华电半山发电公司引进FGD控制系统控制策略改进

黄振华 方军 沈俊

杭州华电半山发电有限公司   

1 前言

杭州华电半山发电有限公司建有#4、#5二台125MW燃煤发电机组，2001年根据国家有关政策，为了减少环境污染，防止酸雨的发生，在#4、#5炉尾部装设了一套湿法脱硫装置（简称FGD），用于除去烟气中的SO2。

FGD整套系统由德国BBP公司总承包；分散控制系统采用德国SIEMENS公司制造的TXP控制系统，由于该系统先天的缺陷。在这几年的运行过程中，控制系统一直存在着安全隐患，设备缺陷始终存在着，无法从根本上给予消除。2008年来，分散控制系统的的安全问题越来越严重，如分散控制单元AP冗余丢失，AP处于单控制器运行状态，严重危险到系统的安全、连续运行；操作员站、PU/AU、ES站死机现象不断发生，FGD系统随时有可能停止运行的可能，为此，公司决定对原分散控制系统进行改造。

2 改造情况

改造从2008年4月开始进行，历时近一月，期间FGD系统停运20左右。

改造范围：原TXP系统相关的控制设备（不含现场一次设备），包括TXP控制柜，分散处理单元及输入、输出卡件，网络设备、操作站、服务器、工程师站、SIS接口设备、操作台等。

改造采用分散控制系统是英国欧陆的NETWORK-6000系统，改造后的系统由下述设备组成：

l         8只DCS控制柜；一只电源分配柜

l         24对分散处理单元；

l         363块I/O卡件；

l         共2538点I/O，其中使用2181点，备用357点；

改造后的NETWORK-6000网络结构

3 控制策略改进

由于FGD的工艺流程没有改变，现场一次设备也没有改变，所以我们调试时尽量遵循原西门子控制系统的控制逻辑、策略。在研究原控制逻辑的基础上，我们也根据调试过程中出现的新问题，以往的控制经验，对控制逻辑进行了改进，优化，主要是对增压风机前风压自动调节系统控制策略的改进。经几个月来的运行经验表明，我们的改进、优化是成功。 

主流程图

具体如下：

1）从工艺系统图中知道，进入增压风机的风量来于#4、#5锅炉出口的四只风机，由于机组负荷随时发生变化，四只风机的风量也在随时随刻地发生变化，导致增压风机动叶调节系统为了稳定增压风机前压力到设定值，动叶执行器就不停地发生调节。这反过来也影响到增压风机前压力，导致风压震荡；同时过于频繁的动作，也会影响执行器的使用寿命。为此，我们根据机组停机时的风机风量衰减速率，以及增压风机动叶执行器的动作频率，在动叶调节PID模块输出信号回路上增加速率限制模块，设置适当的数据及上下限制。比较增加速率模块前后运行情况，动叶执行器动作频率明显减少，同时也提高了风机风量信号故障时，动叶误动作的速率与上、下限量，保护系统的安全可靠。

2）将原设计#4、#5机组的100%风量作为动叶自动调节的前馈信号，经过实际运行表明，如果前馈过大，当风量信号故障时，会导致增压风机动叶巨大的扰动，从而引起烟道风压过高或过低，进一步会引起机组MFT，所以我们经过多次试验，修改了控制参数，调整前馈满量程量的15%作为自动调节的前馈信号，以减弱风量信号因故障等原因造成的对自动调节的过度影响。经验表明，对于二炉一塔的脱硫系统来说，15%~20%是比较合适的。

3）修改增压风机PID控制逻辑，增加自动状态下，烟道负压高、低闭锁动叶关、开逻辑，当增压风机前压力高于0.0KPa（可修改）时，闭锁自动关动叶；当增压风机前压力低于-0.5KPa（可修改）时，闭锁自动开动叶，以防止自动调节系统因引用信号等扰动造成的错误方向动作。

4）由于旁路烟道挡板没有快开功能，其从开启到全开时间约有107秒；原设计是当烟道压力异常，超过保护定值时，须延时3秒时间才发出指令去保护开挡板。经过实际测试，这是不合理的，当压力异常，再经过3秒时，烟道实际压力值已远高于保护值，所以取消三秒延时是比较合理的。

5）原增压风机逻辑没有设置增压风机前风压测量值与给定值偏差比较大时自动切手动功能；也没有动叶反馈与控制指令偏差大时自动切手动功能。根据运行经验及设备的实际情况，也增加了此类功能，同时发出有关报警。经实践证明，是比较有效的防止设备异常而出现自动调节系统错误动作的有效方法。

6）由于增压风机动叶开度与通风量是非线性关系，而#4、#5机组的负荷会根据外界情况在不停地变化，相应的引入增压风机的风量也在变化。这样当两台机组运行，负荷在比较高时，相应的风量就比较大，增压风机动叶开度就运行在70~80~90%之间，相对来说，特性曲线就比较平缓；当只有一台机组运行或负荷很低时，相应的经过增压风机的风量就比较少，增压风机动叶开度就在30~40~50%之间，相对来说，特性曲线就比较陡峭。因此，要保证动叶自动调节系统的调节品质，就应该针对特性曲线，修正相应的控制参数，对此，我们采取了变比例带的方法解决了这个问题。就是动叶PID调节器的比例带由一个函数模块输出产生，输出值是根据动叶开度的变化而变化，从而达到变比例带的目的。 

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