CN110985429A - 一种检测及消除风机失速的控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种检测及消除风机失速的控制装置及方法，包括：步骤1、对风机失速情况进行判断；步骤2、若步骤1所述所有的判断条件均满足，则判断风机失速；步骤3、继续根据相关被控量参数调整风机出力。本发明的有益效果是：在两台风机并列运行且均投入自动，其中一台风机失速时，可通过监测相关被控量参数准确判断风机失速的发生，并合理调整风机出力以减轻或消除失速工况，提升锅炉运行的可靠性。可应用于采用双列风机的锅炉风烟系统上。可在风机发生失速时，准确判断风机失速工况的发生，迅速改变该风机系统的自动控制方式，并合理调整风机出力，有利于消除风机失速的影响，恢复风烟系统的正常运行，保证锅炉的运行安全性。
Description
技术领域
本发明涉及风机失速消除领域，尤其包括一种检测及消除风机失速的控制装置及方法。
背景技术
风机作为锅炉设备的重要组成部分，主要承担着向炉膛内输送空气、煤粉及维持炉膛压力等任务。因此，风机的正常运行对锅炉运行的安全性至关重要。目前，锅炉的风机一般采用双列方式配置，由两台相同型号的风机同时维持炉膛运行参数的正常，保证机组的风量需求。锅炉系统中主要的风机设备有送风机、引风机和一次风机，涉及的设备还包括风机附属设备，如风门挡板、风道、可调节执行机构、测量用变送器和工业控制计算机。当下，工业控制计算机将实时监测控制参数(如风压、流量或炉膛压力等)，并将反馈值与设定值进行偏差比较，采用PID调节模块，根据偏差值同步调节两台风机的出力，以达到精准闭环控制的目的。运行时两台风机的参数应基本一致。在风机运行过程中，当气流与叶片进口形成正冲角，且此正冲角超过某一临界值时，叶片背面流动工况开始恶化，在叶片背面尾端出现涡流区，即发生所谓“风机失速”现象。当发生风机失速时，风道内流体的流动阻力越大，使叶道阻塞，同时风机的出力和风压也随之迅速降低。
对于采用双风机并列运行的机组来说，由于风道阻力、风机调节特性的变化以及控制参数设计不当等原因，极易引起单台风机失速的情况发生。当出现该工况时，失速风机的出力将急剧下降，并进一步影响锅炉运行参数的正常；该现象将导致风机出力骤然下降，被控参数会因此发生大幅波动。当发生失速时，风机出力将在短时间内下降，控制参数将发生波动，如控制系统无法判断该异常情况的发生，继续以闭环方式提高风机出力，并不能缓解风机失速的情况，反而可能导致参数波动的加剧，甚至威胁锅炉的运行安全。因此，必须对风机失速做快速准确的判断，并对风机运行方式采取合理的措施，减轻或保证设备和机组的运行安全。而在目前的控制策略中，并没有能够准确判断风机失速工况的方法及判据，在该工况下机组的自动控制回路将继续以闭环方式控制风机出力，不断提高风机指令。但实际上，由于风机运行处于不稳定的失速区域，盲目提升风机指令并不能使风机恢复正常，反而可能造成锅炉风烟系统工况的进一步恶化。因此，有必要设计相关的逻辑对风机失速的工况进行准确判断，同时采取相应的措施缓解或消除该异常工况。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种检测及消除风机失速的控制装置及方法。
这种检测及消除风机失速的控制装置，包括：A风机、B风机、风机附属设备、A风机执行机构、B风机执行机构、A风机的电流变送器、A风机的压力变送器、B风机的电流变送器、B风机的压力变送器、被控量测量变送器和工业控制计算机；
所述A风机与B风机在锅炉风烟系统中双侧并列；A风机的出风口连接A风机的电流变送器和A风机的压力变送器；A风机的电流变送器和A风机的压力变送器均接入工业控制计算机；所述A风机上设有A风机执行机构；所述A风机执行机构接入工业控制计算机；
所述B风机的出风口连接B风机的电流变送器和B风机的压力变送器；所述B风机的电流变送器和B风机的压力变送器均接入工业控制计算机；所述B风机上设有B风机执行机构；B风机执行机构接入工业控制计算机；
所述被控量测量变送器的输入为A风机的被控对象和B风机的被控对象，被控量测量变送器接入工业控制计算机。
作为优选，所述A风机和B风机为一次风机、送风机或引风机。
作为优选，所述风机附属设备包括挡板和风道。
作为优选，所述A风机执行机构和B风机执行机构包括风机动叶、静叶和变频器。
作为优选，所述被控对象为一次风机的一次风压、送风机的风量或引风机的单侧炉膛的压力。
这种检测及消除风机失速的控制装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤1、对风机失速情况进行判断，判断条件如下：
a)当两台风机处于并列运行状态，并均投入自动运行状态时，本条判断条件成立；
b)当两台风机的电流偏差大于电流偏差的定值时，本条判断条件成立；
c)利用工业控制计算机在某一时刻将风压测量值进行保持，并与实时风压测量值进行比较，若风机出口压力在5秒内变化量超过风压下降限值，则本条判断条件成立；被保持的风压测量值将被保持5秒，5秒后将跟踪实际风压0.5秒后再进行保持，进入下一扫描循环周期；
步骤2、若步骤1所述所有的判断条件均满足，则判断风机失速：风机失速信号触发后，如果B风机的风机电流小于A风机的风机电流，判断B风机失速；如果A风机的风机电流小于B风机的风机电流，判断A风机失速；
步骤3、判断风机失速发生后，继续根据相关被控量参数调整风机出力；控制逻辑将撤出A风机和B风机的闭环控制自动控制回路，风机主控处增加手动控制逻辑；
步骤4、对于运行电流较小的风机，控制逻辑将其中被判断为处于失速工况的风机，在该风机当前出力的基础上，以一定速率减小风机执行机构的开度；
步骤5、当风机出力恢复、风机失速情况消失后，操作人员确认系统运行情况，恢复风机并列运行，然后手动将闭环控制自动控制回路重新投入。
作为优选，步骤1所述条件c)后还有条件d)：针对不同的风机控制系统，利用各种风机的相关被控量参数对风机失速情况作进一步验证判断，各种风机的相关被控量参数按被控对象的特性进行调整。
作为优选，所述相关被控量参数为各风机的主要调节参数；相关被控量参数中的一项为被控对象；所述被控对象为一次风机的一次风压、送风机的风量或引风机的单侧炉膛的压力。
作为优选，步骤1中条件b)所述电流偏差的定值根据设备的运行特性设定。
作为优选，步骤1中条件c)所述风压下降限值根据各机组的设备特性及风机出口风压特性设定。
本发明的有益效果是：本发明提出的一种检测及消除风机失速的控制方法及装置，在两台风机并列运行且均投入自动，其中一台风机失速时，可通过监测相关被控量参数准确判断风机失速的发生，并合理调整风机出力以减轻或消除失速工况，提升锅炉运行的可靠性。本发明可应用于采用双列风机的锅炉风烟系统上。本发明可在风机发生失速时，准确判断风机失速工况的发生，迅速改变该风机系统的自动控制方式，并合理调整风机出力，有利于消除风机失速的影响，恢复风烟系统的正常运行，保证锅炉的运行安全性。
附图说明
图1为锅炉风机系统及其控制流程示意图；
图2为风机失速判断逻辑流程图。
附图标记说明：A风机1、A风机的电流变送器2、A风机的压力变送器3、被控量测量变送器4、B风机5、工业控制计算机6、A风机执行机构7、B风机执行机构8、B风机的电流变送器9、B风机的压力变送器10。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
从目前的运行数据看，风机失速多发生于两台并列风机投入自动运行时，由于两侧风机出力变化的不一致是造成风机失速的重要原因，而单风机运行时失速的情况相对较少。为避免判断逻辑误动作，本发明仅考虑双侧风机投入自动运行的工况。
本发明的主要系统结构如图1所示，该系统主要由A风机1、B风机5、风机附属设备、A风机执行机构7、B风机执行机构8、A风机的电流变送器2、A风机的压力变送器3、B风机的电流变送器9、B风机的压力变送器10、被控量测量变送器4和工业控制计算机6组成。电流变送器用于测量风机电流，风压变送器用于测量风机出口风压，工业控制计算机6用于进行逻辑判断及控制。
A风机1与B风机5在锅炉风烟系统中双侧并列；A风机1的出风口连接A风机的电流变送器2和A风机的压力变送器3；A风机的电流变送器2和A风机的压力变送器3均接入工业控制计算机6；A风机1上设有A风机执行机构7；A风机执行机构7接入工业控制计算机6；B风机5的出风口连接B风机的电流变送器9和B风机的压力变送器10；B风机的电流变送器9和B风机的压力变送器10均接入工业控制计算机6；B风机5上设有B风机执行机构8；B风机执行机构8接入工业控制计算机6；被控量测量变送器4的输入为A风机1的被控对象和B风机5的被控对象，被控量测量变送器4接入工业控制计算机6。A风机1和B风机5为一次风机、送风机或引风机。风机附属设备包括挡板和风道。A风机执行机构7和B风机执行机构8包括风机动叶、静叶和变频器。被控对象为一次风机的一次风压、送风机的风量或引风机的单侧炉膛的压力。
在正常状态中，工业控制计算机6将实时测量的被控变量与设定值进行比较，运算生成风机执行机构的开度指令，改变风机的出力，以此实现对被控量的精确闭环控制。
对风机失速情况进行判断的判断条件如下：
a)当两台风机处于并列运行状态，并均投入自动运行状态时，本条判断条件成立；
b)当两台风机的电流偏差大于电流偏差的定值时，本条判断条件成立；
c)利用工业控制计算机6在某一时刻将风压测量值进行保持，并与实时风压测量值进行比较，若风机出口压力在5秒内变化量超过风压下降限值，则本条判断条件成立；被保持的风压测量值将被保持5秒，5秒后将跟踪实际风压0.5秒后再进行保持，进入下一扫描循环周期；
d)：针对不同的风机控制系统，利用各种风机的相关被控量参数对风机失速情况作进一步验证判断，各种风机的相关被控量参数按被控对象的特性进行调整。
相关被控量参数为各风机的主要调节参数；相关被控量参数中的一项为被控对象；被控对象为一次风机的一次风压、送风机的风量或引风机的单侧炉膛的压力。条件b)所述电流偏差的定值根据设备的运行特性设定。条件c)所述风压下降限值根据各机组的设备特性及风机出口风压特性设定。
本发明的风机失速判断逻辑流程图如图2所示，图2中AND为逻辑与功能块，OR为逻辑或功能块；其中一个测量值保持回路中RS触发器输出为TRUE以后，脉冲发5s，延迟4s后，发1.5s脉冲复位RS触发器；另一个测量值保持回路中RS触发器输出为TRUE以后，脉冲发10s，延迟9s后，发1.5s脉冲复位RS触发器；对于低信号监视器，当上行输入低于固定的设置点值，则将输出数字标志设置为TRUE，即数字量1；A风机出口压测量信号、B风机出口压测量信号参与的功能块输入开关量为TURE时，功能块模拟量信号由Y端输入，开关量为FALSE，模拟量输入为N端。
实施例：
由于发电机组实际运行中尽量避免发生风机失速，因此采用信号模拟试验的形式验证本发明的有效性，在艾默生OVATION分散控制系统上组态并进行模拟试验，该控制系统广泛应用于各大工业控制，模拟数值与各类风机参数不一定相符，仅供验证试验参考，模拟试验主要针对风机失速信号的触发，试验步骤如下：
1)开始模拟试验前，先设定各变量的数值，A、B侧风机运行电流信号均先模拟为200A，风机电流偏差大限值设置为80A，A、B侧风机出口风压信号模拟为11kPa，风压偏差限值设为-2kPa，两台风机运行且自动投入信号模拟为TRUE，即条件a满足，条件d不设置。
2)首先将A侧风机运行电流信号数值修改为100A，B侧风机运行电流信号数值不变，计算出电流偏差为100A大于80A，条件b满足。
3)保持条件b满足，将A或者B侧风机出口风压信号数值修改为8kPa，5秒后计算出风压偏差-3kPa小于-2kPa，条件c满足。
4)条件d未设置，条件a、条件b和条件c全部满足，触发风机失速信号，同时A风机失速信号发出。同样采用上述步骤对B风机信号进行模拟试验，触发B风机失速信号。
当实际运行时发生风机失速，根据本发明设计的策略，如图2所示，控制逻辑首先将立即切除风机的自动控制回路，防止闭环控制调节风机出力，影响被控量的稳定。同时，逻辑将根据风机的电流判断哪台风机发生失速问题，并在当前开度的基础上以一定速率超驰减少失速风机执行机构的开度。该操作主要目的是使失速风机回到正常工作点，恢复风机出力，保证系统的风量正常。而后，逻辑将风机出力控制保持在手动状态，由运行人员手动继续调整风机状态，直至系统恢复稳定运行。
当风机失速情况消失后，运行人员对风机系统的运行状况进行检查，手动将风机重新并入运行，并同时复位风机失速信号，恢复自动控制系统运行。
Claims (10)
1.一种检测及消除风机失速的控制装置，其特征在于，包括：A风机(1)、B风机(5)、风机附属设备、A风机执行机构(7)、B风机执行机构(8)、A风机的电流变送器(2)、A风机的压力变送器(3)、B风机的电流变送器(9)、B风机的压力变送器(10)、被控量测量变送器(4)和工业控制计算机(6)；
所述A风机(1)与B风机(5)在锅炉风烟系统中双侧并列；A风机(1)的出风口连接A风机的电流变送器(2)和A风机的压力变送器(3)；A风机的电流变送器(2)和A风机的压力变送器(3)均接入工业控制计算机(6)；所述A风机(1)上设有A风机执行机构(7)；所述A风机执行机构(7)接入工业控制计算机(6)；
所述B风机(5)的出风口连接B风机的电流变送器(9)和B风机的压力变送器(10)；所述B风机的电流变送器(9)和B风机的压力变送器(10)均接入工业控制计算机(6)；所述B风机(5)上设有B风机执行机构(8)；B风机执行机构(8)接入工业控制计算机(6)；
所述被控量测量变送器(4)的输入为A风机(1)的被控对象和B风机(5)的被控对象，被控量测量变送器(4)接入工业控制计算机(6)。
2.根据权利要求1所述的检测及消除风机失速的控制装置，其特征在于，所述A风机(1)和B风机(5)为一次风机、送风机或引风机。
3.根据权利要求1所述的检测及消除风机失速的控制装置，其特征在于，所述风机附属设备包括挡板和风道。
4.根据权利要求1所述的检测及消除风机失速的控制装置，其特征在于，所述A风机执行机构(7)和B风机执行机构(8)包括风机动叶、静叶和变频器。
5.根据权利要求1所述的检测及消除风机失速的控制装置，其特征在于，所述被控对象为一次风机的一次风压、送风机的风量或引风机的单侧炉膛的压力。
6.一种如权利要求1所述的检测及消除风机失速的控制装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对风机失速情况进行判断，判断条件如下：
a)当两台风机处于并列运行状态，并均投入自动运行状态时，本条判断条件成立；
b)当两台风机的电流偏差大于电流偏差的定值时，本条判断条件成立；
c)利用工业控制计算机(6)在某一时刻将风压测量值进行保持，并与实时风压测量值进行比较，若风机出口压力在5秒内变化量超过风压下降限值，则本条判断条件成立；被保持的风压测量值将被保持5秒，5秒后将跟踪实际风压0.5秒后再进行保持，进入下一扫描循环周期；
步骤2、若步骤1所述所有的判断条件均满足，则判断风机失速：风机失速信号触发后，如果B风机(5)的风机电流小于A风机(1)的风机电流，判断B风机(5)失速；如果A风机(1)的风机电流小于B风机(5)的风机电流，判断A风机(1)失速；
步骤3、判断风机失速发生后，继续根据相关被控量参数调整风机出力；控制逻辑将撤出A风机(1)和B风机(5)的闭环控制自动控制回路，风机主控处增加手动控制逻辑；
步骤4、对于运行电流较小的风机，控制逻辑将其中被判断为处于失速工况的风机，在该风机当前出力的基础上，以一定速率减小风机执行机构的开度；
步骤5、当风机出力恢复、风机失速情况消失后，操作人员确认系统运行情况，恢复风机并列运行，然后手动将闭环控制自动控制回路重新投入。
7.根据权利要求6所述的检测及消除风机失速的控制装置的控制方法，其特征在于，步骤1所述条件c)后还有条件d)：针对不同的风机控制系统，利用各种风机的相关被控量参数对风机失速情况作进一步验证判断，各种风机的相关被控量参数按被控对象的特性进行调整。
8.根据权利要求7所述的检测及消除风机失速的控制装置的控制方法，其特征在于：所述相关被控量参数为各风机的主要调节参数；相关被控量参数中的一项为被控对象；所述被控对象为一次风机的一次风压、送风机的风量或引风机的单侧炉膛的压力。
9.根据权利要求6所述的检测及消除风机失速的控制装置的控制方法，其特征在于：步骤1中条件b)所述电流偏差的定值根据设备的运行特性设定。
10.根据权利要求6所述的检测及消除风机失速的控制装置的控制方法，其特征在于：步骤1中条件c)所述风压下降限值根据各机组的设备特性及风机出口风压特性设定。
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