引風(fēng)機變頻靜葉聯(lián)合控制研究與應(yīng)用及節(jié)能效果分析

汪朝陽 朱宇新

1.上海上電漕徑發(fā)電有限公司 2.上海明華電力技術(shù)工程有限公司

引風(fēng)機變頻靜葉聯(lián)合控制研究與應(yīng)用及節(jié)能效果分析

汪朝陽1朱宇新2

1.上海上電漕徑發(fā)電有限公司 2.上海明華電力技術(shù)工程有限公司

介紹了引風(fēng)機靜葉擋板和變頻控制策略、節(jié)能效果、聯(lián)合調(diào)解控制策略，在此基礎(chǔ)上詳細介紹了變頻凈葉聯(lián)合控制冷態(tài)試驗、熱態(tài)運行情況，最后給出了聯(lián)合控制方式的節(jié)能效果分析。

靜葉變頻聯(lián)合控制；爐膛負壓；控制策略；節(jié)能效果

上海上電漕徑發(fā)電有限公司1000 MW超超臨界火力電機組，其鍋爐為上海鍋爐廠有限公司引進阿爾斯通技術(shù)生產(chǎn)的塔式直流鍋爐，汽輪機為上海汽輪機有限公司引進西門子技術(shù)生產(chǎn)的單軸四缸四排汽凝汽式汽輪機，2013年利用機組檢修機會完成了2 臺引風(fēng)機變頻改造，從原先的靜葉調(diào)節(jié)改為變頻控制，這樣一是消除了靜葉的節(jié)流損失，二是變頻轉(zhuǎn)速可以盡可能地低，降低廠用電率。但是，機組運行時爐膛負壓由于燃料、送風(fēng)等參數(shù)變化的影響，經(jīng)常處于波動狀態(tài)，使得引風(fēng)機變頻轉(zhuǎn)速頻繁來回變化，給引風(fēng)機相關(guān)部件帶來交變應(yīng)力。先后發(fā)生過電機側(cè)聯(lián)軸器彈簧膜片斷裂（引風(fēng)機2A）、葉輪側(cè)聯(lián)軸器彈簧膜片及螺栓斷裂（引風(fēng)機2B）等引風(fēng)機設(shè)備故障，為此，除了考慮更換或加強引風(fēng)機相關(guān)部件外，也可以考慮優(yōu)化引風(fēng)機變頻控制，采用靜葉-變頻聯(lián)合控制方式，改變目前變頻來回頻繁變化的方式，以適應(yīng)引風(fēng)機部件強度不夠的現(xiàn)狀。

1 原引風(fēng)機靜葉擋板及變頻器控制策略

上海上電漕徑發(fā)電有限公司在完成引風(fēng)機變頻改造后，爐膛負壓的控制方式進行相應(yīng)修改，增加了變頻器的模擬量控制回路。在原先控制策略中，靜葉擋板和變頻器的自動控制回路是相互閉鎖的，同時只能有一種投入自動。當(dāng)靜葉擋板或變頻器投入自動后，另一套控制回路會被強制切到手動方式。這是因為兩套自動控制回路都是控制爐膛負壓，如果同時投入自動，兩套自動控制回路都會同時調(diào)節(jié)爐膛負壓，很可能形成過調(diào)，導(dǎo)致爐膛負壓控制發(fā)生振蕩。

一般當(dāng)引風(fēng)機用變頻器調(diào)節(jié)爐膛負壓時，運行人員會將靜葉擋板手動全開，使風(fēng)機靜葉的截流損失最小，以獲得最佳的節(jié)能效果。但是，由于鍋爐的燃燒有脈動的特點，爐膛負壓也同樣會呈現(xiàn)脈動的趨勢。變頻器調(diào)節(jié)爐膛負壓的過程中會來回頻繁變化，對引風(fēng)機的一些部件容易造成疲勞損傷。

2 引風(fēng)機變頻靜葉聯(lián)合調(diào)節(jié)控制策略

引風(fēng)機變頻方式下變頻轉(zhuǎn)速和靜葉擋板聯(lián)合調(diào)節(jié)控制技術(shù)，使得變頻器和靜葉擋板相互配合調(diào)節(jié)。

由于變頻器的頻率變化對引風(fēng)機靜葉的調(diào)節(jié)特性有較大影響，因此，引風(fēng)機靜葉擋板控制根據(jù)變頻器的輸出頻率的不同，對送風(fēng)機擋板指令前饋和PID調(diào)節(jié)參數(shù)增加了變參數(shù)功能。這樣能夠使得在不同的頻率特性下，靜葉擋板能保證較好的調(diào)節(jié)能力。

引風(fēng)機變頻器的控制則沒有采用原先的PID調(diào)節(jié)方式，而是使得變頻器頻率跟隨機組負荷指令變化。機組負荷越高，變頻器頻率也越高。同時，變頻器除了原來就有的RB前饋和送風(fēng)機擋板前饋，還新增了爐膛負壓偏差前饋。當(dāng)爐膛負壓與設(shè)定值偏差較大的情況下，變頻器會相應(yīng)的提高或降低出力，幫助靜葉擋板來控制爐膛負壓。

為防止由于負荷指令的小幅波動而造成引風(fēng)機變頻器輸出頻繁來回調(diào)節(jié)，變頻器的指令有一定死區(qū)。當(dāng)機組的爐膛負壓較為穩(wěn)定（實際值與設(shè)定值的偏差不大于150 Pa）時，變頻器的指令死區(qū)為0.5 Hz，隨著爐膛負壓控制偏差加大，變頻器指令死去逐漸減小，最小至0.1 Hz。

在新的變頻靜葉聯(lián)合控制策略下，變頻器輸出比較穩(wěn)定，不會隨爐膛負壓而波動，同時又保留了一定的變頻器的節(jié)能效果。這樣既解決了引風(fēng)機變頻來回頻繁調(diào)節(jié)的問題，又盡可能少的犧牲變頻經(jīng)濟性。

3 引風(fēng)機變頻靜葉聯(lián)合控制冷態(tài)試驗

在完成邏輯修改后，在機組啟動前對引風(fēng)機變頻靜葉聯(lián)合控制進行冷態(tài)試驗，調(diào)整控制參數(shù)。試驗時，送風(fēng)機、引風(fēng)機、一次風(fēng)機均運行兩臺，鍋爐未點火。

圖1、圖2分別是不同負荷段（總風(fēng)量2 300 t/h和3 400 t/h情況下）對爐膛負壓設(shè)定值擾動的試驗曲線。設(shè)定值擾動幅度為±200 Pa，試驗時，送風(fēng)機動葉擋板和增壓風(fēng)機靜葉擋板調(diào)節(jié)均在手動狀態(tài)。

從圖1、圖2中可以看到，爐膛負壓設(shè)定值變化200 Pa時, 變頻靜葉聯(lián)合控制效果較為理想。爐膛負壓穩(wěn)定時間為2 min，無超調(diào)。

圖3是送風(fēng)機動葉擋板的擾動試驗，通過改變送風(fēng)機動葉開度，模擬加減負荷時風(fēng)量變化，試驗引風(fēng)機變頻靜葉聯(lián)合控制能否較好的跟隨。

在初次試驗過程中，送風(fēng)機擋板從40%開至50%，送風(fēng)量變化425 t/h，爐膛負壓由-105 Pa上漲至300 Pa，變化了405 Pa；送風(fēng)機擋板從55%關(guān)至40%，風(fēng)量變化了700 t/h，爐膛負壓由-105Pa下降至-670 Pa，變化了570 Pa。

圖1 爐膛負壓設(shè)定值擾動試驗（2 300 t/h風(fēng)量）

圖2 爐膛負壓設(shè)定值擾動試驗（3 400 t/h風(fēng)量）

分析試驗數(shù)據(jù)后，調(diào)整了變頻器指令的貫性時間以及送風(fēng)機動葉擋板對引風(fēng)機靜葉擋板以及變頻器的前饋增益。然后，再次將送風(fēng)機擋板從40%開至55%，送風(fēng)量變化了500 t/h,爐膛負壓也由-25 Pa升至180 Pa，僅變化了205 Pa，較原先的控制性能提高許多。

4 引風(fēng)機變頻靜葉聯(lián)合控制熱態(tài)運行情況

引風(fēng)機變頻靜葉聯(lián)合控制策略投入使用后，機組的爐膛負壓控制穩(wěn)定，在節(jié)能的效果下完全能保證機組的安全運行。圖4為引風(fēng)機變頻靜葉聯(lián)合控制的在700 MW至950 MW之間的運行曲線。

圖3 送風(fēng)機擾動試驗

機組在引風(fēng)機變頻靜葉聯(lián)合控制策略投入后，運行情況穩(wěn)定。爐膛負壓波動幅度穩(wěn)態(tài)時不超過150 Pa，變負荷啟停磨煤機時不超過350 Pa。

由于引風(fēng)機變頻靜葉聯(lián)合控制主要是由靜葉擋板來響應(yīng)爐膛負壓的變化，而靜葉擋板的調(diào)節(jié)存在1.5%左右的調(diào)節(jié)死區(qū)。所以在新的聯(lián)合控制的情況下，爐膛負壓的調(diào)節(jié)性能要低于純變頻運行方式。但是，在啟停磨煤機、RB等較大工況變化的情況下，靜葉擋板的響應(yīng)速度要快于變頻運行方式。

5 引風(fēng)機變頻靜葉聯(lián)合控制方式節(jié)能效果分析

表1中是不同控制策略下，引風(fēng)機的電流對比。

根據(jù)這些數(shù)據(jù)，按照有功功率=1.732×電流×電壓×功率因素的公式來分析計算節(jié)能效果，計算結(jié)果見表2。從表1、表2的數(shù)據(jù)中可以看到，聯(lián)合控制的節(jié)能效果低于純變頻運行的方式，但相較于純工頻運行依舊有較大的節(jié)能效果。同時，聯(lián)合控制能夠提高引風(fēng)機變頻運行的安全性能，降低引風(fēng)電機側(cè)聯(lián)軸器彈簧膜片斷裂、葉輪側(cè)聯(lián)軸器彈簧膜片及螺栓斷裂等設(shè)備故障的可能。

表1 引風(fēng)機不同運行方式電機電流對比

表2 引風(fēng)機不同運行方式功率對比

6 結(jié)語

圖4 引風(fēng)機變頻靜葉聯(lián)合控制

通過控制功能設(shè)計、控制邏輯組態(tài)修改、冷態(tài)調(diào)試、熱態(tài)試驗等一系列工作，引風(fēng)機變頻靜葉聯(lián)合控制策略已實現(xiàn)良好的運行功能，控制品質(zhì)良好，能滿足機組日常運行及AGC變負荷需求。引風(fēng)機采用變頻靜葉聯(lián)合控制策略后變頻器輸出比較穩(wěn)定，不會隨爐膛負壓而波動，同時又保留了一定的變頻器的節(jié)能效果。這樣既解決了引風(fēng)機變頻來回頻繁調(diào)節(jié)而引發(fā)的安全問題，又能盡可能少的犧牲變頻經(jīng)濟性。但引風(fēng)機采用變頻靜葉聯(lián)合控制后節(jié)能效果低于純變頻運行的方式。在資金允許的情況下，對引風(fēng)機進行改造，盡可能早日實現(xiàn)純變頻運行方式。

Study on Induced Draft Fan Combined Static Blade Frequency Control and Analysis on Application and Energy Saving Effect

Wang Chaoyang, Zhu Yuxin
Shanghai Electric Power Caohejing Power Generation Limited Company
Shanghai Minghua Electric Power Technology Engineering Limited Company

∶The article introduces induced draft fan static blade baffle and frequency control strategy, energy saving effect and combined mediation control strategy. Based on it the author introduces combined static blade frequency control cold test, hot running condition and finally puts forward energy saving analysis on combined control method.

∶Static Blade Frequency Control, Furnace Negative Pressure, Control Strategy, Energy Saving Effect

DOI∶10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.02.009