火電廠鍋爐風煙系統全自動啟動控制方案

葉福南，莊 偉

(1.廣東省能源集團有限公司 廣東珠海電廠，廣東珠海 519050；2.上海發電設備成套設計研究院有限責任公司，上海 200240)

風煙系統是火力發電廠主要系統之一，其中涉及的風機、閥門等設備較多，啟停過程包含大量操作。風煙系統全自動啟動控制方案以順序控制為依托，結合模擬量調節回路、設備控制模式的自動投切及置值等回路的穿插運用，從而實現啟停機組過程中風煙系統的全程自動。運行人員只需點擊風煙系統啟動操作面板，程序將自動完成單側風煙系統啟動到第二臺一次風機啟動期間的所有操作，大大減輕了運行人員的操作強度。

1 系統概況

某電廠鍋爐采用平衡通風方式，每臺鍋爐設有2臺三分倉容克式空氣預熱器、2臺動葉可調軸流式引風機、2臺動葉可調軸流式送風機和2臺動葉可調軸流式一次風機，為防止空氣預熱器低溫腐蝕，每臺送風機和一次風機出口處各裝有1臺蒸汽暖風器。鍋爐最大連續蒸發量(BMCR)工況下，空氣預熱器一次風壓降為0.735 kPa，空氣預熱器二次風壓降為0.956 kPa，爐膛到空氣預熱器出口壓降為2.867 kPa。鍋爐設計煤種為準格爾礦煤，校核煤種為內蒙古納林廟東勝煤，采用中速磨煤機冷一次風正壓直吹式制粉系統，燃燒器采用四角布置切向燃燒方式。燃燒器共設置6層煤粉噴嘴，鍋爐配置6臺ZGM123G中速磨煤機，每臺磨煤機的出口由4根煤粉管接至爐膛四角的同一層煤粉噴嘴，鍋爐最大連續蒸發量(MCR)和鍋爐額定蒸發量(ECR)負荷時均投5層，另1層備用。主燃區燃燒器共有二次風擋板14組，均由電動執行器單獨操作，同時配備7層分離燃盡風(SOFA)風門以降低爐膛出口的NOx排放量。風煙全程控制涉及的主要設備包括2臺空氣預熱器及相應的擋板，六大風機本體及其油站、風煙擋板系統，56個二次風擋板，24個SOFA風門。

2 方案組成

風煙系統全自動啟動控制方案包括單側送、引風機啟動功能組，第一臺一次風機啟動功能組，第二套送、引風機啟動功能組，第二臺一次風機啟動功能組。

2.1 單側送、引風機啟動控制策略

2.1.1 單側風煙啟動功能組設計流程

單側風煙啟動流程圖見圖1。單側風煙啟動功能組主要包括：

(1)空氣預熱器子組啟動。

(2)風煙通道建立(開2臺空氣預熱器出入口風煙擋板，開2臺送風機出口擋板，開2臺送風機動葉，開56個二次風擋板，開24個SOFA風擋板)。

(3)引風機子組啟動(啟動預選側引風機的油站及軸冷風機，開出口擋板，關入口擋板及動葉，啟動引風機，開入口擋板，投動葉自動)。

(4)送風機子組啟動(啟動預選側送風機油站，關送風機出口擋板及動葉，啟動送風機，開送風機出口門，關對側送風機出口擋板及動葉，開送風機聯絡門，送風機動葉以5 %/min的速率開大直到鍋爐總風質量流量大于800 t/h，風量投自動)。

圖1 單側風煙啟動流程圖

2.1.2 爐膛負壓穩定策略

根據工藝，首臺送風機啟動前應關閉出口擋板、送風機動葉，此時整個爐膛只有1臺引風機運行，容易造成爐膛負壓大幅波動[1]，為此專門設計1套送風機動葉超馳開邏輯，即在送風機出口門關反饋消失10 s后，提前以5 %/min的速率開大送風機動葉，加入此程序后，可以有效改善爐膛負壓的控制品質，具體邏輯見圖2。

圖2 送風機動葉超馳開邏輯

2.1.3 爐膛負壓及風量控制全程自動

根據程序設計，引風機功能組啟動完畢，即投入爐膛負壓設定塊自動，設定值為-150 Pa，為此，筆者專門設計1套適用于機組啟動階段及低負荷運行的爐膛負壓控制程序及相應的參數，具體邏輯見圖3。

為配合全程風煙自動程序的實現，送風機功能組啟動后，以5 %/min的速率逐漸開大送風機動葉，直到鍋爐總風質量流量大于800 t/h，風量投自動。

圖3 引風機動葉變比例、積分邏輯圖

2.2 第一臺一次風機啟動控制策略

在判斷磨煤機組通風臺數≥2時，風煙系統全程控制系統的上層邏輯將自動調用第一臺一次風機啟動功能組。

2.2.1 第一臺一次風機啟動功能組設計流程

第一臺一次風機啟動流程見圖4。

圖4 第一臺一次風機啟動流程圖

單側風煙啟動功能組主要包括：

(1)密封風機子組啟動。

(2)熱態則啟動通風磨煤機對應油槍投入，冷、溫態跳過此步驟。

(3)一次風機子組啟動(啟動預選側一次風機的油站，開出口冷風擋板，關一次風機出口擋板及動葉，啟動一次風機，開出口擋板及聯絡擋板)。

(4)緩慢開大預選側一次風機動葉，監視預選側一次風機電流、出口風壓變化情況(0～3 kPa，間隔5 s，開大2%；3.0～5.5 kPa，間隔5 s，開大5%，若爐膛負壓高于300 Pa，則間隔10 s，開大3%)，直至空氣預熱器出口一次風壓在5.5 kPa左右。

(5)投入預選側一次風機動葉自動，設定一次風壓為5.9 kPa。

(6)待一次風壓調整穩定后，投入通風磨煤機熱風調節擋板自動，設定磨煤機入口一次風質量流量為75 t/h，冷、溫態B磨煤機投暖風器調節閥自動(熱態跳過此步驟)。

2.2.2 防止一次風機喘振的程序設計

一次風機啟動后，緩慢開大動葉的過程可能會造成風機喘振，為此專門設計相應的程序來避免此種情況(電流緩慢上升無突增，風壓緩慢上升，監視風機任一振動值達6.3 mm/s；電動機線圈任一溫度大于120 ℃，電動機軸承任一溫度大于80 ℃或風機軸承任一溫度大于85 ℃；喘振測點發喘振(PED)報警；以上任一報警觸發，停止該功能子組并發出報警)。

2.3 第二臺送、引風機啟動控制策略

第二套送引風、一次風系統的啟動涉及并風機的操作，操作強度和難度較大，電廠一般都會安排有經驗的運行人員進行風機的并退操作。為此，筆者專門設計1套風機的并退回路及電流平衡回路，從而實現風機并退的全程自動。機組并網前，在判斷鍋爐總風質量流量≥1 400 t/h時，風煙系統全程控制系統的上層邏輯將自動調用第二套送、引風機啟動功能組。

如表2，40例患者中有15例為TIA發作患者，29例梗塞患者，ASL灌注區與MRA血管狹窄一致患者為37例，不一致患者3例，一致率為92.5%，兩組數據對比差異具有一致性（P＞0.05）。

2.3.1 第二臺送、引風機啟動功能組設計流程

第二臺送、引風機啟動流程見圖5。

圖5 第二臺送、引風機啟動流程圖

第二套送、引風機啟動功能組包括：

(1)將運行切手動，并開大運行送風機動葉3%，停止30 s，風量控制置跟蹤位，循環執行到引風機動葉開度大于30%。

(2)將爐膛負壓設定值設為-50 Pa。

(3)啟動預選側引風機啟動功能子組。

(4)并引風機。

(5)啟動預選側送風機啟動功能子組，并關閉聯絡風門。

2.3.2 并引風機程序設計

并引風機采用以電流為基準的設計理念，即開啟預選的引風機動葉3%，停止30 s，循環進行，直至2臺引風機電流偏差小于5 A，投入預選側引風機動葉自動投入且設定爐膛負壓為-100 Pa。

2.3.3 并送風機程序設計

并送風機采用以電流為基準的設計理念，即以當前總風量為基準風量，投正常運行送風機自動，并逐步增大預選側送風機動葉開度至電流差小于5 A，投預選側送風機自動。風量跟隨負荷曲線(投自動有最小風量要求，當前風量小于最小風量，當投自動時，風機可能會開大，所以閉鎖最小風量要求)，并送、引風機的程序設計見圖6。

圖6 并送、引風機邏輯圖(以引風機為例)

2.3.4 風機電流平衡程序設計

電流平衡回路以2臺風機的電流分別作為PID調節器的設定值和過程量，始終保持2臺風機出力平衡，可以有效防止并風機過程中待并風機出力過大的現象(見圖7)。

圖7 送、引風機電流自平衡邏輯圖(以引風機為例)

2.4 第二臺一次風機啟動控制策略

第二臺一次風機啟動流程見圖8。第二臺一次風機啟動功能組包括：

(1)確認至少3臺磨煤機通風(保證一次風機始終處于安全工作區域)。

(2)啟動預選的一次風機啟動功能組。

(3)關一次風機聯絡擋板。

(4)投入正常運行的一次風機動葉自動，保證一次風機出口風壓設定值為當前值，一次風壓按照設定好的壓力曲線調節。

(5)并一次風機(開啟預選側一次風機動葉3%，停止20 s，循環進行，監視2臺一次風機電流變化情況，并機過程中若爐膛負壓高于200 Pa，則將停止間隔的時間延長40 s，直至2臺一次風機電流偏差小于5 A，投入預選側一次風機動葉自動)。

圖8 第二臺一次風機啟動流程圖

3 風煙全程控制系統投用效果分析

圖9為單側送、引風機啟動功能組的投用效果曲線。由圖9可以看出：采用單側風煙啟動功能組啟動送、引風機時，耗時≤10 min，整個單側風煙啟動過程中爐膛負壓的波動范圍為±200 Pa。

圖9 單側風煙啟動功能組投用效果

圖10為第一臺一次風機啟動功能組的投用效果曲線。由圖10可以看出：采用第一臺一次風機啟動功能組啟動一次風機時，耗時≤9 min，整個單側風煙啟動過程中爐膛負壓的波動范圍為±100 Pa。

圖10 第一臺一次風機啟動功能組投用效果

圖11為第二套送、引風機啟動功能組的投用效果曲線。從圖11可以看出：第二套送、引風機啟動功能組的啟動耗時≤8 min，啟動風機及并風機的過程中爐膛負壓的波動范圍為±200 Pa，且無風機出力過頭的現象。

圖11 第二套送、引風機啟動功能組投用效果曲線

圖12是第二臺一次啟動功能組的投用效果曲線。從圖12可以看出：第二臺一次啟動功能組的啟動耗時≤6 min，啟動風機及并風機的過程中爐膛負壓的波動范圍為±200 Pa，一次風壓基本無波動。

圖12 第二臺一次風機啟動功能組投用效果曲線

4 結語

(1)風煙全程控制系統可以實現鍋爐風煙系統的快速啟動，大大減輕運行人員的操作強度。

(2)風煙全程控制系統中啟動過程中的2臺送、引風機及一次風機并退的程序設計簡單、安全可靠、投用效果良好。

(3)風煙系統啟停控制不僅可以實現機組冷態啟動過程對風煙系統的全程，還可以實現機組熱態啟動時快速啟動風煙系統的要求；同時針對風煙系統啟動過程中的一些突發情況，如一次風機喘振等，程序中還設置相應的自動干預邏輯，確保設備安全。