670MW超临界机组协调控制系统浅析

摘要：协调控制系统是基于单元机组负荷条件，为解决负荷控制中内外两个能量供求平衡关系而设计的一种控制策略。它将锅炉与汽轮发电机组视为一整体实施综合控制，超临界机组没有汽包，给水、汽温、燃烧控制系统是密切相关，不能独立的，某一控制系统投入与否将影响另一控制系统的性能，这给控制系统的设计和整定增加了复杂性。

关键词：协调控制 超临界 调节

1 超临界机组协调控制的主要特点

燃煤发电机组运行过程中，锅炉内工质都是水，水的临界点压力为22.12MPa，温度374.15℃；在这个压力和温度时，水和蒸汽的密度是相同的，就叫水的临界点。超临界机组是指主蒸汽压力大于水的临界压力22.12MPa的机组，而亚临界机组是指主蒸汽压力低于这个临界压力的机组，通常出口压力在15.7～19.6MPa。

超临界机组没有汽包，又没有炉水小循环回路。给水一次性流过加热段、蒸发段和过热段，三段受热面没有固定分界线，当给水流量或燃料量发生变化时，三段受热面的吸热比例将发生变化，锅炉出口汽温、蒸汽流量及汽压都将发生变化。因此，给水、汽温、燃烧控制系统是密切相关，不能独立的，某一控制系统投入与否将影响另一控制系统的性能，这给控制系统的设计和整定增加了复杂性。

2 协调控制系统及其任务

协调控制系统是基于单元机组的负荷特点提出的一种控制策略。提出该系统的目的是解决负荷控制中的内外两个能量供求平衡关系，其任务主要涉及四个方面：①电力运行部门基于电网调度曲线要求设定负荷指令，提高电网系统对负荷变化的适应能力。②对锅炉与汽轮发电机组的运行状态进行有效的调度和协调。当负荷大幅度波动时，能够使锅炉与汽轮发电机组的能量相对平衡，避免其影响主汽压力的稳定状态。③在负荷变化过程中，维持机组各参数（燃料量、送风、炉膛压力、给水量、汽温等）在允许的工作范围内，确保机组安全、稳定、经济的运行。④平衡外部负荷请求和主/辅设备实际承受能力之间的关系。

3 主要调节系统

3.1 燃烧调节系统

3.1.1 燃烧调节系统的任务

燃烧调节系统的设计旨在接收协调控制系统发出的锅炉主控指令，调整锅炉的燃料量、送风量，使锅炉产生的燃烧热能与对锅炉的蒸汽负荷需求相适应，保证锅炉燃烧过程安全经济地进行。当单元机组采用机跟踪的方式时（即锅炉调负荷，汽机调汽压），锅炉主控对燃烧率的指令代表机组的负荷要求；当单元机组采用炉跟踪的方式时（即汽机调负荷，锅炉调汽压），锅炉主控对燃烧率的指令用于维持主汽压力的稳定。

3.1.2 燃烧过程调节的特点

①在电厂运行中，锅炉的燃烧过程的调节比较复杂，是典型的多输入多输出的多变量相关的调节对象，主要调节量涉及燃料量、吸风量、送风量，主要被调量有负荷或汽压、氧量、炉膛负压，彼此间的影响是有的。②燃烧自动调节系统方案主要根据锅炉类型、机组运行方式、负荷调度方式等进行设定。控制策略因锅炉设备类型及工艺条件而异，比如中储式与直吹式的燃烧调节系统就有较大的区别。

3.1.3 提高燃烧调节品质的常用策略

一是进行技术改造。未来将淘汰一些效率低、环境污染严重的旧式燃煤锅炉，因地制宜地对现有燃煤锅炉进行技术改造。在天然气等资源丰富地区进行煤改气，在煤气资源贫乏地区，采用太阳能集热器替代小型燃煤锅炉等措施。二是采用洁净燃烧技术。采用洁净煤替代原煤提高燃煤质量。

3.2 给水调节系统

3.2.1 给水调节系统的任务

给水调节系统是为了平衡机组工质，使给水量和锅炉蒸发量维持一致而设计的。直流锅炉与汽包锅炉的汽水系统结构各有特点，实际运行中应该采用不同的标准和方式来控制给水量。直流锅炉给水调节目的是平衡给水流量与燃烧率之间的关系，确保煤水比和汽水温度恒定。

3.2.2 直流炉的给水调节系统

直流锅炉中给水转换成过热蒸汽一次完成。锅炉蒸发量和给水量通常是一致的，保持锅内压力恒定时，炉内热负荷与给水量的配比决定了汽水分界点及工质温度。给水调节与燃烧率调节有一定的内在联系。在实际运行中，给水量与燃料的变化应该同步进行，目的是维持蒸汽温度。当负荷发生变化，锅炉主控指令发出，给水调节必须与燃烧率调节的响应速率一致。可以说直流锅炉是一个多变量对象，这也是它不同于汽包锅炉的显著特点。直流炉在运行过程中，给水与燃烧率的比例（煤/水比）控制尤为关键。煤/水比的控制可以通过主气温进行判断。鉴于此，业界主要通过主气温来实施煤/水比控制，即根据“中间点温度”来修正煤水比。“中间点温度”是可以迅速反映煤/水比的汽水过渡区出口的微过热汽温（分离器处的温度）。实际运行中，中间点温度并非恒定不变，其定值在不同的负荷（压力）与饱和温度条件下会发生变动。

3.3 协调控制系统

一般情况下，大型燃煤发电机组主要通过协调控制系统来管理负荷。设计协调控制系统的目的是通过其响应调度的负荷变化要求，提高机组的运行效率。在机组系统中，机组负荷和主蒸汽压力主要通过协调控制系统基于锅炉燃烧率和汽机调门进行调节。机组负荷应该对负荷指令进行快速响应，同时使主蒸汽压力维持在限定值以内。一般来讲，机组与锅炉之间能量平衡状态以及机组运行状态可以通过主蒸汽压力反映出来。因此可以说，主蒸汽压力是协调控制系统的首要保证。

从广义上讲，机组所有的调节都属于协调控制系统的工作范畴。但是从狭义上讲，协调控制系统就是指以锅炉指令和汽机指令为调节量，以电负荷和主蒸汽压力为被调量，组成的联合调节系统。

协调方式下，汽机指令与锅炉指令一般随负荷指令协同变化，以确保机组能够迅速响应电负荷变化，同时确保主蒸汽压力不超出安全范畴，其负荷和主蒸汽压力调节品质介于机与炉、炉与机两种方式之间。协调方式下，主蒸汽压力一旦偏离设定值，即要求汽机指令协助调节，以免主蒸汽压力大幅度波动，对机组的运行状态产生不良影响。endprint

4 协调方式下增减负荷时的注意事项

4.1 负荷变化时，汽机调门会开大或关小。此时，主汽压力会减少或增大。正常情况下，主汽压力波动应该在

±0.6MPa范围内。主汽压力及燃料量的波动和负荷变化率有关。负荷变化率越大，主汽压力及燃料量的波动也越大。在增减负荷时，如果主汽压力和燃料量波动过大，运行人员应手动调整主汽压力设定值，减少主汽压力设定值与实际值偏差，从而稳定燃料量和压力。

4.2 当机组在低负荷运行时，由于主汽压力未达到额定值。因此，主汽压力的波动不会引起超压。但当机组在较高负荷运行，主汽压力达到额定值时，主汽压力的波动可能会引起超压。此时，需要运行人员注意主汽压力的调整，适当降低主汽压力。

4.3 主汽压力的变化，会影响给水流量的变化，使中间点温度变化，从而影响主汽温变化。而燃料量的变化也会影响主汽温和再热汽温的变化。运行人员在负荷变化时，应特别注意中间点温度的变化，及时增大或减少中间点偏置，稳定中间点温度，从而稳定汽温。

4.4 送风自动投入后，送风量根据燃料量及负荷并通过氧量修正后自动增减。在负荷变化时，运行人员应特别注意送风量的变化，可通过设置氧量偏置的方法减慢送风机动叶的开关速度。同时，由于送风的变化会影响炉膛负压及再热汽温度。因此，负荷变化过程中运行人员还应注意调整各参数在合理范围内。

4.5 负荷变化时，协调控制系统还应充分考虑到主机及辅机设备的运行能力。例如，当负荷较高时，锅炉燃料量的增加应充分考虑磨煤机的承受能力，当达到最高燃料量时，闭锁加燃料。

4.6 在协调方式下启动和停止磨煤机。①启动磨煤机后，协调系统应快速减少其他各台磨煤机的燃料量，维持总燃料量和启动磨煤机前的总燃料量一致，以维持主汽温、再热汽温稳定。此外，运行人员还可以通过减少磨煤机布煤时间（在磨煤机震动不高的情况下）、减小启磨后的风量等方式，稳定主汽温及再热汽温。②停止磨煤机后，协调系统应快速增加其他各台磨煤机的燃料量，维持总燃料量和停止磨煤机前的总燃料量一致，以维持主汽温、再热汽温稳定。同时，运行人员还应注意一次风压力的调节。

参考文献：

[1]600MW等级超临界机组技术丛书锅炉设备及系统[M].中国电力出版社.

[2]高振宝.600MW超临界机组技术与参数选择[D].山东大学， 2005.

[3]焦健，赵志强.660MW超超临界机组协调控制策略[J].东北电力技术，2010（01）.

作者简介：王军山（1979-），男，山东平度人，毕业于山东省电力学校，从事集控运行工作，电力工程师，目前担任发电部值长，研究方向：集控运行。endprint