1 000 MW超超临界机组脱硫旁路烟气挡板封堵后的控制优化

郑卫东，周波，李晓燕，刘哲，潘津

（华能玉环电厂，浙江台州317604）

发电技术

1 000 MW超超临界机组脱硫旁路烟气挡板封堵后的控制优化

郑卫东，周波，李晓燕，刘哲，潘津

（华能玉环电厂，浙江台州317604）

脱硫系统取消旁路挡板后，大型机组风烟系统实际运行情况已偏离设计工况，脱硫与主机的配合及机组风烟系统在异常情况下的安全问题突出。通过介绍华能玉环电厂1 000 MW超超临界机组为解决旁路封堵后的安全问题而进行的控制逻辑优化和试验过程，分析了烟道压力控制成败的原因，探讨了烟道压力与炉膛负压的解耦方案，解决了旁路封堵后困扰热控专业的控制难题，提出了风烟系统的RB（RUN BACK）优化方案。

火电机组；超超临界；旁路封堵；逻辑优化；可靠性

0 引言

玉环电厂4×1 000 MW超超临界机组锅炉采用哈尔滨锅炉厂有限责任公司（三菱重工业株式会社提供技术支持）设计生产的超超临界变压运行直流锅炉，采用П型布置、单炉膛、低NOXPM主燃烧器和MACT燃烧技术，型号为HG-2953/ 27.56-YM1。每台机组配备2台50%MCR电动引风机、2台50%MCR电动增压风机。引风机、增压风机采用静叶调节，混凝土烟道设计最大承压±2 000 Pa。原设计有烟气旁路，如图1所示，在机组启停和增压风机入口压力异常时，开启旁路（压力定值±1 200 Pa）。为了响应国家环保要求，在未进行烟道改造的情况下，4台机组于2012年均取消了脱硫旁路烟气挡板。

1 存在问题

1.1 旁路烟道的作用

2012年以前投产的1 000 MW机组都设计了脱硫旁路烟道，其对主机及脱硫系统的保护作用主要体现在以下方面：

（1）锅炉启炉或低负荷稳燃时，避免含有油污、碳粒和高浓度粉尘的烟气进入脱硫系统，造成脱硫系统设备和浆液的污染。烟气参数异常时（如烟温、粉尘浓度过高等），开启旁路挡板，烟气由旁路直接进入烟囱排放，保护脱硫吸收塔等装置。

（2）当脱硫系统设备故障无法正常运行时，开启旁路挡板，保证主机的正常运行。

（3）当出现引风机、增压风机跳闸或者抢风，导致烟道压力过高或者过低时，迅速开启旁路挡板，确保烟道安全。

1.2 旁路取消后的控制难点

旁路取消后，主要有以下控制难点：

（1）烟道压力控制问题：引风机至增压风机烟道距离短，控制对象容量系数小，引风机和增压风机出力大，而且两者动作方向存在不一致的可能性，烟道压力控制难度大。

（2）初始设计一般采用混凝土烟道，承压强度较低，安全余量有限。风烟系统RB（辅机故障减负荷）时，引风机、增压风机将联锁跳闸，造成烟道压力波动过大，要保证异常情况下的烟道安全存在一定难度。

（3）脱硫系统对主机MFT（主燃料跳闸）的条件设置问题：在保证脱硫系统安全的前提下，如何减少脱硫对主机的影响，保护条件如何设置，也是难点问题。

（4）增压风机与引风机的联锁保护问题：如何保证以科学的启停顺序启停引风机及增压风机，确保风机联锁保护的科学性，也是难点之一。其中，SCS（顺序控制系统）的逻辑设置相对简单，在满足工艺要求的前提下，应以提高可靠性为标准。而MCS（模拟量控制系统）的优化，则是关键性难题。

国家和地方出台环保新政策的时候，发电厂往往来不及对设备进行大范围改造，在未对脱硫系统进行改造的情况下，理论上机组不具备旁路封堵长周期运行的条件。在执行环保政策、取消脱硫旁路的时候，不进行烟道的改造，如何通过控制的优化来确保烟道的安全是发电厂面临的技术难题。

图1 脱硫烟气系统

2 脱硫烟气控制方案

2.1 SCS逻辑

发电厂石灰石石膏脱硫工艺系统设计大体一致，旁路封堵后，需要对增压风机、引风机、吸收塔等设备的启停顺序及脱硫系统请求主机跳闸控制逻辑进行优化。以上系统主要逻辑的设置原则如下：

（1）引风机、增压风机启动条件中增加通道建立条件，保证风机启动安全。

（2）增压风机事故跳闸逻辑：2台增压风机运行，单台跳闸时风机静叶切手动，超驰关闭，延时1 s联锁跳闸同侧引风机，同时触发RB，目标500 MW；2台增压风机跳闸且发电机功率大于100 MW，延时1 s后以5 s脉冲触发锅炉MFT，并联锁跳闸引风机。

（3）1台引风机跳闸，延时1 s联锁跳闸同侧增压风机；2台引风机跳闸且有功大于100 MW，联锁跳闸2台增压风机。即同侧增压风机、引风机作为一个整体进行控制。

（4）增压风机入口压力≥2 000 Pa，延时0.5 s联锁跳闸引风机，触发MFT；增压风机入口压力≤-2 000 Pa，延时0.5 s联锁跳闸增压风机，触发锅炉MFT。

（5）送风机、引风机之间的联锁保持不变，取消吸收塔液位低跳闸浆液循环泵这一条件。

（6）吸收塔出口温度高信号三取二（80℃），触发锅炉MFT。

（7）事故喷淋系统联锁启动条件：所有吸收塔浆液循环泵故障停运；FGD（烟气脱硫系统）入口烟气温度超过160℃；吸收塔出口温度高于70℃。

（8）事故喷淋系统联锁停止条件：所有吸收塔浆液循环泵停运；FGD入口温度低于80℃；任意1台吸收塔浆液循环泵运行；FGD入口温度低于150℃。

2.2 MCS逻辑

MCS中，增压风机导叶控制是优化的关键和难点。烟气压力采用单回路、引风机总指令前馈，烟气压力反馈调节。增压风机及引风机跳闸且烟气压力越限超驰控制，具有平衡回路的单PID控制。以反馈调节为主，前馈补偿为辅。

（1）导叶切手动条件：烟气压力测点品质坏；增压风机A或B停运（脉冲），A和B均切手动。

（2）导叶超驰控制（以A为例）：增压风机A停运且增压风机B运行（脉冲），超驰开75%；增压风机A和B均停运（脉冲），超驰全开。

（3）风烟系统单侧跳闸超驰（以A为例）：增压风机B跳闸，延时10 s，烟气压力高于500 Pa，增压风机A静叶开度增加7%，反之，关小7%。

2.3 运行中存在的问题

旁路封堵后，经过实际运行的考验，SCS的控制正常，满足工艺的需要，设备的可靠性有较好的保障。MCS控制则存在较大的问题，在送风机、引风机、增压风机异常引起机组RB时，烟道压力容易超过保护定值。机组曾于2013年发生与此有关的不安全事件。控制上存在的主要问题如下：

（1）引风机响应炉膛负压，增压风机响应烟气压力，二者分开控制，无前馈等补偿环节，控制方案的设计过于简单，没有充分考虑二者之间的联系，控制上未进行解耦。而烟气压力受引风机影响较大，导致烟气压力控制效果差。

（2）增压风机与引风机存在联锁关系：任意1台引风机跳闸，对应侧增压风机联锁跳闸，同样，任意1台增压风机跳闸，对应侧引风机联锁跳闸。单台引风机跳闸后，运行引风机通过平衡回路的自动调节作用，引风机静叶往开大方向动作，开度与炉膛压力及风机跳闸时的开度有关。而增压风机静叶控制切手动，运行人员往往来不及干预，增压风机仍保持在原有开度。这样，引风机、增压风机出力不一致，烟道压力平衡被破坏。

（3）由于烟道压力控制容量系数小，正常调节时，增压风机静叶响应快，引风机响应比较慢。调节过程中增压风机与引风机动作不匹配，烟气压力在大扰动时容易发散。例如，当炉膛负压升高时，引风机出力增加，烟道压力很快得到反映，增压风机增加出力。当炉膛负压回落，引风机进行回调时，烟道压力由于惯性继续增加，增压风机继续开大，二者的动作方向不一致，必然导致烟气压力的大幅度波动。

（4）烟道压力调节控制参数不合理，控制对象的运行工况比较复杂时，固定参数难以满足各种工况的需要。原参数整定满足正常运行需要时，无法满足异常工况（RB等）的需要。

3 控制优化方案

基于以上原因，需要对增压风机入口压力的控制方案进行优化。优化原则是：

（1）将引风机与增压风机作为整体进行控制，以前馈调节为主，确保增压风机与引风机动作方向一致，以免动作方向不一致而导致烟气压力失控。闭环进行修正，消除静态偏差。

（2）实现变参数和分段控制，相关参数根据机组不同负荷和工况进行调节。根据压力偏差的大小实现分段控制，以增强调节系统的适应性。

（3）适当牺牲炉膛压力的控制要求，有限降低异常工况炉膛压力的响应速度。在RB发生时，将引风机、送风机进行超驰，目标为500 MW稳态工况时的导叶开度，以此为依据，对引风机、送风机、增压风机均进行适当优化。

3.1 增压风机优化控制方案

增压风机静叶响应增压风机入口压力，以引风机总指令为前馈，增压风机入口压力反馈调节。实现变比例、积分（锅炉负荷及控制偏差函数）控制，对压力偏差分段控制，增压风机异常闭锁以增压风机入口压力前馈控制为主，闭环修正为辅。

3.1.1 切手动条件

（1）增压风机入口压力测点品质坏。

（2）增压风机A停运时A切手动（脉冲），增压风机B停运时B切手动。

（3）增压风机入口压力设定值与实际值反馈偏差大（延时150 s）。

3.1.2 闭锁条件

（1）引风机在自动，增压风机指令反馈偏差大于10%时闭锁增加5 s，小于-10%时闭锁减5 s。

（2）增压风机入口压力高于1 500 Pa时闭锁减少，增压风机入口压力低于-1 500 Pa时闭锁增加。

3.1.3 超驰条件

（1）增压风机A静叶超驰关：增压风机A停运且增压风机B运行（脉冲）；增压风机B静叶超驰关：增压风机B停运且增压风机A运行（脉冲）。

（2）超驰开70%：增压风机A，B均停运（脉冲）。

（3）增压风机A静叶超驰关5%：增压风机B停运、增压风机A运行，且增压风机入口压力低于-500 Pa（脉冲）；增压风机A静叶超驰开5%：增压风机B停运、增压风机A运行，且增压风机入口压力高于500 Pa（脉冲）；增压风机B静叶超驰关5%：增压风机A停运、增压风机B运行，且增压风机入口压力低于-500 Pa（脉冲）；增压风机B静叶超驰开5%：增压风机A停运、增压风机B运行，且增压风机入口压力高于500 Pa（脉冲）。

3.1.4 引风机指令前馈

引风机指令前馈，指令比例系数0.80。

3.1.5 压力偏差分段控制

压力偏差在±10 Pa，切除；±10 Pa～±50 Pa对应±30 Pa～±50 Pa；±50 Pa以外，线性控制。

3.1.6 跳闸延时优化

将引风机跳闸时联锁跳闸对应侧增压风机的延时时间由1 s改为0.5 s。

3.2 风烟系统RB时的引风机控制优化

风烟系统异常工况时，为了快速响应炉膛压力要求，引风机控制势必快速调节。引风机的动作对烟道压力影响大，对炉膛压力的影响相对较小。锅炉炉膛的容量大而且承压能力比烟道好，因此可以牺牲炉膛压力在异常工况时的控制指标，以保证烟气压力的控制效果。优化原则是：原控制方案主体回路保持不变，增加风烟系统RB后的超驰调节控制，如图2所示，具体优化逻辑设置如下：

（1）风烟系统RB逻辑条件：引风机RB、增压风机RB或者送风机RB。

（2）增压风机跳闸后延时0.5 s联锁跳闸对应侧引风机。

（3）引风机静叶超驰控制条件：当风烟系统RB时，引风机超驰15 s，超驰开度为机组RB目标负荷（500 MW）的开度。

3.3 风烟系统RB时的送风机控制优化

风烟系统异常工况时，引风机控制进行了优化，为了满足炉膛压力的控制要求，需要对送风机控制进行相应的优化。送风机原控制主方案保持不变，增加风烟系统RB后超驰调节控制，如图3所示，具体优化逻辑设置如下：

（1）风烟系统RB逻辑条件：引风机RB、增压风机RB或者送风机RB。

（2）送风机动叶超驰控制条件：当风烟系统RB时，送风机超驰25 s，超驰开度为机组RB目标负荷（500 MW）的开度。

图2 引风机超驰控制优化（虚线框为增加部分）

图3 送风机超驰控制优化（虚线框为增加部分）

4 优化前后RB效果对比

控制优化前，异常工况时的烟道压力控制不能满足要求。风烟系统RB难以成功，增压风机入口压力（烟道压力）控制发散，如图4所示。

优化后，选择3号机组进行RB试验，增压风机入口压力最高至737 Pa，最低至-425 Pa，如图5所示。试验表明：风烟系统RB及增压风机入口压力逻辑优化效果明显，彻底解决了在RB情况下增压风机入口压力无法控制的问题。

图4 优化前增压风机RB效果

图5 优化后增压风机RB效果

5 结语

随着我国“节能减排”政策执行力度的不断加强，发电厂在执行旁路封堵政策的时候，在不进行设备改造的情况下，脱硫系统运行尚达不到设计要求。实践证明，只要把握了上述优化原则，就能取得较好的调节品质及运行可靠性，从而保证旁路封堵后机组的安全稳定运行。

[1]孙长生，朱北恒，孙维本，等.火电厂热控系统可靠性配置与事故预控[M].北京：中国电力出版社，2010.

[2]开平安，刘建民，焦嵩鸣，等.火电厂热工过程先进控制技术[M].北京：中国电力出版社，2010.

[3]郑卫东，李捍华，戴航丹，等.1 000 MW机组凝结水泵变频运行控制除氧器水位要点探讨[J].浙江电力，2012（11）∶38-41.

Control Optimization of Flue Gas Damper Blockage in Desulfurization Bypass of 1 000 MW Ultra-supercritical Units

ZHENG Weidong，ZHOU Bo，LI Xiaoyan，LIU Zhe，PAN Jin
（Huaneng Yuhuan Power Plant，Taizhou Zhejiang 317604，China）

After desulfurization system cancels bypass damper，the actual operation condition of air and gas system in large units exceeds the design function and the security problems of the coordination between the desulfurization system and main units as well as air and gas system in abnormal conditions are serious. Through introducing control logical optimization and testing process to solve safety problems after bypass blockage of 1 000 MW ultra-supercritical units in Huaneng Yuhuan Power Plant，this paper analyzes reasons for success or failure of the flue pressure control and discusses the decoupling scheme of gas duct pressure and furnace draft；it solves the control problems which trouble thermal control specialty after bypass blockage and puts forward recommendations for RB（RUN BACK）optimization scheme of air and gas system.

thermal power generation units；ultra-supercritical；bypass blockage；logical optimization；reliability

TK39

：B

：1007-1881（2014）06-0038-05

2014-04-28

郑卫东（1975-），男，湖北荆州人，工程师，长期从事发电厂热工研究和管理工作。（本文编辑：徐晗）