孫 巖，高粉艷

（寧夏棗泉發(fā)電有限責(zé)任公司，寧夏 寧東 750411）

0 引言

寧夏棗泉發(fā)電有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)棗泉公司）現(xiàn)有兩臺(tái)660MW 超超臨界機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組配置兩臺(tái)雙室五電場(chǎng)的電除塵器，每臺(tái)電場(chǎng)出口煙道出安裝一臺(tái)煙塵濃度儀，電除塵器本體由浙江菲達(dá)環(huán)保股份有限公司設(shè)計(jì)制造。電除塵高頻電源供電裝置由浙江佳環(huán)電子有限公司生產(chǎn)，配套采用JHGP 型控制系統(tǒng)，其具有輸出直流電壓紋波小[1]、電能轉(zhuǎn)換效率高、三相平衡供電等特點(diǎn)。機(jī)組運(yùn)行中，煙塵排放濃度達(dá)到新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的排放要求，煙塵排放濃度降低到＜5mg/Nm3近零排放，由于原控制系統(tǒng)存在的不能動(dòng)態(tài)地對(duì)高頻電源進(jìn)行自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)，出現(xiàn)煙塵排放濃度長(zhǎng)時(shí)間維持在2mg/Nm3以下運(yùn)行，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)調(diào)整不及時(shí)煙塵排放濃度超標(biāo)的問(wèn)題。隨著火電機(jī)組的經(jīng)營(yíng)形式愈發(fā)嚴(yán)峻且環(huán)?？己烁鼑?yán)重的情況下，如何在保證煙塵排放達(dá)標(biāo)的前提下，盡可能降低電除塵的功耗是擺在大家面前的新課題，因此非常有必要在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

1 原電除塵控制系統(tǒng)

1.1 原控制方式

1.1.1 高頻電源控制系統(tǒng)

電除塵高頻電源主要運(yùn)行方式有：

1）火花率整定控制方式[2]。適用于粉塵濃度高、容易產(chǎn)生電暈閉塞、除塵效率低的場(chǎng)合，它能加強(qiáng)粉塵荷電，提高除塵效率，但這種控制方式消耗的電能較大。

2）脈沖和間歇供電控制方式。此方式運(yùn)行時(shí)，按脈沖寬度、脈沖周期以及高能頻率、低能頻率設(shè)定的參數(shù)運(yùn)行，受額定二次電壓、額定二次電流限制運(yùn)行，閃絡(luò)時(shí)，受閃頻的控制。

3）手動(dòng)固定頻率[3]。此方式運(yùn)行時(shí)，按手動(dòng)頻率設(shè)定值運(yùn)行，受額定二次電壓，額定二次電流限制運(yùn)行，閃絡(luò)時(shí)，受閃頻的控制。

1.1.2 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

通過(guò)以太網(wǎng)通訊實(shí)現(xiàn)對(duì)每臺(tái)電除塵器高頻電源的運(yùn)行參數(shù)、報(bào)警狀態(tài)、故障信息和通訊狀態(tài)的監(jiān)控，保證整個(gè)電除塵控制系統(tǒng)正常運(yùn)行。運(yùn)行人員在上位機(jī)中設(shè)定二次電壓、二次電流等參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻電源的監(jiān)控。

1.1.3 DCS一體化監(jiān)控

隨著自動(dòng)化水平越來(lái)越高，電除塵高頻電源利用MODBUS 通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與主機(jī)DCS 的通訊，電除塵高頻電源監(jiān)控已納入主機(jī)DCS 系統(tǒng)，運(yùn)行人員在DCS 中設(shè)定二次電壓、二次電流等參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻電源的監(jiān)控。

1.2 原控制方式存在的問(wèn)題

1.2.1 電耗率較高且出現(xiàn)煙塵排放濃度超標(biāo)問(wèn)題

在機(jī)組投運(yùn)后，電除塵高頻電源的輸出調(diào)節(jié)一直采用手動(dòng)設(shè)定二次電壓與二次電流的方法，運(yùn)行人員為降低操作頻次，往往把高頻電源運(yùn)行參數(shù)設(shè)定的很高，所以出現(xiàn)煙塵排放濃度長(zhǎng)時(shí)間維持在2mg/Nm3 以下的現(xiàn)象，增大了電除塵器電耗率。機(jī)組運(yùn)行中出現(xiàn)變負(fù)荷時(shí)運(yùn)行人員不能及時(shí)控制高頻電源運(yùn)行參數(shù)，頻繁出現(xiàn)煙塵排放濃度短時(shí)不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.2 運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度大

手動(dòng)運(yùn)行方式不能適應(yīng)負(fù)荷及煤質(zhì)變化，靠運(yùn)行人員定時(shí)調(diào)節(jié)給定極限電流，每天長(zhǎng)時(shí)間、重復(fù)操作，勞動(dòng)強(qiáng)度很大，很難保證調(diào)節(jié)質(zhì)量。鑒于原控制系統(tǒng)存在的不能動(dòng)態(tài)地對(duì)二次電流值進(jìn)行自動(dòng)反饋調(diào)節(jié)，因此有必要在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上自行設(shè)計(jì)一套高頻電源二次電流閉環(huán)控制系統(tǒng)。

2 在DCS中實(shí)現(xiàn)煙塵閉環(huán)控制

為了解決電除塵器高頻電源的節(jié)能和環(huán)保問(wèn)題，采用了電除塵出口煙塵濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，最大限度地提高除塵效率和節(jié)約能耗。電除塵器高頻電源閉環(huán)控制能根據(jù)不同運(yùn)行工況和電除塵器出口煙塵濃度調(diào)整高頻電源的控制參數(shù)。由于電除塵器高頻電源上位機(jī)已與主機(jī)DCS 建立通訊，可直接采集DCS 中負(fù)荷信號(hào)、煙塵濃度信號(hào)等，所以利用DCS 強(qiáng)大的功能和友好的可視界面可方便實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制邏輯的組態(tài)。基本思路為保留現(xiàn)有DCS 中電除塵高頻電源的參數(shù)設(shè)置和控制邏輯不變，增加A 側(cè)和B 側(cè)電除塵出口煙塵濃度的自動(dòng)控制邏輯。A 側(cè)和B 側(cè)分別組態(tài)電除塵出口煙塵濃度自動(dòng)控制邏輯，被控對(duì)象為A 側(cè)和B 側(cè)電除塵出口煙塵濃度。

2.1 兩種閉環(huán)控制組態(tài)邏輯

2.1.1 插值法閉環(huán)控制邏輯組態(tài)

煙塵濃度閉環(huán)系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)為：煙塵濃度值、煙塵濃度調(diào)節(jié)范圍、二次電流調(diào)節(jié)范圍；輸出參數(shù)為：高頻電源二次電流。調(diào)節(jié)公式如下：

式中：

T——實(shí)時(shí)煙塵濃度值。

Tmin——煙塵濃度目標(biāo)下限。

Tmax——煙塵濃度目標(biāo)上限。

I2min——二次電流目標(biāo)下限。

I2max——二次電流目標(biāo)上限。

I2——輸出的二次電流。

當(dāng)煙塵濃度超過(guò)煙塵濃度上限時(shí)，二次電流設(shè)定值調(diào)整為上限；當(dāng)煙塵濃度低于煙塵濃度下限時(shí)，二次電流設(shè)定值調(diào)整為下限。比如實(shí)際煙塵濃度為3mg/Nm3，當(dāng)前閉環(huán)模式下設(shè)定的煙塵濃度上限為4，下限為2.5，設(shè)定的二次電流上限為1000，下限為700，則當(dāng)前二次電流應(yīng)該運(yùn)行在：700+（1000-700）×（3-2.5）/（4-2.5）=800mA。

閉環(huán)控制回路的二次電流指令與原二次電流手動(dòng)輸入指令經(jīng)速率限制后進(jìn)行切換。當(dāng)某一電場(chǎng)高頻電源投入自動(dòng)控制后，接受PID 的指令輸出，并可進(jìn)行手動(dòng)二次電流偏置設(shè)定；當(dāng)電場(chǎng)高頻電源不投自動(dòng)控制時(shí)，通過(guò)原有操作面板進(jìn)行二次電流手動(dòng)設(shè)定。

2.1.2 PID閉環(huán)控制邏輯組態(tài)

負(fù)荷的高低直接影響煙塵濃度，在不同的負(fù)荷下煙塵濃度的波動(dòng)范圍是不同的。為增強(qiáng)變負(fù)荷工況自動(dòng)調(diào)節(jié)高頻電源二次電流的適應(yīng)性，加入機(jī)組負(fù)荷指令變化對(duì)二次電流自動(dòng)調(diào)節(jié)計(jì)算的前饋，實(shí)時(shí)根據(jù)當(dāng)前的負(fù)荷指令來(lái)修正閉環(huán)回路的二次電流指令輸出參數(shù)，由此達(dá)到更精確地進(jìn)行煙塵濃度閉環(huán)控制。

圖1 A電除塵A電場(chǎng)高頻電源二次電流控制邏輯圖Fig.1 Secondary current control logic diagram of high frequency power supply in an electric field of a electrostatic precipitator

在自動(dòng)控制回路中，考慮到當(dāng)出現(xiàn)五電場(chǎng)陰陽(yáng)極振達(dá)時(shí)二次揚(yáng)塵的問(wèn)題，在PID 輸入前做了煙塵濃度突升邏輯判斷。當(dāng)出現(xiàn)突升至最大值時(shí)，被調(diào)量保持突升前的煙塵濃度值，避免各電場(chǎng)高頻電源出現(xiàn)短時(shí)的二次電流突升突降。

自動(dòng)控制回路的二次電流指令與原二次電流手動(dòng)輸入指令經(jīng)速率限制后進(jìn)行切換。當(dāng)某一電場(chǎng)高頻電源投入自動(dòng)控制后，接受PID 的指令輸出，并可進(jìn)行手動(dòng)二次電流偏置設(shè)定；當(dāng)電場(chǎng)高頻電源不投自動(dòng)控制時(shí)，通過(guò)原有操作面板進(jìn)行二次電流手動(dòng)設(shè)定。以A 電除塵A 電場(chǎng)高頻電源二次電流控制邏輯為例，具體組態(tài)如圖1 所示。

考慮到電場(chǎng)輸灰情況和后續(xù)電場(chǎng)對(duì)二次揚(yáng)塵的捕捉作用情況，A 側(cè)和B 側(cè)一電場(chǎng)二次電流自動(dòng)控制上下限值為200mA ～500mA，A 側(cè)和B 側(cè)二電場(chǎng)至五電場(chǎng)二次電流自動(dòng)控制上下限值為300mA ～1500mA，二電場(chǎng)至五電場(chǎng)二次電流成逐漸增大的方式設(shè)定。機(jī)組負(fù)荷指令至控制回路前饋量根據(jù)機(jī)組50%，60%,70%,80%,90%,100%負(fù)荷工況下, 高頻電源運(yùn)行參數(shù)與煙塵排放濃度之間的關(guān)系進(jìn)行曲線設(shè)定。

表1 #1機(jī)組電除塵閉環(huán)控制投運(yùn)前后電場(chǎng)參數(shù)對(duì)比Table 1 Comparison of electric field parameters of 1 unit before and after putting into operation

表2 電除塵閉環(huán)控制投運(yùn)前后電場(chǎng)耗電對(duì)比Table 2 Comparison of electric field power consumption before and after operation of closed-loop control of electrostatic precipitator

2.2 閉環(huán)控制邏輯組態(tài)對(duì)比

根據(jù)兩種組態(tài)邏輯的原理，均能達(dá)到煙塵濃度閉環(huán)控制的目的。但前者插值法閉環(huán)控制邏輯只相當(dāng)于后者PID閉環(huán)控制邏輯中比例P 的作用，雖能快速響應(yīng)但不能做到精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，當(dāng)出現(xiàn)煙塵濃度波動(dòng)或跳變時(shí)，例如五電場(chǎng)陰陽(yáng)極振達(dá)會(huì)二次揚(yáng)塵的問(wèn)題，煙塵濃度測(cè)量值會(huì)跳變值最大值，采用前者控制會(huì)出現(xiàn)高頻電源運(yùn)行參數(shù)大幅快速升降的問(wèn)題。后者PID 閉環(huán)控制邏輯可加入信號(hào)壞質(zhì)量保持好值、負(fù)荷變化前饋、手自動(dòng)無(wú)擾切換等優(yōu)化措施，使閉環(huán)控制的效果更明顯。因此，棗泉公司的兩臺(tái)機(jī)組均采用后者PID 閉環(huán)控制邏輯組態(tài)。

3 改造后效果分析

#1、#2 機(jī)組電除塵煙塵濃度閉環(huán)控制調(diào)試后投入運(yùn)行正常。投運(yùn)后運(yùn)行人員基本不需手動(dòng)干預(yù)，極大地減少運(yùn)行人員的工作量。煙塵濃度控制穩(wěn)定，投入后未發(fā)生煙塵濃度短時(shí)超標(biāo)的問(wèn)題。

在相同機(jī)組負(fù)荷下，煤質(zhì)、電除塵入口煙溫偏差不大的情況下，對(duì)比電除塵閉環(huán)控制前后參數(shù)見(jiàn)表1。

從表2 中的數(shù)據(jù)可知，#1 機(jī)組電除塵電耗率下降0.0131%，#2 機(jī)組電除塵電耗率下降0.0701%，全廠合計(jì)電除塵電耗下降0.0422%。若全年發(fā)電67 億kWh，電除塵則少耗電282.74 萬(wàn)kWh。

4 總結(jié)

該電除塵器高頻電源電流閉環(huán)控制系統(tǒng)投入后實(shí)際運(yùn)行效果良好，電除塵運(yùn)行工況更趨穩(wěn)定，電除塵出口煙塵濃度穩(wěn)定控制在25mg/m3左右，電除塵器的運(yùn)行電耗下降，節(jié)能效果明顯，運(yùn)行人員基本不需手動(dòng)干預(yù)，極大地減少運(yùn)行人員的工作量。