摘要：锅炉烟风系统是保证锅炉运行稳定及电厂节能的重要组成部分，引风机的选型及设置方式是烟风系统中最重要的环节，一般电厂引风机无备用，因此对于烟风系统的控制保护显得由为重要。本文针对某发电有限公司3×35%引风机的锅炉风烟系统，根据锅炉运行负荷变化情况及项目引风机选型特性，设计了控制保护逻辑。经过RB试验后，其结果表明烟气系统响应负荷变化快，运行调节灵活性较好，调节的可靠性较高，可以有效的保证机组的安全运行。
关键词：优化锅炉；风烟系统；控制保护；逻辑设计；应用
1、风烟系统介绍
引风机的主要功能是抽吸锅炉燃烧产生的烟气排放到大气中，由于烟气中含有大量的烟尘，因此往往先将烟气除尘通过除尘器除尘，然后再经引风机抽吸。增压风机的功能是将烟气经脱硫系统处理后送入烟囱排放。引风机与增压风机合并后，取消脱硫旁路烟道，烟气自空预器出口经过电除尘器、引风机、吸收塔后，直接排入烟囱，系统具体如图1：
图1 3×35%引风机风烟系统
2、保护逻辑设计
2.1对于采用标准双送风机机双引风机的风烟系统，送风机和引风机两侧逻辑关系明确，同侧的送引风机互跳，当采用三台引风机方案后，采用如下设计原则：
1）三台引风机均运行时，单台引风机跳闸不跳送风机，送风机跳闸联跳同侧引风机；
2）两台引风机运行时，遵循保留同侧风机原则。根据上述原则，风机联锁保护逻辑设计如下：引风机联锁跳闸送风机逻辑（AB送风机均运行）
2.1.1联跳A送风机
（1）AC引风机运行，B引风机停止；A引风机跳闸
（2）BC引风机运行，A引风机停止，B引风机跳闸
（3）AB引风机运行，C引风机停止；A引风机跳闸
2.1.2联跳B送风机
（1）AB引风机运行，C引风机停止；B引风机跳闸
（2）AC引风机运行，B引风机停止；C引风机跳闸
（3）BC引风机运行，A引风机停止；C引风机跳闸
二送风机联锁跳闸引风机1送风机A联跳引风机A，送风机C联跳引风机C。
2.2控制逻辑设计
引风机与脱硫增压风机分开控制系统还需要保持引风机、增压风机运行工况匹配，做到引风机和增压风机的协调，增加了系统的复杂性。引风机和脱硫增压风机合并后，调节对象单一，烟气系统响应负荷变化迅速。炉膛压力发生的扰动因素来自两个方面：负荷扰动引起的燃料量、空气流量的变化；另一方面是负荷不变时燃料内扰、制粉系统的暂停、以及给煤机断煤耗引起的风粉流量的波动。控制系统在上述各种情况下都应迅速消除扰动，将炉膛压力维持在给定的范围以内。
引风机和脱硫增压风机合并后，优化的风烟系统的炉膛负压是通过调整三台引风机的静叶片来改变烟气量，以维持炉膛压力为设定值。为提高炉膛压力控制系统的可靠性和调节品质，系统采用了送风前馈-反馈控制系统结构。通过前馈信号，加快对扰动的消除。通过反馈回路，保证炉膛压力维持在给定值。系统引入送风机动叶开度作为前馈信号，在送风机动作时引风机同步动作，以维持炉膛压力不变。系统加入超驰保护回路。在主燃料跳闸或炉膛压力过低时，启动超驰回路工作，输出超驰调整信号，迅速减小引风机挡板开度，控制炉膛压力不要降低的过快，防止炉膛发生内爆。
3、风烟系统RB试验
送引风机RB试验的目的是检验机组和控制系统在送引风机故障下的适应能力，是对机组故障下运行能力的检验，是对控制系统性能和功能的检验。句容电厂在机组试运行期间对送引风机进行了RB试验，保证锅炉风烟系统的快速平衡，避免由于炉膛压力保护动作引起锅炉MFT。
3.1引风机RB试验
机组在920MW负荷稳定运行，五台磨煤机运行，机前压力稳定在25.0MPa，手动停A引风机，另两台引风机入口导叶开至上限；联跳1台磨煤机。机组以TF方式运行进行机调压，锅炉主控指令降至720MW目标值，压力调节器定值从RB发生时先跟踪实际机前压力，然后以滑压方式降低至目标负荷对应的滑压值。RB后各参数调节曲线见图2。
图2
3.1.1机组主要参数变化：
图3
3.1.2分析与结论
试验过程中，RB发生后直接联跳相应磨煤机，引风机联锁及超驰动作正确，引风机跳闸瞬间，炉膛正压较小，负荷与中间点温度变化较小，且迅速调至正常值，其它参数调节稳定。
3.1.3送风机RB试验
试验过程：机组在950MW负荷稳定运行，五台磨煤机运行，机前压力稳定在25.4MPa，手动停A送风机，另一台引风机入口导叶开至上限；联锁跳闸A引风机，另两台引风机入口导叶开至上限，联跳1台磨煤机。机组以TF方式运行进行机调压，锅炉主控指令降至630MW目标值，压力调节器定值从RB发生时先跟踪实际机前压力，然后以滑压方式降低至目标负荷对应的滑压值。RB后各参数调节曲线见图3。
3.1.4机组主要参数变化：
3.1.5分析与结论：
试验过程中，RB发生后直接联跳相应磨煤机，送、引风机联锁及超驰动作正确，炉膛负压变化较小，负荷与中间点温度变化较小，参数调节稳定。
4、风烟系统一体化调节
某电厂一期５台６００ＭＷ机组为亚临界一次中间再热强制循环汽包炉，锅炉采用平衡通风方式，烟气通过２台引风机接至脱硫系统；脱硫系统采用鼓泡塔技术，系统阻力大，布置一台增压风机以克服烟道阻力。因环保要求取消脱硫旁路系统，这样势必增加锅炉启动过程中的操作难度，且事故时也不能再将开启旁路作为事故处理的常规手段，锅炉极易因炉膛压力保护动作而发生ＭＦＴ（ＭａｉｎＦｕｅｌＴｒｉｐ，主燃料切断）。针对此情况，对取消旁路后的风烟系统控制逻辑必须进行相应的优化。
4.1增压风机及旁路系统控制逻辑优化
为满足国家环保局的无旁路运行要求，各台机组在大修期间完成了脱硫系统的控制优化工作，使改造后的增压风机、引风机实现联动，以保证炉膛负压运行稳定，脱硫系统与主机之间的保护联锁能够准确、快速、可靠地动作。总体目标是机组从启动至并网全程实现无脱硫旁路运行，当脱硫系统出现故障时，旁路挡板开启后延时触发ＭＦＴ。
（1）脱硫旁路挡板保护开启逻辑优化
脱硫旁路挡板保护开启逻辑变更如表１所示。
表１ 脱硫旁路挡板保护开启逻辑变更表
（2）增压风机、引风机联调逻辑优化
增压风机前馈信号及函数优化：以增压风机入口压力为主要被调量，使其控制在微负压范围内，同时引入锅炉侧２台引风机静叶开度作为前馈信号，使得增压风机动叶能对被控参数进行快速调节。增压风机控制回路中增加负荷大小变参数调节功能，提升快速调节能力。
（3）锅炉ＭＦＴ保护逻辑修改
“脱硫系统故障”信号分３路送入锅炉ＭＦＴ主保护，在主机侧进行３取２计算后分别给锅炉ＭＦＴ、跳送风机、跳引风机。“脱硫系统故障”信号由２部分组成：第一部分是旁路挡板１全开、旁路挡板３全开、中间快开执行器开度大于２０％，３取２（旁路挡板开）且增压风机保护停，且锅炉负荷大于１８０ＭＷ，延时５ｍｉｎ，发ＭＦＴ请求；第二部分为旁路挡板１全关、旁路挡板３全关、中间快开执行器开度小于５％，３取２（旁路挡板关）且增压风机保护停，且脱硫入口烟气压力大于１２００Ｐａ（２Ｖ３），延时５ｓ发ＭＦＴ请求。在锅炉ＭＦＴ跳闸后，联开脱硫旁路挡板。
（4）ＲＢ逻辑优化
“脱硫系统异常”信号：锅炉负荷大于４２０ＭＷ且烟冷泵只有一台运行。“脱硫系统异常”作为重要辅机信号引入主机ＲＢ逻辑，当脱硫岛异常时实现快速降低负荷，以使脱硫系统工况快速调整至正常，防止脱硫系统故障进一步恶化甚至跳闸。
4.2强化增压风机调节炉膛负压的功能
利用增压风机入口压力设定值ＳＰ调节引风机和增压风机的功率分配，ＳＰ设定为正数时，引风机做功增加，增压风机减少；ＳＰ设定为负数时，引风机做功减少，增压风机增加。同时ＳＰ应有一定范围限制，通常在±５００Ｐａ之间，当ＳＰ过高时，将使引风机至增压风机段膨胀节出现裂纹或爆漏；其次引风机出力增加，轴承温度可能升高达到跳闸值。当ＳＰ过低时，膨胀节会吸扁或增压风机跳闸，对炉膛负压扰动大。从负压调节的角度看，增压风机可看成二级引风机，增压风机动叶调节速率与引风机采用１∶４的比例关系进行调节，在一定程度上可认为引风机作为粗调，增压风机作为细调。
增压风机动叶故障，将闭锁机组负荷增减，同时触发引风机闭锁自动调节，原因为：增压风机反馈信号需送给引风机做联调信号；逻辑优化时为防止增压风机动叶故障影响安全，在动叶故障时将引风机ＰＩＤ调节块中积分功能置无穷大（使其失效），失去自动调节功能，只能手动操作。若增压风机失速，则会导致脱硫ＲＢ触发。
某些故障情况下，比如引风机静叶卡涩导致指令增加，由于前馈指令信号的存在，将使增压风机出力增加，一定程度上使炉膛负压趋于稳定。在单台引风机运行情况下，可适当降低ＳＰ，使引风机电流不超限。
4.3动、静叶前馈的注意事项
为加快各风机的联动，使负压调节更为平稳，在原有各风机动静叶控制逻辑上增加前一级风机动、静叶反馈作为调节前馈，即送风机动叶反馈送至引风机静叶调节作为前馈量，引风机静叶反馈送至增压风机动叶调节作为前馈量（送风机动叶反馈未送至增压风机动叶作为前馈量）。
引风机前馈值计算。Ａ、Ｂ侧送风机动叶反馈送至均值模块计算后送至各引风机作为前馈，其中均值模块中判断风机反馈取舍条件为：风机动叶测点信号正常无坏点。正常情况下，２台风机反馈值求和后取平均送至引风机作为前馈，当某台风机动叶测点故障时，剩下风机反馈值直接送至引风机作为前馈。风险分析：风机停运时，该风机动叶反馈仍将当前数值送入均值模块中计算，而不会判断风机是否运行。此种情况下，即使单台送风机停运，也需禁止对停运风机动叶进行任何操作，包括ＤＣＳ及就地控制，如果确需操作则需联系热控人员将该反馈点仿真为０，或者解除２台引风机自动后进行传动。
增压风机前馈值计算。Ａ、Ｂ侧引风机静叶反馈在该风机运行情况下送至增压风机取和后除以２作为增压风机调节的前馈量，如果单台引风机停运则将０送至增压风机逻辑进行运算，即将０加运行风机静叶反馈求和后除以２作为增压风机调节前馈量。风险分析：在某台引风机静叶反馈变坏点时，由于静叶反馈坏点会保持最后值，所以仍会送至运算中作为前馈量计算，也将会严重影响运行处理事故中增压风机正常调节。此种情况下，运行人员需尽快解除增压风机自动，并联系热控人员尽快处理静叶坏点故障，正常后方可投入增压风机自动；另外，在单台引风机停运，但电机需要试运时存在误动可能（此时传动停运风机静叶会影响前馈量）时，运行人员需禁止停运风机静叶传动或联系热控人员仿真停运风机静叶反馈为０，或解除增压风机自动后进行传动，但如果停运引风机电机未运行，可进行停运风机静叶传动。
5、结语
由实际试验结果可知，针对采用3×35%合并风机优化方案所设计的风烟系统的控制保护逻辑，调节对象单一，烟气系统响应负荷变化快，运行调节灵活性较好，调节的可靠性较高，且系统在送引风机RB后，各控制目标参数较2*50%引风机变化平稳，有效的保证了机组的安全性和经济性。
参考文献：
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[3]张勇．基于DSP的火电锅炉风烟系统广义预测控制[D]．太原：太原理工大学，2011．
论文作者:阮王翔1,占楚祥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：风机论文; 引风机论文; 送风机论文; 炉膛论文; 旁路论文; 系统论文; 风烟论文; 《电力设备》2018年第27期论文;