脱硫系统增压风机和引风机间的协调控制策略

刘朝安

(大唐淮南洛河电厂，安徽 淮南 232008)

脱硫系统增压风机和引风机间的协调控制策略

刘朝安

(大唐淮南洛河电厂，安徽 淮南 232008)

分析了炉膛内烟气的压力和增压风机入口压力的特性，指出在特殊工况下采用传统的二段式控制方式的不足之处，提出了3种减小引风机与增压风机之间的时滞耦合影响的方案，并逐一进行了分析，为脱硫系统增压风机和引风机之间的协调控制提供了策略。

脱硫系统；增压风机；引风机；协调控制

脱硫系统(FGD)增压风机用以提高脱硫塔入口烟气的压力，主要通过控制增压风机入口压力来保证脱硫塔烟气的入口压力在一定的范围内，进而有效提高炉膛压力的可控能力。

由于原锅炉引风机出口压力较低，尤其是对后来改造增加的脱硫系统，达不到脱硫系统运行的要求入口压力。为了提高脱硫烟气的压力，必须配置增压风机，通常采用增压风机控制入口压力、引风机控制炉膛负压这一典型的二段式控制方式。对于风机串联运行的系统，这种控制方式结构简单，易于实现。但由于炉膛压力和增压风机入口压力之间存在时间滞后的耦合作用，当出现锅炉负荷大幅度变化、锅炉燃烧工况不稳定、风机RB(快速减负荷)等恶劣工况时，炉膛压力急剧变化，这种控制方式很容易产生调节系统振荡或者发散的现象，给机组运行带来较大的风险。尤其是在无脱硫旁路的情况下，情况更为严重。

1 炉膛烟气和增压风机入口压力特性

假定炉膛内高温低压的烟气为理想气体，则由理想气态方程P=mRT/V(P为压力，m为介质的量，R为气体常数，T为绝对温度，V为体积)可知，炉膛内烟气的压力与炉内烟气质量的变化、炉内烟气温度的变化有关。

引起炉内烟气质量变化的因素主要包括锅炉送风量、引风量和燃料量；引起炉内温度变化的因素主要是炉内燃烧工况。同理可知，增压风机入口压力也与引风机至增压风机间的烟道内的烟气质量变化、烟气温度变化有关。引起烟道内烟气质量变化的因素主要是引风机排烟量和增压风机出力；引起烟道内烟气温度变化的主要因素是炉膛排烟温度。

在正常工况下，传统的二段式控制方式可以满足对炉膛压力和脱硫系统的控制需求。然而在某些特殊工况下，这种方式存在许多不安全因素，如炉膛内燃烧发生剧烈变化、机组负荷大幅度变化、炉膛压力迅速升高或下降、引风机出力迅速增大或减小，都会造成引风机出口排烟量大幅度变化，从而引起增压风机入口压力及增压风机出力的变化。由于引风机的出力与增压风机的出力存在时间差，因此引风机出力减小或增大一段时间后，增压风机才开始减小或增大出力，由此导致增压风机调节和引风机调节相互时滞耦合，使得增压风机入口压力出现波动幅度过大、波动时间过长的现象，从而导致控制系统发散，造成脱硫系统不稳定。严重时压力的波动甚至可导致炉膛压力保护动作，锅炉主燃料跳闸(MFT)，进而造成机组停运。

2 3种控制方案的比较分析

2.1 控制方案1

控制方案1是将引风机静叶执行器的位置反馈信号引入增压风机的控制系统，作为静态前馈信号，并经函数F(x)转换后，输入到增压风机入口压力控制系统的前馈通道。

该方案的控制原理如图1所示，将实际增压风机入口压力的测量值PT与期望值SP的差值输入到压力控制器PID中进行运算，其输出与经过F(x)转换后的引风机动叶位置的前馈信号叠加，并经M/A手、自动操作器去控制执行机构。引入前馈信号的目的是，当锅炉出现异常工况时，可提前控制增压风机入口压力，起粗调作用，再由增压风机入口压力PID调节器对(SP-PT)的差值进行校正、微调，起细调作用，从而减少2个风机之间的时滞耦合作用，保证入口压力在规定的范围内。这种控制方案简单明了，在原控制系统上较容易实现，不需要进行较大的组态改动，但要对静叶位置信号的前馈量进行试验，以获取较好的、可靠的数据。该方案在实际中应用较为广泛。

图1 方案1中风机协调控制原理

某电厂2号机组是300 MW的火电机组，其脱硫系统的增压风机入口压力控制系统，一开始采用锅炉负荷信号作为前馈信号，即把上述控制方案的引风机动叶位置信号换成锅炉负荷信号。在实际应用中发现，这种方式在锅炉负荷稳定的情况下，控制效果较好；但在锅炉负荷变化较大时，控制系统则会产生较大的波动，控制效果较差。而采用方案1后，控制效果更好，改善了调节系统的品质，有效控制了增压风机的入口压力。

2.2 控制方案2

控制方案2是将引风机控制系统的炉膛压力调节器PID1输出的主控制信号引入增压风机的控制系统，作为动态前馈信号，并经函数F(x)转换后，实现引风机与增压风机的联合控制。

该方案的控制原理如图2所示，炉膛压力调节器PID1对SP1与PT1的差值进行运算，输出的一路信号控制引风机的动叶执行器，以维持炉膛压力在规定的范围内；同时，另一路信号经函数F(x)转换后输出，作为控制的前馈信号，与增压风机入口压力调节器PID2输出的信号叠加，用来控制增压风机的动叶执行器，以维持增压风机入口压力在规定的范围内。这个前馈信号具有超前调节作用，同时为防止增压风机入口压力与期望值相差太大，增压风机入口压力由PID2调节器进行校正、调节，从而有效地降低了引风机与增压风机之间的时滞耦合作用。

图2 方案2中风机协调控制原理

该方案需要从锅炉引风机控制系统引前馈信号进入增压风机控制系统中，如果是2种不同类型的DCS系统还要进行控制系统组态，如果在控制系统物理位置较远处敷设信号电缆，则有一定的工作量。函数F(x)转换是为了限制引风机主控信号的速率与幅度，防止炉膛压力主控信号突变，进而造成增压风机控制系统不稳定。由于该方案有2个调节系统共同作用，因此在调试过程中，要对这2个控制系统进行联合静态调试和动态调试，这给各个系统调节控制参数的整定带来了一定的难度。

2.3 控制方案3

图3 方案3中风机协调控制原理

控制方案3是将锅炉的负荷信号引入增压风机入口压力的控制系统，作为前馈信号来减少风机间的时滞耦合作用。该方案的控制原理如图3所示。与主控输出信号进行比较，选取高值信号输出，即动态的前馈量，具有前馈作用。它可以有效地克服因锅炉负荷变化造成的烟气量的变化对增压风机入口压力的影响。

该方案在实际应用中，如果机组负荷变化不是太大，则增压风机入口压力控制的效果较好；如果负荷变化较为剧烈，则会发生控制系统波动较大、调节品质不好的现象。

3 结束语

脱硫系统增压风机入口压力的控制非常重要，一旦增压风机入口压力控制失稳，则有可能造成旁路挡板开启，影响脱硫效率，同时也会影响机组的安全经济运行，严重时甚至会造成整个机组停运。

该控制方案采用串级调节系统，即将增压风机入口压力的期望值SP与增压风机入口压力的测量值PT输入到(P+I)调节单元中进行运算，其输出信号进入到下一级调节单元(P+I)中，由其输出去控制增压风机动叶的开度。同时在2个调节器之间加入1个高选模块，将锅炉负荷信号引入高选模块

∶2013-10-29；

∶2013-12-24。

∶

刘朝安(1964-)，男，热控高级技师，长期从事热控自动化工作，参加过4×300 MW亚临界机组、2×600 MW超临界机组的热控仪表测量，DCS系统维护，MCS系统组态和调试工作，以及各机组脱硫控制系统的技术改造工作，email∶2198213471@qq.com。