锅炉燃尽风门控制策略的创新

夏莹

（浙江浙能镇海发电有限责任公司，浙江宁波315200）

锅炉燃尽风门控制策略的创新

夏莹

（浙江浙能镇海发电有限责任公司，浙江宁波315200）

针对传统PID控制锅炉燃尽风门开度调节氧量的迟滞性，无法配合机组实际负荷区段灵活调整风门开度的局限性，提出了燃尽风门新的控制策略，改变了传统PID控制方式调节氧量波动频繁的状态，已达到较好的控制省煤器出口氧量目的。控制策略创新应用后，锅炉缺氧导致主汽超温现象明显减少，并且出口NOX排放量也较稳定且符合环保要求。

炉内脱氮；燃尽风；控制策略；氧量

0 引言

锅炉燃烧过程产生的NOX排放进入大气会形成酸雨，给环境带来巨大的危害，如：腐蚀建筑物和工业设备，损坏植物叶面等，同时NOX也是造成光化学烟雾的根本原因，对人体有很大的刺激性和毒害作用。运用炉内脱氮分级燃烧方式可控制NOX的排放。分级燃烧将锅炉分为主燃区、再燃区和燃尽区[1]。OFA（燃尽风）风门在炉膛上部燃尽区域及时补入过量风，从而保证从再燃区出来的未完全燃烧产物燃尽，以达到减少NOX排放及防止炉膛结焦的目的。

燃尽区出口过量空气系数α目标值为1.167。若氧气含量偏高，锅炉富氧燃烧，会导致锅炉排放NOX超出环保标准；若氧气含量偏低，则会造成未完全燃烧产物在烟道燃烧致使主汽超温，主汽压力迅速降低，协调控制下锅炉压力波动超过1 MPa[2]。因此，控制OFA风门的开度相当重要。以下介绍的OFA风门开度控制策略，充分考虑了氧量变化的迟滞性，根据相应机组负荷区段配置风门开度，且应用定时查询修正氧量的方式对风门开度进行细调，保证了氧量变化平稳、协调控制稳定、出口NOX符合环保要求。

1 OFA风门控制的创新应用

1.1 OFA风门传统PID控制的局限性及创新

传统PID（分例-积分-微分）控制方式简单，如图1所示，其控制局限性在所难免，见表1。

图1 传统PID控制方式

针对PID连续控制方式导致风门开度变化频繁，不利于控制氧量在一定范围内，且控制响应缓慢、灵活性差的状况，提出如图2所示的自动控制逻辑。图2中，“HSCSLAVE5”为伺放模块，根据“MS”端输入指令同反馈“ZT”相比较送出开关量指令，以保证反馈与“MS”端输入指令偏差小于死区；“SEL”为选择模块，如第9模块：“CRUNBACKY10”=1，则输出端=“CAM103401”，否则，输出端等于第8模块输出值；“SUB”为减法使能模块，只有当“EN”输入端=1时，才能为“CSET1028A”赋值等于“CZT1693”与“CAM102802”；“ZHADD”为加法模块，O1=I1*A1（模块内部参数）+I2*A2（模块内部参数）；“TP”为定宽模块，本逻辑中“TM1028A”定宽脉冲时间均为0.5 s。

OFA风门自动逻辑：风门开度=负荷区段对应开度+氧量控制输出+偏置，RB（快速减负荷）时风门开度=最小负荷区段对应风门开度。以下针对OFA风门原PID控制的局限性，详细说明创新的控制逻辑。

1.2 增加控制灵活性

图2逻辑中将“负荷对应开度”作为风门基准开度，氧量控制输出和偏置作为开度微调。如此创新，大大增加了风门自动控制灵活性，确保机组处于不同负荷区段时，风门开度快速适应锅炉燃烧工况，很大程度上避免了负荷变化时燃尽区氧量无法快速适应、波动大的缺陷。

如图3所示，逻辑中将机组负荷分割为4区段，负荷区段由小到大：区段一：CAM1034A至 CAM1034B；区段二：CAM1034B至CAM1034C；区段三：CAM1034C至CAM1034D；区段四：大于CAM1034D，分别对应风门开度“CAM103401”至“CAM103404”。

图3中“HSALM_AM”为幅值报警模块，“IN”端输入值大于“AH”端输入值，则“DV”置1。“BOOL_ TO_WORD”模块将BOOL量转化为WORD。“MUX”模块：第一输入端输入值=0或1，输出端=“CAM103401”；第一输入端输入值=2，输出端=“CAM103402”；第一输入端输入值=3，输出端=“CAM103403”；第一输入端输入值=4，输出端=“CAM103404”和“HSRATELIM”为速率限制模块。负荷区段对应风门开度根据试验所得，见表2。

表1 PID控制缺陷

表2 低氮燃烧配风操作参考数值

1.3 减少氧量波动

图2逻辑中将氧量控制输出作为负荷对应开度的优化修正，根据燃烧过程中实际氧气含量控制风门开度变化，保证将燃尽区氧量控制在一定范围内。

针对PID连续控制无法适应氧量变化迟滞的局限性，创新氧量控制逻辑如图4所示，当氧量连续30 s超过上限K2或者下限K3时，氧量控制输出指令累计±5；氧量未超限或氧量值回复至正常范围内，氧量控制输出保持。经参数调试，整定氧量高限回复值K4＜K2，氧量低限回复值K5＞K3，以确保氧量超上限时自动控制调整风门开度减小至氧量稍低于上限值，避免氧量于高限附近波动，氧量控制频繁调节影响执行机构使用寿命，低限同上理。

图2 OFA风门自动控制逻辑

图4中“HSALM_AM”为幅值报警模块，“AH”与“AL”分别为幅值上/下限，“IN”输入值超限则“DV”输出端置1，超上限“AMH”置1；“RS”为RS触发器模块，“SET”=1，则“Q1”=1，“RESET”=1，则“Q1”=0；“TON”为延时置1模块，本逻辑中“TM1028B”延时时间为30 s；“R_TRIG”为上升沿触发模块。输入端“CLK”上升沿触发输出端“Q”送出时长一个运算周期的脉冲；“LIMIT”为限值模块，“输入端（2）”≤“输入端（1）”≤“输入端（3）”。

相较于传统PID控制方式，氧量值连续30 s查询方式确保了测量氧量为燃尽区确切实值，避免了氧量假值大幅度波动时风门过调，较好地解决了风门开度变化时氧量变化的迟滞性和氧量波动频繁的问题，确保氧量控制的稳定性并延长了执行机构的使用寿命。

1.4 加快控制响应速度

针对传统PID控制积分饱和致使风门响应缓慢问题，改变自动控制时风门开度限值。如图4所示，K8，K9分别为风门自动开度下限、上限。相较图5，一般自动逻辑将风门开度限制置于自动模拟量指令末端，风门开度限制的改变有效解决了风门自动控制响应缓慢的问题。

举例说明：如现工况负荷对应开度CAM103422=40，氧量控制输出CAM102801=-20，偏置CSET1028A=0，开度下限K8=30，开度上限K9=70，则风门实际开度为30。因为负荷区段较宽且负荷一般较稳定，负荷区段对应开度一定时间内并不会发生较大变化。若此时氧量持续30 s低于下限，则氧量优化控制为-15，40-15=25＜30，风门开度仍为30%，1 min后氧量优化控制为-10，40-10=30，风门开度仍为30%。直到1 min 30 s后，风门开度才有所变化，对氧量反应延时长，风门响应缓慢。

图3 负荷对应开度逻辑

图4 氧量控制逻辑

图5 一般风门开度限制

现优化逻辑将风门自动开度限值置于氧量控制逻辑中，如图4所示，较好地解决了一般逻辑响应速度慢的问题：（开度下限K8-负荷对应开度CAM103422）≤氧量控制输出值CAM102801≤（开度上限K9-负荷对应开度CAM103422）。采取以上措施后，如上工况，风门开度为30，氧量控制输出值为-10（因受限，最小为-10），当氧量值小于下限时，氧量优化控制迅速响应-10+5为-5，风门开度增加至35%，能够快速响应氧量变化。

2 其他控制创新应用

2.1 手/自动投切无扰

为保证风门手自动投切时不出现开度扰动，如图2所示，通过TP与SUB模块，增加自动投入时，给偏置CSET1028A赋值逻辑。

自动投入那一刻，使偏置CSET1028A=风门实际开度CZT1693-负荷对应开度CAM103422-氧量控制输出CAM102801，自动模拟量指令=负荷对应开度+氧量控制输出+偏置=风门实际开度，从而达到自动投入时风门开度无扰的目的。

2.2 可人工干预自动时风门开度

如图2所示，OFA风门自动逻辑：风门开度=负荷区段对应开度+氧量控制输出+偏置。偏置CSET1028A可由运行人员根据实际工况做出相应修改，保证了自动控制中人工干预的可能性，大大提高了自动控制的灵活性和适用性。

2.3 手动时氧量控制输出清零

氧量控制输出作为风门自动控制逻辑中重要的修正优化参数，需保证此参数的可修正性。如图4所示，因氧量自动控制较复杂，所以每次自动切手动时，都给氧量控制输出参数赋值为0，以保证每次自动投入时，氧量控制输出CAM102801重新计算调节，氧量控制逻辑简单化。

2.4 控制逻辑模块化

图6 开关量控制方式

如图6所示，创新控制逻辑将手/自动结合。手动控制时，为方便运行人员操作，设计有长短脉冲控制输出。当按下开或关按钮超过2 s，逻辑送出指令长脉冲直到松开开或关按钮，否则送出0.5 s短脉冲；另手动控制包括选限方式，运行人员可选中多个风门同时控制开度变化。上层1号角OFA风门若被选中，则CYK1693X置1，选限开按钮按下则被选中的风门同时开，IN6输入端为选限复位。图6中：TON为延时置1模块，逻辑中TM01与TM03延时时间均为2 s。TP为定宽模块，逻辑中TM02与TM04定宽脉冲时间均为0.5 s。为方便逻辑组态，将图6逻辑集成模块化，如图7所示。手动时，CDM1028A（自动投入）=0，手动开按钮按下，则IN1置1；自动时，运行人员切换CDM1028A=1，根据CYC1693O（自动开指令）、CYC1693C（自动关指令）送出开关指令。

图7 逻辑集成模块

集成模块将复杂风门逻辑简化，可同样运用于无自动的二次风组态中，通过设置模块内部参数RM实现。

3 OFA风门控制逻辑创新后的成效

OFA风门控制策略创新前后的效果对比见表3，控制逻辑应用后大大缓解了运行人员手动调节的压力，使风门开度能快速适应机组负荷变化，且对燃尽区氧量变化响应迅速。每30 s查询1次氧气含量的方式有效解决了氧量变化迟滞性和风门开度调节过于频繁的问题，同时手/自动投切时无扰、氧量控制输出清0的创新设计，确保了逻辑的简易性和稳定性，保证了风煤配比、主汽压力稳定，主汽温超温减少。

表3 OFA风门控制策略创新前后效果对比

在实际应用中，燃尽风的补充实现煤粉完全燃烧，高温省煤器出口NOX排放不大于300 mg/m3（O2=6%，标准状态下），效率大于60%，NOX排放量达到环保标准[2]，而且炉膛燃烧状况、锅炉效率、飞灰含碳量都有较大的改善。

[1]钟秦.燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例[M].北京：化学工业出版社，2007.

[2]蒋文举，赵君科，尹华强，等.烟气脱硫脱硝技术手册[M].北京：化学工业出版社，2012.

[3]西安热工研究院.火电厂SCR烟气脱硝技术[M].北京：中国电力出版社，2013.

[4]杨飏.氮氧化物减排技术与烟气脱硝工程[M].北京：冶金工业出版社，2007.

[5]孙克勤，韩祥.燃煤电厂烟气脱硝设备及运行[M].北京：机械工业出版社，2011.

（本文编辑：陆莹）

Innovation of Control Strategy for OFA Throttle

XIA Ying
（Zhejiang Zhenhai Power Generation Co.，Ltd.，Zhenhai Zhejiang 315200，China）

Aiming at sluggishness of oxygen content change due to OFA（Overfired air）throttle opening through traditional PID control and the limitation owing to failure of cooperation with actual load section of units in air door opening adjustment，the paper proposes new control strategy for OFA throttle.Frequent oxygen content fluctuation due to traditional PID control is changed and oxygen content in economizer outlet is well controlled.Since the application of innovated control strategy，there is seldom overheat of main steam due to lack of oxygen in boilers；moreover，NOXemissions from the outlet is stable and can meet the requirements of environmental protection.

denitrification in boiler；OFA；control strategy；oxygen content

TK321

：B

：1007-1881（2014）11-0030-05

2014-09-11

夏莹（1990－），女，浙江宁波人，助理工程师，从事发电厂热工控制工作。