn)振蕩的情況，最終穩(wěn)定在設(shè)定值附近。

升負(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn)曲線如圖5所示：

圖5 升負(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn)曲線

從圖中可以看出，在機(jī)組負(fù)荷從500 MW升到610 MW的過(guò)程中，將設(shè)定值設(shè)為-150 Pa，增壓風(fēng)機(jī)入口壓力的波動(dòng)較小，最低壓力為-230 Pa，最高壓力為-59 Pa，在容許范圍內(nèi)，并且沒(méi)有出現(xiàn)振蕩的情況。送風(fēng)機(jī)指令前饋的引入，使得系統(tǒng)具有較好的抗擾動(dòng)能力。

降負(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn)曲線如圖6所示：

圖6 降負(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn)曲線

從圖中可以看出，在機(jī)組負(fù)荷從409 MW降至353 MW的過(guò)程中，將設(shè)定值設(shè)為20 Pa，增壓風(fēng)機(jī)入口壓力的波動(dòng)較小，最低壓力為-13 Pa，最高壓力為70 Pa，在容許范圍內(nèi)，并且沒(méi)有出現(xiàn)振蕩的情況，具有較好的抗擾動(dòng)能力。

通過(guò)對(duì)參數(shù)的不斷調(diào)整和優(yōu)化，最終調(diào)試完成后的PID參數(shù)如表1所示。

表1 PID控制器參數(shù)

為了防止在惡劣工況下增壓風(fēng)機(jī)入口壓力超出允許范圍等事故，在與運(yùn)行人員交流協(xié)商后，設(shè)置了如下的增壓風(fēng)機(jī)入口壓力控制強(qiáng)制切手動(dòng)的條件：

1）增壓風(fēng)機(jī)入口壓力超過(guò)±350 Pa；

2）增壓風(fēng)機(jī)入口壓力與增壓風(fēng)機(jī)入口壓力設(shè)定值偏差超過(guò)±200 Pa；

3）執(zhí)行器的指令值與反饋值相差超過(guò)10%；

4）增壓風(fēng)機(jī)A或增壓風(fēng)機(jī)B的振動(dòng)超過(guò)2 mm/s；

5）增壓風(fēng)機(jī)A或增壓風(fēng)機(jī)B停止。

5 結(jié)語(yǔ)

在此次該控制系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中，并未出現(xiàn)引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)耦合的現(xiàn)象，所以未將爐膛負(fù)壓信號(hào)引入脫硫控制系統(tǒng)邏輯。但今后機(jī)組運(yùn)行時(shí)若出現(xiàn)引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)耦合的現(xiàn)象，可以考慮加入爐膛負(fù)壓信號(hào)或引風(fēng)機(jī)開(kāi)度前饋。如此，當(dāng)爐內(nèi)燃燒工況發(fā)生發(fā)生變化時(shí)，增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)可以同向調(diào)節(jié)，解決了二者之間的耦合問(wèn)題，同時(shí)可以提高爐膛負(fù)壓和增壓風(fēng)機(jī)入口壓力的調(diào)節(jié)品質(zhì)。

通過(guò)多次調(diào)試優(yōu)化以后，增壓風(fēng)機(jī)入口壓力較手動(dòng)控制時(shí)平穩(wěn)得多，為FGD系統(tǒng)和整個(gè)發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，不但減輕了運(yùn)行人員的操作負(fù)擔(dān)，并且將風(fēng)機(jī)出力維持在一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的范圍內(nèi)，還帶來(lái)了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]劉向東.濕法脫硫增壓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行控制分析[J].電力環(huán)境保護(hù)，2009，25（5）：28-29．

[2]鄭渭建，虞華生.600MW機(jī)組脫硫增壓風(fēng)機(jī)入口壓力控制品質(zhì)差分析與改進(jìn)[J].華東電力，2010，38（1）：140-142.

[3]趙軍.脫硫增壓風(fēng)機(jī)控制對(duì)爐膛負(fù)壓的影響分析與控制優(yōu)化[J].中國(guó)電力，2008，41（2）：37-40．

[4]劉春輝，王東風(fēng).濕法脫硫增壓風(fēng)機(jī)動(dòng)葉調(diào)節(jié)分析[J].科技向?qū)В?012（12）：95．