CN102508432A - 一种脱硫增压风机自动控制稳态无扰切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脱硫增压风机自动控制稳态无扰切换方法，该方法提供被控量的灵活切换选择，相应的设定值通过对象传递函数来实现跟踪设定。同时，以引风机导叶开度作为前馈信号，利用分段折线函数实现参数最优化配比，通过比重参数的设定可以更好地实现增压风机静叶或动叶的无扰调节。本发明通过合理调节增压风机被控量、前馈信号等，以最终实现机组安全、稳定的运行。在脱硫系统安全运行下，能保证机组的脱硫效率；脱硫自动投入保证了机组的安全稳定发电；能大大减轻运行人员的劳动强度，提高了劳动效率。该方法实用性强，工程易于实现，因此具有广阔的应用前景。

Description

一种脱硫增压风机自动控制稳态无扰切换方法

技术领域

本发明涉及一种脱硫增压风机自动控制稳态无扰切换方法，属于电厂自动化技术领域。

背景技术

烟气脱硫技术在国内还处于发展的初级阶段，大量的技术从国外引进，国产设备和技术都在不断摸索和研究中。随着国家环保力度的不断加强，烟气脱硫设备的应用范围迅速扩大，由于大部分脱硫设备与机组分立设计，不可避免地带来对机组某些参数的影响。脱硫增压风机作为脱硫系统最关键的设备之一，增压风机自动控制作为脱硫增压风机最重要的控制系统，其投入的优劣是直接关系脱硫系统乃至主机系统安全运行的关键。

增压风机是湿法脱硫中最重要的设备，来自锅炉的烟气经增压风机增压，补偿烟气在整个脱硫系统中的压力损失，是脱硫系统中举足轻重的设备。脱硫系统工艺过程为：锅炉引风机排出的烟气，通过脱硫增压风机以及换热器降温后，送入吸收塔，烟气与石灰石浆液接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及加入的氧化空气进行化学反应，最后生成二水石膏。脱硫后的净烟气依次经过除雾器除去水滴，再经过烟气换热器加热升温后，通过原有烟囱排入大气。脱硫增压风机设计是为了克服脱硫系统对烟道系统阻力，实际上与引风机作用相同。因此，增压风机的自动控制不仅直接影响整个湿法烟气脱硫系统FGD，而且影响整个机组运行的稳定。

目前国内主流湿法脱硫增压风机自动控制采取两种方案：

第一，采用增压风机入口压力为被控量，前馈信号选择引风机导叶开度，或者锅炉总风量。这种方案由于增压风机入口压力可调范围较小，容易引起被控量越限引发脱硫系统退出，且控制参数设置难度大。如果优先考虑快速性，则大扰动和动态响应调节品质优良，静态调节品质恶劣；如果优先考虑稳定性，则静态调节品质优良，而大扰动和动态响应调节品质变恶劣。

第二，采用旁路挡板前后差压为被控量，前馈信号选择锅炉总风量。这种控制调解方案控制偏差死区设置较大，静态时控制器参与调整的时间少，造成引风机调节特性不稳定，影响炉膛负压自动调节品质；动态时主要靠前馈信号调整。

两种方案无论选择哪种方案都有其一定的缺陷，被控量选择增压风机入口压力是将脱硫系统融入风烟系统中作为一个整体考虑；而被控量选择旁路挡板前后差压只考虑增压风机出力对脱硫系统的影响，不能控制增压风机入口压力恒定，从而不能消除对炉膛负压的影响。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上两种方案的缺陷，提出一种脱硫增压风机自动控制稳态无扰切换方法，被控量可以灵活切换选择增压风机入口压力和旁路挡板前后差压，实现增压风机的快速准确的调节。

为解决上述技术问题，本发明提供一种脱硫增压风机自动控制稳态无扰切换方法，其特征是，包含以下步骤：

(1)被控量的切换：被控量包含旁路挡板前后压差信号和增压风机入口压力信号，通过被控量选择按钮开关在两者之间进行切换；

(2)设定值的跟踪：被控量选择按钮开关投入或切除后相应的设定值跟随增压风机入口压力变化，其变化值是根据输出值并通过增压风机入口压力对应的对象传递函数来实现设定值的跟踪变化；被控量选择按钮开关切除或投入后相应的设定值跟随旁路挡板前后压差变化，其变化值是根据输出值并通过旁路挡板前后压差对应的对象传递函数来实现设定值的跟踪变化；

(3)前馈信号的切换：前馈信号包含引风机导叶开度和锅炉总风量，根据选择的被控量以及机组运行状况通过前馈信号选择按钮开关在两者之间进行切换。

前馈信号采用调节引风机导叶开度，通过调节引风机导叶开度来调节增压风机。

所述引风机导叶开度的调节方法为采用双重调节，通过引风机导叶开度的分段折线函数来对引风机导叶开度与增压风机静叶或动叶优化匹配，然后再通过一引入的比重系数λ的选择实现增压风机的最优调节。

引风机导叶开度的分段折线函数如(1)式：

$Y=\frac{(X-X_i)(Y_{i+1}-Y_i)}{X_{i+1}-X_i}+Y_i(i=\mathrm{0,1}\·\·\·n)---\left(1\right)$

X_i、Y_i为输入参数，可根据实际情况自行设定输入参数，X_i+1、Y_i+1为X_i、Y_i的下一段输入参数，X(引风机导叶开度)、Y为输入、输出变量。n为分段折线函数中折线分段数。

比重系数值的范围为0～1，比重系数是输出变量在前馈值中所占的比例，一般情况下设定比重系数为0.5～0.8，特殊情况可以自行增大缩小。根据输入变量X通过分段折线函数对输出量Y的控制，然后再通过比重系数的调节，达到优化控制的目的。

本发明所达到的有益效果：

1、被控量的灵活选择

该方法设置被控量选择开关，在机组稳态运行情况下，需要调整被控量时，通过开关按钮来实现切换选择。通过设定值跟踪、前馈信号的综合调节实现无扰动切换。

2、对象传递函数的设定值跟踪

设定值的设定跟被控量的选择相对应，通过对象传递函数对输出值的跟踪，实现过程值与设定值的匹配。

3、前馈信号的最优化调节

本发明的方法改进以引风机导叶开度的前馈信号，通过分段折现函数对引风机导叶开度进行最优化配比，然后再引入比重函数λ，来实现增压风机的快速准确的调节。

本发明通过合理调节增压风机被控量、前馈信号等，以最终实现机组安全、稳定的运行。在脱硫系统安全运行下，能保证机组的脱硫效率；脱硫自动投入保证了机组的安全稳定发电；能大大减轻运行人员的劳动强度，提高了劳动效率。该方法实用性强，工程易于实现，因此具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是引风机导叶开度的分段折线函数的一实施例；

图2是增压风机自动控制稳态无扰切换的SAMA图；

图3是增压风机自动控制稳态无扰切换的逻辑图；

图中，

f(X1)：对应AI1的对象传递函数；

f(X2)：对应AI2的对象传递函数；

f(X3)：对应AI3的分段折线函数；

λ：比重系数；

AI1：增压风机入口压力；

AI2：旁路挡板前后差压；

AI3：引风机导叶开度；

AI4：锅炉总风量；

Flag1：被控量选择按钮开关；

Flag2：前馈信号选择按钮开关；

PV：过程值；

SP：设定值；

FFV：前馈信号；

CV：输出值。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例中以一设定好的引风机导叶开度的分段折线函数进行说明，分段折线函数中折线分段数n＝6，

则，分段折线函数如(2)式：

$Y=\frac{\left({X-X}_i\right)(Y_{i+1}-Y_i)}{X_{i+1}-X_i}+Y_i(i=\mathrm{0,1}\·\·\·6)---\left(2\right)$

X_i、Y_i为输入参数，可根据实际情况自行设定输入参数，X_i+1、Y_i+1为X_i、Y_i的下一段输入参数，X(引风机导叶开度)、Y为输入、输出变量。

如图2、图3所示，增压风机自动控制无扰切换的SAMA图和逻辑图。

SAMA(Scientific Apparatus Maker’s Association)图是美国科学仪器制造协会颁布的图例，是目前世界上广泛使用的控制工程图例之一。SAMA图是包括所有控制仪表的控制系统结构图，通过使用各种符号反映控制系统进行的运算处理、控制及约束关系，反映控制系统的全部控制功能和信号处理功能。

本发明的切换方法具体实施时有被控量切换、设定值的跟踪和前馈信号的切换，操作方式具体如下：

被控量的切换，本发法的被控量包含旁路挡板前后压差AI2信号与增压风机入口压力AI1信号。两种被控量的选择对系统的影响也不一样。被控量选择按钮开关Flag1投入的情况下，被控量是增压风机入口压力AI1，切除的情况下选择的是旁路挡板前后差压AI2。

被控量选择按钮开关Flag1投入后相应的设定值要跟随增压风机入口压力AI1变化，其变化值是根据输出值CV，并通过f(X1)对应AI1的对象传递函数来实现设定值SP的跟踪变化；被控量选择按钮开关Flag1切除后相应的设定值SP要跟随旁路挡板前后压差AI2变化，其变化值是根据输出值CV，并通过f(X2)对应AI2的对象传递函数来实现设定值SP的跟踪变化。如果设定值SP与过程值PV不匹配，或是偏差过大的情况，都会引起很大的扰动甚至带来严重的后果。

由于来自外界的各种扰动不断产生，要想达到现场控制对象的值保持恒定的目的，控制作用就必须不断地进行。若扰动出现使得现场控制对象值(被控参数)发生变化，现场检测元件就会将这种变化记录并传送给PID控制器。改变过程量值(PV值)，经变送器送到PID控制器的输入端并与其给定值(SP值)进行比较得到偏差值。调节器按照此偏差以我们预先设定的整定参数控制规律，发出控制信号去改变调节器的开度，使调节器的开度增加或减少，从而使现场控制对象值发生改变，并趋向于给定值(SP值)以达控制目的。

前馈信号的切换，要根据被控量的选择以及机组运行状况来调整。前馈信号选择按钮开关Flag2投入情况下，选择的是引风机导叶开度AI3，切除情况下选择的是锅炉总风量AI4。本方法主要针对以引风机导叶为前馈信号的说明。

一种情况是被控量是旁路挡板前后压差AI2信号，前馈信号是引风机导叶开度AI3信号；另外一种情况是被控量是增压风机入口压力AI1信号，前馈信号是引风机导叶开度AI3信号。两种情况下，都是通过调节引风机导叶开度AI3来调节增压风机，引风机导叶开度AI3的调节通过对应AI3的分段折线函数f(X3)，来实现引风机导叶开度与增压风机静叶(或动叶)的优化匹配，然后再通过比重系数λ的选择实现增压风机的最优调节，双重调节的目的能够准确、快速的调节增压风机，做到扰动最小切换或无扰切换。

被控量选择按钮开关Flag1和前馈信号选择按钮开关Flag2的投入与切除互相无干扰，能够独立的选择。被控量、设定值SP、前馈信号FFV的调节是一系列紧密相关的环节，无论哪个环节出现匹配不当的情况，都会引起大的扰动，甚至威胁到机组的安全运行。在稳态的情况下，在以整套机组安全运行为前提，实现增压风机的无扰切换显得尤为重要，也是本方法的最终目的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种脱硫增压风机自动控制稳态无扰切换方法，其特征是，包含以下步骤：

(1)被控量的切换：被控量包含旁路挡板前后压差信号和增压风机入口压力信号，通过被控量选择按钮开关在两者之间进行切换；

(2)设定值的跟踪：被控量选择按钮开关投入或切除后相应的设定值跟随增压风机入口压力变化，其变化值是根据输出值并通过增压风机入口压力对应的对象传递函数来实现设定值的跟踪变化；被控量选择按钮开关切除或投入后相应的设定值跟随旁路挡板前后压差变化，其变化值是根据输出值并通过旁路挡板前后压差对应的对象传递函数来实现设定值的跟踪变化；

(3)前馈信号的切换：前馈信号包含引风机导叶开度和锅炉总风量，根据选择的被控量以及机组运行状况通过前馈信号选择按钮开关在两者之间进行切换。

2.根据权利要求1所述的一种脱硫增压风机自动控制稳态无扰切换方法，其特征是，前馈信号采用调节引风机导叶开度，通过调节引风机导叶开度来调节增压风机。

3.根据权利要求2所述的一种脱硫增压风机自动控制稳态无扰切换方法，其特征是，所述引风机导叶开度的调节方法为采用双重调节，通过引风机导叶开度的分段折线函数来对引风机导叶开度与增压风机静叶或动叶优化匹配，然后再通过一引入的比重系数λ的选择实现增压风机的最优调节。

4.根据权利要求3所述的一种脱硫增压风机自动控制稳态无扰切换方法，其特征是，所述引风机导叶开度的分段折线函数如(1)式：

$Y=\frac{(X-X_i)(Y_{i+1}-Y_i)}{X_{i+1}-X_i}+Y_i(i=\mathrm{0,1}\·\·\·n)---\left(1\right)$

X_i、Y_i为输入参数，X_i+1、Y_i+1为X_i、Y_i的下一段输入参数，X、Y为输入、输出变量，n为分段折线函数中折线分段数。

5.根据权利要求3所述的一种脱硫增压风机自动控制稳态无扰切换方法，其特征是，所述比重系数λ是输出变量在前馈值中所占的比例，其取值范围为0～1。

6.根据权利要求3或5所述的一种脱硫增压风机自动控制稳态无扰切换方法，其特征是，所述比重系数取值范围为0.5～0.8。

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