PDF《麟蘸增廑褫攘炉膻贫蘑》

麟蘸增廑褫攘炉膻贫蘑酶嘀柝攘德俄赵军(北京 国华 电力技术研究中心 有限公 司, 北京

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0 1 ) 摘要:火电厂烟气脱硫系统的应用对锅炉运行影响很大 .

锅 炉引风机 与脱硫系统 中增压风机构成 了烟道 上的 2个串联对象. 使炉膛负压与增 压风机人 口压力相互耦 合 ,造成 目前配用 湿法脱硫系统的机组运行中出 现 炉膛 负压 大范 围波 动和脱硫系统因故退 出研究了燃 烧过程中炉膛 负 压特 性 和轴 流风 机运行特点, 分析了产生问题 的根源. 比较 了600MW 机组湿法烟气脱硫系统中增压风机 自动的 2种 控制 策略, 提出 了优化增压 风 机控制策略的几点措施 并将部分设想进行了验证, 得到了明显效果 . 关键词:脱 硫增压风机;

炉 膛负压波 动 ;

控 制策略优化中图分 类号 :T K

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3 .

7 文 献标 识码:B 文章 编号:1

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0 4 烟气脱硫技术在国内还处于发展的初级阶段,大量的技 术从国外 引进.国产 设备和技术都在不断摸索和研究中随着国家环保力度的不断加强,烟气脱硫设备的应用范围迅速扩大.由于大部分脱硫设备与机组分立设计,不可避免地带来对机组某些参数的影响.现以技术最成熟的烟气湿法脱硫为主,分析脱硫系统运行对炉膛负压的影响及脱硫增压风机人口压力自动调节的方法1烟气系统概述 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4部 分组成烟气系统的旁路挡板和吸收塔进出口挡板是脱硫系统的关键设备之一,它们动作的可靠性直接关系到机组的安全运行和吸收塔设备的安全.经对国华电力大部分600MW 机组配套的脱硫系统的调研,在锅炉满负荷下,吸收塔阻力为1200P a . 除雾器阻力为200P a . 烟气换热器阻力为580Pa,烟道阻力为500P a, 系统实际阻力损失为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,引风机的出力不能满足该工况下的需要,按照DL

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0 0 《 火力发电厂设计技术规程》的规定,锅炉引风机的选定是按锅炉BMC R 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.作为脱硫系统的核心部件,吸 收塔压降约占烟道总压降的50%,因此.降低其运行压降对于降低系统运行阻力至关重要吸收塔运行压降与烟气流量基本呈线性关系.烟气流量越大.吸收塔压降也越大.锅炉在50%负荷时吸收塔压降为1.15kPa,而100%负 荷时吸收塔压降为1.40kPa_2_.增压风机通常设计为一台动叶可调轴流风机轴流风机的静态性能由不同角度对应的多条性能曲线族表达.动 叶可调的优点是叶片角度增大时,流量、扬程(压头)、功率均增大,4个 参数之间呈正比例关系E33引风机出口的烟气流量、压力都是需要控制的参数,因此选择动叶可调轴流风机.2脱硫增压风机 自动调节方案 为了弥补引风机出力的不足.克服脱硫系统形成的阻力.脱硫增压风机设计了入口压力自动 调节系统或旁路挡板前后差压自动调节系统,如图1所 示,其被控变量为b点 的压力或bc点 之间的差压,控制方案采用单回路模式.前馈信号采用总风量或引风机静叶位置信号被控变量选择增压风机人口压力时,定值-200P a, 波动范围-900-500P a , 超出范围后切除自动 并快开旁路挡板.被控变量选择旁路挡板前后差压时,差压定值为50Pa,波动范围为士1

5 0 0P a. 在选用增压风机人口压力为被控变量的方案收稿日期 :2

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0 8 .

1 7 : 修回日期 :2

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1 1 ―

2 9 作者简介 :赵~(

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6 8 一),男,山西保德人 , 高级工程师 , 从事电厂 自动化技术 应用研究 .E - m a i l : j u n z h a o - j i n @v i p . s i n a . C O r n

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0 维普资讯 http://www.cqvip.com 图1带有 脱硫装置的风 烟 系统 示意Fig.1Sc h e ma t i c d i a g r a m o f g a s a i r s y s t e m wi t h we t F GD s y s t e m 中.被控变量设定值选择一200Pa. 前馈信号选择引风机静叶位置信号.也有选择总风量信号实际运行中.在采用引风机静叶位置信号时.增斥风机自动调节稳定性差.增压风机入口压力与炉膛负压耦合很重.而采用总风量信号时效果有所改善在控制器参数设置上.如果优先考虑快速性.则大扰动和动态响应调节品质优良.静态调节品质恶劣:如果优先考虑稳定性.则静态调节品质优良.而大扰动和动态响应调节品质变恶劣在选用旁路挡板前后差斥为被控变量的方案中.被控变量设定值选择50Pa.前馈信号选择总风量信号.控制偏差死区设 置须较大.静态时控制器经常不调整.动态时主要靠前馈信号调整2种方案效果比较:前 一种方案的炉膛负压波动幅度小.均在±200Pa以 内,如图2所 示,图2中给出了机组实际负荷(0~6

0 0 MW )、

2 台引风机静叶开度(0~1 O

0 % )、 增压风机入口压力(一5

0 0~

5 0

0 Pa) 、 增压风机动叶开度(0~1 O 0% ) 、 炉膛负压(一5

0 0 ~5

0 0 Pa) 6个变量在机组升负荷时的变化趋势:后一种方案炉膛负压波动幅度在±400Pa以内.如图3所 示图3中 给出了脱硫系统旁路挡板前后差压(一500~500Pa)、烟囱入口压力(一500~500Pa)、机组实际负荷、增斥风机入口压力、炉膛负压5个 变量在机组降负荷时的变化趋势.在负荷变化率与前一种方案一样的情况下,烟囱入口压力不恒定,炉膛负压、脱硫系统旁路挡板前后差压、增压风机入口压力波动很大前一种方案中.由于增压风机入口压力可调范围较小.容易引起被控变量越限引发脱硫系统退出.且 参数设置不当容易引起与负压自动控制系统耦合振荡:后一种方案中.由于静态时控制器参与调整的时间少.造成引风机调节特性不稳定.影响炉膛负压自动 调节品质被控变量选择增压风机入口压力是将脱硫系统融入风烟系统中作为一个整体考虑:而被控变量选择旁路挡板前后差压只考虑增压风机出力对脱硫系统的影响,不能控制增压风机入口压力恒定.从而不能消除对炉膛负压的影响如图3所 示.在负荷下降时.烟囱入口压力明显下降,增压风机入口压力有所上升.而旁路挡板前后差压变化不是很明显,但对炉膛负压的影响较大.1一实际负 苛,MW :

2、

5 ―

1 、 2号引风机静叶开度 . % ;

3 一增压风机入口压 力.Pa:4一增压风 机动叶开度.%:

6 一炉膛负压.Pa图2被控变量选用增压风机 入 口压 力 的增 压风 机控制系统 实 时趋 势 曲线 Fi g .

2 Re a l - t i me t r e n d o f d e s u I D h u n z a O n b o o s t e r f a n c o n t r o l s y s t e m wi t h t h e i n l e t p r e s s u r e o f b o o s t e r f a n a s c o n t r o I v a r i a b l e

0 1

0 20

30 1 一 炉膛 负压. P a :

2 一脱硫旁路档板前 后差压 , P a :

3 一 机组 负荷, MW;

4 一增压风机入 口压力, P a ;

5 一烟囱入口压 力.Pa图3被控变量选 用 旁路 挡板前后差压的增 压风机自动 回路 各 参数 实时 曲线 F i g .

3 Re a l -t i m e t r en d o f d e s u I D h u r i z a On b o o s t e r f a n c o n t r o I s y s t e m wi t h t h e f r o n t a n d b a c k d i f f e r e n t p r e s s u r e o f b y p a s s d a mp e r a s c o n t r o l v a r i a b l e

3 炉膛负压和烟气通道状态 单元机组稳定时.送入炉膛的燃料量恒定.燃烧反应是一个稳定的定容过程.燃烧产物状态参数为一常数.送入炉膛的燃料量放出的燃烧热会波动变化,这种波动是周期性的4.炉 膛负压作为锅炉重要被控参数,其波动趋势表现了燃 烧过程这一特点.维普资讯 http://www.cqvip.com 单元机组风烟系统设计遵循 平衡通风 原理.且送、引风机均采用轴流风机,引风机采用静叶可调方式.脱硫系统未投时引风机出口直接对着烟囱的入口,该点压力在机组正常运行情况下呈负压状态.一般在一1

0 0 ~ -

3 0 0P a. 且变化范围为±40P a 引风机出口压头由静压和动压构成.静压是克服烟气通道阻力的主要动力,但动压改变较大.且在全压中所占比例较大(近一半左右).引风机如果采用后置式静叶调整方式可转化一部分动压但在运行过程中,如果引风机出口压力呈正压状态.则引风机出力压头在克服烟道阻力的同时.也对烟气进行压缩,当引风机后烟道阻力不稳定时.势必引起a点 压力大幅波动.这种波动给增压风机造成扰动.同时也直接对炉膛负压造成扰动.而炉膛负压本身由于燃烧过程已产生一固有频率的波动.在叠加了烟道中的这种扰动后,其波动幅值加大.对增压风机造成的扰动使增压风机进行连续调整.该过程对炉膛负压产生影响.2种 波动叠加使炉膛负压调节品质更加恶劣.在脱硫未投时.烟囱入口c点 压力大致恒定.在负荷变化过程中.c点 压力变化幅值为一1

0 0 ~

2 0 0P a . 当脱硫系统投运后.脱硫增压风机既是动力又是阻力.增压风机的调整应维持引风机出口为负压状态.同时不可追求较高的稳定性因为在没有脱硫系统的情况下,烟囱入口压力也有一个自然 的波动幅值,且如果增压脱硫风机入口压 力过度追求较高调节品质,对脱硫风机动叶机构的寿命有影响.动态时对控制回路的调节品质也有影响研究中还发现.当增压风机入口压力呈正压且正向扰动时,对消除引风机出口的动压不利.造成的炉膛负压扰动偏大:入口压力呈负压时.炉膛负压扰动要小许多.这是因为负压状态下烟气的压缩效应要轻于正压状态.如果增压风机入口压力波动幅值不超过正值.则脱硫系统的阻力完全由增压风机自身解决,a、 b点之间的烟气流动通畅,产生的烟气压缩效应较轻4提高脱硫风机 自动调节品质的建议 通过对几台600MW 机组湿法烟气脱硫系统的研究,总结出以下要点:新建机组的脱硫设施要同步配套设计.且在设it弓 I 风机和脱硫风机时.采 用大容量弓I 风机省去脱硫风机.可 直接解决脱硫增压风机与引风机运行不同步造成对炉膛负压的影响在设计脱硫增压风机时尽量选用动叶可调轴流风机.因 为增 压风机前的烟气量和烟气压力均为被控参数在控制方案的选择上.目前2种 不同的控制方案有2处 区别点:一是被控变量的选择:二是前馈信号的选择前馈信号的功能以解决动态跟随为目的.因此 选择总风量指令信号.目的 是剔除氧量校正的影响.并应考虑风量指令信号与增压风机动叶开度非线性的关系,增加稳态时增压风机的稳定性而引风机静叶位置信号因小幅频繁扰动.在静态时易对增压风机动叶产生内扰.不利于脱硫增压风机自动控制静态调节品质.因此建议不采用该信号作为前馈信号.被控变量选择增压风机入口压力.入口压力的稳定有利于稳定炉膛负压选择旁路挡板前后差压只解决脱硫系统自身的阻力.假设烟气流量增加.则a、b、 c 3点压力均不同程度增加,但b、 c之间阻力增加与烟道整体阻力的增加不存在严格线性关系.不利于稳定增压风机入口压力.增压风机入口压 力可控性差.影响炉膛负压调节品质增压风机入口压力定值建议选择负压定值选择负压有利于扩大引风机出口至增压风机入口之间的烟道缓冲容量.减轻烟气压缩效应.从而减轻增压风机振荡调整对炉膛负压的影响.也 减轻引风机静叶的耦合效应增压风机入口压力易受引风机静叶和增压风机动叶调整的共同影响2个 执行机构属于烟道上的2个串联控制对象,控制需要解决的问题是:稳定负荷下增压风机对炉膛负压波动造成的小范围扰动可以忽略.引风机静叶突发性动作造成的扰动需要增压风机快速响应.这样,增压风机动叶自动控制中就存在2个 矛盾,如果采用大衰减比的控制器参数.能够保证引风机静叶突扰下的增压风机自动调节品质.但恶化了稳定状态下的炉膛负压调节品质:如果采用小衰减比的控制器参数.可以优化炉膛负压的品质.但在引风机静叶突扰下.增压风机自动调整缓慢.容 易引起增压风机入口压 力过高导致旁路挡板开启.因此建议采用模糊控制算法解决此问题.控制规则见表1表1模糊控制算法控 制规则Ta b .

1 Co n t r o l r u l e o f f u z z y c o n t r o l a l g o r i t h m 偏差和速率区域 应用规则对应实际扰动状态 偏差大 . 变化速率大 偏差大 . 变化 速率小 偏 差小. 变化速率大 偏 差小. 变化速率小 等效于大 的扰动 . 例如引风 机静 叶的突变 , 采 用大衰减 比的控制器参数. 等效于动态升降负荷变化 , 配合前馈 . 控制器 参数利用 比例作用弥补偏差 . 减弱 积分作 用.允许过程有差 . 等效 于炉膛稳定 时的调整或吸收塔阻力变化 时 的情况 , 采用小衰减比的控制器参数 . 等效于炉膛和脱硫系统均稳定 时的情 况. 允许 人 口压力有小范围的波动 , 比例小 , 积分弱.

3 9 维普资讯 http://www.cqvip.com 瞧I.l1中国电力第41卷 在投入自动发电控制(AGC) 后.因为提高了机组负荷快速响应能力.导致................