發(fā)電廠火電機(jī)組中鍋爐和汽輪機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)分析

魯尚鑫　王江偉　崔戰(zhàn)勝

摘 要 鍋爐—汽輪機(jī)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在火電廠中的作用日益突出。首先介紹了系統(tǒng)的兩種協(xié)調(diào)控制方式和構(gòu)成，然后結(jié)合實(shí)例，對亞臨界機(jī)組控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞 鍋爐；汽輪機(jī)；協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

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

如今，生活生產(chǎn)用電量陡增，人們對電力質(zhì)量也更加關(guān)注，使得發(fā)電廠面臨的局勢愈來愈緊張。單元機(jī)組容量不斷擴(kuò)大，600MW、1000MW的機(jī)組逐漸投入到實(shí)際應(yīng)用中來。火力發(fā)電是一種重要的發(fā)電形式，作為系統(tǒng)中的重要組成部分，鍋爐和汽輪機(jī)的作用不可代替。由于二者相互獨(dú)立，運(yùn)行中存在著一定的差異，為提高效率，充分利用資源，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)高效供電，有必要對鍋爐和汽輪機(jī)加以協(xié)調(diào)，形成一個完整的系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一控制。

1 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)概述

隨著電力事業(yè)的發(fā)展，運(yùn)營體制不斷調(diào)整。對一些大容量機(jī)組而言，運(yùn)行方式有所變動，已不能再僅僅滿足基本負(fù)荷，還要參與電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻，甚至在局部出現(xiàn)異常時依舊要保證機(jī)組正常工作。對參與調(diào)峰、調(diào)頻的機(jī)組有一定的要求：首先，要有足夠的負(fù)荷變化范圍，及較強(qiáng)的適應(yīng)能力，可正常工作的最低負(fù)荷要低；其次，因負(fù)荷變化范圍較大，為提高機(jī)組的安全穩(wěn)定性，主蒸汽壓力等重要參數(shù)必須要保持穩(wěn)定，以提升機(jī)組效率。而這些條件多依賴于鍋爐、汽輪機(jī)、輔機(jī)的性能以及單元機(jī)組控制系統(tǒng)狀況。既要承受基本負(fù)荷，又要維持運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定，這就有必要將鍋爐和汽輪機(jī)進(jìn)行聯(lián)合，形成統(tǒng)一的系統(tǒng)，及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是一種重要的火電站控制系統(tǒng)技術(shù)，20世紀(jì)80年代在國內(nèi)出現(xiàn)，系統(tǒng)主要由3部分組成：①復(fù)合指令處理回路；②機(jī)爐主控制回路；③主壓力設(shè)定回路。其工作原理為：由負(fù)荷指令處理回路接收中調(diào)指令、司爐指令及頻率偏差指令，經(jīng)選擇和計算后，結(jié)合輔機(jī)的運(yùn)行狀況將機(jī)組的實(shí)際負(fù)荷指令發(fā)出，機(jī)爐控制回路接收后，對鍋爐燃燒率和調(diào)節(jié)閥開度進(jìn)行調(diào)整。壓力設(shè)定回路指的是工作人員通過合理的運(yùn)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(jī)前壓力設(shè)定點(diǎn)，能夠?yàn)闄C(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行提供良好保障。

此外，其協(xié)調(diào)包括3層意思：①鍋爐協(xié)調(diào)。指的是鍋爐和磨煤機(jī)、送風(fēng)機(jī)、給水泵等輔機(jī)之間的協(xié)調(diào)；②機(jī)組和電網(wǎng)需求之間的協(xié)調(diào)。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷要求有變化時，機(jī)組應(yīng)盡快響應(yīng)，主要是指電網(wǎng)一次調(diào)頻控制和AGC控制兩方面；③鍋爐和汽輪機(jī)之間的協(xié)調(diào)。即機(jī)組協(xié)調(diào)，對二者進(jìn)行統(tǒng)一控制，可有效提高機(jī)組的穩(wěn)定性和運(yùn)行速度，使其最快地響應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)度。須注意的是，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)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(huán)方式不同，致使兩種爐型的控制系統(tǒng)存在很大的差異性。

2 鍋爐和汽輪機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

2.1 協(xié)調(diào)控制方式

實(shí)際中，鍋爐和汽輪機(jī)是獨(dú)立運(yùn)行的，鍋爐在調(diào)節(jié)機(jī)組壓力、負(fù)荷時通常是依靠控制燃料燃燒率實(shí)現(xiàn)的，與引風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)等輔機(jī)性能密切相關(guān)，而汽輪機(jī)則主要依靠控制調(diào)門開度來實(shí)現(xiàn)。相比而言，鍋爐的調(diào)節(jié)方式較為緩慢，與當(dāng)前電廠生產(chǎn)模式不相符，因此，需充分考慮二者之間的差異，引入某些協(xié)調(diào)信號對鍋爐和汽輪機(jī)加以調(diào)節(jié)，使其形成一個完整的系統(tǒng)，并采取合理的控制策略，實(shí)現(xiàn)機(jī)組對電網(wǎng)負(fù)荷的快速響應(yīng)。

常見的協(xié)調(diào)控制方式有兩種：①以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)，即機(jī)組壓力由鍋爐進(jìn)行控制，而功率則由汽機(jī)控制，該方式的優(yōu)勢在于能夠快速地響應(yīng)負(fù)荷。此方式與20世紀(jì)80年代的直接能量平衡控制系統(tǒng)密不可分。直接能量平衡控制系統(tǒng)有效地推動了汽包鍋爐機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的進(jìn)步，對其穩(wěn)定性和快速響應(yīng)都有著積極作用；②以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)，即機(jī)組壓力由汽機(jī)加以控制，而功率則由鍋爐控制，該方式的優(yōu)勢在于能夠提高控制壓力的穩(wěn)定性。然而，鍋爐的燃燒特性本身較慢，導(dǎo)致其響應(yīng)負(fù)荷的速度也比較慢，所以在設(shè)計系統(tǒng)時，通常會將機(jī)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(fù)荷的響應(yīng)速度。

2.2 汽包鍋爐機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)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(diào)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(diǎn)擊綠框，便可進(jìn)行相關(guān)畫面操作。如操作機(jī)組指令畫面，只需點(diǎn)擊機(jī)組指令前的綠框即可。

2）機(jī)組指令操作畫面。具體包括：①機(jī)組指令顯示操作器，可實(shí)時監(jiān)視機(jī)組運(yùn)行狀況；②中調(diào)指令顯示器。可顯示電網(wǎng)中調(diào)狀態(tài)；③操作按鈕，包括負(fù)責(zé)控制各種功能的按鈕；④狀態(tài)指示燈。

3）協(xié)調(diào)主控操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)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(jī)組指令控制器發(fā)出的負(fù)荷指令信號和機(jī)組的實(shí)發(fā)功率信號，控制器的輸出給DEH，完成對汽機(jī)的控制；②DEH控制器，用于連接DEH系統(tǒng)和協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。手動按鈕或自動按鈕可以自行切換，當(dāng)DEH在本機(jī)控制時，DEH控制器處于跟蹤狀態(tài)，T字符出現(xiàn)。當(dāng)DEH控制器自動時，說明汽機(jī)處于自動控制狀態(tài)；③壓力控制器，壓力控制器接受滑壓控制器發(fā)出的壓力指令信號和實(shí)測的機(jī)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(xié)調(diào)控制系統(tǒng)按照系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置好的負(fù)荷與壓力的關(guān)系自動設(shè)定機(jī)前壓力，控制鍋爐燃燒，汽機(jī)控制機(jī)組負(fù)荷。

4）鍋爐燃料控制系統(tǒng)。系統(tǒng)分為兩部分：①DEB控制器，是鍋爐的主控，負(fù)責(zé)燃料指令的發(fā)送，還能夠顯示壓力的平衡狀態(tài)；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(jìn)入爐膛前，會進(jìn)行一定比例的折算。

5）送風(fēng)控制系統(tǒng)。用于控制爐膛內(nèi)的風(fēng)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(xiàn)頻繁的變動，所以在設(shè)計時，該系統(tǒng)的指令以負(fù)荷指令為準(zhǔn)，而不是采用鍋爐指令。

3 實(shí)例分析亞臨界機(jī)組控制系統(tǒng)endprint

火電廠通過鍋爐發(fā)電，以水為工質(zhì)，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(diǎn)。若爐內(nèi)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(dāng)蒸汽壓力超過31 MPa時稱為超超臨界。在此以300 MW亞臨界機(jī)組為例，主要對汽輪機(jī)進(jìn)水的危害和原因做了分析，并提出相應(yīng)的解決辦法。

1）進(jìn)水危害。一旦有水進(jìn)入汽輪機(jī)，極易造成氣缸變形、大軸彎曲，動靜間隙消失發(fā)生碰磨。具體表現(xiàn)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(yán)重變形等，使得汽輪機(jī)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(shù)停機(jī)過程中降壓降溫速度過快，使得蒸汽過熱度降低，導(dǎo)致蒸汽帶水。主再熱汽減溫水門不嚴(yán)或操作不當(dāng)，也可能使減溫水進(jìn)入汽輪機(jī)。高旁溫水在高旁關(guān)閉后不能連關(guān)，或閥門泄漏，給水泵運(yùn)行時從再熱冷段進(jìn)入汽缸；②當(dāng)加熱器的水位過高，且保護(hù)裝置不能正常運(yùn)行時，多會導(dǎo)致水從抽汽管道返回汽輪機(jī)內(nèi)造成水沖擊；③在機(jī)組啟動過程中，若疏水工作不到位，軸封送汽時極易導(dǎo)致水進(jìn)入氣封。特別是甩負(fù)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(jìn)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(jī)有水進(jìn)入。在正常工作的情況下，排汽裝置水位過高經(jīng)會對機(jī)組真空造成影響，此時通常不會出現(xiàn)滿水倒灌的情況。但停機(jī)后，如果放松對水位的監(jiān)視，極易引起滿水倒灌入汽輪機(jī)。

3）進(jìn)水處理。運(yùn)行中若發(fā)現(xiàn)水沖擊立即破壞真空緊急停機(jī)，在惰走時密切監(jiān)視機(jī)組軸向移位、振動、機(jī)內(nèi)聲音，檢查開啟蒸汽管道、汽輪機(jī)本體所有疏水門充分疏水。若因加熱器水測泄漏引起的進(jìn)水，需將抽汽逆止門和加熱器進(jìn)汽門關(guān)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(tǒng)減溫水閥門不嚴(yán)而引起泄漏，應(yīng)立即將相應(yīng)的減溫門關(guān)閉。停機(jī)時，應(yīng)準(zhǔn)確記錄并分析惰走時間，同時仔細(xì)傾聽機(jī)內(nèi)聲音。轉(zhuǎn)子靜止后，及時投入盤車運(yùn)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(xiàn)任何一種現(xiàn)象，停機(jī)后必須先檢查推力軸承，根據(jù)檢查結(jié)果再判斷是否揭缸檢查。惰走時如果沒有聽到轉(zhuǎn)動部分的摩擦聲，而且惰走時間、軸向位移均處于正常狀態(tài)時，應(yīng)充分放盡疏水，并重新啟動。啟動時若有異常聲音發(fā)出，應(yīng)立即破壞真空緊急停機(jī)，揭缸檢查。

4 結(jié)束語

為滿足當(dāng)前用電需求的增長，發(fā)電廠機(jī)組容量不斷擴(kuò)大。鍋爐和汽輪機(jī)是火電廠發(fā)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，在響應(yīng)電網(wǎng)符合、控制機(jī)組壓力方面極為重要。為提高運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)正常供電，需進(jìn)一步研究鍋爐—汽輪機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]周紅衛(wèi)，劉本明，王志.淺談發(fā)電廠鍋爐汽輪機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)[J].民營科技，2010，26（3）：144-145.

[2]姜崇鵬.火電廠單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的研究[D].蘭州理工大學(xué)，2009.

[3]曲成龍.對發(fā)電廠鍋爐—汽輪機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的研究[J].黑龍江科技信息，2013，20（27）：140-141.

[4]陳鐵明.對發(fā)電廠鍋爐—汽輪機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的探析[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2011，29（12）：150-151.

[5]孫永鵬.淺議發(fā)電廠鍋爐汽輪機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)[J].科技信息，2007，25（20）：120-121.

作者簡介

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