發(fā)電廠鍋爐—汽輪機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及技術(shù)分析

摘 要：本文基于筆者理論知識的學(xué)習(xí)與實(shí)踐經(jīng)驗的應(yīng)用，以及通過相關(guān)文獻(xiàn)的參考，就火力發(fā)電廠鍋爐-汽輪機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)性分析，以期為我國電力事業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電；機(jī)爐協(xié)調(diào)；控制系統(tǒng)

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

1 汽輪鍋爐機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)概述

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

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

（2）由于負(fù)荷變化范圍較大，基于機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性考慮，機(jī)組重要參數(shù)（如主蒸汽壓力）必須擁有足夠的穩(wěn)定性。

而上述條件通常依賴于汽輪機(jī)、鍋爐和輔機(jī)的綜合性能及單元機(jī)組控制系統(tǒng)狀況，必須同時具備承受基本荷載與維持運(yùn)行（參數(shù)）穩(wěn)定的能力，故而有必要通過聯(lián)合將汽輪組與鍋爐統(tǒng)一成一個綜合系統(tǒng)-協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。

對于火力發(fā)電站而言，作為一種控制系統(tǒng)技術(shù)，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主要由主壓設(shè)定、機(jī)爐主控制和復(fù)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(diào)指令發(fā)出后，由負(fù)荷指令處理回路接收并實(shí)施選擇與計算，同時以輔機(jī)運(yùn)行狀態(tài)為結(jié)合，發(fā)出機(jī)組實(shí)際負(fù)荷指令，再由機(jī)爐控制回路接收后調(diào)整調(diào)節(jié)閥開度與鍋爐燃燒率；對于壓力設(shè)定回路，其主要是基于機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性的保障，工作人員對變化率與幅值利用合理的運(yùn)行方式實(shí)施處理后，以此獲取較為適宜的機(jī)前壓力設(shè)定點(diǎn)。

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)作用主要包括鍋爐協(xié)調(diào)、機(jī)組與電網(wǎng)需求間協(xié)調(diào)、鍋爐與汽輪機(jī)間協(xié)調(diào)（即機(jī)組協(xié)調(diào)）三層含義，具體表現(xiàn)為：

（1）鍋爐協(xié)調(diào)。主要以鍋爐和輔機(jī)之間的協(xié)調(diào)為表現(xiàn)，其中輔機(jī)包括給水泵、送風(fēng)機(jī)和磨煤機(jī)等；

（2）機(jī)組與電網(wǎng)需求間協(xié)調(diào)。主要是指AGC控制與電網(wǎng)一次調(diào)頻控制，目的是機(jī)組在電網(wǎng)負(fù)荷要求變化情況下做出快速響應(yīng)；

（3）鍋爐與汽輪機(jī)間協(xié)調(diào)。統(tǒng)一控制鍋爐與汽輪機(jī)，使機(jī)組運(yùn)行速度與穩(wěn)定性得到有效提升，對電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)度快速響應(yīng)。

需要注意的是：針對直流鍋爐與汽包鍋爐，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)雖然表現(xiàn)出一致的控制概念，但是基于汽水循環(huán)方式的不同，對于控制系統(tǒng)兩種鍋爐差異明顯。

2 汽輪鍋爐機(jī)組協(xié)調(diào)控制方式

基于鍋爐與汽輪機(jī)對機(jī)組壓力和負(fù)荷控制性質(zhì)的不同，以此引出協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的概念，鍋爐對負(fù)荷與壓力調(diào)節(jié)特性表現(xiàn)較慢，主要是通過燃料燃燒將給水量轉(zhuǎn)化為蒸汽，而風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)與給煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)決定了其對燃料的控制過程；汽輪機(jī)對負(fù)荷與壓力調(diào)節(jié)特性表現(xiàn)較快，主要是通過對調(diào)門開度的控制而實(shí)現(xiàn)。故此，為實(shí)現(xiàn)鍋爐-汽輪機(jī)組對壓力控制的穩(wěn)定性和對負(fù)荷響應(yīng)的快速性，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主要依靠于先進(jìn)的控制策略。

在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計方面，其控制方式主要包括以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)和以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)2種形式，其中前者以鍋爐控制功率和汽機(jī)控制壓力為基礎(chǔ)而建立，對負(fù)荷響應(yīng)相對較慢；后者則以汽機(jī)控制功率、鍋爐控制壓力為基礎(chǔ)而建立，對負(fù)荷可快速響應(yīng)。

值得一提的是，20世紀(jì)80年代，在將直接能量平衡控制系統(tǒng)引入以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中后，使鍋爐—汽輪機(jī)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)響應(yīng)更快、穩(wěn)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(jī)自動主汽門前壓力，P1為汽機(jī)調(diào)速級壓力，Ps為機(jī)前壓力定值）作為汽機(jī)對鍋爐的能量需求，該信號對鍋爐燃料量的控制以動態(tài)前饋及控制指令的形式實(shí)施。P1/PT（代表汽輪機(jī)調(diào)門的開度）作為直接能量平衡的基礎(chǔ)，對于汽機(jī)調(diào)門開度的變化，其在額定參數(shù)下為汽機(jī)進(jìn)汽量變化與汽機(jī)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(shù)對鍋爐輸入量需求變化的反映，故而P1·Ps/Pt即可反映負(fù)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(dāng)燃料量發(fā)生改變時，由于在時間與數(shù)量上P1與Pt對燃燒響應(yīng)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(fù)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(jìn)一步分析可知。P1/Pt在汽機(jī)調(diào)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(shí)現(xiàn)負(fù)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(yùn)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(tǒng)的另一重要特點(diǎn)，適當(dāng)調(diào)整P1+dPd/dt，可在調(diào)門開度的擾動下使P1的正微分面積與dPd/dt負(fù)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(tǒng)就是利用P1*Ps/Pt僅反映汽機(jī)對鍋爐能量需求的特點(diǎn)和（P1+dPd/dt）僅反映燃料變化的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組負(fù)荷對燃料的需求對于直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐燃燒系統(tǒng)，為克服燃料的擾動和磨煤機(jī)投運(yùn)/切除過程中對負(fù)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(tǒng)鍋爐燃料測量速度快的特點(diǎn)，可以更快的克服燃料擾動。

對于直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐燃燒系統(tǒng)，為克服燃料的擾動和磨煤機(jī)投運(yùn)/切除過程中對負(fù)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(tǒng)鍋爐燃料測量速度快的特點(diǎn)，可以更快的克服燃料擾動。機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)采用的是汽機(jī)控壓力，鍋爐控負(fù)荷的運(yùn)行方式，這種控制方式由于充分利用了汽機(jī)調(diào)門動作對壓力響應(yīng)快的特點(diǎn)，因此能很好的控制機(jī)組壓力，但由于鍋爐的燃燒特性比較慢，因此機(jī)組對負(fù)荷的響應(yīng)比較慢，在系統(tǒng)的設(shè)計上為提高鍋爐的響應(yīng)性，將機(jī)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(fù)荷的響應(yīng)性。

3 結(jié) 語

綜上所述，鍋爐—汽輪機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)對火力發(fā)電廠機(jī)組壓力控制、生產(chǎn)協(xié)調(diào)方面具有重要的促進(jìn)意義，為設(shè)備運(yùn)行效率的提升、用電需求的滿足提供了良好的技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)

[1]蔣 藝.如何提高600MW超臨界燃煤機(jī)組工作效率[J].科技資訊，2011（05）.

[2]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.

收稿日期：2018-11-8