發電廠鍋爐—汽輪機組協調控制系統及技術分析

摘 要：本文基于筆者理論知識的學習與實踐經驗的應用，以及通過相關文獻的參考，就火力發電廠鍋爐-汽輪機組協調控制系統進行技術性分析，以期為我國電力事業的發展提供技術參考。

關鍵詞：火力發電；機爐協調；控制系統

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）35-0225-01

1 汽輪鍋爐機組協調控制系統概述

隨著電力資源需求的日益加劇，在電力企業不斷調整運營體制的背景下，大容量機組隨之改變了運行方式，其作用不單于滿足基本負荷，同時還需參與電網的調頻與調峰任務，甚至在局部發生異常情況下，仍需保證機組處于正常工作狀態。在參與調頻與調峰過程中，對機組有如下要求：

（1）適應能力強、負荷變化范圍滿足實際需求，最低荷載可維持正常工作且盡量要低；

（2）由于負荷變化范圍較大，基于機組運行穩定性考慮，機組重要參數（如主蒸汽壓力）必須擁有足夠的穩定性。

而上述條件通常依賴于汽輪機、鍋爐和輔機的綜合性能及單元機組控制系統狀況，必須同時具備承受基本荷載與維持運行（參數）穩定的能力，故而有必要通過聯合將汽輪組與鍋爐統一成一個綜合系統-協調控制系統。

對于火力發電站而言，作為一種控制系統技術，協調控制系統主要由主壓設定、機爐主控制和復合指令處理三部分回路組成。其工作模式為：頻率偏差指令、司爐指令與中調指令發出后，由負荷指令處理回路接收并實施選擇與計算，同時以輔機運行狀態為結合，發出機組實際負荷指令，再由機爐控制回路接收后調整調節閥開度與鍋爐燃燒率；對于壓力設定回路，其主要是基于機組運行穩定性的保障，工作人員對變化率與幅值利用合理的運行方式實施處理后，以此獲取較為適宜的機前壓力設定點。

協調控制系統的協調作用主要包括鍋爐協調、機組與電網需求間協調、鍋爐與汽輪機間協調（即機組協調）三層含義，具體表現為：

（1）鍋爐協調。主要以鍋爐和輔機之間的協調為表現，其中輔機包括給水泵、送風機和磨煤機等；

（2）機組與電網需求間協調。主要是指AGC控制與電網一次調頻控制，目的是機組在電網負荷要求變化情況下做出快速響應；

（3）鍋爐與汽輪機間協調。統一控制鍋爐與汽輪機，使機組運行速度與穩定性得到有效提升，對電網負荷調度快速響應。

需要注意的是：針對直流鍋爐與汽包鍋爐，協調控制系統雖然表現出一致的控制概念，但是基于汽水循環方式的不同，對于控制系統兩種鍋爐差異明顯。

2 汽輪鍋爐機組協調控制方式

基于鍋爐與汽輪機對機組壓力和負荷控制性質的不同，以此引出協調控制系統的概念，鍋爐對負荷與壓力調節特性表現較慢，主要是通過燃料燃燒將給水量轉化為蒸汽，而風機、磨煤機與給煤機的運行狀態決定了其對燃料的控制過程；汽輪機對負荷與壓力調節特性表現較快，主要是通過對調門開度的控制而實現。故此，為實現鍋爐-汽輪機組對壓力控制的穩定性和對負荷響應的快速性，協調控制系統主要依靠于先進的控制策略。

在協調控制系統設計方面，其控制方式主要包括以機跟爐為基礎的控制系統和以爐跟機為基礎的控制系統2種形式，其中前者以鍋爐控制功率和汽機控制壓力為基礎而建立，對負荷響應相對較慢；后者則以汽機控制功率、鍋爐控制壓力為基礎而建立，對負荷可快速響應。

值得一提的是，20世紀80年代，在將直接能量平衡控制系統引入以爐跟機為基礎的協調控制系統中后，使鍋爐—汽輪機協調控制系統響應更快、穩定性更好且操作更加簡單。直接能量平衡控制思想以直接能量平衡信號P1·Ps/Pt（Pt為汽機自動主汽門前壓力，P1為汽機調速級壓力，Ps為機前壓力定值）作為汽機對鍋爐的能量需求，該信號對鍋爐燃料量的控制以動態前饋及控制指令的形式實施。P1/PT（代表汽輪機調門的開度）作為直接能量平衡的基礎，對于汽機調門開度的變化，其在額定參數下為汽機進汽量變化與汽機對鍋爐能量需求變化的反映，而Ps的改變則為鍋爐被控參數對鍋爐輸入量需求變化的反映，故而P1·Ps/Pt即可反映負荷對鍋爐燃燒的需求量，又可滿足鍋爐主汽壓力對燃燒的需求量。但當燃料量發生改變時，由于在時間與數量上P1與Pt對燃燒響應基本一致，使P1/Pt基本保持不變，此時P1·Ps/Pt則對燃料變化不能反映，僅是以負荷對鍋爐燃燒的需求量為反映，具有作為燃料需求指令的基本條件。進一步分析可知。P1/Pt在汽機調門維持不變時為定值，對于鍋爐燃料指令的改變，只需改變Ps便可，以此便可實現負荷的有效控制，換言之表明直接能量平衡信號對定壓控制方式和滑壓運行方式均可適用。

采用P1+dPd/dt（熱量信號）作為燃料的反饋信號為直接能量平衡控制系統的另一重要特點，適當調整P1+dPd/dt，可在調門開度的擾動下使P1的正微分面積與dPd/dt負微分面積基本相等，且使其自身保持不變，僅以燃料變化為主要反映。

直接能量平衡系統就是利用P1*Ps/Pt僅反映汽機對鍋爐能量需求的特點和（P1+dPd/dt）僅反映燃料變化的特點，實現了機組負荷對燃料的需求對于直吹式制粉系統鍋爐燃燒系統，為克服燃料的擾動和磨煤機投運/切除過程中對負荷的影響，增加的燃料控制回路，充分利用了直吹式制粉系統鍋爐燃料測量速度快的特點，可以更快的克服燃料擾動。

對于直吹式制粉系統鍋爐燃燒系統，為克服燃料的擾動和磨煤機投運/切除過程中對負荷的影響，增加的燃料控制回路，充分利用了直吹式制粉系統鍋爐燃料測量速度快的特點，可以更快的克服燃料擾動。機跟爐為基礎的協調控制系統采用的是汽機控壓力，鍋爐控負荷的運行方式，這種控制方式由于充分利用了汽機調門動作對壓力響應快的特點，因此能很好的控制機組壓力，但由于鍋爐的燃燒特性比較慢，因此機組對負荷的響應比較慢，在系統的設計上為提高鍋爐的響應性，將機組指令信號以前饋和反饋的形式作用到鍋爐控制，以加大前饋量的方式提高鍋爐對負荷的響應性。

3 結 語

綜上所述，鍋爐—汽輪機組協調控制系統對火力發電廠機組壓力控制、生產協調方面具有重要的促進意義，為設備運行效率的提升、用電需求的滿足提供了良好的技術保障。

參考文獻

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收稿日期：2018-11-8