摘要：风烟系统是保证锅炉燃烧安全运行的基本系统。风烟系统的基本功能是：向锅炉炉膛提供一定有热量的风量，使煤粉在炉膛内充分燃烧；使引风量与送风量相适应，保持炉膛负压在规定的范围内；将充分利用后的炉膛内燃烧产物经除尘处理后抽入烟囱排向大气。基于以上功能，风烟系统一般包括空预器子系统、送风机子系统、引风机子系统。随着火电厂自动化水平的不断提高，基于整机自启停系统APS（Automatic Plantstar tupandshutdown System）先进的控制思想应用到大型电厂的控制系统中。而风烟系统作为一个功能相对独立且完整的系统，完全可以设计成一个功能级组实现自身系统的启停和自动控制，并纳入整个机组的APS控制体系，完成机组级协调功能组对其的调用，共同实现机组的全程自启停控制。国内真正能实现机组自启停的仅为少数全进口的引进机组，机组自启停是电厂自动化控制发展的一个趋势。
关键词：超超临界机组；风烟系统；顺控研究
1、前言
火电机组自启停控制系统(Automatic Plant Startupand Shutdown System，简称APS)作为提高自动化水平行之有效的方法，受到越来越多的关注和重视。而风烟系统作为一个功能相对独立且完整的系统，完全可以设计成一个功能级组实现自身系统的启停和自动控制，并纳入整个机组的APS控制体系，完成机组级协调功能组对其的调用，共同实现机组的全程自启停控制。
2、控制策略的难点和分析
作为APS控制体系中一个子系统的华能海门电厂风烟系统功能组真正具有全过程自动、全工况应用的实际运行效果，其设计思路值得研究借鉴。纵观整个控制策略，风烟系统的全程控制策略解决了以下3个关键问题。
a.功能组整体以顺序控制为依托。要实现全程控制，控制系统必须能自动顺序启停／转换设备，这是实现全程控制的基础和前提。因此控制策略应能根据工艺流程的需要和特点，按照预定的顺序、时序和逻辑条件的要求进行判断和运算，发送指令控制设备完成特定的动作。
b.功能组能对故障进行监视和处理。若当前执行步序过程中有设备出现故障且执行该步序已经超时，则功能组应能自动中断步序执行并报警，及时提醒运行人员，以避免继续无效的操作，继而导致联锁和保护动作。为了灵活起见，若一些故障暂时无法立即处理但得到确认后，功能组应能通过超驰功能让功能组从下一步直接继续执行下去。此外，功能组还应设有断点功能，使运行人员在重要操作之前进行确认。
c.最关键的就是功能组能让顺序控制与过程控制2种不同的控制方式平稳衔接。有了顺序自动控制作为基础，全程自动便有了可能，但要真正实现全程控制必须使功能组能够拟人化地判断当时系统所处的工况，在特定的许可条件下自主、连贯地投入相应系统“自动”，使得离散控制和模拟量控制无扰衔接，共同完成风烟功能组的全程控制。
3、控制策略设计
3.1顺序控制设计
由于风烟系统包括了许多子系统，因此实际顺序控制功能设计采用了分级控制结构，即把顺控功能结构分为设备级、单元级和功能组级。分级结构不仅使系统结构清晰严谨，同时有利于系统在投运后的运行管理和热工维护，运行人员可根据系统的具体情况选择各级控制。通过分级控制，运行人员可以单操启停某台引风机电机或油泵、阀门，完成设备级控制，实现单设备操作；也可以启动引风机子组，完成引风机组相应单元级的控制；甚至可以通过风烟功能组，协调引风机子组、送风机子组、空预器子组的关系共同完成整个功能组级的控制。
3.1.1设备级
设备级是顺序控制的基本元素，是控制指令的执行层。它完成对具体设备的控制，设计中设备级不仅接收上级的控制指令驱动设备，还必须接收保护信号完成对设备的保护。
3.1.2单元级
重要的辅机设备和与之相应的辅助设备、阀门等构成了单元级。例如，送风机单元级包括了油泵、进出口阀门、动叶等设备。单元级顺序控制的设计原则是根据该单元组所包括的设备情况，按照特定的工艺流程顺序逐一实现设备的启停和控制。
华能海门电厂风烟系统引风机、送风机单元级顺序控制如图1、2所示。设计与常规机组控制相似，都是根据各自系统包含的设备情况，按照相应工艺流程顺序安全地启动设备完成该单元级的启动。但由于单元级是功能组的构成元素，必须设计接口提供给上层功能组自动调用，因此华能海门电厂顺序控制单元级设计了“AutoStart”接口，当该单元功能组启动允许条件满足时，通过该接口可实现自动调用该单元组启动设备。
图1 引风机功能组
图2 送风机子组
3.1.3功能组级
功能组是整个风烟系统的最高控制层，它对风烟系统的运行工况进行全面监视，且能根据风烟组启停过程中不同阶段的需要，向风烟系统的各个子系统发出控制指令，并根据系统的工况协调各子系统间的控制，以保证在少量人工干预甚至完全不用人工干预的情况下，完成对风烟系统的全程自动控制。和单元级顺序控制设计最大的区别是，作为最高层控制的功能组不仅要处理好各子系统之间的调用关系，还必须解决与协调控制系统（CCS）相应闭环控制回路接口的问题，真正实现全程自动控制。系统配有华能海门电厂运行实际使用的风烟系统功能组界面图。
为了灵活适应各种机组运行工况，功能组提供风烟系统A侧或B侧单独运行的选择按钮，运行人员可通过按钮选择启动A侧、B侧或双侧运行，空预器相应地有单侧与双侧运行的工况选择。当运行方式确定后，功能组将根据组合情况自行判断并调用相应的单元级组完成启动。如此设计可让功能组适应面更广，提高功能组的利用率。实际使用中，当风机单侧检修时，仍可通过功能组选择另一侧来启动风烟系统。
现结合风烟系统功能组界面图说明功能组设计中几个关键的控制点。功能组中第3步启动引风机A顺序控制步骤中设计延时24s是为了让运行人员确认风机启动正常。第6步功能组会结合送风机运行台数控制送风机动叶开度并投入自动。这一步中送风机动叶开度的设置按锅炉约25%的额定风量来确定，此时炉膛还没有进行炉膛吹扫复位主燃料跳闸MFT（MasterFuelTrip）信号，因此只要保证最小通风量即可。由于改变送风机的动叶开度会改变炉膛风量，为了确保功能组设计的充分合理性需考虑各种工况情况的出现，该歩会综合判断送风机此时状态来决定是否执行改变送风机动叶的操作，而不是无条件改变送风机的动叶开度。
第1种工况：若功能组执行前2台送风机都未运行，这种工况最常出现，即首次恢复风烟功能组。这种工况比较简单，此时第6控制步序只需通过指令自动按一定速率把送风机A动叶开至15%。
第2种工况：功能组在执行前B侧送风机已运行且动叶开度较大，此类工况代表B侧风机已带有负荷运行，这种比较典型的情况即为送风机快速减负荷RB（RunBack）某侧风机发生跳闸后，现要重新启动另一侧风机。此时到该步若不进行判断，则因为满足2台送风机已运行，另一侧开度大的送风机动叶也将被减至10%，势必会对锅炉运行产生很大的扰动。因此，这里必须判断另一侧风机B开度是否大于20％，若开度大于该值则第6歩不执行。此时，虽然送风机A、B动叶开度相差较大，但功能组会通过闭环控制回路接口，利用电流找平回路闭环缓慢调平2台风机出力（这在下一节有介绍）。总结华能海门电厂1000MW风烟系统功能组设计，有3个特点。
a.第1功能组提供了风机运行工况方式的选择，这样让功能组能通过每步反馈条件的判断来决定是否调用相应的子功能组完成单侧风机或双侧风机的启动。如此设计使功能组的适用工况很广，在华能海门电厂实际投运中单侧风机运行的工况经常被应用到。
b.第2功能组能完成整个风烟系统重要参数闭环控制，其中离散控制与过程控制的接口衔接尤为重要。这体现在功能组第4、6、10步中负责动叶操作的步骤上，逻辑上设计的合理性使得功能组在对风机操作动叶时机组重要模拟量参数，如炉膛负压、风量参数等平稳过渡。
c.第3功能组对执行过程中操作处理的设计比较灵活，这体现在运行人员对功能组操作方式的多样性。当功能组启动条件满足后，运行人员既可在面板上选择“P1自动”按钮将功能组投入自动，然后点“P3启动”按钮启动功能组；也可通过机组级断点直接启动功能组。另外，即使在运行人员已选择两侧风机运行且已发出启动功能组指令后，因机组条件的临时变化无法完全启动两侧风机时，运行人员仍可以在功能组启动完A侧风机后程序执行到第6步时点击“P2手动”按钮让功能组暂停，等待B侧风机启动条件具备后继续往下执行。当条件具备后运行人员既可以选择投入“P1自动”和“P3启动”重新自动执行第6步直到完成功能组，也可直接选择“P4步进”按钮逐步往下执行。在功能组执行过程中，任何时候都可以点击“P6复位”按钮紧急停止功能组的执行。“P7确认”按钮用于运行人员对超时报警信息的确认。
2.2闭环控制回路接口设计
有了顺序控制作为支撑，全程自动控制才具备可能，但顺序控制与过程控制是针对不同的控制变量而进行的，因此要实现全程自动就必须使2种不同的控制方式平稳衔接。为了解决全过程自动控制对过程量的调节，系统除了常规的手动操作外，还设计了自动备用（autostandby）以及自动调节（autocontrol）2种状态。自动备用状态为过程量进入PID自动调节前的备用状态，它与手动状态的最大差别是手动／自动（M／A）站状态已在auto位，而手动状态时为manual位。虽然M／A站状态已在auto位，但自动备用状态下执行机构接收的指令仍不是PID调节器的输出，而是根据某个工况下需要的设定值，这个设定值可以是常数或某个函数的输出，是否接收PID调节器指令输出是自动备用状态和自动调节状态的本质差别。调节系统由自动备用状态转化到自动调节状态则是靠控制逻辑拟人化地根据当时系统所处的具体工况，判断出控制方式转换的许可条件。
当满足自动完成控制方式的无扰切换的条件时，最终由离散控制转换为过程控制。其许可条件不仅包括重要的模拟量参数，如总风量、炉膛负压达到期望值，还包括了开关量，如送风机投自动的条件之一取决于引风机是否在自动位等。当送风机不在自动调节方式时，风量设定跟踪实际总风量值；进入自动调节方式后，风量设定值在当前风量值下，以一定速率缓慢过渡到最小风量设定值。设定最小风量在吹扫时为35%，吹扫完成后为30%，锅炉点火后为投运燃烧器数量的函数。而风烟系统功能组第6步和第10步则是在自动备用状态下通过预设值完成的。
4、总结
APS控制是一种先进的控制理念，它对目前的控制系统提出了更高的要求，体现了机组自动化控制的最高水平。其风烟系统功能组全程自动控制的实现为机组的APS控制创造了条件。要真正实现全程自动控制，不仅取决于系统控制策略设计的全面，还与系统设备自身的可控性和可用率能否满足自动化要求有很大的关系。只有在良好的设备可控性基础上，将各种特性不同的调节控制有机融合为一体，才能实现系统全程自动控制。
参考文献：
[1]归一数。沈丛奇，胡静．APs技术在机组Dcs改造中的应用[J]．华东电力，2006，34(2)：5l一53．
[2]李锋，朱亚清，潘凤萍，等．1000Mw超超f临界机组风烟系统APS功能设计与应用[J]．电力自动化设备，2010，30(8)：116—120．
[3]张华，孙奎明．热工自动化[M]．北京：中国电力出版社，20101103—115．
论文作者:丁为乐1,徐笛2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
标签：功能论文; 风烟论文; 系统论文; 送风机论文; 工况论文; 机组论文; 风量论文; 《电力设备》2018年第27期论文;