風(fēng)機解耦控制方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)機技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種風(fēng)機解耦控制方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著環(huán)保部"十二五"減排要求實施細(xì)化，要求對燃煤電廠脫硫系統(tǒng)的旁路煙道實 施徹底封堵。脫硫旁路煙道實際上是構(gòu)成主機和脫硫島運行的一個重要通道，當(dāng)原脫硫系 統(tǒng)帶有旁路煙道的時候，在大幅變負(fù)荷和極端故障情況下可以通過開啟旁路煙道維持主機 部分的正常運行，實現(xiàn)脫硫島和主機運行上的解耦，最大程度減少脫硫島故障對主機的影 響。脫硫旁路煙道封堵后，脫硫裝置和主機組成為串聯(lián)的系統(tǒng)，由于送風(fēng)機、引風(fēng)機、增壓風(fēng) 機三大風(fēng)機的耦合極其嚴(yán)重，對主機安全運行很重要的爐膛負(fù)壓若按原控制方案僅依靠主 機的送風(fēng)機、引風(fēng)機兩者的解耦易引起爐膛負(fù)壓的大幅波動，甚至控制發(fā)散導(dǎo)致爐膛負(fù)壓 過高或過低而觸發(fā)鍋爐主燃料跳閘（Main Fuel Trip，簡稱為MFT)動作（即鍋爐滅火），爐 膛負(fù)壓的控制品質(zhì)很大程度取決于對送風(fēng)機、引風(fēng)機、增壓風(fēng)機構(gòu)成的大風(fēng)煙系統(tǒng)的整體 性解耦控制。
[0003] 引風(fēng)機調(diào)節(jié)擋板調(diào)節(jié)鍋爐爐膛負(fù)壓，增壓風(fēng)機調(diào)節(jié)擋板調(diào)節(jié)增壓風(fēng)機入口壓力。 由于引風(fēng)機和增壓風(fēng)機是串聯(lián)運行的，它們之間往往互相影響，同時送風(fēng)機的運行決定了 機組的總風(fēng)量，即決定了機組的煙氣流量，因此送風(fēng)機的動葉開度對引風(fēng)機和增壓風(fēng)機的 運行也會產(chǎn)生較大的影響。三種風(fēng)機的運行存在嚴(yán)重的耦合。
[0004] 在正常運行中，通過引風(fēng)機自動調(diào)節(jié)和增壓風(fēng)機的自動調(diào)節(jié)能夠維持爐膛負(fù)壓和 增壓風(fēng)機入口壓力的穩(wěn)定。但在鍋爐大負(fù)荷運行情況下，鍋爐的單臺引風(fēng)機突然跳閘，這時 同側(cè)的送風(fēng)機會連鎖跳閘，從而引發(fā)機組的快速減負(fù)荷（RunBack，簡稱為RB)動作。單側(cè)風(fēng) 機跳閘后，增壓風(fēng)機入口煙氣流量突然降低，增壓風(fēng)機不能接收到RB信號，調(diào)節(jié)滯后，增壓 風(fēng)機入口壓力（即引風(fēng)機出口壓力）會突然降低。引風(fēng)機出口壓力降低后，引風(fēng)機的出力 增大，爐膛壓力會降低，這時引風(fēng)機會自動控制擋板進(jìn)一步關(guān)小，從而增壓風(fēng)機入口煙氣量 進(jìn)一步減小，形成惡性循環(huán)，嚴(yán)重時會引起引風(fēng)機失速，增大了機組運行的不穩(wěn)定性。在脫 硫旁路煙道封堵前，旁路會自動連鎖打開，從而消除增壓風(fēng)機入口壓力的突然變化。但旁路 取消后，爐膛負(fù)壓的劇烈波動會引起增壓風(fēng)機入口壓力的劇烈波動，更進(jìn)一步惡化爐膛負(fù) 壓的波動。因此優(yōu)化前的風(fēng)煙系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)完全不能適應(yīng)脫硫旁路煙道封堵后機組在不 同工況下的運行需要。
[0005] 在整個爐膛至脫硫煙道中，當(dāng)機組運行工況發(fā)生改變時，增壓風(fēng)機入口壓力變化 最大，其次是爐膛壓力和脫硫裝置入口壓力。電廠增壓風(fēng)機入口壓力的調(diào)節(jié)相對較慢，當(dāng)機 組變負(fù)荷或發(fā)生送風(fēng)機、引風(fēng)機或一側(cè)風(fēng)機跳閘觸發(fā)風(fēng)煙系統(tǒng)風(fēng)機RB動作，兩臺引風(fēng)機的 出力瞬間作用到一臺增壓風(fēng)機上，原有的常規(guī)的增壓風(fēng)機入口壓力控制方案往往調(diào)整不及 時，會造成增壓風(fēng)機跳閘或者進(jìn)一步影響到爐膛負(fù)壓導(dǎo)致鍋爐MFT動作。因此整體大風(fēng)煙 系統(tǒng)的精確解耦設(shè)計是確保機組正常和極端工況下的安全穩(wěn)定運行的重點。
[0006]目前，送風(fēng)機、引風(fēng)機和增壓風(fēng)機構(gòu)成的大風(fēng)煙系統(tǒng)的解耦控制方案如下：
[0007] 單純采用引風(fēng)機動葉（或靜葉）控制爐膛負(fù)壓、送風(fēng)機動葉控制鍋爐總風(fēng)量、增 壓風(fēng)機主要通過調(diào)節(jié)動葉開度來克服脫硫系統(tǒng)的阻力，維持增壓風(fēng)機入口到引風(fēng)機出口煙 道的壓力。三種風(fēng)機相互之間的耦合采用以下方式：（1)送風(fēng)機動葉開度值的折線函數(shù)作 為前饋給引風(fēng)機；(2)引風(fēng)機擋板開度值或機組負(fù)荷值的折線函數(shù)作為調(diào)節(jié)前饋給增壓風(fēng) 機；從而起到提升響應(yīng)快速性的作用。
[0008] 上述方案存在如下缺點：
[0009] 增壓風(fēng)機入口壓力，相對于其他壓力控制對象（如爐膛負(fù)壓、一次風(fēng)壓），從準(zhǔn)確 測量到分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System，簡稱為DCS)參與運算，本身就具 有一定的延時性。當(dāng)機組工況改變時，大幅升降負(fù)荷或煤質(zhì)有較大變動需要調(diào)整風(fēng)量時，往 往送風(fēng)機、燃料、引風(fēng)機均需進(jìn)行調(diào)節(jié)維持爐膛壓力和增壓風(fēng)機入口的穩(wěn)定，此時爐膛壓力 和增壓風(fēng)機入口壓力必須控制在固定的范圍內(nèi)（一般為-800~600Pa)，在調(diào)整過程中，每 次引風(fēng)機導(dǎo)葉有調(diào)整時都會導(dǎo)致增壓風(fēng)機入口壓力有較大的變化。在增壓風(fēng)機動葉不作調(diào) 整的情況下，引風(fēng)機出口導(dǎo)葉開度越大，增壓風(fēng)機入口壓力就越高；引風(fēng)機出口導(dǎo)葉開度越 小，增壓風(fēng)機入口壓力就越低。雖然增壓風(fēng)機入口壓力與引風(fēng)機導(dǎo)葉開度有直接關(guān)系，但從 動態(tài)特性上分析，兩者具有慣性和遲延參數(shù)相差較大，單純靠經(jīng)驗簡單采用引風(fēng)機擋板開 度值或機組負(fù)荷值的折線函數(shù)作為調(diào)節(jié)前饋的方式來提高增壓風(fēng)機響應(yīng)快速性時，由于未 深入考慮三大風(fēng)機相互作用的耦合關(guān)系，從而增加了響應(yīng)的不穩(wěn)定性。采用上述方案在機 組常規(guī)運行尚可，但在機組運行工況惡劣的情況下無法滿足對安全穩(wěn)定的要求。例如，脫硫 旁路煙道封堵后，某電廠機組大修后的風(fēng)機RB試驗就發(fā)生了試驗過程中增壓風(fēng)機入口壓 力控制不穩(wěn)（大于1200Pa)，導(dǎo)致增壓風(fēng)機跳閘。
[0010] 針對上述問題，目前尚未提出有效的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明提供了一種風(fēng)機解耦控制方法及裝置，以至少解決風(fēng)煙系統(tǒng)的送風(fēng)機、弓丨 風(fēng)機和增壓風(fēng)機之間存在耦合，導(dǎo)致在機組運行工況惡劣的情況下無法滿足安全穩(wěn)定要求 的問題。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種風(fēng)機解耦控制方法，包括：對風(fēng)煙系統(tǒng)進(jìn)行建 模，得到所述風(fēng)煙系統(tǒng)的第一特性和第二特性，其中，所述風(fēng)煙系統(tǒng)不具有旁路煙道，所述 第一特性是所述風(fēng)煙系統(tǒng)中的引風(fēng)機、送風(fēng)機和增壓風(fēng)機對爐膛負(fù)壓的特性，所述第二特 性是所述引風(fēng)機、所述送風(fēng)機和所述增壓風(fēng)機對增壓風(fēng)機入口壓力的特性；基于所述第一 特性和所述第二特性，設(shè)計所述引風(fēng)機、所述送風(fēng)機和所述增壓風(fēng)機之間的前饋控制器；利 用所述第一特性、所述第二特性和所述前饋控制器進(jìn)行風(fēng)煙系統(tǒng)的仿真，并根據(jù)仿真結(jié)果 調(diào)整所述前饋控制器的參數(shù)；在將所述前饋控制器和調(diào)整后的參數(shù)進(jìn)行DCS邏輯組態(tài)并下 裝到電廠DCS系統(tǒng)，且所述DCS系統(tǒng)穩(wěn)定后，進(jìn)行實際定值擾動試驗和變負(fù)荷試驗，驗證所 述風(fēng)煙系統(tǒng)的控制性能，并根據(jù)試驗結(jié)果進(jìn)一步調(diào)整控制策略和所述前饋控制器的參數(shù)， 以滿足機組在不同工況下的運行要求。
[0013] 在一個實施例中，對風(fēng)煙系統(tǒng)進(jìn)行建模，得到所述風(fēng)煙系統(tǒng)的第一特性和第二特 性，包括：將所述引風(fēng)機的調(diào)節(jié)機構(gòu)、所述送風(fēng)機的調(diào)節(jié)機構(gòu)和所述增壓風(fēng)機的調(diào)節(jié)機構(gòu)全 部置于手動位置；在預(yù)設(shè)負(fù)荷段中的每個負(fù)荷段下，均進(jìn)行引風(fēng)機擾動試驗、送風(fēng)機動葉擾 動試驗以及增壓風(fēng)機動葉擾動試驗，并記錄試驗數(shù)據(jù)；其中，所述引風(fēng)機擾動試驗包括：弓丨 風(fēng)機靜葉擾動試驗或引風(fēng)機動葉擾動試驗；所述試驗數(shù)據(jù)包括：負(fù)荷、各風(fēng)機開度、爐膛負(fù) 壓、總風(fēng)量、增壓風(fēng)機入口壓力；將所述試驗數(shù)據(jù)導(dǎo)入仿真建模軟件中，進(jìn)行最小二乘擬合 得到所述風(fēng)煙系統(tǒng)的所述第一特性和所述第二特性。
[0014] 在一個實施例中，
[0015] 所述第一特f生為：F(s) = Fidf(S) · Uidf (s)+Ffdf (s) · Ufdf (s)+Fbf (s) · Ubf(S);
[0016] 所述第二特f生為：P(s) = Pidf(S) · Uidf (s)+Pfdf (s) · Ufdf (s)+Pbf (s) · Ubf(S);
[0017] 其中，所述第一特性的表達(dá)式和所述第二特性的表達(dá)式均為時域過程的拉氏變 換；F(S)表示爐膛負(fù)壓；P(S)表示增壓風(fēng)機入口壓力；Uidf(S)表示引風(fēng)機靜葉或動葉的實 際開度擾動值；Ufdf(S)表示送風(fēng)機動葉的實際開度擾動值；Ubf(S)表示增壓風(fēng)機動葉的實 際開度擾動值；Fidf(S)表示引風(fēng)機靜葉或動葉對爐膛負(fù)壓的傳遞函數(shù)；Ffdf(S)表示送風(fēng)機 動葉對爐膛負(fù)壓的傳遞函數(shù)；Fbf(S)表示增壓風(fēng)機動葉對爐膛負(fù)壓的傳遞函數(shù)；Pidf(S)表 示引風(fēng)機靜葉或動葉對增壓風(fēng)機入口壓力的傳遞函數(shù)；Pfdf(S)表示送風(fēng)機動葉對增壓風(fēng)機 入口壓力的傳遞函數(shù)；Pbf(S)表示增壓風(fēng)機動葉對增壓風(fēng)機入口壓力的傳遞函數(shù)。
[0018] 在一個實施例中，所述前饋控制器包括：
[0019] Fff(idf_fdf) (s) = _Ffdf(s)/Fidf(s);
[0020] PFF(BF-FDF) (s) =-Pfdf (s)/-Pbf (s);
[0021] PFF(BF-IDF) (s) =-Pidf (s)/-Pbf (s);
[0022] 其中，F(xiàn)ff(idf_fdf) (s)表示送風(fēng)機動葉對引風(fēng)機靜葉或動葉的前饋控制器；PFF(BF_FDF)(s)表示送風(fēng)機動葉對增壓風(fēng)機動葉的前饋控制器；PFF(BF_IDF) (s)表示引風(fēng)機靜葉或動葉對 增壓風(fēng)機動葉的前饋控制器；Ffdf(S)表示送風(fēng)機動葉對爐膛負(fù)壓的傳遞函數(shù)；Fidf(S)表示 引風(fēng)機靜葉或動葉對爐膛負(fù)壓的傳遞函數(shù)；Pfdf(S)表示送風(fēng)機動葉對增壓風(fēng)機入口壓力的 傳遞函數(shù)；Pbf(S)表示增壓風(fēng)機動葉對增壓風(fēng)機入口壓力的傳遞函數(shù)；Pidf(S)表示引風(fēng)機 靜葉或動葉對增壓風(fēng)機入口壓力的傳遞函數(shù)。
[0023] 在一個實施例中，在所述DCS系統(tǒng)穩(wěn)定后，進(jìn)行實際定值擾動試驗和變負(fù)荷試驗， 包括：在所述DCS系統(tǒng)穩(wěn)定后，在所述預(yù)設(shè)負(fù)荷段中的每個負(fù)荷段下，均進(jìn)行爐膛負(fù)壓閉環(huán) 定值擾動試驗、總風(fēng)量閉環(huán)定值擾動試驗和增壓風(fēng)機入口壓力閉環(huán)定值擾動試驗。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種風(fēng)機解耦控制裝置，包括：建模單元，用于 對風(fēng)煙系統(tǒng)進(jìn)行建模，得到所述風(fēng)煙系統(tǒng)的第一特性和第二特性，其中，所述風(fēng)煙系統(tǒng)不具 有旁路煙道，所述第一特性是所述風(fēng)煙系統(tǒng)中的引風(fēng)機、送風(fēng)機和增壓風(fēng)機對爐膛負(fù)壓的 特性，所述第二特性是所述引風(fēng)機、所述送風(fēng)機和所述增壓風(fēng)機對增壓風(fēng)機入口壓力的特 性；前饋控制器設(shè)計單元，用于基于所述第一特性和所述第二特性，設(shè)計所述引風(fēng)機、所述 送風(fēng)機和所述增壓風(fēng)機之間的前饋控制器；仿真及