發電廠火電機組中鍋爐和汽輪機組的協調控制系統分析

魯尚鑫　王江偉　崔戰勝

摘 要 鍋爐—汽輪機協調控制系統在火電廠中的作用日益突出。首先介紹了系統的兩種協調控制方式和構成，然后結合實例，對亞臨界機組控制系統進行了分析。

關鍵詞 鍋爐；汽輪機；協調控制系統

中圖分類號：TK321 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）08-0107-02

如今，生活生產用電量陡增，人們對電力質量也更加關注，使得發電廠面臨的局勢愈來愈緊張。單元機組容量不斷擴大，600MW、1000MW的機組逐漸投入到實際應用中來。火力發電是一種重要的發電形式，作為系統中的重要組成部分，鍋爐和汽輪機的作用不可代替。由于二者相互獨立，運行中存在著一定的差異，為提高效率，充分利用資源，實現高質高效供電，有必要對鍋爐和汽輪機加以協調，形成一個完整的系統進行統一控制。

1 協調控制系統概述

隨著電力事業的發展，運營體制不斷調整。對一些大容量機組而言，運行方式有所變動，已不能再僅僅滿足基本負荷，還要參與電網的調峰、調頻，甚至在局部出現異常時依舊要保證機組正常工作。對參與調峰、調頻的機組有一定的要求：首先，要有足夠的負荷變化范圍，及較強的適應能力，可正常工作的最低負荷要低；其次，因負荷變化范圍較大，為提高機組的安全穩定性，主蒸汽壓力等重要參數必須要保持穩定，以提升機組效率。而這些條件多依賴于鍋爐、汽輪機、輔機的性能以及單元機組控制系統狀況。既要承受基本負荷，又要維持運行參數的穩定，這就有必要將鍋爐和汽輪機進行聯合，形成統一的系統，及協調控制系統。

協調控制系統是一種重要的火電站控制系統技術，20世紀80年代在國內出現，系統主要由3部分組成：①復合指令處理回路；②機爐主控制回路；③主壓力設定回路。其工作原理為：由負荷指令處理回路接收中調指令、司爐指令及頻率偏差指令，經選擇和計算后，結合輔機的運行狀況將機組的實際負荷指令發出，機爐控制回路接收后，對鍋爐燃燒率和調節閥開度進行調整。壓力設定回路指的是工作人員通過合理的運行方式，對幅值和變化率加以處理后，會得到一個比較適宜的機前壓力設定點，能夠為機組正常穩定運行提供良好保障。

此外，其協調包括3層意思：①鍋爐協調。指的是鍋爐和磨煤機、送風機、給水泵等輔機之間的協調；②機組和電網需求之間的協調。當電網負荷要求有變化時，機組應盡快響應，主要是指電網一次調頻控制和AGC控制兩方面；③鍋爐和汽輪機之間的協調。即機組協調，對二者進行統一控制，可有效提高機組的穩定性和運行速度，使其最快地響應電網負荷調度。須注意的是，協調控制系統對汽包鍋爐和直流鍋爐的控制概念雖然一致，但因汽水循環方式不同，致使兩種爐型的控制系統存在很大的差異性。

2 鍋爐和汽輪機組的協調控制系統

2.1 協調控制方式

實際中，鍋爐和汽輪機是獨立運行的，鍋爐在調節機組壓力、負荷時通常是依靠控制燃料燃燒率實現的，與引風機、磨煤機等輔機性能密切相關，而汽輪機則主要依靠控制調門開度來實現。相比而言，鍋爐的調節方式較為緩慢，與當前電廠生產模式不相符，因此，需充分考慮二者之間的差異，引入某些協調信號對鍋爐和汽輪機加以調節，使其形成一個完整的系統，并采取合理的控制策略，實現機組對電網負荷的快速響應。

常見的協調控制方式有兩種：①以爐跟機為基礎，即機組壓力由鍋爐進行控制，而功率則由汽機控制，該方式的優勢在于能夠快速地響應負荷。此方式與20世紀80年代的直接能量平衡控制系統密不可分。直接能量平衡控制系統有效地推動了汽包鍋爐機組協調控制系統的進步，對其穩定性和快速響應都有著積極作用；②以機跟爐為基礎，即機組壓力由汽機加以控制，而功率則由鍋爐控制，該方式的優勢在于能夠提高控制壓力的穩定性。然而，鍋爐的燃燒特性本身較慢，導致其響應負荷的速度也比較慢，所以在設計系統時，通常會將機組指令信號以前饋和反饋的形式作用于鍋爐控制，以加大前饋量的方式提高鍋爐對負荷的響應速度。

2.2 汽包鍋爐機組協調控制系統構成

系統主要有以下幾部分組成。

1）鍋爐操作主菜單。通過主菜單，可調出全部操作界面。在鍋爐操作主菜單中，每一個操作畫面前都有綠框，只需點擊綠框，便可進行相關畫面操作。如操作機組指令畫面，只需點擊機組指令前的綠框即可。

2）機組指令操作畫面。具體包括：①機組指令顯示操作器，可實時監視機組運行狀況；②中調指令顯示器。可顯示電網中調狀態；③操作按鈕，包括負責控制各種功能的按鈕；④狀態指示燈。

3）協調主控操作系統。該系統負責協調控制方式以及滑壓、定壓方式的選擇確定，主要組成部分有：①功率控制器，接受機組指令控制器發出的負荷指令信號和機組的實發功率信號，控制器的輸出給DEH，完成對汽機的控制；②DEH控制器，用于連接DEH系統和協調控制系統。手動按鈕或自動按鈕可以自行切換，當DEH在本機控制時，DEH控制器處于跟蹤狀態，T字符出現。當DEH控制器自動時，說明汽機處于自動控制狀態；③壓力控制器，壓力控制器接受滑壓控制器發出的壓力指令信號和實測的機前壓力信號，控制器的輸出給燃料控制器，完成對壓力的控制；④滑壓控制器，壓力控制方式主要有滑壓和定壓兩種。在滑壓控制方式時，協調控制系統按照系統內設置好的負荷與壓力的關系自動設定機前壓力，控制鍋爐燃燒，汽機控制機組負荷。

4）鍋爐燃料控制系統。系統分為兩部分：①DEB控制器，是鍋爐的主控，負責燃料指令的發送，還能夠顯示壓力的平衡狀態；②燃料控制器，主要對填入爐膛的燃料加以控制，燃料中包含燃煤量和燃油量，在進入爐膛前，會進行一定比例的折算。

5）送風控制系統。用于控制爐膛內的風量和氧氣量，以提高燃料的利用率。燃料在燃燒中，指令會出現頻繁的變動，所以在設計時，該系統的指令以負荷指令為準，而不是采用鍋爐指令。

3 實例分析亞臨界機組控制系統endprint

火電廠通過鍋爐發電，以水為工質，水的臨界壓力為22 MPa，臨界溫度約為374℃。此情況下，水的密度和蒸汽一致，即為水的臨界點。若爐內壓力低于此值，即為亞臨界鍋爐；若超過此值即為超臨界鍋爐，當蒸汽壓力超過31 MPa時稱為超超臨界。在此以300 MW亞臨界機組為例，主要對汽輪機進水的危害和原因做了分析，并提出相應的解決辦法。

1）進水危害。一旦有水進入汽輪機，極易造成氣缸變形、大軸彎曲，動靜間隙消失發生碰磨。具體表現為葉片重大損傷甚至斷裂，推力瓦被燒壞，閥門漏氣，高溫金屬部件嚴重變形等，使得汽輪機的使用壽命有所縮減。

2）原因分析。①鍋爐主、再熱蒸汽溫度失控或主蒸汽流量驟增；啟動時升壓速度過快，或滑參數停機過程中降壓降溫速度過快，使得蒸汽過熱度降低，導致蒸汽帶水。主再熱汽減溫水門不嚴或操作不當，也可能使減溫水進入汽輪機。高旁溫水在高旁關閉后不能連關，或閥門泄漏，給水泵運行時從再熱冷段進入汽缸；②當加熱器的水位過高，且保護裝置不能正常運行時，多會導致水從抽汽管道返回汽輪機內造成水沖擊；③在機組啟動過程中，若疏水工作不到位，軸封送汽時極易導致水進入氣封。特別是甩負荷時，需迅速投入軸封高溫汽源。此時若疏水不充分，將積水帶進軸封，高溫的大軸表面將受不均勻的巨冷沖擊，對大軸造成破壞；④由于排汽裝置滿水，可能造成汽輪機有水進入。在正常工作的情況下，排汽裝置水位過高經會對機組真空造成影響，此時通常不會出現滿水倒灌的情況。但停機后，如果放松對水位的監視，極易引起滿水倒灌入汽輪機。

3）進水處理。運行中若發現水沖擊立即破壞真空緊急停機，在惰走時密切監視機組軸向移位、振動、機內聲音，檢查開啟蒸汽管道、汽輪機本體所有疏水門充分疏水。若因加熱器水測泄漏引起的進水，需將抽汽逆止門和加熱器進汽門關閉，停止加熱器，同時開啟加熱器事故放水門及管道疏水門。如果是再熱蒸汽減溫水或旁路系統減溫水閥門不嚴而引起泄漏，應立即將相應的減溫門關閉。停機時，應準確記錄并分析惰走時間，同時仔細傾聽機內聲音。轉子靜止后，及時投入盤車運行，注意盤車電流變化情況，檢查偏心、軸向位移的變化。一旦出現任何一種現象，停機后必須先檢查推力軸承，根據檢查結果再判斷是否揭缸檢查。惰走時如果沒有聽到轉動部分的摩擦聲，而且惰走時間、軸向位移均處于正常狀態時，應充分放盡疏水，并重新啟動。啟動時若有異常聲音發出，應立即破壞真空緊急停機，揭缸檢查。

4 結束語

為滿足當前用電需求的增長，發電廠機組容量不斷擴大。鍋爐和汽輪機是火電廠發電系統的基礎部分，在響應電網符合、控制機組壓力方面極為重要。為提高運行效率，實現正常供電，需進一步研究鍋爐—汽輪機組的協調控制系統。

參考文獻

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作者簡介

魯尚鑫（1985-），男，陜西橫山縣人，本科，研究方向：電廠機爐電、熱能與動力工程。endprint