火力發(fā)電廠鍋爐和汽輪機組協調控制策略分析

高亞龍

（陽城國際發(fā)電有限責任公司，山西晉城 048000）

1 火力發(fā)電廠DCS集控系統的相關概述

1.1 DCS集控系統

電能現如今已經成為社會發(fā)展中不可或缺的基礎能源，隨著電能需求的持續(xù)增加，電力企業(yè)也在緊跟趨勢進行變革。發(fā)電機組的容量逐步擴大，工作模式也實現了積極轉變，機組功能配置的完善化要求更高。不僅要保證基礎功率消耗，還應與電網頻率調制、高峰頻率調制相契合，而且發(fā)電機組應在電網某部分出現故障后，仍能保持穩(wěn)定運行。因此，要想實現大容量發(fā)電機組的種種功能，就需做到以下兩點：（1）機組具備動態(tài)變化屬性，能夠結合實際負荷量進行自身狀態(tài)的自動調整，滿足電網運行期間的要求，即使負荷承載系數低，也要維持常態(tài)化的運行能力；（2）電網調頻調峰大負荷區(qū)間內，機組的核心變量都要保持穩(wěn)定。而上述這兩點需求配置的實現，離不開汽輪機、鍋爐及相關輔助設備的功能作用。要想提高單元機組在系統中的實際操控能力，就應保證基礎負荷匹配到位，增強運行期間的平穩(wěn)性，將鍋爐與汽輪機組相互協調，打造為具有綜合功能的集控系統。

1.2 DCS集控系統特點

在火力發(fā)電廠運行期間，基于DCS 集控系統功能配置，主壓力擬定、汽輪機、鍋爐主控制、復合指令處理都屬于系統中的重要組成部分。在系統運行中發(fā)揮協調控制作用時，需基于已經發(fā)布的頻率參數與標準參數之間的差額指令、鍋爐指令及調度指令，形成對向控制，其中的負荷指令能夠實現對回路的接收、執(zhí)行及計算，而后結合電站輔助設備，基于工作信息的高度整合將機組的負荷指令發(fā)出，汽輪機及鍋爐主控制回路通過對這類信息進行接收，就能夠對閥門開啟程度及鍋爐燃燒速率進行動態(tài)調整，實現對關鍵運行參數的優(yōu)化；在主壓力擬定回路中，其要點在于維持機組穩(wěn)定運行，應由工作人員對變化率等信息參數進行優(yōu)化處理，確定最適宜的機前壓力設定點。因此，鍋爐與汽輪機組協調控制系統的特點為：

（1）協調控制中要保證系統中鍋爐與其他設備之間的協調性，最為重要的是鍋爐與電站輔機（水泵、送風機等）保持協調，促使鍋爐與輔機能夠協同穩(wěn)定運行。

（2）汽輪機組應與電網需求保持默契度，其核心在于AGC 控制應與電網一次頻率調制之間保持協調性，在電網負荷需求出現變化的過程中，機組也要在第一時間做出反應，并進行參數的對應調整。

（3）鍋爐與汽輪機組之間要相互協調。二者運行期間應形成較強的關聯性，不僅要提高汽輪機組的運行效率及速度，更應保證其平穩(wěn)性，能夠跟隨電網負荷調度變化進行動態(tài)反應。在協調控制系統中，雖然直流鍋爐與汽包鍋爐的控制理念基本一致，卻因發(fā)電廠汽水循環(huán)方式的差異性，而在控制系統中形成對鍋爐的不同協調方式。

1.3 DCS集控系統設計原則

火力發(fā)電廠DCS 集控系統的作用發(fā)揮基于機組的安全穩(wěn)定運行，同時需確保系統具備機組開啟與停機的運行環(huán)境，在發(fā)出控制指令的同時，能夠將鍋爐運行期間的負荷基于平穩(wěn)要求加以改變。因此，DCS集控系統設計中應遵循以下原則：

（1）系統中應設有多個可獨立運行的子系統，不僅要保證信息數據的互通，更要提高能量轉化的可行性，從整體上減少能耗。

（2）DCS 集控系統中應增設無價值信息的去除模塊，以免故障發(fā)生時機組仍難以快速接收到有用信息，改變原有的負荷承載模式，為人工作業(yè)減負，同時降低人為操作誤差。

（3）DCS 集控系統應強化聯鎖維護功能，降低系統運行期間的誤差率，提高系統運行中的安全性，為鍋爐輔助設備的運行提供安全保障。一旦認定系統局部出現異常情況，該部位就會被排除在系統外，難以實現自動化運行，或者是由系統進行控制改變其運行方式。

（4）系統運行中應始終保證穩(wěn)定性，無論是采取何種協調控制方式，都不能降低穩(wěn)定性這一關鍵指標，整個過程可自動化實現，無需進行人工調整。

（5）當系統正常運行中受到不良干擾時，應及時做出反應，并在滋擾完畢后，以最快的速度恢復常態(tài)化運行標準，只要是被協調控制的設備，都能規(guī)避誤差或延遲問題，而故障發(fā)生時，還能第一時間發(fā)出警報，便于相關工作人員掌握故障情況及原因。

2 鍋爐和汽輪機組協調控制系統的應用優(yōu)勢

鍋爐與汽輪機組協調控制系統是保證火力發(fā)電廠平穩(wěn)發(fā)電的基礎保障，因協調控制能力突出，其發(fā)展空間也在逐步拓展，現如今已經成為多個發(fā)電廠優(yōu)先升級及配備的主要系統?；谙到y的控制能效，可提高鍋爐燃燒速率，充分保證鍋爐運行效率及安全性，實現持續(xù)發(fā)電目標。但是汽輪機組發(fā)電中，其響應能力有待進一步提高，這就需由專人負責對鍋爐燃燒情況進行觀察及調整，而且鍋爐運行中的信息要想傳遞出去，期間也會消耗時間，致使信息傳遞的及時性無法得到保證，極易埋下隱患。為了改善此種情況，升級其反應速率，就需以鍋爐為原點，就近安裝控制系統，縮短信息傳遞路徑及時間，降低系統延遲幾率。

在發(fā)電機組實際運行期間，系統對鍋爐的控制作用在于，明確鍋爐運行情況，及時了解其變化參數，并將這種動態(tài)變化及時傳遞到協調控制器上，實現指令之間的無障礙傳遞，便于控制器快速做出反應，并進行指令處理，完成對控制器的對向管理。在對鍋爐運行中形成的汽壓進行測量時，常規(guī)模式下主汽壓都會處于標準區(qū)間內變化，一般可基于前饋修正實現整體控制，確保鍋爐中的氣壓值始終都處于標準范圍內。

3 火力發(fā)電廠鍋爐與汽輪機組協調控制策略

3.1 系統組成

在鍋爐與汽輪機組協調控制系統中，鍋爐運行主界面具備多種調節(jié)功能，可調出鍋爐操作界面，也能夠借助控制器實現對鍋爐運行環(huán)節(jié)的整體監(jiān)督；機組指令操作畫面中，指令控制器、操作按鈕及情況指示燈都是重要組成部分；協調主控操作系統則發(fā)揮著協調控制的主要作用，壓力控制器及滑壓控制器等都是系統的基本配置，各控制器的功能作用不同，在協調控制系統運行效率較高時，鍋爐及汽輪機組就能夠保持平穩(wěn)狀態(tài)；鍋爐燃料控制系統中的主要結構為DEB 控制器及燃料控制器，DEB 控制器是向燃料控制器傳遞指令的載體，而后提供燃料的指令由燃料控制器轉化發(fā)出，因此，后者的控制要點為燃料；送風控制系統能夠為鍋爐內部燃料的充分燃燒提供空氣，一旦鍋爐出現負荷表現，就能夠直接傳遞到系統中，由系統進行反應及處理，提高燃料燃燒效率，維持鍋爐的高效、安全運行。尤其是在大數據技術廣泛應用的背景下，將機組運行系統與新技術有機結合，能夠形成對機組運行狀態(tài)的全天候監(jiān)控，明確主蒸汽壓力是否出現偏差，進一步提高響應及調頻效率，提高機組運行的安全性及穩(wěn)定性。

3.2 鍋爐跟隨方式

在現代火力發(fā)電廠運行階段，鍋爐及汽輪機組的協調控制相當重要。要想保證整體控制能力，可采取鍋爐跟隨方式，在實際控制階段，鍋爐跟隨能夠形成對燃燒側的直接影響，促使其擾動程度發(fā)生明顯變化，汽壓也會隨之呈現大區(qū)間波動表現。而且，采取鍋爐跟隨方式進行協調控制，可實現對機組蓄熱性能的最大化利用，增強輸出功率的響應能力。將大數據技術運用到系統中，可提高火電機組控制系統與計算機技術的匹配性，在計算機的優(yōu)勢作用下帶動系統升級，采取數字化模式，快速精準的轉化鍋爐跟隨運行中的各類信息，將信息直接傳輸到系統的控制面板上，按指示完成相關操作，在原有基礎上簡化運行流程，促使火電機組的響應速度得到大幅度提高。

3.3 汽輪機跟隨方式

汽輪機跟隨方式應用中，可以鍋爐擾動作用為參照，基于關聯性的調節(jié)機組功率變化，促使汽輪機及時響應，實現對汽壓值的動態(tài)調整。因此，在整個流程中，需鍋爐發(fā)揮對機組輸出功率的調整作用，借助汽輪機實現對汽壓的優(yōu)化匹配。因此，汽輪機跟隨方式控制中的汽壓波動并不大，變動區(qū)間小，便于實現對主蒸汽壓力的最優(yōu)化控制。但是因實際運行期間未對鍋爐蓄熱能力進行應用，致使負荷變化的敏感度不高，將極易出現信息傳遞的延遲性情況，要想將負荷變化的能力差降到最低，實際難度較大，也正是因為如此，汽輪機跟隨方式在電網調頻方面的缺陷十分顯著，急需做出優(yōu)化及技術改善。

3.4 機爐協調控制

雖然目前鍋爐與汽輪機組協調控制系統的整體運行效率高，但是能量信號測量中仍存在技術空白，難以采取直接方式測得能量信號的準確數值，這就采取了以下兩種方式對能量信號進行測量，實現對機爐的協調控制。具體為：

（1）運用間接參數之間的平衡關系，明確能量信號，實現對間接能量平衡的有效控制。在系統負荷指令發(fā)生變化時，應先對汽輪機的汽門開度進行調整，提高機組輸出功率與指令參數相同，基于燃燒率變化對鍋爐蓄能進行補償，當汽壓偏差達到闕值時，則需停止汽輪機側的功率調節(jié)方式，轉而應用壓力拉回方式，對汽輪機調門的開大程度進行約束，規(guī)避鍋爐蓄能超負荷利用的情況發(fā)生。通過此種調節(jié)，對鍋爐側壓力進行控制，促使機組輸出功率能夠與負荷指令保持一致。

（2）自主設定能量平衡信號，對機組的實際能量輸入進行控制，打造基于能量平衡要素的協調控制系統。當燃燒率上升時，必定帶動主蒸汽壓力的增加，而調節(jié)級壓力也會同步增加，通過將調節(jié)級壓力設定為鍋爐指令的前饋信號，就能夠將鍋爐指令改變，促使其趨向正向增大表現，在原有基礎上提高燃燒率，由此生成正反饋。

在直接能量平衡的協調控制系統中，燃燒率及主蒸汽壓力之間存在正相比關系，燃燒率上升，主蒸汽壓力及調節(jié)級壓力都會對應增加，如果將調節(jié)級壓力設定為前饋信號，則會帶動鍋爐指令的增加，同樣能夠將燃燒率上調，基于此不難發(fā)現，調節(jié)級壓力能夠對鍋爐指令形成積極影響。為了彌補協調控制系統中的不足，就可采取以下改進方式：在條件允許時，可直接將調節(jié)級壓力優(yōu)化，促使前饋信號得到修正；還可將調節(jié)級壓力及主蒸汽壓力當作汽機側能量的判斷指標，這是因為在鍋爐側擾動影響下，主蒸汽壓力與汽輪機調節(jié)級壓力存在一定的相似性，在燃燒率自主上升時，這兩大壓力會同時出現變化，但是二者之間的比值卻始終保持不變，這就能夠對鍋爐燃燒率的變化進行抵消。在相關試驗結果中也顯示出這樣一條定律：處于定壓運行環(huán)境下，調節(jié)級壓力與主蒸汽壓力之間的比值，能夠形成與調門開度的線性關系，汽輪機能量需求也可通過二者的比值來呈現。但是如果處于滑壓運行中，其線性關系將被打破，難以借助比值表示能量需求。無論是在定壓，還是滑壓狀態(tài)下，燃燒率與汽輪機側能量之間都存在一定的影響關系，要想將汽輪機的承載負荷提高，就需主控制形成強化作用，帶動關聯結構的正向變動，將汽門開口變大，促使調節(jié)級壓力隨之上升。

4 結束語

綜上所述，為了推動火力發(fā)電廠的平穩(wěn)運行，更需鍋爐與汽輪機組發(fā)揮協調控制作用，提高鍋爐與汽輪機組的運行效率，能夠基于正確指令進行及時高效的各項操作，促使運行系統的各個環(huán)節(jié)相互銜接，充分保障系統安全，增強發(fā)電廠的運行能力，提高能源利用率，從根本上實現對能耗問題的有效控制。因此，火力發(fā)電廠的鍋爐及汽輪機組的協調控制系統的應用價值更為顯著，能夠在保障系統運行能力中發(fā)揮巨大作用，促使發(fā)電廠的經濟及社會效益雙向提高，合理縮減發(fā)電廠運行期間的成本。積極探索鍋爐與汽輪機組協調控制策略意義重大，需通過加強對新思路及新技術的應用，推動發(fā)電事業(yè)更好的發(fā)展。