1 引言

火电站锅炉风量控制系统主要用来满足锅炉主控制器(Boiler Master)发出的风量请求，以维持燃烧稳定及保证炉膛经济安全运行。沁北电站2×600MW机组锅炉为超临界直流循环锅炉，风量控制系统设计有带氧量校正回路的总风量串级控制系统以及总风量与总燃料量之间的交叉限制控制系统、送风机入口动叶开度控制系统。本文对风量控制系统各部分进行分析论述，并给出控制功能的DCS实现。

2 氧量校正及总风量指令控制

在机组稳态运行时，应根据锅炉主控指令的要求协调地控制燃烧量和送风量，保持最佳风/燃比和最佳烟气含氧量。动态时，保证升负荷时先增风后增燃料，减负荷时先减燃料后减风，达到空气/燃料交叉限制的目的。锅炉在不同负荷时，控制系统根据烟气中含氧量来对实测风量进行校正，保证系统的最佳风/燃比。氧量给定值是锅炉负荷的函数，其变化曲线如图1所示:

图1 氧量校正曲线

图2为氧量校正控制回路SAMA图。本系统给出的机组给定负荷指令通过函数功能块F3(x)与来自氧量M/A操作站的偏置值信号(BIAS)叠加，模拟出图1所示的含氧量随负荷变化的曲线，形成氧量滑动设定值SP。为了防止设定的偏置值的突变对控制系统的冲击，该设定值经过速率限制块V≯的速率限制。同时，为了防止运行人员误将设定值操作到合理范围之外，设定值还需要经过上、下限幅块≯≮(下限值=3％，上限值=6％)的限制。

图2 氧量校正及总风量指令控制回路

经各自选择后的甲、乙侧烟气含氧量信号取平均值，作为氧量校正调节器PID1的过程量PV信号，烟气含氧量信号和其设定值的偏差经调节器PID1后，送往氧量校正M/A操作站，形成风/燃比。操作站M/A的输出经函数块F7(x)后对总风量指令信号进行校正。函数发生器F7(x)的作用是将氧量校正操作站输出的0～100%信号转换成0.8～1.2的校正系数。当氧量校正操作站在自动控制方式时，氧量校正系数根据烟气含氧量的偏差自动形成。

3 空气-燃料交叉限制

系统风量指令形成回路采取以“经给水温度修正后的锅炉指令”、“总燃料量测量值”(均与风/燃比相乘)选大值输出和“最小空气流量”信号限制输出。其中，最小空气流量设定为35％MCR(锅炉最大连续出力)负荷时的风量，是为避免炉膛灭火设置的最小风量值。
如图2所示，正常情况下，锅炉总燃料量指令和总燃料量信号都大于35％MCR负荷使得风量信号。此时，总风量的设定值由锅炉主指令和总燃料量经大选块>和函数发生器F4(x)后给出(煤风比)。函数发生器F3(x)是为了调整锅炉主指令和总燃料量信号的量程差别;大选块>保证了在加负荷时先加风，减负荷时后加风，以实现锅炉的富氧燃烧。当锅炉总燃料量指令和实际总燃料量信号都小于最小空气流量信号时，则通过上、下限幅块≯≮(下限值＝35％)设定最小输出值(MIN=35％)作为风量指令输出。以防止风量降到预定值以下，引起炉膛熄火事故。

4 送风机动叶开度控制

电厂采用两台轴流式送风机以控制其动叶开度大小来满足入炉风量要求。当入炉风量信号变化后，总风量实测值(系统的反馈信号)与氧量校正后的总风量给定值的偏差，经控制器PID2后作为两台送风机A、B的共用指令。为了加快风量的调节过程，总风量调节器PID2引入一个总风量指令前馈信号(参考图2)。该系统除完成正常工况下的串级控制系统内回路调节外，还设计有非正常工况时风机动叶开度定向闭锁回路，以及两台风机分别实现手动操作和由“手动”切回“自动”时实现无平衡、无扰动的偏差平衡回路。

4.1 定向闭锁回路

图3为送风机动叶定向闭锁回路的SAMA图。一旦发现炉膛压力异常，通过两组大选块>和小选块<及切换块T1、T2、T3、T4的限制功能来闭锁送风机动叶指令。例如，炉膛压力低逻辑信号有效时，切换块T1、T2的输入端接至S2端，即切换块T1、T2的输出值又送回输入端，从而将此时刻的信号保持并持续输入大选块>中。此时送风机动叶位置指令在输入实际值和保持值之间选大值输出，使得控制系统只能增加风量而不是减小风量。同理，当炉膛压力高逻辑信号有效时，控制系统只能减小而不能增加风量。

图3 送风机动叶定向闭锁回路

4.2 送风机偏差平衡回路

两台送风机的共用指令同时送到送风机A和送风机B，再分别与送风机特性偏置信号相加和相减，经过上、下限幅块≯≮后作为两台送风机各自的动叶控制指令。上、下限限幅的作用是为了在加上送风机特性偏置信号后不能超过送风机导叶指令的上下限(上限为100%，下限为0%)。由送风机的M/A操作站引出了一个正负双向偏置信号A(BIAS)，它经速率限制块V≯后，加至两台送风机的动叶控制回路。它对两台送风机动叶指令的作用方向是相反的，目的是在正常情况下平衡两台送风机的负荷，使两台送风机马达电流相等。送风机特性偏置只有在两台送风机动叶都处于自动控制方式时才可由运行人员手动改变。

5 控制系统的DCS实现
Symphony系统是ABB公司开发的一套集过程控制和企业管理一体的新一代集散控制系统(DCS)，功能强大。在这里笔者将对系统主要功能码新型PID控制器(FC156)做简单说明，其功能码图如图4所示。

图4 新型PID功能码示意图

此功能码与传统PID控制器相比有如下特点:对微分作用的算法做了改进;在串级组态方式时，当遇到限制值时，禁止增加和禁止减少信号，防止主回路出现积分饱和;既可执行无相互影响的PID控制算法，也可执行有相互影响的经典的PID控制算法; 具有快速饱和恢复选择的功能等。

6 结束语
目前，该系统已经成功运行，控制效果良好。

参考文献
[1] 边立秀,周俊霞,赵劲松. 热工控制系统. 北京:中国电力出版社,2002.

作者简介
李必成(1978-) 男 硕士 主要从事电站热工过程自动化、计算机控制技术及智能故障诊断方面的应用研究工作。