煤量反饋波動(dòng)導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)過流的分析及對(duì)策

吳永鋒（茂名臻能熱電有限公司，廣東 茂名 525011）

1 設(shè)備概況

茂名臻能熱電有限公司5號(hào)機(jī)組（下文稱#5機(jī)組）為國(guó)產(chǎn)200MW超高壓燃煤機(jī)組。磨煤機(jī)為北京電力設(shè)備總廠生產(chǎn)的ZGM 80N中速輥式磨煤機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)研磨出力23.43t/h；給煤機(jī)為沈陽施道克電力設(shè)備有限公司生產(chǎn)的EG-2490稱重式給煤機(jī)，最 大 出力40t/h；送風(fēng)機(jī)為上海鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的軸流式FAF18-9-1風(fēng)機(jī)，電機(jī)為上海電機(jī)廠生產(chǎn)的FW 630-6電機(jī)，額定電壓6000V，額定電流40.6A，跳閘電流為57A；引風(fēng)機(jī)為上海鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的離心式T4-62AZ/1790風(fēng)機(jī)，電機(jī)為上海電機(jī)廠生產(chǎn)的YKK 630-8電機(jī)，額定工作電壓為6000V，額定工作電流為129.2A，跳閘電流為184A。

2 事件經(jīng)過

2012年5月22日，＃5機(jī)組投入AGC方式、送引風(fēng)機(jī)投入自動(dòng)、帶145MW負(fù)荷運(yùn)行。15:57:50，C給煤機(jī)的指令為46.28%不變，但它的煤量反饋信號(hào)開始波動(dòng)，最高升至75.97%。送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉PID輸出指令由34.3%增加到49.5%，A送風(fēng)機(jī)電流由18.36A增加到27.06A，B送風(fēng)機(jī)電流由18.26A增加到27.69A；引風(fēng)機(jī)液力耦合器PID輸出指令由45.6%增加到65.3%，A引風(fēng)機(jī)電流由72A增加到138.42A，B引風(fēng)機(jī)電流由74.7A增加到150.36A；爐膛負(fù)壓由-46.88Pa升到318.64Pa后下降到-247.82Pa，如圖1、圖2所示。引風(fēng)機(jī)過流保護(hù)報(bào)警，由于當(dāng)時(shí)機(jī)組負(fù)荷較低，兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)才沒有因?yàn)檫^流保護(hù)跳閘，鍋爐MFT。

3 原因分析

EG-2490稱重式給煤機(jī)配有皮帶轉(zhuǎn)速測(cè)量和單位皮帶長(zhǎng)度上煤的重量測(cè)量，兩者的乘積即為給煤流量信號(hào)。從C給煤機(jī)煤量反饋信號(hào)波動(dòng)的情況來分析，如圖1所示，它是由于C落煤管阻塞、落煤欠通暢造成的。C給煤機(jī)指令一直為46.28%不變。15:57:50，由于C落煤管阻塞，單位皮帶長(zhǎng)度上煤的重量迅速減少，皮帶轉(zhuǎn)速未能及時(shí)調(diào)整，C煤量反饋從45.72%降為40.96%；C給煤機(jī)皮帶轉(zhuǎn)速增加后，15:58:01，C落煤管突然通暢，大量的煤塊落到皮帶秤上，單位長(zhǎng)度上煤的重量迅速增加，C煤量反饋升至最高值75.97%；隨后，C給煤機(jī)轉(zhuǎn)速降低，C煤量反饋下降。如此反復(fù)多次，C落煤管通暢后，煤量反饋信號(hào)才恢復(fù)正常。

#5機(jī)組的送風(fēng)控制系統(tǒng)為帶有氧量校正的空燃比單級(jí)控制系統(tǒng)，風(fēng)量設(shè)定值由經(jīng)氧量校正后的鍋爐指令、總?cè)剂狭考白钚★L(fēng)量信號(hào)經(jīng)大選后形成，如圖3所示；爐膛壓力控制系統(tǒng)為帶送風(fēng)指令前饋的單級(jí)控制系統(tǒng)。因此，C煤量反饋信號(hào)的波動(dòng)必然會(huì)使風(fēng)量設(shè)定值波動(dòng)，從而導(dǎo)致送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的波動(dòng)。送風(fēng)控制系統(tǒng)的基本任務(wù)是保證爐膛中燃料的充分燃燒及燃燒的經(jīng)濟(jì)性。首先保持一定的風(fēng)/煤比，再由氧量校正。在機(jī)組加減時(shí)，始終保持一定的過量空氣，在整個(gè)過程中始終保持“總風(fēng)量大于或等于總?cè)剂狭俊?。因此，風(fēng)量指令設(shè)置得當(dāng)與否，直接影響到機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

圖3 風(fēng)量設(shè)定值邏輯

#5機(jī)組運(yùn)算后的風(fēng)量設(shè)定值與實(shí)際風(fēng)量相比較，經(jīng)PID運(yùn)算后參與送風(fēng)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。由于PID是基于有差調(diào)節(jié)從而導(dǎo)致了送風(fēng)控制系統(tǒng)動(dòng)作的滯后性，所以引用風(fēng)量設(shè)定值經(jīng)函數(shù)轉(zhuǎn)換后，作為送風(fēng)控制系統(tǒng)的前饋輸入，當(dāng)風(fēng)量設(shè)定值發(fā)生變化時(shí)就發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)，使送風(fēng)機(jī)快速適應(yīng)風(fēng)量設(shè)定值的變化。

#5機(jī)組爐膛壓力控制系統(tǒng)為帶送風(fēng)指令前饋的單級(jí)控制系統(tǒng)，使送引風(fēng)協(xié)調(diào)動(dòng)作。爐膛壓力控制系統(tǒng)的功能是根據(jù)爐膛壓力的偏差對(duì)引風(fēng)機(jī)液力耦合器進(jìn)行調(diào)節(jié)，穩(wěn)定爐膛壓力，同時(shí)引入了送風(fēng)指令經(jīng)函數(shù)運(yùn)算后的前饋信號(hào)，在送風(fēng)指令信號(hào)變化時(shí)，及時(shí)調(diào)節(jié)引風(fēng)量，使之與送風(fēng)量相適應(yīng)，以維持爐膛負(fù)壓在允許范圍內(nèi)變化。

#5機(jī)組送風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)和爐膛壓力控制系統(tǒng)都使用到了前饋控制。前饋控制是根據(jù)擾動(dòng)補(bǔ)償原理工作的，即當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生時(shí)就發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)，及時(shí)克服干擾可能造成的不利影響，從而改善調(diào)節(jié)質(zhì)量。但是，前饋控制屬于開環(huán)調(diào)節(jié)，對(duì)過程參數(shù)變化靈敏，需要精確的過程模型，在生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)的特性是隨負(fù)荷變化的，要想得到準(zhǔn)確的干擾信號(hào)比較困難，容易造成過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償。#5機(jī)組送風(fēng)控制系統(tǒng)、爐膛壓力控制系統(tǒng)的前饋輸入函數(shù)設(shè)定不當(dāng)，造成了系統(tǒng)過補(bǔ)償，導(dǎo)致控制回路大幅波動(dòng)，送引風(fēng)機(jī)大幅波動(dòng)，引風(fēng)機(jī)過流。

4 改進(jìn)措施

#5機(jī)組煤量反饋信號(hào)波動(dòng)是引起機(jī)組送風(fēng)控制系統(tǒng)、爐膛壓力控制系統(tǒng)波動(dòng)的根本原因。但目前還沒有辦法從根本上消除煤量反饋信號(hào)的波動(dòng)，所以只有對(duì)進(jìn)入DCS控制系統(tǒng)、參與調(diào)節(jié)的煤量反饋信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，以防止非正常信號(hào)進(jìn)入自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)?！痘痣姀S熱控系統(tǒng)可靠性配置與事故預(yù)控》指出，所有重要的模擬量輸入信號(hào)必須采用超出量程上限等方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行“質(zhì)量”判別；緩變模擬量信號(hào)，應(yīng)正確設(shè)置變化速率[1]。＃5機(jī)組的磨煤機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)研磨出力為23.43t/h，一般情況下，磨煤機(jī)在20t/h負(fù)荷附近運(yùn)行；給煤機(jī)最大出力為40t/h。因此，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，將給煤機(jī)的輸出指令限制在60%（相當(dāng)于24t/h）以內(nèi)，參與調(diào)節(jié)的煤量反饋信號(hào)也限制在60%以內(nèi)。給煤機(jī)所給出的原煤需要經(jīng)過磨煤機(jī)研磨、粉管輸送才進(jìn)入爐膛燃燒。從給煤量變化到鍋爐燃燒需要一個(gè)過程，即給煤機(jī)煤量反饋信號(hào)的瞬間波動(dòng)不會(huì)立刻影響到鍋爐的燃燒。但是，參與協(xié)調(diào)控制的給煤機(jī)煤量反饋信號(hào)波動(dòng)會(huì)對(duì)送風(fēng)控制系統(tǒng)、爐膛壓力控制系統(tǒng)造成巨大的擾動(dòng)。因此，將給煤機(jī)煤量反饋信號(hào)的變化速率限制在每秒2.5%以內(nèi)。

根據(jù)#5機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際情況，重新整定送風(fēng)控制系統(tǒng)、爐膛壓力控制系統(tǒng)的風(fēng)/煤比函數(shù)、風(fēng)量指令到送風(fēng)前饋函數(shù)、送風(fēng)機(jī)到引風(fēng)前饋函數(shù)，如表1、表2、表3所示，以獲得更加精確的干擾信號(hào)。由圖表可見，在低負(fù)荷段，函數(shù)均做了正修正，防止了系統(tǒng)欠補(bǔ)償；在高負(fù)荷段，函數(shù)均做了負(fù)修正，防止了系統(tǒng)過補(bǔ)償。修改后的送風(fēng)控制系統(tǒng)、爐膛壓力控制系統(tǒng)能有效地防止過量空氣進(jìn)入爐膛參與燃燒，保證燃料的充分燃燒及燃燒的經(jīng)濟(jì)性；送引風(fēng)機(jī)既能快速準(zhǔn)確響應(yīng)機(jī)組負(fù)荷的變化，維持爐膛負(fù)壓，又能避免大幅度波動(dòng)。

表1 風(fēng)/煤比函數(shù)修改

5 整改效果

#5機(jī)組在給煤機(jī)反饋信號(hào)進(jìn)行限幅、限速處理，送風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)和爐膛壓力控制系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)重新整定后，投入運(yùn)行。2012年6月16日，＃5機(jī)組投入AGC方式、送引風(fēng)機(jī)投入自動(dòng)、帶170MW負(fù)荷運(yùn)行。在啟動(dòng)E給煤機(jī)瞬間，E煤量反饋信號(hào)突變，由0%飛升至44%。送引風(fēng)機(jī)平緩響應(yīng)：送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉PID輸出指令由34.7%增加到42.3%，A送風(fēng)機(jī)電流由17.85A增加到20.7A，B送風(fēng)機(jī)電流由17.9A增加到21.6A；引風(fēng)機(jī)液力耦合器PID輸出指令由49.5%增加到52.56%，A引風(fēng)機(jī)電流由78.19A增加到83.31A，B引風(fēng)機(jī)電流由79.05A增加到81.2A；爐膛壓力最大為161.5Pa，最小為-108.22Pa，如見圖4、圖5所示。

圖4 2012年6月16日修改后送風(fēng)機(jī)響應(yīng)曲線

圖5 2012年6月16日修改后引風(fēng)機(jī)響應(yīng)曲線

此次的煤量反饋信號(hào)波動(dòng)量比2012年5月22日的還要大+8.65%，但是送引風(fēng)機(jī)的指令、反饋、電流以及爐膛壓力的波動(dòng)量均比修改前有不同程度的下降。引風(fēng)機(jī)A電流變化量減少了61.3A，引風(fēng)機(jī)B電流變化量減少了73.51A，如表4所示，有效地消除引風(fēng)機(jī)電機(jī)電流過大的問題，保證引風(fēng)機(jī)電機(jī)及機(jī)組的安全運(yùn)行。

表4 修改前后參數(shù)波動(dòng)量對(duì)比

6 結(jié)語

通過對(duì)#5機(jī)組給煤機(jī)反饋信號(hào)進(jìn)行限幅、限速處理，及對(duì)送風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)和爐膛壓力控制系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)重新整定，有效地消除了給煤機(jī)煤量反饋異常波動(dòng)對(duì)機(jī)組送引風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的影響。機(jī)組既能快速響應(yīng)負(fù)荷的變化，又能保證設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行，達(dá)到理想的控制效果，提高了機(jī)組的安全穩(wěn)定性。本文對(duì)受煤量異常波動(dòng)、送引風(fēng)過流困擾的電廠有一定借鑒作用。

[1] 電力行業(yè)熱工自動(dòng)化技術(shù)委員會(huì).火電廠熱控系統(tǒng)可靠性配置與事故預(yù)控[M].北京:中國(guó)電力出版社,2010.19.