煤量反饋波動導致引風機過流的分析及對策

吳永鋒（茂名臻能熱電有限公司，廣東 茂名 525011）

1 設備概況

茂名臻能熱電有限公司5號機組（下文稱#5機組）為國產200MW超高壓燃煤機組。磨煤機為北京電力設備總廠生產的ZGM 80N中速輥式磨煤機，標準研磨出力23.43t/h；給煤機為沈陽施道克電力設備有限公司生產的EG-2490稱重式給煤機，最 大 出力40t/h；送風機為上海鼓風機廠生產的軸流式FAF18-9-1風機，電機為上海電機廠生產的FW 630-6電機，額定電壓6000V，額定電流40.6A，跳閘電流為57A；引風機為上海鼓風機廠生產的離心式T4-62AZ/1790風機，電機為上海電機廠生產的YKK 630-8電機，額定工作電壓為6000V，額定工作電流為129.2A，跳閘電流為184A。

2 事件經過

2012年5月22日，＃5機組投入AGC方式、送引風機投入自動、帶145MW負荷運行。15:57:50，C給煤機的指令為46.28%不變，但它的煤量反饋信號開始波動，最高升至75.97%。送風機動葉PID輸出指令由34.3%增加到49.5%，A送風機電流由18.36A增加到27.06A，B送風機電流由18.26A增加到27.69A；引風機液力耦合器PID輸出指令由45.6%增加到65.3%，A引風機電流由72A增加到138.42A，B引風機電流由74.7A增加到150.36A；爐膛負壓由-46.88Pa升到318.64Pa后下降到-247.82Pa，如圖1、圖2所示。引風機過流保護報警，由于當時機組負荷較低，兩臺引風機才沒有因為過流保護跳閘，鍋爐MFT。

3 原因分析

EG-2490稱重式給煤機配有皮帶轉速測量和單位皮帶長度上煤的重量測量，兩者的乘積即為給煤流量信號。從C給煤機煤量反饋信號波動的情況來分析，如圖1所示，它是由于C落煤管阻塞、落煤欠通暢造成的。C給煤機指令一直為46.28%不變。15:57:50，由于C落煤管阻塞，單位皮帶長度上煤的重量迅速減少，皮帶轉速未能及時調整，C煤量反饋從45.72%降為40.96%；C給煤機皮帶轉速增加后，15:58:01，C落煤管突然通暢，大量的煤塊落到皮帶秤上，單位長度上煤的重量迅速增加，C煤量反饋升至最高值75.97%；隨后，C給煤機轉速降低，C煤量反饋下降。如此反復多次，C落煤管通暢后，煤量反饋信號才恢復正常。

#5機組的送風控制系統為帶有氧量校正的空燃比單級控制系統，風量設定值由經氧量校正后的鍋爐指令、總燃料量及最小風量信號經大選后形成，如圖3所示；爐膛壓力控制系統為帶送風指令前饋的單級控制系統。因此，C煤量反饋信號的波動必然會使風量設定值波動，從而導致送風機和引風機的波動。送風控制系統的基本任務是保證爐膛中燃料的充分燃燒及燃燒的經濟性。首先保持一定的風/煤比，再由氧量校正。在機組加減時，始終保持一定的過量空氣，在整個過程中始終保持“總風量大于或等于總燃料量”。因此，風量指令設置得當與否，直接影響到機組運行的經濟性和安全性。

圖3 風量設定值邏輯

#5機組運算后的風量設定值與實際風量相比較，經PID運算后參與送風控制系統的調節。由于PID是基于有差調節從而導致了送風控制系統動作的滯后性，所以引用風量設定值經函數轉換后，作為送風控制系統的前饋輸入，當風量設定值發生變化時就發出調節信號，使送風機快速適應風量設定值的變化。

#5機組爐膛壓力控制系統為帶送風指令前饋的單級控制系統，使送引風協調動作。爐膛壓力控制系統的功能是根據爐膛壓力的偏差對引風機液力耦合器進行調節，穩定爐膛壓力，同時引入了送風指令經函數運算后的前饋信號，在送風指令信號變化時，及時調節引風量，使之與送風量相適應，以維持爐膛負壓在允許范圍內變化。

#5機組送風機控制系統和爐膛壓力控制系統都使用到了前饋控制。前饋控制是根據擾動補償原理工作的，即當擾動發生時就發出調節信號，及時克服干擾可能造成的不利影響，從而改善調節質量。但是，前饋控制屬于開環調節，對過程參數變化靈敏，需要精確的過程模型，在生產過程中各環節的特性是隨負荷變化的，要想得到準確的干擾信號比較困難，容易造成過補償或欠補償。#5機組送風控制系統、爐膛壓力控制系統的前饋輸入函數設定不當，造成了系統過補償，導致控制回路大幅波動，送引風機大幅波動，引風機過流。

4 改進措施

#5機組煤量反饋信號波動是引起機組送風控制系統、爐膛壓力控制系統波動的根本原因。但目前還沒有辦法從根本上消除煤量反饋信號的波動，所以只有對進入DCS控制系統、參與調節的煤量反饋信號進行預處理，以防止非正常信號進入自動調節系統?！痘痣姀S熱控系統可靠性配置與事故預控》指出，所有重要的模擬量輸入信號必須采用超出量程上限等方法對信號進行“質量”判別；緩變模擬量信號，應正確設置變化速率[1]。＃5機組的磨煤機的標準研磨出力為23.43t/h，一般情況下，磨煤機在20t/h負荷附近運行；給煤機最大出力為40t/h。因此，根據實際應用情況，將給煤機的輸出指令限制在60%（相當于24t/h）以內，參與調節的煤量反饋信號也限制在60%以內。給煤機所給出的原煤需要經過磨煤機研磨、粉管輸送才進入爐膛燃燒。從給煤量變化到鍋爐燃燒需要一個過程，即給煤機煤量反饋信號的瞬間波動不會立刻影響到鍋爐的燃燒。但是，參與協調控制的給煤機煤量反饋信號波動會對送風控制系統、爐膛壓力控制系統造成巨大的擾動。因此，將給煤機煤量反饋信號的變化速率限制在每秒2.5%以內。

根據#5機組運行的實際情況，重新整定送風控制系統、爐膛壓力控制系統的風/煤比函數、風量指令到送風前饋函數、送風機到引風前饋函數，如表1、表2、表3所示，以獲得更加精確的干擾信號。由圖表可見，在低負荷段，函數均做了正修正，防止了系統欠補償；在高負荷段，函數均做了負修正，防止了系統過補償。修改后的送風控制系統、爐膛壓力控制系統能有效地防止過量空氣進入爐膛參與燃燒，保證燃料的充分燃燒及燃燒的經濟性；送引風機既能快速準確響應機組負荷的變化，維持爐膛負壓，又能避免大幅度波動。

表1 風/煤比函數修改

5 整改效果

#5機組在給煤機反饋信號進行限幅、限速處理，送風機控制系統和爐膛壓力控制系統相關參數重新整定后，投入運行。2012年6月16日，＃5機組投入AGC方式、送引風機投入自動、帶170MW負荷運行。在啟動E給煤機瞬間，E煤量反饋信號突變，由0%飛升至44%。送引風機平緩響應：送風機動葉PID輸出指令由34.7%增加到42.3%，A送風機電流由17.85A增加到20.7A，B送風機電流由17.9A增加到21.6A；引風機液力耦合器PID輸出指令由49.5%增加到52.56%，A引風機電流由78.19A增加到83.31A，B引風機電流由79.05A增加到81.2A；爐膛壓力最大為161.5Pa，最小為-108.22Pa，如見圖4、圖5所示。

圖4 2012年6月16日修改后送風機響應曲線

圖5 2012年6月16日修改后引風機響應曲線

此次的煤量反饋信號波動量比2012年5月22日的還要大+8.65%，但是送引風機的指令、反饋、電流以及爐膛壓力的波動量均比修改前有不同程度的下降。引風機A電流變化量減少了61.3A，引風機B電流變化量減少了73.51A，如表4所示，有效地消除引風機電機電流過大的問題，保證引風機電機及機組的安全運行。

表4 修改前后參數波動量對比

6 結語

通過對#5機組給煤機反饋信號進行限幅、限速處理，及對送風機控制系統和爐膛壓力控制系統相關參數重新整定，有效地消除了給煤機煤量反饋異常波動對機組送引風系統調節的影響。機組既能快速響應負荷的變化，又能保證設備平穩運行，達到理想的控制效果，提高了機組的安全穩定性。本文對受煤量異常波動、送引風過流困擾的電廠有一定借鑒作用。

[1] 電力行業熱工自動化技術委員會.火電廠熱控系統可靠性配置與事故預控[M].北京:中國電力出版社,2010.19.