臺山電廠5號機組風(fēng)煙控制系統(tǒng)參數(shù)分析及優(yōu)化

鄭天華

（神華廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司，廣東 江門529228）

0 引言

火力發(fā)電廠中的鍋爐爐膛負壓控制直接反映了爐膛的燃燒情況，是運行過程中要控制和監(jiān)視的重要參數(shù)之一。當(dāng)爐內(nèi)燃燒工況發(fā)生變化或者鍋爐的燃燒系統(tǒng)發(fā)生故障時，最先在爐膛負壓上反映出來。爐膛負壓過大時，漏風(fēng)量增大，風(fēng)機電耗、不完全燃燒損失、排煙熱損失均增大；爐膛負壓過小甚至變?yōu)檎龎簳r，會進一步惡化燃燒甚至危及人身及設(shè)備安全。因此，監(jiān)視和控制爐膛負壓對于控制爐內(nèi)燃燒、分析運行工況、避免事故的發(fā)生均有極其重要的意義。

1 風(fēng)煙系統(tǒng)控制策略

臺山電廠爐膛負壓控制主要通過引風(fēng)機的控制邏輯實現(xiàn)，通過爐膛壓力與設(shè)定值偏差按PI調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)引風(fēng)機動葉開度，從而保持爐膛負壓。設(shè)定值代表要求保持的爐膛壓力，被調(diào)量為爐膛壓力。為提高測量可靠性，爐膛負壓信號采用三取二加取平均，然后經(jīng)過一階慣性和死區(qū)限制處理消除信號中的噪音波動，二者之差即為調(diào)節(jié)偏差。同時進風(fēng)量也是引起爐膛壓力變化的一個主要因素，回路中引入2臺送風(fēng)機動葉反饋平均值函數(shù)作為引風(fēng)機PID調(diào)節(jié)的前饋量，使爐膛壓力變化盡可能減小。

由于臺山電廠5號機采用的是鼓泡塔脫硫系統(tǒng)，吸收塔阻力較大，所以引入了增壓風(fēng)機來加大脫硫系統(tǒng)的入口壓力。因此增壓風(fēng)機的出力就成了控制爐膛負壓的另一個因素。增壓風(fēng)機實際上是二次引風(fēng)機，主要是根據(jù)機組引風(fēng)機調(diào)節(jié)控制的，將2臺引風(fēng)機靜葉反饋均值作為風(fēng)機動葉控制的前饋，而增壓風(fēng)機動葉的PID調(diào)節(jié)是根據(jù)旁路差壓調(diào)節(jié)的，所以增壓風(fēng)機動葉的控制指令量＝引風(fēng)機靜葉反饋前饋量＋入口煙氣壓力PID輸出量。圖1給出了簡略的增壓風(fēng)機動葉控制示意圖。

圖1 增壓風(fēng)機動葉控制示意圖

自臺山電廠完成5號機組脫硫取消旁路改造工作后，在風(fēng)煙系統(tǒng)聯(lián)調(diào)中，專門針對引風(fēng)機自動調(diào)節(jié)PID中增加變比例和變積分，其目的是使爐膛負壓調(diào)節(jié)更加完善和可靠，能滿足各種工況的自動調(diào)節(jié)。具體變比例和變積分部分參數(shù)如下：KP＝f主蒸汽流量×f偏差×0.4，Tn＝F主蒸汽流量×F偏差×50。其中，KP為引風(fēng)機靜葉PID的比例部分，Tn為引風(fēng)機靜葉PID的積分部分，f主蒸汽流量、F主蒸汽流量為主蒸汽流量函數(shù)，f偏差、F偏差為引風(fēng)機靜葉指令、反饋偏差的函數(shù)，2臺引風(fēng)機靜葉PID共用這套邏輯。

2 5號爐負壓波動事件

2014年8月21日08：28，5號機組負荷由450MW降至390MW過程中，爐膛負壓出現(xiàn)振蕩型波動。負壓在－427～177Pa之前周期性波動，增壓風(fēng)機入口壓力與爐膛負壓波動曲線趨勢相同，最高236Pa，最低－426Pa。引風(fēng)機A靜葉開度在39.1%～41.3%之間周期性調(diào)節(jié)動作，引風(fēng)機B靜葉開度固定于43.3%，增壓風(fēng)機動葉開度在52%～54.7%之間周期性調(diào)節(jié)動作，引風(fēng)機A電流在215.7～240.6A之間波動，與靜葉開度動作相匹配，引風(fēng)機B電流一直保持在247.8A。

3 系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化

通過對8月21日5號機爐膛負壓頻繁波動事件的初步分析，認為引風(fēng)機調(diào)節(jié)整體框架不存在錯誤，但調(diào)節(jié)品質(zhì)有待提高。通過分析可以認定引風(fēng)機靜葉PID控制器參數(shù)調(diào)節(jié)過強導(dǎo)致了爐膛負壓波動時靜葉調(diào)節(jié)深度過大，從而導(dǎo)致負壓過調(diào)而引起了調(diào)節(jié)器振蕩。

經(jīng)充分研究分析，對PID參數(shù)作了如下修改：（1）將比例系數(shù)中KP由0.4改為0.32；（2）將積分系數(shù)中Tn由50改為60。通過減小比例（20%）及增加積分時間（20%）方法來減緩引風(fēng)機靜葉調(diào)節(jié)，減小了因調(diào)節(jié)器過調(diào)造成的振蕩，有利于機組爐膛負壓穩(wěn)定。同時為了在爐膛負壓小偏差內(nèi)能及時調(diào)節(jié)，對5號機組引風(fēng)機靜葉偏差部分的比例進行適當(dāng)修改，將小偏差內(nèi)的比例系數(shù)適當(dāng)加大，這就滿足了引風(fēng)機靜葉對爐膛負壓調(diào)節(jié)響應(yīng)的快速性。具體函數(shù)修改如表1、表2所示。

表1 原比例部分偏差函數(shù)

表2 修改后比例部分偏差函數(shù)

在對5號機組引風(fēng)機靜葉自動PID比例及積分修改后，機組變負荷時，爐膛負壓最低跌至－475Pa，從整體觀察來看，爐膛負壓自動調(diào)節(jié)大部分已能滿足現(xiàn)場運行調(diào)節(jié)。但在機組快速降負荷時，仍存在工況變化劇烈而引風(fēng)機調(diào)節(jié)稍慢的情況，爐膛負壓在1min內(nèi)由－26Pa降至－453Pa，且前端降至－194Pa明顯相對較緩，而從－194Pa降至－453Pa明顯速度加快，應(yīng)屬機組在降負荷時減風(fēng)減煤造成，而此段時間2臺引風(fēng)機靜葉及增壓風(fēng)機動葉均未發(fā)生變化，純屬爐膛工況引起，引風(fēng)機靜葉自動調(diào)節(jié)也屬正常。且在此期間，引風(fēng)機靜葉控制明顯可以在一次負壓擾動的情況下準確動作，未再出現(xiàn)調(diào)節(jié)振蕩發(fā)散現(xiàn)象。而此時爐膛負壓的調(diào)節(jié)品質(zhì)仍未達到理想水平。

通過對增壓風(fēng)機動葉調(diào)節(jié)PID深入分析得出，增壓風(fēng)機在前饋函數(shù)設(shè)置上不合理，在引風(fēng)機靜葉開度為35%～40%時明顯速率過快，從而導(dǎo)致增壓風(fēng)機在該區(qū)域調(diào)節(jié)時過強。也就是說，在爐膛負壓出現(xiàn)工況變化時，引風(fēng)機靜葉自動調(diào)節(jié)的同時，增壓風(fēng)機同樣也因受到前饋作用而進行調(diào)節(jié)，且該區(qū)間調(diào)節(jié)強度較大，進一步加深了調(diào)節(jié)振蕩。因此對增壓風(fēng)機動葉PID前饋做了如下修改，如表3、表4所示。

表3 原增壓風(fēng)機前饋函數(shù)

表4 調(diào)整后的增壓風(fēng)機前饋函數(shù)

通過增壓風(fēng)機與引風(fēng)機聯(lián)調(diào)優(yōu)化，目前5號機組爐膛負壓有了很大改善。從曲線觀察，在機組升降負荷過程中，爐膛負壓在－180～＋80Pa之間波動（設(shè)定值為－100Pa），同時在負壓出現(xiàn)波動時自動調(diào)節(jié)能迅速調(diào)整回正常值，持續(xù)周期性波動也消失了。通過優(yōu)化，爐膛負壓抗燃燒帶來的干擾能力得到進一步提升。具體優(yōu)化后曲線如圖2所示。

圖2 爐膛負壓控制曲線

4 結(jié)語

綜上所述，臺山電廠5號機組在350～450MW負荷段，對應(yīng)的2臺引風(fēng)機靜葉在該負荷段（35%～40%）時過于敏感，2%的小開度就能引起引風(fēng)機電流高達25A的波動，并存在風(fēng)機間搶風(fēng)現(xiàn)象，非常不利于自動調(diào)節(jié)。但通過此次對5號爐風(fēng)煙系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化，可適當(dāng)減弱這種特性對機組燃燒穩(wěn)定性的影響。從本次參數(shù)優(yōu)化過程可以看出，通過對系統(tǒng)參數(shù)的修正，大大提升了臺山電廠5號機組的爐膛負壓控制能力，完全滿足目前機組控制的要求。