對(duì)于大多數(shù)含脫硫裝置的電站而言，增壓風(fēng)機(jī)是必須配置的，其煙氣系統(tǒng)通常的控制策略為增壓風(fēng)機(jī)控制增壓風(fēng)機(jī)入口壓力，引風(fēng)機(jī)控制爐膛負(fù)壓。對(duì)于風(fēng)機(jī)串聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)，這種控制方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但是當(dāng)出現(xiàn)煙氣流量大幅變動(dòng)、風(fēng)機(jī)RB等惡劣工況時(shí)，由于爐膛負(fù)壓和增壓風(fēng)機(jī)入口壓力之間的耦合作用，一旦調(diào)整不好，該控制方式容易產(chǎn)生振蕩甚至發(fā)散，對(duì)機(jī)組運(yùn)行帶來(lái)較大風(fēng)險(xiǎn)。本文提出一種增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)聯(lián)合協(xié)調(diào)控制的方式，該方式利用兩種風(fēng)機(jī)同時(shí)控制爐膛負(fù)壓，并兼顧增壓風(fēng)機(jī)入口壓力。通過(guò)該控制方式可以有效避免傳統(tǒng)控制模式帶來(lái)的一些弊端。
1 對(duì)象特性分析
壓力反映了氣體的狀態(tài)，是質(zhì)量、溫度等參數(shù)的綜合體現(xiàn)。爐膛壓力和增壓風(fēng)機(jī)入口壓力由煙氣量、燃料量、送引風(fēng)機(jī)狀態(tài)、增壓風(fēng)機(jī)狀態(tài)、爐內(nèi)燃燒強(qiáng)度、爐內(nèi)溫度、煙氣溫度等參數(shù)決定。下面假定高溫低壓的煙氣為理想氣體，對(duì)壓力特性進(jìn)行定性分析。
由理想氣體性質(zhì)可得：p=mRT/V (1)
對(duì)(l)式求導(dǎo)得：

對(duì)于鍋爐而言其容積V是固定的，因此由(2)式中可以看出壓力和氣體的質(zhì)量、溫度的狀態(tài)直接相關(guān)。具體對(duì)爐膛壓力和增壓風(fēng)機(jī)入口壓力而言，其主要影響因素如下：
爐膛壓力和爐內(nèi)煙氣質(zhì)量變化、爐內(nèi)溫度變化相關(guān)。引起爐內(nèi)煙氣質(zhì)量變化的因素主要包括：送風(fēng)量、引風(fēng)量和燃料量；引起爐內(nèi)溫度變化的因素主要是爐內(nèi)燃燒工況的變化。
增壓風(fēng)機(jī)入口壓力和引風(fēng)機(jī)至增壓風(fēng)機(jī)煙道內(nèi)煙氣質(zhì)量變化、煙氣溫度變化相關(guān)。引起煙道內(nèi)煙氣質(zhì)量變化的因素主要包括：引風(fēng)機(jī)排煙量，增壓風(fēng)機(jī)出力；引起煙道內(nèi)煙氣溫度變化的因素主要包括爐膛排煙溫度的變化。
以增壓風(fēng)機(jī)控制其入口壓力、引風(fēng)機(jī)控制爐膛負(fù)壓的傳統(tǒng)控制方式，在正常工況時(shí)完全可以滿足對(duì)爐膛壓力和脫硫系統(tǒng)的控制需求。然而在某些特殊工況下卻存在不安全因素。
例如在爐膛內(nèi)燃燒發(fā)生劇烈變化、煙氣流量快速下降的工況下。爐膛壓力迅速下降，引風(fēng)機(jī)出力減小。隨后增壓風(fēng)機(jī)入口壓力也隨之下降，增壓風(fēng)機(jī)也減小出力。不過(guò)由于引風(fēng)機(jī)初期出力的減小和壓力傳遞的時(shí)間差，當(dāng)引風(fēng)機(jī)出力減小后一段時(shí)間增壓風(fēng)機(jī)才開(kāi)始減小出力。由此導(dǎo)致增壓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)和引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)相互耦合，使得壓力可能出現(xiàn)反復(fù)波動(dòng)、波動(dòng)幅度過(guò)大、波動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)壓力的波動(dòng)可導(dǎo)致?tīng)t膛壓力保護(hù)動(dòng)作甚至可能拉塌煙道。
因此在傳統(tǒng)的控制邏輯中，針對(duì)風(fēng)機(jī)RB的工況通常增加了相應(yīng)的前饋邏輯：風(fēng)機(jī)RB時(shí)，增壓風(fēng)機(jī)出力迅速減小至原來(lái)的70％左右。同時(shí)為了減小增壓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)和引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)之間的耦合作用，通常將增壓風(fēng)機(jī)對(duì)其入口壓力的調(diào)節(jié)能力設(shè)得較弱。這樣一來(lái)，當(dāng)機(jī)組正常工況波動(dòng)時(shí)，很可能出現(xiàn)增壓風(fēng)機(jī)入口壓力調(diào)節(jié)過(guò)程較長(zhǎng)，調(diào)節(jié)品質(zhì)較差的情況；當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)磨煤機(jī)跳閘導(dǎo)致燃燒工況大幅波動(dòng)時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)由于調(diào)節(jié)能力不足導(dǎo)致壓力波動(dòng)過(guò)大，嚴(yán)重影響安全運(yùn)行。
2 協(xié)調(diào)控制仿真試驗(yàn)
增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的協(xié)調(diào)控制主要是指：爐膛負(fù)壓由增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)來(lái)共同控制，增壓風(fēng)機(jī)在控制爐膛負(fù)壓的同時(shí)兼顧增壓風(fēng)機(jī)入口壓力。采用風(fēng)機(jī)的協(xié)調(diào)控制后，當(dāng)爐膛內(nèi)燃燒發(fā)生劇烈變化導(dǎo)致煙氣量大幅改變時(shí)，增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)同向調(diào)節(jié)，克服了兩者之間的耦合作用，不會(huì)產(chǎn)生由于增壓風(fēng)機(jī)入口壓力的滯后性、風(fēng)機(jī)之間的耦合性導(dǎo)致的增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)的不同步，減少了增壓風(fēng)機(jī)對(duì)風(fēng)煙系統(tǒng)的內(nèi)擾，使得包括爐膛負(fù)壓在內(nèi)的風(fēng)煙系統(tǒng)各參數(shù)調(diào)節(jié)品質(zhì)得到提高。
根據(jù)前面分析的壓力特性，對(duì)風(fēng)煙系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模，并對(duì)仿真模型進(jìn)行對(duì)比仿真試驗(yàn)，定性仿真風(fēng)量大幅下降時(shí)風(fēng)煙系統(tǒng)的工作狀態(tài)。在仿真中分別采用兩種控制模式并調(diào)整參數(shù)至最優(yōu)，仿真結(jié)果如圖l所示。從圖1中可以看出：



(l)在原控制策略下，引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)存在較強(qiáng)的耦合作用(風(fēng)機(jī)之間的反向調(diào)節(jié))；采用協(xié)調(diào)控制后，風(fēng)機(jī)之間的耦合作用減弱了。
(2)采用協(xié)調(diào)控制后，無(wú)論爐膛壓力和增壓風(fēng)機(jī)入口壓力，其壓力波動(dòng)幅度和波動(dòng)的持續(xù)時(shí)間均得到了改善，風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)幅度也變得更加平緩，風(fēng)煙系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)得到了顯著提高。
3 協(xié)調(diào)控制實(shí)施效果
定性仿真試驗(yàn)證明協(xié)調(diào)控制模式能有效地減弱風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)之間的耦合性作用，同時(shí)改善調(diào)節(jié)品質(zhì)，增加控制的安全性。按照仿真試驗(yàn)思路在某300MW機(jī)組上進(jìn)行了引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)聯(lián)合控制試驗(yàn)，對(duì)不同工況下風(fēng)機(jī)協(xié)調(diào)控制的控制品質(zhì)進(jìn)行考核。
3.1 協(xié)調(diào)控制策略
某電廠＃5機(jī)組為300MW亞臨界燃煤機(jī)組，其鍋爐采用上海鍋爐廠制造的亞臨界壓力一次再熱控制循環(huán)鍋爐。引風(fēng)機(jī)為靜葉可調(diào)軸流式，設(shè)計(jì)工況為953070m3/h，風(fēng)機(jī)全壓設(shè)計(jì)工況為4693Pa。該機(jī)組配置石灰石-石膏濕法脫硫裝置，一爐一塔，每臺(tái)爐煙氣系統(tǒng)配置一臺(tái)100%BMCR容量的動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)，用于克服FGD裝置投入時(shí)引起的煙氣壓降。增壓風(fēng)機(jī)的性能保證能適應(yīng)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)工況35％-100%BMCR負(fù)荷下正常運(yùn)行，并留有一定裕度。
針對(duì)該機(jī)組，按照?qǐng)D2中所示SAMA圖示意圖對(duì)原徑制組態(tài)進(jìn)行修改。

在修改的過(guò)程中還應(yīng)注意下面問(wèn)題：
(l)考慮到增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)特性的差異，在主控MA站出口增加f(x)回路，調(diào)節(jié)不同風(fēng)機(jī)之間的特性差異。同時(shí)需要在增壓風(fēng)機(jī)至主控的反饋回路中增加反算的f(x)回路，以保證跟蹤的實(shí)現(xiàn)。
(2)增壓風(fēng)機(jī)入口壓力修正回路主要用于保證穩(wěn)態(tài)工況下維持增壓風(fēng)機(jī)入口壓力，需要考慮該P(yáng)ID的修正范圍。同時(shí)在跟蹤回路中應(yīng)保證該部分修正量在風(fēng)機(jī)手動(dòng)時(shí)跟蹤至零位，以及設(shè)定值對(duì)實(shí)際壓力的跟蹤。
3.2 協(xié)調(diào)控制實(shí)施效果
在風(fēng)機(jī)聯(lián)控試驗(yàn)中，將AGC撤出運(yùn)行，穩(wěn)定在機(jī)組負(fù)荷在240Mw附近，在該負(fù)荷段下進(jìn)行負(fù)壓定值擾動(dòng)試驗(yàn)和負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)，并調(diào)整引風(fēng)機(jī)控制至最優(yōu)品質(zhì)。經(jīng)調(diào)整后的相關(guān)試驗(yàn)曲線如圖3中所示。

經(jīng)調(diào)整后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表l-2中所示。

由相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)聯(lián)控爐膛負(fù)壓的方式是可行的，經(jīng)過(guò)參數(shù)的整定，完全能滿足控制需要。
4 小 結(jié)
通過(guò)仿真試驗(yàn)證明風(fēng)機(jī)的協(xié)調(diào)控制模式能有效地減弱風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)之間的耦合性作用，同時(shí)改善調(diào)節(jié)品質(zhì)，增加控制的安全性。通過(guò)某300MW機(jī)組上風(fēng)機(jī)協(xié)調(diào)控制方式的實(shí)施，證明風(fēng)機(jī)的協(xié)調(diào)控制是安全可行的，能提高惡劣工況變化時(shí)風(fēng)煙系統(tǒng)的控制品質(zhì)。為增壓風(fēng)機(jī)控制、引風(fēng)機(jī)控制提供了一種新的思路。但是還存在下面一些問(wèn)題值得進(jìn)一步探討和研究：
(l)在風(fēng)機(jī)協(xié)調(diào)控制模式下，增壓風(fēng)機(jī)由爐膛壓力控制回路和增壓風(fēng)機(jī)入口壓力控制回路共同參與調(diào)節(jié)。兩個(gè)壓力控制回路之間的比例目前為一定值，該定值由不同工況下的調(diào)整需要綜合而定。在下一步的研究中可以考慮根據(jù)不同工況動(dòng)態(tài)分配兩個(gè)回路之間的比例關(guān)系，以進(jìn)一步提高控制品質(zhì)。
(2)增壓風(fēng)機(jī)入口壓力反應(yīng)了引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)之間的出力分配關(guān)系，可以通過(guò)調(diào)整增壓風(fēng)機(jī)入口壓力找到較為經(jīng)濟(jì)的工況。在下一步的研究中可以考慮：當(dāng)給定不同負(fù)荷段下的最優(yōu)入口壓力設(shè)定點(diǎn)后，區(qū)分穩(wěn)定工況和動(dòng)態(tài)工況，動(dòng)態(tài)調(diào)整增壓風(fēng)機(jī)入口壓力控制回路的控制器參數(shù)，提高穩(wěn)定工況下入口壓力控制的準(zhǔn)確性和動(dòng)態(tài)工況下入口壓力控制的穩(wěn)定性，從而使相關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最佳。