探索和思考發(fā)電廠鍋爐—汽輪機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

作者簡介：汪家勝（1985-），男，漢族，江蘇省宿遷市人，機務點檢，工學學士，單位：大唐科技產(chǎn)業(yè)集團有限公司南京項目分公司，研究方向：發(fā)電機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)研究。

摘要：本文介紹了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的具體涵義，分析了鍋爐與汽輪機協(xié)調(diào)與其重要作用，并結(jié)合筆者多年發(fā)電廠相關工作經(jīng)驗，詳細解析了鍋爐-汽輪機組協(xié)調(diào)控制方式。希望能為探究發(fā)電廠鍋爐-汽輪機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)提供部分理論支撐。

關鍵詞：發(fā)電廠；鍋爐-汽輪機組；協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)；探索與思考

前言：改革開放以來，社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，科學技術日新月異，火電站相關技術也取得了迅猛發(fā)展，其單元機組容量已經(jīng)提升至600MW。與此同時，分布式控制系統(tǒng)（DCS）被廣泛應用于火電站中，顯著提升了電站自動化控制的投入水平。在發(fā)電廠工作日常工作中，必須引入科學、合理的系統(tǒng)來對汽輪組進行有效控制。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是目前控制汽輪組相關系統(tǒng)中效果最為顯著的。因此，發(fā)電廠相關工作者必須予以高度重視。

一、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的涵義

二十世紀八十年代，我國引進了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其主要設計思路是把鍋爐和汽機當成一個有機整體，來控制鍋爐壓力和機組負荷，從而有效實現(xiàn)鍋爐煤、風力和水子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)。一般而言，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)具有以下三層含義：第一，鍋爐煤、風力和水子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)；第二，機組同電網(wǎng)需求匹配且協(xié)調(diào)；第三，鍋爐、汽輪機工作協(xié)調(diào)。

二、鍋爐與汽輪機之間的協(xié)調(diào)

汽輪機、鍋爐之間的協(xié)調(diào)通常被大家當作機組協(xié)調(diào)。它的主要作用是有效協(xié)調(diào)、控制汽輪機和鍋爐，提升機組對于電網(wǎng)負荷的響應性，提高機組運行的安全性與穩(wěn)定性。直流鍋爐與汽包鍋爐對于協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)來說，都擁有一樣的控制概念。但是，直流鍋爐與汽包鍋爐在汽水循環(huán)方面差異性十分顯著。因此，他們的控制系統(tǒng)也各不相同。

三、鍋爐-汽輪機組協(xié)調(diào)控制方式分析

鍋爐-汽輪機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設計理念來源于汽輪機對機組的負荷和壓力的相關控制特點與鍋爐相比，具有顯著差異。具體而言，鍋爐借助燃燒燃料所產(chǎn)生的熱量將水流量成功轉(zhuǎn)化成水蒸氣。磨煤機、風機以及給煤機的有效運行能夠?qū)θ剂系目刂飘a(chǎn)生重要影響。鍋爐控制對負荷與壓力調(diào)節(jié)均十分緩慢。汽輪機通過控制調(diào)門的開度來調(diào)節(jié)壓力和負荷，這種調(diào)節(jié)具有速度快的顯著特點。因而，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)應當通過科學、合理的控制措施對鍋爐-汽輪機組采取有效、統(tǒng)一的控制，從而有顯著提升鍋爐-汽輪機組對負荷響應的速度，增強壓力控制的可靠性與穩(wěn)定性。

目前，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設計的調(diào)控制方式主要有以下兩種：第一，機跟爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)主要立足于鍋爐控制相關功率和汽機控制壓力的基礎之上；第二，爐跟機控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)主要立足于鍋爐控制壓力和汽機控制相關功率的基礎之上，其負荷響應速度非常之快。

爐跟機協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)與直接能量平衡控制系統(tǒng)密切相關。早在二十世紀八十年代，我國就開始使用直接能量平衡控制系統(tǒng)，一定程度上加速了汽包鍋爐機組相關協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的發(fā)展，顯著提高了鍋爐-汽輪機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的響應速度，大大加強了鍋爐-汽輪機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

直接能量平衡控制采用汽機前壓力值（Ps）乘以汽機調(diào)速級壓力（P1）與自動主汽門前壓力（Pt）的比值，并將乘積當作汽機對鍋爐能量的需求量。該信號（Ps* P1/ Pt）采用控制指令與動態(tài)前饋的方式來控制和管理鍋爐燃料。在直接能量平衡控制中，汽輪機調(diào)門開度用P1/PT表示，其他參數(shù)保持不變的情況下，汽機進氣量相關變化和汽機對鍋爐釋放能量需求相關變化情況，通過汽機調(diào)門開度（P1/PT）變化有效展現(xiàn)出來。同時，鍋爐被控參數(shù)對鍋爐輸入量需求的變化則是通過機前壓力（Ps）的變化反映出來。由此可見，Ps* P1/ Pt能夠有效反應負荷在鍋爐燃燒方面的需求情況。由于機前壓力（Pt）和調(diào)速級壓力（P1）的燃料響應時間和數(shù)量均一致，若燃料產(chǎn)生變化，確保P1/ Pt不變的情況下，那么Ps* P1/ Pt就將不再反映燃料相關變化，而是只集中反映負荷在鍋爐燃燒方面的需求情況。與此同時，若保持汽機調(diào)門不變，確保P1/ Pt保持一致，改變Ps則是改變鍋爐燃料指令，也就實現(xiàn)了控制負荷這一目的。換句話說，直接能量平衡信號能夠同時適用于定壓控制方式和滑壓運行方式。

把熱量信號（P1+dPd/dt）當作燃料反饋信號是直接能量平衡控制系統(tǒng)的另一顯著特征。適當?shù)恼{(diào)整熱量信號（P1+dPd/dt），能夠使其在調(diào)門開度擾動下，保持P1面積與dPd/dt大致一樣，促使在調(diào)開門度擾動的情況下，熱量信號（P1+dPd/dt）依然保持不變，只單純反映燃料相關變化情況。

直接能量平衡控制系統(tǒng)有效利用熱量信號（P1+dPd/dt）只反映燃料變化以及Ps* P1/ Pt只反映汽機對鍋爐能力需求這兩個顯著特征，有效實現(xiàn)了機組負荷對燃料的需求。

為了避免燃料擾動以及磨煤機工作對負荷產(chǎn)生的影響，在直吹式制粉系統(tǒng)中加入燃料控制回路。燃料控制回路有效利用了直吹式制粉系統(tǒng)中鍋爐燃料相關測量速度較快的顯著特征，高效的客克服了燃料擾動帶來的影響。

四、結(jié)束語

綜上所述，鍋爐-汽輪機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)有效借助汽機調(diào)門動作能對壓力能夠產(chǎn)生快速響應的優(yōu)勢，采用鍋爐控制負荷、汽機控制壓力的方式進行運轉(zhuǎn)，有利于對機組壓力進行有效控制。鍋爐燃燒相對比較緩慢，不能對機組負荷產(chǎn)生快速的響應。因此，在進行鍋爐-汽輪機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)具體設計時，應當按照前饋和反饋的方式把機組指令相關信號發(fā)送給鍋爐控制，從而有效提升前饋量，顯著提高鍋爐對負荷的響應效率。（作者單位：大唐科技產(chǎn)業(yè)集團有限公司南京項目分公司）

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