百萬千瓦機組汽動引風機的控制策略

趙志丹，高奎，閆旭彥，王宏杰，陳浩

(西安熱工研究院有限公司，西安市，710032)

0 引言

隨著國家對節能減排力度的逐步加大，火電機組的廠用電率指標已成為影響電廠發電經濟性的一個重要因素。因此，燃煤電廠將鍋爐引風機與脫硫系統的增壓風機合并，并對合并后的引風機采用汽輪機驅動。汽輪機驅動的引風機具有運行安全，結構緊湊，自動化程度高，節能效果顯著等特點，是一種比較優化的能源利用方式。

某電廠1 036 MW機組的鍋爐為東方鍋爐廠制造的超超臨界參數變壓直流鍋爐，鍋爐的2臺引風機與脫硫系統的2臺增壓風機合并，由2臺汽輪機(以下的汽輪機稱作小汽機)驅動的引風機替代。引風機由成都電力機械廠生產，型號為HA47436－8Z可調軸流式;小汽機由杭州汽輪機股份有限公司生產，型號為NK63/71/0。正常工作汽源采用四段抽汽，啟動及調試用汽為輔助蒸汽。小汽機設置獨立的軸封、真空系統(配置水環式真空泵3臺)以及獨立的凝汽器和凝結水泵。小汽機控制上采用數字電液(micro electro hydraulic，MEH)調節系統，調節用油及潤滑油均來自獨立的小汽機供油裝置。

本文僅對汽輪機驅動引風機的自動控制策略及順序控制加以論述，而相關小汽機輔助系統的控制與給水泵小汽機的控制基本相同。

1 小汽機驅動引風機的運行方式

如圖1所示，在風煙系統的結構上，引風機的入口增加入口吸氣門連通大氣;出口增加啟動用調節門及啟動用循環煙道插板門，與另1臺引風機的入口相連接。

(1)引風機調試期間的啟動。

機組在基建過程或大、小修過程煙道未完全建立的情況下，通過打開入口吸氣門，利用大氣進入引風機來對引風機進行啟動調試。

(2)機組啟動過程引風機的啟動。

圖1 機組風煙系統簡圖Fig.1 Diagram of fuel-air system

機組正常啟動過程，可同時建立兩側煙道的通風，同時對2臺引風機進行啟動;也可以在到達一定負荷后啟動第2臺引風機，然后并列運行。

(3)機組正常運行時，引風機檢修后的啟動。

機組正常運行過程，由于小汽機或引風機出現問題需要檢修，在恢復運行時，先打開引風機出口煙氣擋板，入口擋板及靜葉處于關閉狀態，啟動用調節門處于某一位置、啟動用循環煙道插板門處于全開狀態。引風機小汽機轉速達到2 000 r/min時，開啟引風機入口擋板，關閉啟動用調節門及啟動用循環煙道插板門。連續提高引風機轉速至正常運行引風機的轉速后，調節2臺引風機的靜葉開度，當2臺引風機出力一致后，并列運行2臺引風機，啟動過程完成。

2 小汽機驅動引風機的順序控制策略

2．1 引風機啟動順序控制

順序啟動允許條件見圖2(所有條件相“與”，以B引風機為例)。

(1)引風機A停運或“引風機A運行且任1臺送風機運行”;

(2)無鍋爐爐膛安全監控系統(furnace safety supervision system，FSSS)通風請求;

(3)引風機B停運;

(4)引風機B小汽機進汽壓力、溫度正常;輔汽或四段抽汽供汽門開啟;

圖2 引風機順序啟動允許邏輯Fig.2 Permissive logic for sequence starting of ID fan

(5)引風機B小汽機軸封及真空系統正常運行;

(6)引風機B小汽機凝結水系統、循環水系統及油系統正常運行;

順序啟動步序見圖3(執行下一步序前，當前步序反饋條件相“與”)。

2．2 引風機停止順序控制

順序停止允許條件見圖4(所有條件相“或”)。

(1)少于4臺磨煤機運行且冷風聯絡門全開且送風機A運行;

(2)磨煤機全停。

順序停止步序見圖5。

圖3 引風機順序啟動步序Fig.3 Sequence starting procedure of ID fan

圖4 引風機順序停止允許邏輯Fig.4 Permissive logic for sequence stop of ID fan

3 爐膛負壓控制策略

在自動控制上，小汽機驅動的引風機同樣用于調節爐膛負壓在允許范圍內，控制上引風機靜葉調節和小汽機轉速調節存在變結構的雙回路控制。引風機啟動時，小汽機沖轉至200 r/min后，靜葉開至5%并保持;小汽機沖轉至3 000 r/min后，遙控投入并保持轉速不變，此時，靜葉投入自動維持爐膛負壓。當機組啟動過程隨負荷的不斷增加，引風機的出力不斷增大，當2臺引風機的靜葉開度均大于70%開度后，爐膛負壓的靜葉控制回路切至轉速控制回路并自動投入轉速自動，靜葉開度保持不變;在單臺引風機運行的情況下，切至轉速控制回路的判斷條件為運行引風機靜葉的開度大于70%;在機組停機降負荷過程中，當2臺引風機中任意1臺轉速小于2 650 r/min后，控制回路切至靜葉調節并自動投入自動，引風機維持當前轉速不變。因此，在控制上機組正常運行為轉速控制，啟/停過程會切至靜葉控制。此外，轉速控制回路上具有快速降負荷(run back，RB)控制的平衡回路。

圖5 引風機順序停止步序Fig.5 Sequence stop procedure of ID fan

(1)靜葉調節。此控制回路采用常規的單回路比例+積分控制，同時引入送風機動葉的開度指令作為引風機靜葉指令的前饋，在恒定轉速3 000 r/min的條件下調節負壓。此回路僅用于機組啟/停過程的低負荷階段。

根據2.1可以，挖掘出的每個頻繁項集都有一個鍵鏈表，規則前件與規則后件的鍵鏈表相同，同一張表的關聯規則，其置信度計算是針對單張表的，多表見的關聯規則，其置信度的計算是針對多張表的連接的。因此，可以最大限度地避免統計偏斜。

(2)轉速調節。當2臺引風機的靜葉開度均大于70%開度后，爐膛負壓的控制切至轉速控制回路，此回路采用串級控制，主調節器用于控制爐膛負壓的偏差，調節器的輸出指令作為MEH中小汽機轉速副回路的設定，在主調節器中引入送風機動葉開度指令的函數作為引風機轉速設定的前饋，此回路用于機組正常運行時的調節。控制框圖見圖6(轉速單位為r/min)。

(3)引風機RB控制策略。在引風機轉速控制回路中，存在引風機跳閘狀態下的平衡回路，考慮送風機RB或引風機RB發生時，均保留單側的送、引風機運行，此時，運行的引風機在轉速調節上(伺服閥)應與送風機動葉的調節速度(快開)同步。因此，在送風機動葉聯開的情況下，運行引風機的轉速變化率為600 r/min，以保證爐膛負壓的穩定。

4 控制策略的關鍵點和難點

采用汽動引風機的機組，其控制策略的關鍵點在于:控制上不僅存在引風機的靜葉調節，而且存在小汽機的轉速調節，控制上的變結構相對復雜;2個控制結構必須通過圖3中的判斷邏輯才能保證相互跟蹤和無擾切換。在自動方式下，2個控制回路中的調節器只有1個處于調節狀態。此外，轉速控制方式下的調節器參數整定是一個串級控制方式，主回路控制爐膛負壓必須確保穩定性，副回路的轉速調節必須確保快速性。

實現上述控制策略的難點在于:首先運行工況的多變性，包含的運行方式如啟動過程、單側運行、并列運行等，對機組的控制提出相關的要求;其次，2臺引風機出力的均衡性，要求檢修時必須保證靜葉的開度指示與機械角度的相互對應，在機組運行中所要求的75%開度位置上，2臺引風機的出力是一致的，這樣才能保證上述控制結構切換的正確合理。否則，不能確保在50% ～100%負荷運行區間引風機一直處于轉速調節方式。此外，兩側引風機出力的不平衡，還對機組兩側的排煙溫度產生影響。

在RB控制策略上，由于機組正常運行時引風機處于轉速控制方式，調節較快;當送風機RB、引風機RB發生時，控制上應當注意單側運行的送風機、引風機快開過程的相互平衡，處于轉速調節的引風機在其平衡結構中應增加1個指令的變化率，保證超馳狀態下，送風機、引風機的出力相一致。

圖6 引風機轉速控制回路及切換邏輯框圖Fig.6 Speed control loop and switching logic diagram for ID fan

5 調試過程出現的問題及處理措施

(1)第2臺引風機沖轉時，因入口擋板未聯開而跳閘。

原設計中的引風機跳閘條件為:“引風機小機掛閘且轉速大于2 700 r/min延時60 s后，如果入口擋板關閉，跳引風機”。而入口擋板的聯開邏輯為:“引風機小機掛閘且轉速與第1臺引風機小機轉速偏差小于200 r/min，延時10 s聯開入口擋板”。在已有1臺引風機處于較高轉速運行(例如3 500 r/min)的情況下，當第2臺引風機啟動沖轉至2 700 r/min以上后，由于轉速偏差尚未滿足小于200 r/min的條件，故入口擋板不能聯鎖開啟，但引風機小機掛閘且轉速大于2 700 r/min的條件滿足，因此60 s后引風機跳閘。

針對以上問題，為保證第2臺引風機啟動時與已經運行的引風機順利并列，對引風機入口擋板關閉跳閘引風機的邏輯進行改進，從而避免了第2臺引風機啟動過程中發生的跳閘情況。

改進后邏輯如圖7所示。

圖7 修改后的跳閘邏輯Fig.7 Modified tripping logic

(2)2臺引風機控制方式不同步造成的爐膛負壓波動。

引風機靜葉調節與轉速調節切換條件獨立設置，單臺引風機切換條件滿足后即進行調試方式的轉換。靜葉調節切換至轉速調節的主要判斷條件為:靜葉指令大于70%;轉速調節切換至靜葉調節的主要判斷條件為:小機轉速小于2 650 r/min。為保證運行過程中兩側引風機出力平衡，引風機靜葉及小機轉速可能存在偏差，由此在調節方式切換時，1臺引風機首先進行切換，造成兩側風機調節方式不同步，一個在靜葉控制，另一個在轉速控制，引起爐膛負壓調節產生較大波動。

針對這一問題，對調節方式切換條件進行改進，當2臺引風機靜葉指令均大于70%，靜葉調節切換至轉速調節;當2臺小機轉速均小于2 650 r/min，轉速調節切換至靜葉調節。確保2臺引風機同時進行調節方式切換，從而避免了兩側引風機因調節方式不同造成的爐膛負壓波動。

(3)引風機轉速調節回路改進。

引風機轉速調節回路采用單回路控制，通過PID對爐膛負壓偏差進行運算產生引風機轉速指令。由于引風機的出力隨轉速不斷改變，因此在不同轉速階段采用相同的調節參數已無法滿足調節品質的要求，因此在不同轉速階段對PID調節器采用變參數控制以確保爐膛負壓調節品質。

引風機的轉速調節回路僅設置了PID調節器，沒有送風機動葉指令前饋作用，因此變負荷過程中，轉速調節回路響應遲緩，爐膛負壓偏差大。針對這一問題，在轉速調節回路中增加送風機動葉指令的前饋作用，以達到變負荷過程中引風機轉速與送風機動葉間的平衡。

6 變負荷過程的爐膛負壓控制曲線

機組在正常運行范圍，2臺引風機投入轉速控制回路后，調節曲線見圖8。圖中右側縱坐標數值從上至下分別代表曲線1—9所對應的值。機組連續減負荷從1 000 MW降至700 MW，負荷變化率10 MW/min，整個過程爐膛壓力偏差在±80 Pa之內，通過小汽機轉速調節爐膛負壓，在各工況下的調節品質穩定、準確、快速，滿足機組運行的要求。

圖8 機組爐膛負壓調節曲線Fig.8 Adjustment curves for furnace draft

7 結論

經過汽動引風機的啟動調試及帶負荷、滿負荷試運，特別是負荷變動試驗、自動發電量控制考核試驗以及機組的RB試驗，汽動引風機的控制策略滿足機組各種工況的運行需求，不但確保了機組的安全穩定運行，而且對提高機組運行的經濟性提供了新的思路。以電廠運行報表統計的數據，采用汽動引風機的3號機組與1號機組(同類型機組采用電機驅動的引風機及脫硫增壓風機)相比較，在小汽機用的抽汽量未折算為低壓缸做功的情況下，月平均廠用電率分別為3.07%和4.34%。由此可見，采用小汽機驅動引風機替代電動引風機和電動脫硫增壓風機，能獲得很好的經濟效果。

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