火力发电厂锅炉和汽轮机组协调控制策略研究

　　摘 要：随着中国科技的迅猛发展，机组容量从300MW增加到1000MW。目前，在发电厂使用新能源还不完全成熟，因此火力发电仍然是我国发电厂的主要发电形式。在火力发电厂，DCS控制系统在火力发电厂的成功应用大大提高了火力发电厂控制领域的自动化水平。与此同时，加强了对锅炉和汽轮机的协调控制，以响应我国关于节约能源和减少能源消耗的呼吁。协调控制系统的主要思想是协调控制电厂锅炉机组负荷和压力，实现电厂锅炉水汽、煤协调运行的目标。基于此，本文主要针对大型燃煤机组，探讨分析了电厂锅炉和汽轮机组协调控制策略的研究。

　　前言

　　在当前的经济发展形势下，发电厂使用新能源还不够成熟，火力发电的工作原理容易理解，不需要过多的操作过程，因此火力发电仍然是我国最重要的发电形式。在发电厂，汽轮机控制需要良好的深度控制系统，而在各种控制系统中，蒸汽轮机控制最好由协调控制系统进行。目前，发电厂锅炉和汽轮机在协调控制系统中运行良好，为电力工业的持续发展作出了有效贡献。

　　一、协调控制原理

　　直接能量协调（DEB）的概念是基于发电厂通过统一运行输入燃料、气流、供水和锅炉汽轮发电、将输出与负荷相匹配以及发电机组的需求信号作为需求信号来完成核心任务的这是著名的直接能量协调（DEB）概念。DEB模式可以保持锅炉与汽轮机的协调稳定状态，在紧急情况下和汽轮机运行状态独立变化时根据设计要求保持锅炉与汽轮机的协调。传统的协调和控制策略对锅炉和汽轮机使用相同的单位需求信号。当此信号用于锅炉控制时，主要目标是动态差动调节过程。当负荷增加时，按速率增强燃烧；当负荷减少时，按速率减弱燃烧。在DEB模式下，出口控制与锅炉需求之间没有直接关系。锅炉需求信号是根据汽轮机的能量需求计算的，称为能量代谢协调信号，即取代传统协调控制系统中功率信号的P1/PT能量协调信号。它代表各工况下汽轮机的蒸汽需求。汽轮机阀门打开时能量协调信号发生变化。上述计算即使在汽轮机故障或手动调整的情况下也能产生正确的结果。P1是汽轮机一级后的蒸汽压力，PT是汽轮机一级前的压力。P1/PT比与汽轮机控制阀开口成比例。无论控制阀开口变化的原因为何，P1/PT都能对调节阀开口的微小变化作出敏感反应。P1/PT因此反映了光圈的调节，即汽轮机输入的能量，无论是动态的还是静态的。

　　二、协调控制系统的技术功能

　　随着中国经济的持续发展和体制动态的变化，过去仅承担基本负担的大中型发电厂的经营模式也发生了变化。今天，根据电网频率波动和中央计划规定的负荷指令，它们面临峰值、频率甚至严重的局部干扰。对于涉及频带和电网峰值负荷的机组，运行模式应确保负荷变化的实际范围足够大，稳定运行过程中的最小负荷较低，整个负荷变化过程中的负荷调整良好，即负荷变化率较高。例如，载荷变化过程中的主蒸汽压力相对稳定，从而保证了整个载荷变化过程中颗粒的稳定性和安全性。为满足这些要求，机组主锅炉、汽轮发电机和主要支柱的运行和控制取决于机组设备的设计和机组控制。在处理压载要求和维护机组主要操作参数的稳定性时，应将炉膛视为一个整体。但是，汽轮机和锅炉通常相对独立，并受单独的调节机制的制约。例如调节汽轮机阀门、锅炉燃烧率、满足电气负荷要求、稳定主参数有不同的功能，主要是锅炉协调相对滞后。我们必须充分考虑到控制设计和措施的差异，采用由三部分组成的协调控制系统：该系统由处理负荷命令的主电路和主加热冷却电路的三部分组成。负载指令处理电路包括发送到单元控制系统主端口的中间控制指令、锅炉指令和频率偏差指令。选择计算后，应根据机组运行情况发出实际负荷指令，改变调节阀的启动和锅炉燃烧速率。前端压力调节回路，操作员选择工作方式，根据幅度和变化率形成相应装置前的压力调节，保证机组的经济稳定运行。

　　三、锅炉和汽轮机组协调控制系统策略

　　1.锅炉和汽轮机组协调控制系统的用途

　　协调控制系统在当前发电领域发挥着重要作用。它不仅能使控制器在锅炉负荷频繁变化时提前采取适当措施，而且还能确保流程的效率和顺序，从而有助于提高质量。对锅炉运行的协调控制主要是将控制器中的负荷指令进行转换。同时，汽轮机组主蒸汽流量信号可转化为前进气信号，在系统前发挥进气信号的具体作用。测量锅炉的空气压力时，主空气压力差可以保持在由前面的校正所限制的范围内，从而稳定锅炉的空气压力。此外，锅炉侧前电源控制可分为负荷指令前电源控制和直接能量平衡信号两种方法。对于带有负载指令的前置电源控制，处理负载指令，可以对前置电源控制系统进行良好的控制，以获得锅炉最佳工作状态，从而减少了一些安全风险。

　　2.协调控制方式

　　实际中，锅炉和汽轮机是独立运行的，锅炉在调节机组压力、负荷时通常是依靠控制燃料燃烧率实现的，这与引风机、喷油器和汽轮机等辅助装置的性能密切相关，主要依靠控制阀的开口控制。相比之下，锅炉调节速度较慢，不符合发电厂目前的生产方式。因此，必须充分考虑到两者之间的差异，采用协调信号来调节锅炉和汽轮机，形成一个完整的系统，并采取合理的控制战略，确保机组对电网负荷作出迅速反应。有两种常见的协调控制方法：基于锅炉和汽轮机，即机组压力由锅炉控制，功率由蒸汽引擎控制。此方法的优点是可以快速响应负载。这种方法与1980年代的直接能量平衡监测系统密切相关。直接能量平衡控制系统为改进蒸汽锅炉协调控制系统作出了有效贡献，并对其稳定性和快速反应发挥了积极作用。但是，锅炉的缓慢燃烧特性会降低对负荷的响应速度。因此，在系统设计过程中，通常会将机组指令信号以前馈和反馈的形式作用于锅炉控制，以提高锅炉对负载的响应能力。

　　四、发电厂锅炉与汽轮机组协调控制系统的应用研究

　　1.提高操作质量。目前，锅炉和汽轮机协调控制系统在发电方面发挥着极其重要的作用，有效地保证了各个机组的有序运行，同时使协调控制系统能够对锅炉负荷频率的重大变化作出有效反应

　　2.避免系统延迟。发电厂锅炉运行滞后，在一定程度上影响到整个协调控制系统的安全和运行反应。因此，在锅炉旁边实施协调控制系统有助于避免锅炉协调控制系统出现任何延误。

　　3.保证气压稳定。锅炉协调控制系统的工作方式主要是改变控制器中的负荷指令，同时改变汽轮机组中的主蒸汽流量信号，使该信号作为前馈信号运行，使气压偏差对稳定。

　　结束语

　　简而言之，发电厂锅炉和汽轮机协调控制系统的主要职能是按照相关指示操作锅炉和汽轮机，以确保整个操作系统的安全和稳定，同时提高发电厂的运行水平。因此，在科学和技术迅速发展的时代，必须强调有效实施协调一致的管制制度，以确保电力生产持续、有效、安全和稳定地运作。

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