13 中国博奇——增压风机在烟气脱硫系统中的并联运行控制4[1].17.doc

全国火电600MW机组技术协作会第十三届年会论文集 环保增压风机在烟气脱硫系统中的并联运行控制刘青波刘炜（中国博奇环保科技（控股）有限公司）【摘要】本文结合山西某电厂2600MW机组烟气脱硫项目的实际工程，对双增压风机在烟气脱硫系统中的并联运行控制问题进行了探讨。提出了一种解决并联增压风机烟道阻力分布不均衡的调整方法。给出了增压风机并联运行的优化控制策略。从保证增压风机并联运行安全的角度，对脱硫增压风机并联运行的设计和调试给出了建议。【关键词】增压风机烟气脱硫并联运行控制 0引言随着国内经济持续高速增长，电力建设也进入了前所未有的繁荣期，新建机组单机容量日益增大。目前，在国内新建机组中，600MW及以上机组已成为主流，部分电站单机容量甚至已达到1000MW。为了能够满足较大烟气量的脱硫处理要求，选择两台或多台增压风机并联运行设计已是大势所趋。尽管电厂主机组双台送、引风机的并联运行已有很多成熟经验，但是，脱硫系统的阻力特性决定了脱硫增压风机并联运行又有许多其自身的特点。对两台或多台脱硫增压风机并联运行控制的深入研究和应用优化，仍将是今后一段时期内的一个重要课题。本文作者参加了山西某电厂1号、2号机组（2600MW）烟气脱硫项目的调试工作，该项目于2007年4月1日顺利移交商业运行。做为该项目的调总，作者对双增压风机的并联运行控制进行了初步的、有益的摸索与优化，在此与各位同仁共享，希冀能对大家有所帮助。1增压风机的并联运行控制单台增压风机运行时，只要通过调整增压风机的运行参数，使其运行工况点处于稳定工作区内即可。而与此对比，两台增压风机并联运行的调整则要复杂得多，除了要保证每台增压风机的运行工况点处于其稳定工作区内，还要特别注意以下两方面：1） 两台增压风机并联运行时运行参数的平衡性；2） 两台增压风机并机时的平稳控制。1.1两台增压风机并联运行时的平衡性调整1.1.1问题的提出该电厂烟气脱硫装置的烟风系统采用两台增压风机并联运行方式，烟气流程如图1所示。锅炉侧来流烟气被分成两部分，分别通过增压风机A和B增压后再汇合在一起，进入吸收塔。增压风机采用的是成都电力机械厂引进德国KKK公司带分流装置（KSE）制造技术的AN型静叶调节轴流式增压风机，单台额定功率3600kW，额定电压10kV，额定电流268A，转速585rpm。带有KSE分流装置的静调增压风机比普通的静调轴流增压风机在中低流量下的工作特性有所改善，稳定工作区相对更宽一些。BUF A吸收塔出口挡板旁路挡板烟囱BUF B图1 烟气流程示意图该电厂1号机组脱硫系统在整套启动初期，观察到一个现象，就是当把两台并联运行的增压风机A和B的运行参数（增压风机入口和出口压力）调整到基本一致时，两台增压风机的静叶开度和电流总是有较大的偏差，开度一般相差1520左右，电流也相差15A左右。而且几次启机都发现这种偏差还有很强的规律性，都是增压风机A的开度和电流要大于增压风机B，换句话说，就是要达到同样的流量负荷的话，似乎增压风机A要比增压风机B“吃力”些，必须得让A开度更大些，做功更多些。为什么会有这样的情况呢？1.1.2 问题分析由于这种现象具有很强的规律性，所以它必然是由某种系统性的原因造成的。首先可以排除两台增压风机由于静叶开度与实际对应的角度不一致造成的影响。因为在启机之前，已对两台增压风机的静叶角度都进行了非常严格的定位检查和调整。经过仔细的观察和分析，开始怀疑这种现象是由于烟风系统阻力分布不均衡造成的，经过对现场烟道实际布置和走向的检查证实了这个猜测。现场从主烟道到吸收塔入口之间的这部分烟道布置如图2所示。由图2可看出，受现场场地的限制，两台增压风机入口烟道的布置是不对称的，这必然会导致两台增压风机入口烟气压力分布不均衡。利用流体力学的相关知识可以对两台增压风机入口烟道的烟气压力分布（图中虚线框内的部分）做出定性和定量计算与分析。沿着烟气流向（从a到b）烟气流量减小，轴向速度下降，因此烟气的动压头下降而静压力增加。当不考虑烟道阻力损失时，b点的静压力增值等于a点的动压头。实际上，由于沿烟气流向有烟道摩擦阻力损失，故b点压力增加值会略小于a点动压头，即使这样，b点的静压力仍会高于a点，如图3所示。这也就证明了为什么增压风机A要带上与B同样的流量负荷会更“吃力”些。BUF ABUF B来自 引风机A烟囱来自 引风机Bab烟气流向压力旁路挡板至吸收塔PaPb图2 增压风机入口烟道布置示意图图3 增压风机入口烟道压力分布1.1.3问题的解决通过前面的分析可知，两台增压风机运行不平衡是由于增压风机入口烟道布置方式造成增压风机入口烟气压力分布不均衡导致的。由于烟道布置受现场很多因素限制无法更改，而两台增压风机并联运行时的不平衡问题又必须解决，否则，严重的运行不平衡可能会导致两台增压风机“抢风”，威胁到设备和系统运行安全。因此，现场采取了改变两台增压风机入口烟道局部阻力的方法来解决此问题。具体做法是，利用停机检修的机会，把增压风机B的入口烟气挡板全开位置由100调至85左右，人为地增大了增压风机B入口处的阻力。再次启机及以后的运行表明，这种方法很好地解决了两台增压风机并联运行不平衡问题，收到了很好的效果，两台增压风机并联运行时，静叶开度偏差在5以内，电流偏差在0.55.0A之间。 对2号机脱硫系统两台增压风机也做了同样的调整，整套启动试运和以后的运行中，两台增压风机并联运行的不平衡现象没再出现。1.2两台增压风机并机时的平稳控制先对两台增压风机并机过程中风机运行工况点的变化过程进行分析。图4是两台风机并机过程中工况点变化示意图。c110027bP/ %a4365d050100qv/ %图4 两台风机并机过程工况点变化示意图在图4中，abcd是增压风机特性曲线，02线为系统阻力曲线。由此图可看出，如果两台增压风机同时启动、同步调节，则两台增压风机的运行工况点会沿着01曲线达到工作点1，两台风机同时启动是没问题的。然而，当只有一台增压风机在运转，其运行点为点3的情况下，要启动第二台增压风机时，那么，点4将是第二台增压风机的初始运行点。第二台增压风机启动后，如果将第二台增压风机开度进一步增大，那么，第一台增压风机的运行点将沿着31线移动，第二台增压风机的运行点将沿着41线移动。由于41线与风机特性曲线交叉，有一部分进入失速区，因此，在这种并机过程中，第二台增压风机会失速，并机不会成功。若要保证并机过程中第二台风机的工作点始终处于安全工作区内，则需要降低并机时系统的阻力，这可通过减小第一台增压风机的开度来实现。如图所示，并机时，先将第一台增压风机开度减小，第一台增压风机的运行点由点3降到点5，此时，第二台增压风机的并机起始运行点将由点4降为点6。第二台增压风机启动后，逐渐开大其开度，第二台增压风机的运行点将沿着67线移动到点7，而第一台增压风机的运行点将沿着57线移动到点7，当两台增压风机的运行点都达到点7后，两台增压风机开度一致，此时可以同时调节两台增压风机至所需工况点1（此过程中两台风机的运行点沿着71线移动）。由图可看出，67线与风机的特性曲线在最低点b处相切，这条线是并机过程中第二台增压风机不失速的临界线。在并机过程中，只要使第二台增压风机运行点移动轨迹处于67线下方，则整个并机过程都将是安全的。为了做到这一点，就要求并机时，系统的阻力必须要小于点5所对应的系统阻力，也即要使第一台已经在运行的风机的开度小于点5所对应的开度。根据上面的分析可知，两台增压风机在进行并机操作时，必须遵循正确的操作步骤和方法，如图5所示。此外，进行第二台增压风机并机启动时，因为需要先将第一台增压风机静叶开度减小，以降低系统阻力，此时如果FGD旁路挡板处于全关状态，那么，这样的操作会对锅炉炉膛负压带来较大影响。因此，建议无论是运行人员手动并机还是自动并机，都要先将FGD旁路挡板先暂时打开，待并机结束，两台增压风机调节到所需工况点并开始平稳运行后，再关闭FGD旁路挡板。在并联运行过程中，若两台增压风机静叶调节开度相差大于15时，也可能发生“抢风”现象，并且随着开度偏差的增大，发生“抢风”的可能性也在增大。1 因此，两台增压风机并联运行过程对运行操作同样有着严格的要求。在现场经过大量的反复修改、优化和实际应用检验，得出了一套既可用于增压风机并联自动运行，又可用于运行人员手动操作的风机并联控制方法，其控制原理如图6所示。在用于双机自动并联运行时，可将图6中控制结构的输入端与增压风机PID控制调节器的输出端连接。由于图6所示控制结构图中对并联运行的两台风机的开度偏差做了限制，所以此控制方法对增压风机的手动并联运行也有重要作用，可以防止由于运行人员操作不当而发生“抢风”现象。11号增压风机停运状态启动命令1号增压风机辅机系统运转正常1号增压风机启动允许条件满足2启动1号增压风机辅机系统打开1号增压风机出口挡板关闭1号增压风机入口挡板关闭1号增压风机静叶至最小开度3启动1号增压风机41号增压风机达到额定转速后十秒钟内，开启增压风机入口挡板1号增压风机运转正常5根据锅炉工况，逐渐调节1号增压风机静叶至需要的开度72号增压风机停运状态当负荷增大至1号增压风机开度80并需要继续加大负荷时，并列运行启动指令1号增压风机正常投运6调节已运行的1号增压风机静叶开度，以使风机并联后工作点在失速线以下。89启动2号增压风机辅机系统打开2号增压风机出口挡板关闭2号增压风机入口挡板关闭2号增压风机静叶至最小开度2号增压风机辅机系统运转正常2号增压风机启动允许条件满足10启动2号增压风机112号增压风机达到额定转速后十秒钟内，开启增压风机入口挡板12逐渐开大2号增压风机静叶开度与1号增压风机一致2号增压风机投入并联运行1314并列运行后，同时调节两台增压风机静叶开度至所需工况点上运行图5 增压风机并机操作过程MA1VT212T321VMA2f(x)1T4120.0增压风机A/B都处于自动运行状态f(x)2T5210.0增压风机A/B都处于自动运行状态BUF A调节机构VH/LYAAND1T612增压风机A/B都处于运行状态YAYB大于10增压风机A开度大于30VH/LBUF B调节机构T721YBAND2增压风机A/B都处于运行状态YBYA大于10增压风机B开度大于30PID调节器控制输出T110.912增压风机A/B都处于自动运行状态图6 增压风机并联运行控制原理图803图6中，函数f1(x)、f2(x)是偏置函数，用来对两台增压风机并联运行时的开度偏差进行偏置补偿。当两台增压风机并联运行且都处于自动调节运行模式时，选通器T4、T5的输出分别等于其输入口2的数据，因此，偏置函数f1(x)、f2(x)就自动地叠加到增压风机开度指令中去，对开度偏差进行自动补偿。当只有一台增压风机运行或两台增压风机处于手动运行模式时，选通器T4、T5的输出分别等于其输入口1的数据0.0，即程序不进行自动开度偏差补偿，这样做目的是为了保证增压风机开度与操作人员发出的指令保持严格一致，至于两台增压风机开度的偏差，则需要通过操作人员手动调节来进行补偿。由于在调试过程中采取措施对两台增压风机入口烟道的阻力分配进行了调整，如1.1.3节所述，两台增压风机运行的不平衡性得到了纠正，因此，这里的偏置函数f1 (x)、f2 (x)都为0。为了保持控制结构的完整性，在图6中仍保留了偏置函数。其它项目可根据各自实际情况对偏置函数f1(x)、f2(x)进行设置。在图6中，还针对静调增压风机的特点设计了风机运行不平衡性保护限制功能（选通器T6、T7及逻辑与门AND1、AND2），目的是对并联运行的两台增压风机运行的不平衡性进行保护限制。两台增压风机处于并联运行状态下，当增压风机开度小于30（即风机运行工况点在失速线最低点之下）时，风机并联运行是安全的，保护限制功能不会动作，指令会顺畅地输出到增压风机开度调节机构去执行。当并联运行的两台增压风机，其运行工况点不是在失速线最低点之下，且两台增压风机已经出现了一定程度的运行不平衡（这里设为指令偏差10）时，保护限制功能则会动作，此时，程序会自动判断接收到的增压风机调节指令的“优劣”。若这个指令被执行后的效果能够使两台风机运行的不平衡向着减小的方向发展，则指令会被接受并执行。若指令执行后的效果会使风机运行不平衡进一步加剧，则这个指令会被认为是“不合理的指令”，会被拒绝执行，这样就可以避免风机并联运行不平衡的进一步恶化而导致风机失速，危及设备和系统运行安全。此保护限制功能在运行人员手动操作增压风机时也是起作用的，这样，大大降低了因操作不当或误操作而带来的运行风险。这里需要说明的是，在辨别风机并联不平衡临界点时，最初是采用两台增压风机实际开度之间的偏差是否大于10来判断，但经过反复比较和分析觉得还是选用指令偏差是否大于10做为判据更合理。因为，如果是采用风机实际的开度偏差来判断，则是等到“不利的后果”产生后再来对产生这种不利后果的指令进行限制。如果采用指令之间的偏差来判断，一旦指令偏差过大，则指令就会被认为是“不合理的”而被拒绝接受，此时，增压风机的调节机