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北極星火力發電網訊:我們看到的下面的圖是一幅發電廠鍋爐風煙系統啟動趨勢記錄，顯示的是送風機的啟動過程，畫面線條看似單調，背後熱工自動控制系統的內涵卻非常豐富。這是一套具有“一鍵啟停”水準的鍋爐風煙程序控制系統，由智能化的模擬量調節和順序控制構成，運用了超馳控制、 “三態式”模擬量調節、本安型開關、智能選擇器聯鎖、“自舉糾偏”等現代的先進控制技術，由APS（Automatic Procedure Start-up／Shut-down）導引鍋爐風煙系統一鍵啟停，全面支持鍋爐啟動、停止、正常運行、RB甚至FCB工況，控制無憂。
圖1 鍋爐風煙系統啟動送風自動自舉糾偏趨勢
曲線註釋：
① A送風機合閘
② 打開A送風機出口擋板
③ A送風機啟動後開動葉
④ B送風機合閘
⑤ 打開B送風機出口擋板
⑥ B送風機啟動後開動葉
⑦ 鍋爐總風量25%ECR送風調節器由Stand-By轉AUTO
⑧ 送風自動超馳調節
⑨ A、B送風機動葉開度一致，鍋爐總風量30%
⑩ 鍋爐總風量
一、 送引風機啟動概述
在鍋爐風煙系統啟動前，作為APS啟動的充要條件，引風、送風調節迴路工作方式已經在自動伺服（Stand-By），鍋爐總風量為零，與送風調節器的給定值存在最大偏差。
1. 首先啟動鍋爐A側風煙系統。A引風機先於A送風機啟動，引風機啟動後，引風調節從自動伺服狀態轉為自動調節方式。
2. 啟動A送風機①，打開A送風機出口擋板②，動葉開度初始為0％，也就是鍋爐總風量等於零，送風調節最低給定為鍋爐總風量的30.4％，則送風調節器入口偏差信號不為零。送風機合閘24秒後，自動糾偏指令發至送風調節糾偏定值切換器，開啟A送風機動葉③。
3. 送風機動葉目標開度為75％，按25％/min的速率持續開啟增加鍋爐風量。
4. 同時，鍋爐風煙系統順序控制繼續按步序啟動B側引風機、投B側引風調節自動，再啟動B送風機④，打開B送風機出口擋板⑤，發出自動糾偏指令打開B送風機的動葉⑥，目標開度和變化速率與A送風機相同。
5. 此時，兩臺送風機在同時增加風量，送風調節器輸出跟蹤B送風機動葉開度，當監測到總風量小於送風給定值5％時，高低限報警監視器發出“AIR FLOW DIV＝0”的信號，立刻斷開送風調節器跟蹤開關，送風調節器工作方式從Stand-By自舉為AUTO⑦，入口偏差接入送風調節器進行PI運算，送風調節迴路將自動形成閉環負反饋控制。
6. 不過，由於A送風機先於B送風機啟動，在送風調節自動開始時刻， A送風機動葉已開至49％，大於30％風量下送風機調節器的輸出，B送風機動葉的開度則為13％，小於30％風量下送風機調節器的輸出，送風自動調節無擾糾偏控制還將繼續完成平衡A、B兩側送風機的風量⑧。
7. 送風自動在Stand-By方式下，A和B送風機開度分別反饋到自動/跟蹤切換器，送風自動從Stand-By轉為AUTO方式0.5秒後，自動/跟蹤切換器接收送風調節器發來的輸出信號， A送風調節的自動/跟蹤切換器輸出降低，送風機動葉開度由原來49％按10％／min的速率趨向送風調節器的輸出，B送風調節的自動/跟蹤切換器輸出升高，送風機動葉開度從13％按10％／min的速率趨向送風調節器的輸出，最終兩側輸出平衡相等⑨。在此過程中，送風調節器也消除了剛剛從Stand-By切至AUTO時5％的偏差，把總風量從25％提高的30％⑩，A、B送風機的開度相等，調節在23％。至此，在開關量順序控制和模擬量調節自舉糾偏功能協同控制下，完成了鍋爐風煙系統全程自動啟動。
可能看到文章開頭的內容，讓人覺得突兀，這沒關係，重要的是先記住這個確實存在的過程，既有順序控制又有模擬量調節，開關量和模擬量交互作用，實現了風煙系統的“一鍵啟停”，更多細節後續逐步展開。
二、 鍋爐風煙系統工藝系統與設備
圖2 鍋爐風煙系統
鍋爐為單爐膛、四角噴燃、微負壓運行、Π式結構、煙道雙側佈置、平衡通風，雙吸離心式一次風機，動葉可調軸流式送風機和引風機，容克式三分倉旋轉空氣預熱器。鍋爐風煙系統合計37臺設備。詳見圖2。
三、 鍋爐風煙系統的控制
1. 開關量控制
鍋爐風煙系統設計有順序控制、聯鎖自動、聯鎖保護和手動操作，控制分組見圖3。
1） 順序控制
系統級控制，直接納入順序控制的設備有31臺，包括6套單元控制，① A送風機單元；② B送風機單元；③ A引風機單元；④ B引風機單元；⑤ A空氣預熱器單元；⑥ B空氣預熱器單元。還包括A/B空氣預熱器二次風出口擋板和A/B空氣預熱器煙氣入口擋板等4臺設備。
2） 智能選擇器聯鎖自動
有8對一用一備的設備共計16臺，① A1／A2送風機控制油泵、② A1／A2引風機冷卻風機、③ B1／B2送風機控制油泵、④ A1／A2引風機控制油泵、⑤ B1／B2引風機冷卻風機、⑥ B1／B2引風機控制油泵、⑦ A1／A2空預器潤滑油泵、⑧ B1／B2空預器潤滑油泵。這些聯鎖的最大特點是設備在靜止狀態，也就是設備或系統啟動之前，聯鎖即可投入“自動”，由DCS邏輯全程控制，機組任何運行工況下都不需要人工操作。
3） 還有14臺設備由自動聯動控制。
圖3 鍋爐風煙系統控制分組
2. 模擬量調節
鍋爐風煙系統啟動以順序控制為主線，不過，從某種意義上來說，風煙系統啟動成功與否取決於模擬量自動調節而非順序控制。從機組設備運轉開始，模擬量調節就參與其中，自動調節迴路“手動／自動”的投切、調節器“手動”投“自動”之前調節器入口偏差的糾正，一切都要由DCS智能化的邏輯自動完成。在機組啟、停乃至正常運行過程中，模擬量自動調節始終貫穿全程，調控鍋爐風煙系統參數，是自動啟動、運行的重要支撐。模擬量自動調節必須具備全工況、全過程和全自動的控制水平，鍋爐風煙系統才能真正實現“一鍵啟停”。鍋爐風煙系統模擬量自動調節主要由鍋爐送風調節和引風調節迴路組成，引風調節迴路維持鍋爐爐膛負壓，送風調節控制入爐助燃風量。
圖4 鍋爐送風、引風自動調節原理框圖
四、 引風自動調節工作原理
引風自動調節迴路的工作方式採用“三態式”設計，控制功能符合APS系統對模擬量自動調節的要求。引風自動採用單級PI調節，一拖二方式控制A、B引風調節輸出迴路的M/A操作站，A、B兩個引風自動調節迴路共用一個引風PID調節器。
圖5 引風自動PID調節原理
1. 引風自動信號流程
引風自動調節的輸入偏差Δ＝鍋爐爐膛負壓（FURNACE DRAFT）－爐膛負壓給定（IDF SET）。鍋爐爐膛負壓信號與爐膛負壓給定信號的偏差順序經過一個函數發生器和兩個乘法器，作為引風PID調節器的輸入信號。函數發生器把偏差值放大10倍，輸出斜率＝Y／X＝10，並把偏差值限定為線性輸出。函數輸出作為第一個乘法器的乘數，被乘數來自另一個函數，這個函數輸入來自經過熱量修正後的鍋爐總煤量，用於消除鍋爐燃燒變化對引風調節產生的內部擾動。引風機自動投運臺數的增益對偏差做進一步修正，兩臺引風機都投自動（A-IDF AUTO & B-IDF AUTO），比例係數為1，只有一臺引風機投自動，比例係數選擇2，用於維持引風PID調節迴路自動調節品質，不因風機數量不同而改變引風調節的輸出特性。引風機PID調節器後有一加法器，引入動態超前信號，由來自A、B送風調節輸出指令反饋之和經函數（FX）轉換後與引風自動調節器入口偏差的微分信號（D）相加得出。送風調節迴路輸出在引風調節迴路動態超前信號中起到主導作用，引風調節可以看成與送風自動形成隨動控制。
引風調節器（PIQ）應用了比例、積分運算，沒有使用PID調節器內部的微分功能，而是採用了一個獨立的微分器（D）與引風調節器（PIQ）並聯，微分作用與調節器比例、積分輸出相加，這樣設計能夠單獨調整微分超前信號強度，而且微分和比例、積分參數整定互不影響，利於引風調節現場試驗整定。
2. 引風自動伺服與調節
1） 自動伺服（Stand-By）
A引風機自動調節迴路在伺服（A-IDF AUTO ST-BY），要同時滿足以下4個條件：
(1) A引風自動調節迴路輸出控制正常（A-IDF DRV NOR）；
(2) 爐膛負壓變送器工作正常（FURNACE DRAFT NOR）；
(3) A引風自動M／A站自動按鍵（A-IDF CD ATUO PB）已觸發；
(4) A引風自動M／A站手動按鍵（A-IDF CD MANUAL PB）未觸發。
圖6 引風自動調節Stand-By & AUTO
1） 自動調節（AUTO）
A引風機自動調節迴路已投自動工作方式，同時滿足以下4個條件：
(1) A引風機自動調節迴路已在伺服方式（A-IDF AUTO ST-BY）；
(2) A引風機合閘（A-IDF ON）已超過40秒；
(3) 無“A引風機動葉關閉到0％”（not，IDF-1 IN V/V CLS COM）的指令；
(4) 既無“B啟A停，A引風機動葉關閉到0％”（A-IDF DMP INT CLOSE）的指令，也無“A、B全停兩臺引風機動葉全都開至100％保持130秒”（BOTH IDF DMP INT OPN）的指令。
注：B引風機的ST-BY、AUTO和MAN工作原理與A引風機相同，可參照A引風機的相關邏輯。
五、 送風自動調節工作原理
送風自動調節迴路按照“三態式自舉糾偏無擾投自動”的功能設計。迴路由一個PID調節器和A、B兩個送風機M/A站組成一拖二的單級送風自動調節系統。自舉糾偏無擾投自動的迴路設計在PID調節器和M/A站之間，送風調節自動實施無擾糾偏時，調節迴路工作方式在Stand-By狀態下，迴路糾偏採用超馳控制，當調節器入口偏差被調節到小於規定值時，三態式控制邏輯自動地把送風調節迴路從Stand-By狀態自舉到AUTO方式。PID調節器跟蹤開關Ts被控制邏輯斷開後，調節器的輸入由跟蹤值Tr轉為送風調節器入口偏差，送風PID調節器開始閉環自動調節。不過，雖然調節器入口的偏差接近等於零，糾偏過程並未最後結束。這是因為調節器入口偏差是鍋爐總風量與調節迴路給定風量的代數和，而總風量主要由A、B兩臺送風機風量相加得出，由於A、B兩側送風機先後順序啟動，糾偏過程是開環控制，所以A、B送風機的風量並不相同，而且兩者風量相差較大，這種A、B送風機風量不平衡的運行工況，送風自動是無法正常工作的。因此，在送風調節迴路閉環調節的初始階段，還要進行一次A、B送風機風量的自動平衡糾偏，控制先啟動的送風機按一定速率向調節器輸出值關小動葉，後啟動的送風機按同樣速率向調節器輸出值開大動葉，最後實現兩臺送風機的風量基本相等，而送風調節器閉環控制維持總風量等於給定風量。
1. 送風自動迴路結構
送風自動調節迴路為單級自動PID調節器，自動調節迴路的偏差由送風給定信號（FDF SV）和總風量信號（TOTAL AIR FLOW）的代數和得出，偏差信號先後經過兩個乘法器修正，然後輸入PID調節器。
圖7 送風自動PID調節原理
2. 送風自動給定
送風自動調節給定值（FDF SV），源於鍋爐的燃料量，按照風煤配比把燃料量轉換成給定風量，當燃燒控制方式在自動時，選擇鍋爐目標燃料量進行轉換，燃燒控制非自動工作方式時，選用入爐煤總燃料量進行轉換。進入送風調節器作為給定值之前還要加入風量超前加速信號（BIR AIR），並且要經過氧量校正才能成為送風自動調節給定值（FDF SV）。在FDF SV形成過程中，鍋爐最低風量被限定為總風量的30.4％。鍋爐總風量（TOTAL AIR FLOW）＝A送風機出口風量（FDF-A DISCHARGE FLOW）＋B送風機出口風量（FDF-B DISCHARGE FLOW）。
3. 偏差監測（AIR FLOW DIV＝0）
送風自動調節偏差（AIR FLOW DIV）＝送風給定值（FDF SV）－鍋爐總風量（TOTAL AIR FLOW）
1） 送風自動調節偏差（AIR FLOW DIV）至調節器入口，中間設計有兩個乘法器對偏差信號進行修正。
2） 第一個乘法器根據送風調節自動投入的迴路數來修正“傳遞係數”，當兩個送風調節迴路同時自動工作方式並列運行時，傳遞係數＝1.0，只有一個送風調節迴路自動運行時，傳遞係數＝1.5。
3） 第二個乘法器修正執行器開度的非線性。修正係數由A、B送風調節“自動”（A/B-FDF AUTO）對應選擇來自A、B送風機動葉開度反饋（FDF A/B CD RB）與送風調節偏置（FDF BIAS）的代數和，通過函數變換後與調節器偏差再次相乘。
4） 利用高／低限監報警視器對送風自動調節偏差進行監測，當總風量接近送風自動調節給定值偏差且小於5％，即發出信號：風量偏差等於零（AIR FLOW DIV＝0），觸發自動無擾糾偏邏輯動作。
4. A送風自動伺服與調節
1） A送風自動伺服（A-FDF Stand-By）
同時滿足以下6個條件：
(1) 模擬量系統自動調節不在手動方式（not MCS MANUAL MODE）；
(2) A送風自動調節輸出控制正常（A-FDF DRV NOR）；
(3) 總風量信號正常（TOTAL AIR FLOW S.NOR）；
(4) 總燃料（煤＋油）信號正常（TFF SIGNAL NORMAL）；
(5) A送風自動M／A站自動按鍵（A-FDF DRIVE AUTO PB）已觸發；
(6) A送風自動M／A站手動按鍵（A-FDF DRIVE MANUAL PB）未觸發。
圖8 送風調節Stand-By與AUTO
2） A送風自動調節（A-FDF AUTO）
同時滿足以下5個條件：
(1) 既無“關閉A送風機動葉” （not，A-FDF DMP INT CLOSE）指令也無“全開兩臺送風機口動葉”指令（not，BOTH FDF INT OPEN）；
(2) A送風自動在伺服；（A-FDF AUTO ST-BY）
(3) 引風調節A或B已投“自動”；（（A-IDF AUTO）or（B-IDF AUTO））
(4) A送風機合閘已超過25秒；（A-FDF ON，T＝25.0）
(5) 既無“A送風機動葉開度X%”指令（not，A-FDF VAN X% CMD）也無“關閉A送風機動葉”指令（not，A-FDF IN V/V CLS COM）。
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