探索和思考发电厂锅炉—汽轮机组协调控制系统

作者简介：汪家胜（1985-），男，汉族，江苏省宿迁市人，机务点检，工学学士，单位：大唐科技产业集团有限公司南京项目分公司，研究方向：发电机组协调控制系统研究。

摘要：本文介绍了协调控制系统的具体涵义，分析了锅炉与汽轮机协调与其重要作用，并结合笔者多年发电厂相关工作经验，详细解析了锅炉-汽轮机组协调控制方式。希望能为探究发电厂锅炉-汽轮机组协调控制系统提供部分理论支撑。

关键词：发电厂；锅炉-汽轮机组；协调控制系统；探索与思考

前言：改革开放以来，社会经济不断发展，科学技术日新月异，火电站相关技术也取得了迅猛发展，其单元机组容量已经提升至600MW。与此同时，分布式控制系统（DCS）被广泛应用于火电站中，显著提升了电站自动化控制的投入水平。在发电厂工作日常工作中，必须引入科学、合理的系统来对汽轮组进行有效控制。协调控制系统是目前控制汽轮组相关系统中效果最为显著的。因此，发电厂相关工作者必须予以高度重视。

一、协调控制系统的涵义

二十世纪八十年代，我国引进了协调控制系统，其主要设计思路是把锅炉和汽机当成一个有机整体，来控制锅炉压力和机组负荷，从而有效实现锅炉煤、风力和水子系统之间的协调。一般而言，协调控制系统具有以下三层含义：第一，锅炉煤、风力和水子系统之间的协调；第二，机组同电网需求匹配且协调；第三，锅炉、汽轮机工作协调。

二、锅炉与汽轮机之间的协调

汽轮机、锅炉之间的协调通常被大家当作机组协调。它的主要作用是有效协调、控制汽轮机和锅炉，提升机组对于电网负荷的响应性，提高机组运行的安全性与稳定性。直流锅炉与汽包锅炉对于协调控制系统来说，都拥有一样的控制概念。但是，直流锅炉与汽包锅炉在汽水循环方面差异性十分显著。因此，他们的控制系统也各不相同。

三、锅炉-汽轮机组协调控制方式分析

锅炉-汽轮机组协调控制系统的设计理念来源于汽轮机对机组的负荷和压力的相关控制特点与锅炉相比，具有显著差异。具体而言，锅炉借助燃烧燃料所产生的热量将水流量成功转化成水蒸气。磨煤机、风机以及给煤机的有效运行能够对燃料的控制产生重要影响。锅炉控制对负荷与压力调节均十分缓慢。汽轮机通过控制调门的开度来调节压力和负荷，这种调节具有速度快的显著特点。因而，协调控制系统应当通过科学、合理的控制措施对锅炉-汽轮机组采取有效、统一的控制，从而有显著提升锅炉-汽轮机组对负荷响应的速度，增强压力控制的可靠性与稳定性。

目前，协调控制系统设计的调控制方式主要有以下两种：第一，机跟炉协调控制系统。该控制系统主要立足于锅炉控制相关功率和汽机控制压力的基础之上；第二，炉跟机控制系统。该控制系统主要立足于锅炉控制压力和汽机控制相关功率的基础之上，其负荷响应速度非常之快。

炉跟机协调控制系统与直接能量平衡控制系统密切相关。早在二十世纪八十年代，我国就开始使用直接能量平衡控制系统，一定程度上加速了汽包锅炉机组相关协调控制系统的发展，显著提高了锅炉-汽轮机组协调控制系统的响应速度，大大加强了锅炉-汽轮机组协调控制系统的稳定性。

直接能量平衡控制采用汽機前压力值（Ps）乘以汽机调速级压力（P1）与自动主汽门前压力（Pt）的比值，并将乘积当作汽机对锅炉能量的需求量。该信号（Ps* P1/ Pt）采用控制指令与动态前馈的方式来控制和管理锅炉燃料。在直接能量平衡控制中，汽轮机调门开度用P1/PT表示，其他参数保持不变的情况下，汽机进气量相关变化和汽机对锅炉释放能量需求相关变化情况，通过汽机调门开度（P1/PT）变化有效展现出来。同时，锅炉被控参数对锅炉输入量需求的变化则是通过机前压力（Ps）的变化反映出来。由此可见，Ps* P1/ Pt能够有效反应负荷在锅炉燃烧方面的需求情况。由于机前压力（Pt）和调速级压力（P1）的燃料响应时间和数量均一致，若燃料产生变化，确保P1/ Pt不变的情况下，那么Ps* P1/ Pt就将不再反映燃料相关变化，而是只集中反映负荷在锅炉燃烧方面的需求情况。与此同时，若保持汽机调门不变，确保P1/ Pt保持一致，改变Ps则是改变锅炉燃料指令，也就实现了控制负荷这一目的。换句话说，直接能量平衡信号能够同时适用于定压控制方式和滑压运行方式。

把热量信号（P1+dPd/dt）当作燃料反馈信号是直接能量平衡控制系统的另一显著特征。适当的调整热量信号（P1+dPd/dt），能够使其在调门开度扰动下，保持P1面积与dPd/dt大致一样，促使在调开门度扰动的情况下，热量信号（P1+dPd/dt）依然保持不变，只单纯反映燃料相关变化情况。

直接能量平衡控制系统有效利用热量信号（P1+dPd/dt）只反映燃料变化以及Ps* P1/ Pt只反映汽机对锅炉能力需求这两个显著特征，有效实现了机组负荷对燃料的需求。

为了避免燃料扰动以及磨煤机工作对负荷产生的影响，在直吹式制粉系统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统中锅炉燃料相关测量速度较快的显著特征，高效的客克服了燃料扰动带来的影响。

四、结束语

综上所述，锅炉-汽轮机组协调控制系统有效借助汽机调门动作能对压力能够产生快速响应的优势，采用锅炉控制负荷、汽机控制压力的方式进行运转，有利于对机组压力进行有效控制。锅炉燃烧相对比较缓慢，不能对机组负荷产生快速的响应。因此，在进行锅炉-汽轮机组协调控制系统具体设计时，应当按照前馈和反馈的方式把机组指令相关信号发送给锅炉控制，从而有效提升前馈量，显著提高锅炉对负荷的响应效率。（作者单位：大唐科技产业集团有限公司南京项目分公司）

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