【文章內(nèi)容簡介】 、引風(fēng)控制系統(tǒng) 鐵嶺發(fā)電廠 4 機(jī)組送風(fēng)、引風(fēng)控制系統(tǒng) 5 2． 2 風(fēng)機(jī)的喘振 概述 鐵嶺發(fā)電廠一期工程兩臺 300MW 機(jī)組的送風(fēng)控制采用兩臺動葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)，這類風(fēng)機(jī)具有容量大、啟動力矩小、耗電少和體積?。ㄅc離心式風(fēng)機(jī)比較）等特點(diǎn)。因此，目前國內(nèi)許多大型火電廠采用軸流式風(fēng)機(jī)作為送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、和引風(fēng)機(jī)的數(shù)目日趨增多。但以往的送風(fēng)控制系統(tǒng)中，風(fēng)機(jī)的保護(hù)大多是用限制風(fēng)機(jī)的馬達(dá)電流實(shí)現(xiàn)，這種系統(tǒng)往往設(shè)計成一旦風(fēng)機(jī)馬達(dá)過電流時，則保護(hù)動作，風(fēng)機(jī)將由自動控制狀態(tài)切到手動狀態(tài)運(yùn)行。如果操作人員手調(diào)不及時，風(fēng)機(jī)則容易 越過臨界點(diǎn)進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)。如果風(fēng)機(jī)長期在不穩(wěn)定區(qū)段運(yùn)行就會造成風(fēng)量脈動等不正?，F(xiàn)象。嚴(yán)重時脈動加劇，風(fēng)量 Q 與風(fēng)壓大幅度波動，噪音增大，甚至風(fēng)道和管道也會發(fā)生激烈的振動，這就是風(fēng)機(jī)的“喘振”。喘振危害性很大，嚴(yán)重時能造成風(fēng)道和風(fēng)機(jī)部件全面損壞。為防止“喘振”的發(fā)生，鐵嶺電廠 4 號機(jī)組采用 INFI— 90 實(shí)現(xiàn)的送風(fēng)控制系統(tǒng)專門設(shè)計了風(fēng)機(jī)防喘振調(diào)節(jié)回路，不但能防止風(fēng)機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定工況區(qū)，而且一旦風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)接近下圖中所示的臨界點(diǎn) K 時，送風(fēng)機(jī)控制將選折風(fēng)機(jī)的放喘振調(diào)節(jié)器的輸出來進(jìn)行調(diào)節(jié)，不必將系統(tǒng)切至手動狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了風(fēng) 機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 圖 22 風(fēng)機(jī)工作區(qū) 2． 3 送風(fēng)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)分析 送風(fēng)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)是協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的一個子系統(tǒng)，它主要通過調(diào)節(jié) 2 臺送風(fēng)機(jī)入口靜葉角度來滿足鍋爐燃燒所需要的空氣量。該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)： a 為一常規(guī)的具有氧量校正回路的串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，被調(diào)量是一二次風(fēng)量總和，設(shè)定值的形成由燃料主控指令經(jīng)過函數(shù)變換給出，并設(shè)計有最低限制（ 30%鍋爐總風(fēng)量），與其它電廠設(shè)計不同的是該系統(tǒng)還設(shè)計有最小二次風(fēng)量調(diào)節(jié)限制回路，氧量校正回路的作用是保護(hù)鍋爐燃燒最佳空氣過剩系數(shù)，確保鍋爐經(jīng) 濟(jì)運(yùn)行。氧量設(shè)定值為鍋爐負(fù)荷的函數(shù)，函數(shù)曲線見下圖 [3]： 沈陽工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 圖 23 氧量設(shè)定與風(fēng)量校正 B． 大部分電廠設(shè)計的風(fēng) /煤比系數(shù)為固定常數(shù)，該機(jī)組設(shè)計為由運(yùn)行人員手動設(shè)定風(fēng) /煤比系數(shù)，其獨(dú)到之處是該設(shè)計方案在于避免了因風(fēng) /煤比系數(shù)計算不精確而導(dǎo)致的氧量調(diào)節(jié)器輸出飽和現(xiàn)象。 C． 2 臺風(fēng)機(jī)電流可手動平衡。由于 2 臺風(fēng)機(jī)及其入口擋板特性不同，即使在相同指令下， 2 臺風(fēng)機(jī)也會因各自的出力不同而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)電流的不平衡，因此，該系統(tǒng)設(shè)計有 2 臺風(fēng)機(jī)入口靜葉指令偏置回路，在動態(tài)過程中可由運(yùn)行人員進(jìn)行手動操作，平衡風(fēng)力出口， 且對熱力系統(tǒng)無擾。 D． 設(shè)計有實(shí)際總?cè)剂狭繉?yīng)的最小風(fēng)量限制回路，在燃燒控制系統(tǒng)中還設(shè)計有實(shí)際總風(fēng)量對應(yīng)的最大燃料量限制回路，實(shí)現(xiàn)了燃料量與風(fēng)量的交叉限制，完成了熱力系統(tǒng)“加煤先加風(fēng)，減煤先減風(fēng)”的要求。 E．鍋爐總風(fēng)量由單臺風(fēng)機(jī)或 2 臺風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)時，系統(tǒng)增益是不同的，因此設(shè)計了增益自調(diào)整回路，單臺風(fēng)機(jī)投入自動時其增益是雙臺投入時的 2 倍，增益自調(diào)整過程為平滑過渡過程，避免由于增益變化對系統(tǒng)所產(chǎn)生的擾動。 F．可實(shí)現(xiàn)從風(fēng)機(jī)啟動到鍋爐帶負(fù)荷的全過程自動控制，當(dāng)風(fēng)機(jī)啟動后即投入自動運(yùn)行方式，維持最小風(fēng)量運(yùn)行，當(dāng) 風(fēng)量的設(shè)定值超過 30%MCR 時自動進(jìn)入風(fēng) /煤比自動控制回路，直至鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行。 G．為確保爐膛的安全，設(shè)計有爐膛壓力高低限制回路。 該系統(tǒng)設(shè)計缺點(diǎn)是當(dāng)?shù)谝慌_風(fēng)機(jī)已投入自動方式，在第二臺風(fēng)機(jī)需要投入自動時，需要手動校正 2 臺風(fēng)機(jī)的指令偏置，否則將存在擾動平衡過程，尤其對爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)影響較大，因未得到有關(guān)方面的許可，在調(diào)試過程中未對此過程進(jìn)行改進(jìn)，只在爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)中通過改變動態(tài)參數(shù)，加強(qiáng)爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的擾動能力。 2． 4 送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的自動投運(yùn) 1．概述 送風(fēng)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)是火電廠熱工自動調(diào)節(jié) 系統(tǒng)的一個重要組成部分 ,對保證鍋鐵嶺發(fā)電廠 4 機(jī)組送風(fēng)、引風(fēng)控制系統(tǒng) 7 爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著非常重要的作用。 送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中存在的問題比較多，如風(fēng)量、氧量信號不易測準(zhǔn)。它與鍋爐燃燒工況關(guān)系密切，容易引起鍋爐滅火、放炮等事故，長期以來，送風(fēng)自動調(diào)節(jié)普遍投運(yùn)不好。 2．送風(fēng)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在的問題 鐵嶺電廠（ 2 300MW 機(jī)組 ）送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)作為協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（ CCS）的一個子系統(tǒng)， 4 號機(jī)組采用北京貝利公司的 INFI90 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。 INFI90 分散控制系統(tǒng)的功能碼種類多、組態(tài)靈活，能實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制方案，為送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的自動投運(yùn)提供了有 利條件。該廠 4 號機(jī)組送風(fēng)調(diào)節(jié)存在的主要問題有： A．風(fēng)量測量不準(zhǔn)。風(fēng)量信號包括爐膛二次風(fēng)量、磨煤機(jī)熱二次風(fēng)量、一次風(fēng)量。爐膛二次風(fēng)量和一次風(fēng)量的差壓變送器設(shè)計量程偏小，長期超量程，導(dǎo)致風(fēng)量測量不準(zhǔn)； B．機(jī)組負(fù)荷低，長期在低負(fù)荷下運(yùn)行，送風(fēng)機(jī)動葉開度比較小，臨近送風(fēng)機(jī)的喘振區(qū)，給送風(fēng)自動調(diào)節(jié)帶來不利； C．調(diào)節(jié)系統(tǒng)中許多參數(shù)設(shè)置不合適，需根據(jù)實(shí)際情況重新設(shè)置。 送風(fēng)調(diào)節(jié)原理簡介 [5] 送風(fēng)自動調(diào)節(jié)的方案較多，如帶氧量校正的送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，直接用氧量控制的送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)等?；痣姀S最常用的是帶氧量校正的送風(fēng) 調(diào)節(jié)自動系統(tǒng)，其控制原理如下圖所示。 圖 24 送風(fēng)調(diào)節(jié)原理 風(fēng)量指令信號由鍋爐熱量信號與燃料量指令選大值，以保證風(fēng)量始終不小于燃料量；另外，最小風(fēng)量設(shè)定值（一般為 30%）也送入大值選折器，以保證最低風(fēng)量，防止鍋爐滅火。煙氣氧量的測量值與設(shè)定值的偏差，經(jīng)比例積分調(diào)節(jié)器運(yùn)算后送至校正乘法器進(jìn)行煙氣氧量的校正，輸出作為最終的風(fēng)量指令信號（ AFD）。沈陽工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 總風(fēng)量實(shí)測值（ AF）包括爐膛二次風(fēng)量、磨煤機(jī)熱二次風(fēng)量、一次風(fēng)量。 總風(fēng)量信號與總風(fēng)量指令信號進(jìn)行比較后送入比較積分調(diào)節(jié)器 ，其輸出通過 2個“ M/A”操作站去控制 2 臺送風(fēng)機(jī)的出力。 送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中采用氧量校正控制回路，是為了保證風(fēng)煤之間的合理配比，時鍋爐經(jīng)濟(jì)燃燒。 調(diào)節(jié)系統(tǒng)投運(yùn)前的準(zhǔn)備 [6] 為了保證送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的安全投運(yùn)，避免鍋爐熄火、放炮等事故，試投運(yùn)前作了大量的工作。 首先檢查風(fēng)量、氧量信號的正確性。 A、兩側(cè) A、 B 空預(yù)器前的 2 個氧量測量信號經(jīng)過邏輯回路選取適當(dāng)?shù)闹底鳛檠趿繙y量信號，信號邏輯回路的處理原則是：當(dāng) A、 B 2 路信號均好時，自動選兩者的平均值，也可手動選兩者之一作為有效信號；當(dāng) 2 路信號均壞質(zhì)量時，氧量校正控制 回路不能投自動。經(jīng)檢查， 2 路氧量測量信號及信號邏輯選折回路正確。 B 量測量信號包括左右爐膛二次風(fēng)量、左右磨煤機(jī)熱二次風(fēng)量、左右一次流量信號，經(jīng)檢查，爐膛二次風(fēng)量、一次風(fēng)量的設(shè)計量程偏小，根據(jù)實(shí)際情況擴(kuò)大爐膛二次風(fēng)量、一次風(fēng)量的量程。 3．系統(tǒng)投運(yùn) 所有準(zhǔn)備工作做好后，在機(jī)組帶 240MW 負(fù)荷以上時試投送風(fēng)自動。首先氧量校正回路在手動（即不投氧量校正），投風(fēng)量自動，風(fēng)量自動調(diào)節(jié)投運(yùn)較好后再投氧量自動 [1]。 2． 5 送風(fēng)控制系統(tǒng)在火電廠中的應(yīng)用 使燃料在爐膛中充分燃燒是送風(fēng)量控制的主要任務(wù)，如圖 8 所示。送風(fēng) 量控制系統(tǒng)為串級控制系統(tǒng)，主回路為氧量校正回路，用來修正燃料量與風(fēng)量的比例系數(shù)，副回路為風(fēng)量控制回路，是以母管壓力調(diào)節(jié)回路輸出或燃料量作為設(shè)定值，以送風(fēng)量經(jīng)氧量修正后作為測量值。為了保證鍋爐燃燒的安全性，在機(jī)組增減負(fù)荷時，保證有充足的送風(fēng)量和一定的過量空氣。在增加負(fù)荷時，鍋爐負(fù)荷指令同時加到燃料控制系統(tǒng)和送風(fēng)量控制系統(tǒng)。由于高選折器的作用，送風(fēng)量隨著鍋爐負(fù)荷指令的增加而增加，而燃料量受到實(shí)際測量的風(fēng)量經(jīng)補(bǔ)償及修正后的總風(fēng)量的閉鎖（低選折器），實(shí)際燃料量不會馬上增加，這樣就達(dá)到了增加負(fù)荷時先增風(fēng)后增燃料量的目 的。而在減負(fù)荷時，只有燃料量減少，送風(fēng)量控制系統(tǒng)才開始動作。但當(dāng)鍋爐負(fù)荷較低時，為了保證鍋爐能夠安全燃燒，風(fēng)量應(yīng)維持在 30%以上 [7]。 在實(shí)際的應(yīng)用過程中，為了保證燃料在爐膛中充分燃燒，送風(fēng)量控制系統(tǒng)主要從以下幾個方面來完善 [4]。 鐵嶺發(fā)電廠 4 機(jī)組送風(fēng)、引風(fēng)控制系統(tǒng) 9 a) 采用兩臺送風(fēng)量測量裝置（左、右），流量變送器的輸出一般要經(jīng)補(bǔ)償及開方后送加法器相加，然后作為總風(fēng)量，這樣可以保證風(fēng)量測量的準(zhǔn)確性。 b) 送風(fēng)量控制系統(tǒng)設(shè)有保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)爐膛壓力高于一定值時，送風(fēng)量控制系統(tǒng)閉鎖，防止送風(fēng)量繼續(xù)增加；當(dāng)爐膛壓力低于一定值時，送風(fēng)量控制系統(tǒng)閉 鎖，避免爐膛壓力繼續(xù)降低；而當(dāng)總風(fēng)量小于 25%時，就觸發(fā) MFT（主燃料跳閘）動作。 c) 為了保證燃燒的安全和經(jīng)濟(jì)，采用氧量控制系統(tǒng)控制一定的過量空氣，通過控制煙氣含氧量就可達(dá)到控制過量空氣系數(shù)的目的。氧量的校正系統(tǒng)采用單回路 PID 調(diào)節(jié)，其目的是保證氧量的測量值與設(shè)定值保持一致。鍋爐燃燒系統(tǒng)的需氧量的設(shè)定值應(yīng)與鍋爐的負(fù)荷成一定的函數(shù)關(guān)系，采用主蒸汽流量作為鍋爐負(fù)荷。選用適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)轉(zhuǎn)換可以保持氧量設(shè)定值與鍋爐負(fù)荷的最佳關(guān)系，而在計算機(jī)控制系統(tǒng)中采用函數(shù)發(fā)生器實(shí)現(xiàn)上述關(guān)系。燃料控制系統(tǒng)中燃料量和送風(fēng)量控制系統(tǒng)在 升降負(fù)荷過程中，同步協(xié)調(diào)動作。氧量回路在回路中起著細(xì)調(diào)的作用。因此，氧量校正應(yīng)該定得比較慢，以保證鍋爐的經(jīng)濟(jì)燃燒 [10]。 沈陽工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 3 引風(fēng)自動控制系統(tǒng) 3． 1 引風(fēng)量控制系統(tǒng) 燃燒控制系統(tǒng)在根據(jù)燃燒率指令控制燃料量和送風(fēng)量的同時，必須相應(yīng)地控制引風(fēng)量，以維持爐膛壓力在設(shè)定值附近，保證安全運(yùn)行。正常運(yùn)行時，爐膛壓力設(shè)定值為 50— 100Pa，具體數(shù)值與爐膛壓力的測量位置有關(guān)。因?yàn)樗惋L(fēng)量是爐膛壓力最重要的擾動因素，所以一般取送風(fēng)機(jī)動葉的控制指令（或送風(fēng)機(jī)動葉的實(shí)際位置），作 為引風(fēng)量控制的前饋信號。當(dāng)送風(fēng)量（或控制指令）變化時比例改變引風(fēng)量（指令），再根據(jù)爐膛壓力與設(shè)定值的偏差，由爐膛壓力調(diào)節(jié)進(jìn)行校正調(diào)節(jié)。 引風(fēng)量控制系統(tǒng)如圖 21 所示。 系統(tǒng)輸入信號為爐膛壓力信號，選三個爐膛壓力測量值信號中的一個中間值作為調(diào)節(jié)器輸入信號，與給定值進(jìn)行比較，對偏差進(jìn)行比例積分運(yùn)算后，輸出經(jīng) MI 多輸出接口組件送至各引風(fēng)機(jī)控制回路去調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)擋板的開度。由于爐膛壓力測量波動較大，為防止執(zhí)行器不必要的頻繁動作，在調(diào)節(jié)器中加入非線性環(huán)節(jié)，起阻尼濾波作用。調(diào)節(jié)器的前饋信號來自送風(fēng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器輸出的動 態(tài)聯(lián)系信號，以保證負(fù)荷變化時，引風(fēng)控制與送風(fēng)協(xié)調(diào)動作。 引風(fēng)控制系統(tǒng)動作過程如下：當(dāng)負(fù)荷變化時，鍋爐主控發(fā)出改變送風(fēng)量的指令，送風(fēng)調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差運(yùn)算，輸出改變送風(fēng)機(jī)擋板的信號。同時，此信號通過動態(tài)聯(lián)系組 f(t)把信號送至引風(fēng)調(diào)節(jié)器，引風(fēng)調(diào)節(jié)器輸出一個大小與方向與送風(fēng)調(diào)節(jié)信號相同的調(diào)節(jié)信號，改變引風(fēng)機(jī)擋板開度。當(dāng)送風(fēng)機(jī)擋板開度與引風(fēng)機(jī)擋板的相應(yīng)開度不能完全保證爐膛壓力在給定值時，或其它擾動引起爐膛壓力變化時，則由調(diào)節(jié)器偏差信號進(jìn)行校正。靜態(tài)時，動態(tài)聯(lián)系組 f(t)沒有輸出，故爐膛壓力保持為給定值 [15]。 3． 2 引風(fēng)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)分析 引風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計是為了實(shí)現(xiàn)對爐膛壓力控制，使其維持在額定負(fù)壓工況下，爐膛壓力的控制是通過對引風(fēng)機(jī)入口靜葉進(jìn)行調(diào)節(jié)來完成，該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)： A 系統(tǒng)并非簡單的串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，而是由 3 個 PI 調(diào)節(jié)器共同完成爐膛壓力的鐵嶺發(fā)電廠 4 機(jī)組送風(fēng)、引風(fēng)控制系統(tǒng) 11 調(diào)節(jié)，設(shè)定值為一固定參數(shù)，其缺點(diǎn)是手 /自動切換有擾動，因此，在動態(tài)投自動時需手動將實(shí)際爐膛負(fù)壓調(diào)至或接近設(shè)定值再投入自動，否則引起擾動較大。當(dāng)然，一般運(yùn)行方式一旦風(fēng)機(jī)啟動時將自動將爐膛壓力系統(tǒng)投入自動狀態(tài)，在啟動過程中存在一些擾動是允許的。 2 個輔助調(diào)節(jié) 器主要實(shí)現(xiàn)對爐膛壓力的高低限制，它不同于其它電廠所采用的跟蹤限制，而采用調(diào)節(jié)限制，其優(yōu)點(diǎn)是能夠快速消除動態(tài)超差，確保系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在允許工況下， 2 個副調(diào)節(jié)器則處于跟蹤狀態(tài)，穩(wěn)定偏差的消除靠主調(diào)節(jié)器來完成。 B 送風(fēng)前饋的引入使得當(dāng)進(jìn)行燃燒調(diào)整時，能夠提前作用爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，確保系統(tǒng)的快速性和穩(wěn)定性。 C 增益自調(diào)節(jié)回路的設(shè)計及電流平衡作用的實(shí)現(xiàn)相同于送風(fēng)系統(tǒng)。 D 該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)從風(fēng)機(jī)啟動至鍋爐帶滿負(fù)荷全程自動調(diào)節(jié)以及當(dāng)發(fā)生 MFT 時快速降低引風(fēng)出力的功能。 E 該系統(tǒng)設(shè)計的缺點(diǎn)是當(dāng) 1 臺引風(fēng) 機(jī)已投入自動時，再投入第二臺時，系統(tǒng)存在一個平衡過程，這就是本臺機(jī)組在多次執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計存在的共同缺陷，雖然，其平衡過程為一平滑過渡，但對系統(tǒng)本身仍是一個擾動源。該項(xiàng)目可作為移交生產(chǎn)后的技該項(xiàng)目 [14]。 3． 3 引風(fēng)控制系統(tǒng)在火電廠中的應(yīng)用 在電廠中引風(fēng)控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上就是爐膛壓力控制系統(tǒng)。 鍋爐的爐膛壓力通過控制 2 臺引風(fēng)機(jī)來保持，鍋爐的負(fù)壓一般控制在 20Pa 左右。原理如圖 31 所示， PC3 為壓力控制器。 圖 31 爐膛壓力控制系統(tǒng) 為了提高爐膛壓力控制系統(tǒng)的可靠性和提高調(diào)節(jié)品質(zhì)，爐膛壓力調(diào)節(jié)通常采用如下方法。 a 爐膛壓力測量采用 3 臺變送器， 3 臺變送器經(jīng)過控制算法后所選的值作為