汽動引風(fēng)機(jī)控制方案設(shè)計

王嘉毅

（上海電力建設(shè)啟動調(diào)整試驗所，上海 200031）

為了進(jìn)一步降低廠用電率，提高火電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，部分新建機(jī)組除將引風(fēng)機(jī)與脫硫增壓風(fēng)機(jī)合二為一之外，另一種節(jié)能技術(shù)，汽動引風(fēng)機(jī)替代電動引風(fēng)機(jī)也被廣泛應(yīng)用。因此，爐膛壓力控制從過去的單靜葉控制過渡到靜葉+轉(zhuǎn)速控制方式，本文以某1 000MW機(jī)組為例，介紹了一種汽動引風(fēng)機(jī)控制方案的設(shè)計，以及在RB、引風(fēng)機(jī)并列過程中的一些新思想。

1 系統(tǒng)概況

某1 000MW機(jī)組煙氣系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)與脫硫增壓風(fēng)機(jī)合并，配備2臺由上汽生產(chǎn)的BZ49／58／12型背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動的靜葉可調(diào)式軸流引風(fēng)機(jī)，每臺引風(fēng)機(jī)的額定容量為50%BMCR。鍋爐一再出口蒸汽作為引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)的工作汽源，鄰機(jī)汽源作為啟動及調(diào)試用汽汽源，除氧器作為引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)的正常排汽去向。IDF MEH控制系統(tǒng)與DCS一體化配置，采用艾默生過程控制有限公司生產(chǎn)的OVATION集散控制系統(tǒng)。

2 汽動引風(fēng)機(jī)控制策略分析

汽動引風(fēng)機(jī)啟動階段，當(dāng)小汽機(jī)掛閘且沖轉(zhuǎn)至1 000r／min，判斷汽動引風(fēng)機(jī)運行，聯(lián)開引風(fēng)機(jī)入口擋板，開靜葉至5%，小汽機(jī)繼續(xù)沖轉(zhuǎn)至3 000r／min定速。IDF MEH 交遙控后，即可投入引風(fēng)機(jī)靜葉自動，此時爐膛壓力由靜葉控制，靜葉控制采用單回路PI調(diào)節(jié)，引入送風(fēng)機(jī)動葉平均指令作為前饋，控制方式同常規(guī)電動驅(qū)動引風(fēng)機(jī)。

而與電動引風(fēng)機(jī)不同，采用汽動引風(fēng)機(jī)控制爐膛壓力的關(guān)鍵在于靜葉與轉(zhuǎn)速的協(xié)調(diào)和切換過程，目前在投產(chǎn)的同類型機(jī)組中比較常見的兩種方式。

第一種方式是小汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制交遙控后，投入靜葉自動，轉(zhuǎn)速自動也可投入，靜葉與轉(zhuǎn)速均顯示為自動方式，但此時轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的條件不滿足，轉(zhuǎn)速控制回路處于跟蹤狀態(tài)，保持轉(zhuǎn)速指令不變。以兩臺汽動引風(fēng)機(jī)均運行為例，隨著負(fù)荷的增加，當(dāng)2臺引風(fēng)機(jī)靜葉開度均大于70%（可調(diào)）后且小汽機(jī)轉(zhuǎn)速大于2 650r／min，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)條件滿足，引風(fēng)機(jī)靜葉控制回路切至轉(zhuǎn)速控制回路，靜葉控制回路切至跟蹤狀態(tài)，保持靜葉開度不變；在降負(fù)荷過程中，當(dāng)任一引風(fēng)機(jī)小機(jī)轉(zhuǎn)速降至2 650 r／min后，引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制回路切至靜葉控制回路，小汽機(jī)維持當(dāng)前轉(zhuǎn)速不變。該汽動引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制回路及切換邏輯見圖1。

圖1 一種汽動引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制回路及切換邏輯

由圖1可見，這種方式雖然能夠滿足汽動引風(fēng)機(jī)靜葉至轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速至靜葉的一次切換過程，但當(dāng)轉(zhuǎn)速控制切回靜葉控制后，轉(zhuǎn)速控制回路回到跟蹤當(dāng)前轉(zhuǎn)速狀態(tài)，轉(zhuǎn)速自動沒有手段將轉(zhuǎn)速升至2 650r／min以上，即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)條件的復(fù)位端始終置“1”，汽動引風(fēng)機(jī)無法再自動切至轉(zhuǎn)速控制回路，必須通過運行干預(yù)將轉(zhuǎn)速控制切手動，提升轉(zhuǎn)速后再次投入自動，等待下一次切換，而當(dāng)切換點處于一個較常見的負(fù)荷段時，這一操作變得愈加頻繁。因此該方式?jīng)]有實現(xiàn)真正意義上的靜葉控制與轉(zhuǎn)速控制的自動切換。

第二種方式是上述方案的簡化，在汽動引風(fēng)機(jī)啟動及低負(fù)荷階段，仍然使用引風(fēng)機(jī)靜葉控制爐膛壓力，機(jī)組帶一定負(fù)荷后，僅保留引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制，而引風(fēng)機(jī)靜葉控制改為手動控制或開環(huán)控制方式。開環(huán)控制方式下，引風(fēng)機(jī)靜葉開度指令根據(jù)負(fù)荷的函數(shù)產(chǎn)生。這一方式雖然避開了引風(fēng)機(jī)靜葉控制與轉(zhuǎn)速控制的自動切換問題，但在切換點附近，當(dāng)靜葉控制上行裕量不足或轉(zhuǎn)速控制下行裕量不足時仍需要人工切換。并且由于煤質(zhì)的變化，相同負(fù)荷下輸入爐膛的風(fēng)量不同，以及小汽機(jī)進(jìn)汽壓力的變化、背壓機(jī)排汽壓力的變化，都會影響切換點，由此也很難固定一個負(fù)荷作為切換點。

3 汽動引風(fēng)機(jī)全程自動控制方案

因此實現(xiàn)引風(fēng)機(jī)靜葉控制與轉(zhuǎn)速控制自動、順暢地切換，能大大提高汽動引風(fēng)機(jī)運行的經(jīng)濟(jì)性和自動化程度。據(jù)此對汽動引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制回路及切換邏輯進(jìn)行優(yōu)化，如圖2所示。

圖2 汽動引風(fēng)機(jī)全程自動控制邏輯

（1）IDF MEH 沖轉(zhuǎn)至3 000r／min定速交遙控后，先后投入引風(fēng)機(jī)靜葉與轉(zhuǎn)速手操器自動，此時爐膛負(fù)壓由靜葉控制，轉(zhuǎn)速控制回路跟蹤當(dāng)前轉(zhuǎn)速，等待轉(zhuǎn)速真自動條件滿足。

（2）汽動引風(fēng)機(jī)進(jìn)入轉(zhuǎn)速真自動的條件只判斷靜葉開度，復(fù)位端條件引風(fēng)機(jī)小機(jī)轉(zhuǎn)速均低于2 950r／min與上轉(zhuǎn)速真自動已投入，原因是使引風(fēng)機(jī)靜葉開度滿足后，不會由于引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速略低于復(fù)位轉(zhuǎn)速，無法進(jìn)入轉(zhuǎn)速控制回路。

（3）當(dāng)2臺引風(fēng)機(jī)靜葉開度均大于68%時，設(shè)置一段引風(fēng)機(jī)靜葉+轉(zhuǎn)速共同調(diào)節(jié)區(qū)，使汽動引風(fēng)機(jī)在進(jìn)入轉(zhuǎn)速真自動前，能夠自動拉升轉(zhuǎn)速，逐步滿足轉(zhuǎn)速條件。

（4）在引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速真自動條件復(fù)位端設(shè)置2個15s的反向延時，使在切換點附近，靜葉控制進(jìn)入轉(zhuǎn)速控制存在一段滯后，避免靜葉控制與轉(zhuǎn)速控制頻繁切換，同時也充分利用靜葉+轉(zhuǎn)速共同調(diào)節(jié)區(qū)來控制轉(zhuǎn)速，直至完全進(jìn)入轉(zhuǎn)速控制回路。

（5）爐膛壓力進(jìn)入引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制后，靜葉進(jìn)入跟蹤方式，保持不變。當(dāng)轉(zhuǎn)速降至2 950r／min后，切至靜葉控制，回到（1）狀態(tài)。根據(jù)負(fù)荷變化，往復(fù)切換，實現(xiàn)汽動引風(fēng)機(jī)靜葉與轉(zhuǎn)速的全程自動切換。

（6）引風(fēng)機(jī)靜葉控制回路采用平衡回路，而轉(zhuǎn)速控制回路不采用平衡回路，當(dāng)2臺引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速手操器均手動時，轉(zhuǎn)速PID跟蹤2臺小機(jī)轉(zhuǎn)速最大值，2個轉(zhuǎn)速手操器都設(shè)有各自的偏置。這樣設(shè)計既符合運行對小機(jī)操作的習(xí)慣，又使得在送、引風(fēng)機(jī)RB過程中，引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速拉升目標(biāo)位可調(diào)可控。另外，當(dāng)單側(cè)引風(fēng)機(jī)跳閘或送、引風(fēng)機(jī)RB時，不論汽動引風(fēng)機(jī)是否在轉(zhuǎn)速控制下，運行引風(fēng)機(jī)都以600r／min的升速率拉升轉(zhuǎn)速，由于此時引風(fēng)機(jī)靜葉會通過平衡回路疊加，這樣可以使引風(fēng)機(jī)快速進(jìn)入轉(zhuǎn)速控制。

（7）基于汽動引風(fēng)機(jī)靜葉控制與轉(zhuǎn)速控制全程自動切換的實現(xiàn)，從而使引風(fēng)機(jī)并列過程操作更簡便。并列另一臺引風(fēng)機(jī)時，原運行引風(fēng)機(jī)靜葉處于自動控制方式，轉(zhuǎn)速切手動，手動加轉(zhuǎn)速至4 200r／min，靜葉調(diào)節(jié)爐膛壓力逐漸關(guān)小；待并列引風(fēng)機(jī)靜葉開5%，沖轉(zhuǎn)至4 200r／min。2臺轉(zhuǎn)速匹配后，相當(dāng)于2臺定速引風(fēng)機(jī)，逐漸開啟待并列引風(fēng)機(jī)靜葉，原運行引風(fēng)機(jī)靜葉通過自動調(diào)節(jié)和平衡回路繼續(xù)控制爐膛壓力，直至一個明顯的爐膛壓力擾動和原運行引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速階躍，說明兩臺引風(fēng)機(jī)已并列入系統(tǒng)。此時可以投入后并入引風(fēng)機(jī)靜葉自動，通過偏置逐漸調(diào)平兩臺引風(fēng)機(jī)靜葉后，手動降低2臺引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，若在降轉(zhuǎn)速過程中，靜葉開度均大于70%，則投入兩臺引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速自動，進(jìn)入轉(zhuǎn)速控制；或2臺引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降至3 000r／min，投入轉(zhuǎn)速自動，兩臺引風(fēng)機(jī)仍處于靜葉控制。汽動引風(fēng)機(jī)并列過程如圖3所示。

圖3 汽動引風(fēng)機(jī)并列過程

4 結(jié)語

通過對汽動引風(fēng)機(jī)控制方案的再設(shè)計，實現(xiàn)了靜葉與轉(zhuǎn)速的全程自動切換控制，并在1 000 MW機(jī)組上取得了良好的應(yīng)用效果，提高了汽動引風(fēng)機(jī)運行的自動化程度和經(jīng)濟(jì)性，能對新建的同類型機(jī)組優(yōu)化設(shè)計起到借鑒的作用。