CN105650674A - 超临界直流锅炉一次风机rb过程中炉膛负压的快速控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了超临界直流锅炉一次风机RB过程中炉膛负压的快速控制方法，是当系统中两台一次风机中的一台发生故障跳闸而引发RB命令时，对引风机和增压风机进行控制的方法，本发明方法针对不同运行工况和不同负荷下超临界锅炉发生一次风机RB给出引风机及增压风机挡板指令。避免了RB过程中炉膛负压的剧烈扰动；从而解决了一次风机RB发生过程中炉膛负压的控制问题，能够在单侧一次风机跳闸后快速将炉膛负压稳定在合适的范围，且在RB过程中及RB结束后不会因前馈信号变化发生再次的扰动。

Description

超临界直流锅炉一次风机RB过程中炉膛负压的快速控制方法

技术领域

本发明属于工业过程控制技术领域，特别涉及一种超临界直流锅炉一次风机RB过程中炉膛负压的快速控制方法。

背景技术

随着国家的经济发展和对环保工作的不断重视，烟气脱硫系统已普遍应用于超临界直流锅炉的建设和生产中。

脱硫系统阻力主要由吸收塔、烟气换热器、除雾器和烟道阻力四个部分组成。引风机的入口导叶和增压风机的入口导叶是关系机组及脱硫系统的关键设备。对国内部分超临界600MW等级火电机组配套的脱硫系统进行调研，在锅炉满负荷工况下，吸收塔阻力为1200Pa，除雾器阻力为200Pa，烟气换热器阻力为500Pa，系统实际压力损失为2480Pa左右，烟道阻力增加了近4倍。因为脱硫系统与锅炉风烟系统分开设计，所以引风机的出力可能不能满足该工况下的需要，DL/T5000-2000《火力发电厂设计技术规程》的规定，锅炉引风机的选定是按照锅炉BMCR工况的烟气流量裕量不低于10%、温度裕量10℃、压头裕量不低于20%的原则考虑，因此需要配套独立的增压风机。

增压风机与引风机通常配置为动叶可调轴流风机。轴流风机的静态性能通常又由不同角度对应的多条性能曲线族表达，动叶可调的优点是动叶角度增大时，流量、扬程、功率均增大，4个参数之间呈正比例关系。炉膛负压、烟气流量、烟气压力都是需要控制的参数，因此选择动叶可调轴流式风机。

在增加了增压风机后，超临界火电就烟气系统的控制策略通常为引风机控制炉膛负压，增压风机控制增压风机入口压力，对于风机串联控制系统，这种控制策略结构简单、易于实现，但往往在发生RB（辅机故障快速减负荷）、尤其是一次风机RB（多台一次风机中部分风机故障停机）的恶劣工况时，随着一次风量、入炉煤量的急剧减小，炉内燃烧快速收缩，导致炉膛负压、的下降速率、下降幅度较其他RB工况更为剧烈。此时一方面由于引风机、增压风机的调节存在滞后性，根据PID调节器的工作原理，只有当炉膛负压、增压风机入口压力的测量值下降后才开始关闭挡板，往往不能很好的抑止压力下降的速率和幅度，严重时导致炉膛负压、增压风机入口压力下降达到保护定值，发生MFT停炉。另一方面在一次风机RB发生初期随着炉膛压力的迅速下降，引风机出力减小，随后增压风机入口压力也随之下降，增压风机减小出力。由于引风机初期压力下降和压力传递的时间差，当引风机出力减小后一段时间增压风机才减小出力。由此导致在炉膛负压大幅度扰动过程中引风机和增压风机的调节相互耦合，使压力发生振荡、甚至出现发散的现象，严重时压力的波动也会导致MFT保护动作甚至拉塌烟道。因此所述引风机仅采用炉膛负压PID调节加送风机开度前馈，增压风机仅采用入口压力PID调节的控制方案只能满足机组正常运行工况下的需求，对于一次风机RB工况并不适用。同时，如果只是在引风机控制回路和增压风机控制回路增加RB前馈分量而不考虑RB结束后前馈的变化，又会使引风机和增压风机挡板在RB结束后发生快速开启，产生新的扰动。

发明内容

本发明的目的是提出一种超临界直流锅炉一次风机RB过程中炉膛负压的快速控制方法，解决了该类型机组发生一次风机RB时炉膛负压难以控制的问题，同时保证在RB过程中和RB结束后炉膛负压的始终稳定。使机组在一次风机RB的极端恶劣工况下能够将炉膛负压控制在合适的范围，不会因为一次风机RB初期炉膛负压的大幅降低或者连续振荡、发散导致锅炉停炉，也不会在RB过程中和RB结束后炉膛负压产生新的扰动、振荡。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

超临界直流锅炉一次风机RB过程中炉膛负压的快速控制方法，是对锅炉风烟系统的快速控制方法，所述风烟系统包括与锅炉炉膛并联连接的两组一次风机、两组送风机和两组引风机，其中：所述两组一次风机用于向炉膛输送燃料，两组送风机用于向炉膛送风助燃；并联的两组引风机从炉膛将风引出后送至一个具有增压风机的通道，增压风机的通道顺序连接脱硫吸收塔和烟囱；所述的控制方法是当其中一组风机的一次风机出现故障跳闸引发RB命令时，对引风机和增压风机进行控制的方法，当一侧的一次风机发生故障跳闸引发RB命令时，引风机挡板的控制信号由正常工作方式转换为故障工作方式；

所述正常工作方式是：引风机挡板信号由炉膛负压PID的调节信号、送风机挡板开度的前馈信号共同构成，所述前馈信号由两台送风机挡板平均开度做为输入经过一个F(x)1函数输出得到；增压风机挡板信号由增压风机入口压力PID的输出信号构成，所述F(x)1函数是由送风机挡板平均开度作为变量获得的对应的前馈信号形成的曲线；

所述故障工作方式是：引风机挡板信号由炉膛负压PID的调节信号、送风机挡板开度的前馈信号和一次风机RB指令前馈信号1共同构成；增压风机挡板信号由增压风机入口压力PID的调节信号和一次风机RB指令前馈信号2共同构成；

所述前馈信号1和所述前馈信号2是由机组负荷做为输入并分别通过F(X)2和F(X)3函数获得，其中：

所述F(X)2是由机组负荷变量作为变量获得的对应的用于与炉膛负压PID的调节信号、送风机挡板开度的前馈信号叠加形成的超驰关闭送风机挡板开度信号曲线；

所述F(X)3函数是由机组负荷变量作为变量获得的对应的用于与增压风机入口压力PID的调节信号叠加形成的超驰关闭增压风机挡板开度信号曲线。

方案进一步是：所述F(x)1函数、F(X)2和F(X)3函数是经实验预先做出的函数表，所述前馈信号、超驰关闭送风机挡板开度信号和超驰关闭增压风机挡板开度信号，根据机组负荷变化从对应的函数表中获取。

方案进一步是：当单侧的一次送风机出现故障引发RB命令时：

所述前馈信号1以100%/S的速率立即叠加在引风机导叶控制信号上，以及前馈信号2以100%/S的速率立即叠加在增压风机导叶信号上；

当机组的一次风机故障RB命令复位后：

所述故障工作方式中的引风机挡板的前馈信号按照0.05%/S的速率回零，同时所述故障工作方式中的增压风机导叶的前馈信号按照0.05%/S的速率回零。

方案进一步是：所述方法进一步包括：当单侧的一次风机出现故障引发RB命令后，在一个预设的时间内增压风机入口压力PID调节器输出处于保持状态，然后再经一个预设的时间后恢复自动调节的运算功能。

方案进一步是：所述的预设的时间是60秒。

本发明方法针对不同运行工况和不同负荷下超临界锅炉发生一次风机RB给出不同的引风机及增压风机挡板指令。当机组正常运行时，引风机挡板指令由炉膛负压PID调节器的调节信号和送风机挡板开度形成的前馈信号共同构成，增压风机挡板指令为增压风机入口压力PID调节器的调节信号。当发生单侧一次风机故障跳闸导致机组快速减负荷时，引风机挡板指令由炉膛负压PID调节器的调节信号、送风机挡板开度形成的前馈信号以及跳闸一次风机形成的控制信号共同构成；增压风机挡板指令由增压风机入口压力PID调节器的调节信号和跳闸一次风机形成的控制信号共同构成，同时增压风机入口压力PID调节器在RB发生60秒内保持输出。跳闸一次风机对引风机和增压风机挡板形成的前馈控制信号在RB发生时立即叠加在挡板指令上，在RB结束后引风机和增压风机挡板的前馈控制信号缓慢回零，避免对炉膛负压产生新的扰动。从而解决了一次风机RB发生过程中炉膛负压的控制问题，能够在单侧一次风机跳闸后快速将炉膛负压稳定在合适的范围，且在RB过程中及RB结束后不会因前馈信号变化发生再次的扰动。

下面结合附图和实施例对发明作一详细描述。

附图说明

图1是锅炉送风系统示意图；

图2是本发明方法逻辑流程图。

具体实施方式

超临界直流锅炉一次风机RB过程中炉膛负压的快速控制方法，是对锅炉风烟系统的快速控制方法，如图1所示，所述送风系统包括与锅炉炉膛1并联连接的至少两组一次风机3、两组送风机4和两组引风机5，两组风机和两组引风机，在锅炉炉膛与两组一次风机、两组送风机和两组引风机之间有两组空气预处理器2；其中：所述两组一次风机用于通过磨煤机向炉膛输送燃料，两组送风机用于向炉膛送风助燃；并联的两组引风机5从炉膛将风引出后送至一个具有增压风机6的通道，增压风机的通道顺序连接脱硫吸收塔7和烟囱8，在空气预处理器中实现锅炉烟气、一次风、二次风（引风机引出风）的热交换，实现空气预热，避免大量的热能随烟气排出，造成热损失。所述的控制方法是当其中一组风机的一次风机发生故障跳闸引发RB命令（辅机故障快速减负荷）时，对引风机和增压风机进行控制的方法，是为了解决带脱硫增压风机的超临界锅炉一次风机RB过程中炉膛负压的控制问题，使机组在发生单侧一次风机故障跳闸快速减负荷的过程中将炉膛负压维持在合适范围，不会因燃烧波动剧烈、炉膛负压达到保护定值导致机组跳闸。因此，当一侧的一次风机出故障引发RB命令时，引风机挡板的控制信号由正常工作方式转换为故障工作方式；

所述正常工作方式是：引风机挡板信号由炉膛负压PID的调节信号、送风机挡板开度的前馈信号共同构成，所述前馈信号由两台送风机挡板平均开度做为输入经过一个F(x)1函数输出得到；增压风机挡板信号由增压风机入口压力PID的输出信号构成，所述F(x)1函数是由送风机挡板平均开度作为变量获得的对应的前馈信号形成的曲线；

F(x)1函数的关系如表1所示：

表1送风机挡板前馈函数（以600MW机组为例）

所述故障工作方式是：引风机挡板信号由炉膛负压PID的调节信号、送风机挡板开度的前馈信号和一次风机RB指令前馈信号1共同构成；增压风机挡板信号由增压风机入口压力PID的调节信号和一次风机RB指令前馈信号2共同构成；

所述前馈信号1和所述前馈信号2是由机组负荷做为输入并分别通过F(X)2函数和F(X)3函数获得，其中：

所述F(X)2函数是由机组负荷变量作为变量获得的对应的用于与炉膛负压PID的调节信号、送风机挡板开度的前馈信号叠加形成的超驰关闭送风机挡板开度信号曲线；如表2所示；

表2一次风机RB炉膛负压控制器前馈函数（以600MW机组为例）

所述F(X)3函数是由机组负荷变量作为变量获得的对应的用于与增压风机入口压力PID的调节信号叠加形成的超驰关闭增压风机挡板开度信号曲线。如表3所示：

表3一次风机RB增压风机入口压力控制器前馈函数

（以600MW机组为例）

其中：所述跳闸一次风机的对象传递函数由公式F(x)=ax表示；其中：x为RB发生时刻负荷的输出变量，F(x)为控制信号的输出变量，a为校正系数，通常取值0.5至0.8。其中的负值是指负反馈信号，所谓的超驰是指即可执行没有延时。

然而为了减少计算带来的延时，所述F(x)1函数、F(X)2和F(X)3函数是经实验预先做出的函数表，所述前馈信号、超驰关闭送风机挡板开度信号和超驰关闭增压风机挡板开度信号，根据机组负荷变化从对应的函数表中获取。

实施例中：当单侧的一次送风机出现故障引发RB命令时：

所述前馈信号1以100%/S的速率（在一秒钟内将100%的反馈信号）立即叠加在引风机导叶控制信号上，以及前馈信号2以100%/S的速率（在一秒钟内将100%的反馈信号）立即叠加在增压风机导叶信号上；

当机组的一次风机故障RB命令复位后：

所述故障工作方式中的引风机挡板的前馈信号按照0.05%/S的速率（将100%的反馈信号以0.05%/S的速率）回零，同时所述故障工作方式中的增压风机导叶的前馈信号按照0.05%/S的速率（将100%的反馈信号以0.05%/S的速率）回零。

实施例中：当单侧的一次风机出现故障引发RB命令后，在一个预设的时间内增压风机入口压力PID调节器输出处于保持状态，然后再经一个预设的时间后恢复自动调节的运算功能。其中，所述的预设的时间是40至100秒，最佳为60秒。

图2非常清楚的示出了故障工作方式下的控制逻辑：在非一次风机RB工况中，引风机挡板和增压风机导叶指令中的一次风机RB前馈均通过切换开关T3、T4切换至零，不产生作用。此时，引风机挡板指令由以下分量组成：炉膛负压PID调节器输出、送风机动叶开度经F(X)1函数输出的前馈信号。此时，增压风机导叶指令为增压风机入口压力PID调节器输出。

当发生RB时，通过切换开关T1、T2，系统记忆了此时的机组负荷，并分别经过F(x)2和F(x)3函数输出，再通过切换开关T3、T4，前馈信号1和前馈信号2由0切换至F(x)2和F(x)3的输出，同时增压风机入口压力PID控制器在RB触发后保持输出60秒，之后再恢复运算。双向速率限制模块“RATELIMIT”的作用是，RB发生时F(x)2和F(x)3分别输出一个负值，此时减速率为100%/S，保证前馈信号以最快速率作用在引风机挡板和增压风机导叶指令上，使得风机挡板（导叶）快速关闭，避免炉膛负压下降过多。RB信号复位后，前馈信号1和前馈信号2分别通过切换开关T3和T4回复为0，此时为防止挡板（导叶）开度的回复对炉膛负压再次造成扰动，通过双向速率限制模“RATELIMIT”给出0.5%/S的加速率限制，使得挡板（导叶）指令中的一次风机RB前馈信号以此速率缓慢回复至0。

Claims (5)

1.超临界直流锅炉一次风机RB过程中炉膛负压的快速控制方法，是对锅炉风烟系统的快速控制方法，所述风烟系统包括与锅炉炉膛并联连接的两组一次风机、两组送风机和两组引风机，其中：所述两组一次风机用于向炉膛输送燃料，两组送风机用于向炉膛送风助燃；并联的两组引风机从炉膛将风引出后送至一个具有增压风机的通道，增压风机的通道顺序连接脱硫吸收塔和烟囱；所述的控制方法是当其中一组风机的一次风机出现故障跳闸引发RB命令时，对引风机和增压风机进行控制的方法，当一侧的一次风机发生故障跳闸引发RB命令时，引风机挡板的控制信号由正常工作方式转换为故障工作方式；

所述正常工作方式是：引风机挡板信号由炉膛负压PID的调节信号、送风机挡板开度的前馈信号共同构成，所述前馈信号由两台送风机挡板平均开度做为输入经过一个F(x)1函数输出得到；增压风机挡板信号由增压风机入口压力PID的输出信号构成，所述F(x)1函数是由送风机挡板平均开度作为变量获得的对应的前馈信号形成的曲线；

其特征在于：所述故障工作方式是：引风机挡板信号由炉膛负压PID的调节信号、送风机挡板开度的前馈信号和一次风机RB指令前馈信号1共同构成；增压风机挡板信号由增压风机入口压力PID的调节信号和一次风机RB指令前馈信号2共同构成；

所述前馈信号1和所述前馈信号2是由机组负荷做为输入并分别通过F(X)2和F(X)3函数获得，其中：

所述F(X)2是由机组负荷变量作为变量获得的对应的用于与炉膛负压PID的调节信号、送风机挡板开度的前馈信号叠加形成的超驰关闭送风机挡板开度信号曲线；

所述F(X)3函数是由机组负荷变量作为变量获得的对应的用于与增压风机入口压力PID的调节信号叠加形成的超驰关闭增压风机挡板开度信号曲线。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述F(x)1函数、F(X)2和F(X)3函数是经实验预先做出的函数表，所述前馈信号、超驰关闭送风机挡板开度信号和超驰关闭增压风机挡板开度信号，根据机组负荷变化从对应的函数表中获取。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当单侧的一次送风机出现故障引发RB命令时：

所述前馈信号1以100%/S的速率立即叠加在引风机导叶控制信号上，以及前馈信号2以100%/S的速率立即叠加在增压风机导叶信号上；

当机组的一次风机故障RB命令复位后：

所述故障工作方式中的引风机挡板的前馈信号按照0.05%/S的速率回零，同时所述故障工作方式中的增压风机导叶的前馈信号按照0.05%/S的速率回零。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：当单侧的一次风机出现故障引发RB命令后，在一个预设的时间内增压风机入口压力PID调节器输出处于保持状态，然后再经一个预设的时间后恢复自动调节的运算功能。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的预设的时间是60秒。