火力发电厂锅炉和汽轮机组协调控制策略分析

高亚龙

（阳城国际发电有限责任公司，山西晋城 048000）

1 火力发电厂DCS集控系统的相关概述

1.1 DCS集控系统

电能现如今已经成为社会发展中不可或缺的基础能源，随着电能需求的持续增加，电力企业也在紧跟趋势进行变革。发电机组的容量逐步扩大，工作模式也实现了积极转变，机组功能配置的完善化要求更高。不仅要保证基础功率消耗，还应与电网频率调制、高峰频率调制相契合，而且发电机组应在电网某部分出现故障后，仍能保持稳定运行。因此，要想实现大容量发电机组的种种功能，就需做到以下两点：（1）机组具备动态变化属性，能够结合实际负荷量进行自身状态的自动调整，满足电网运行期间的要求，即使负荷承载系数低，也要维持常态化的运行能力；（2）电网调频调峰大负荷区间内，机组的核心变量都要保持稳定。而上述这两点需求配置的实现，离不开汽轮机、锅炉及相关辅助设备的功能作用。要想提高单元机组在系统中的实际操控能力，就应保证基础负荷匹配到位，增强运行期间的平稳性，将锅炉与汽轮机组相互协调，打造为具有综合功能的集控系统。

1.2 DCS集控系统特点

在火力发电厂运行期间，基于DCS 集控系统功能配置，主压力拟定、汽轮机、锅炉主控制、复合指令处理都属于系统中的重要组成部分。在系统运行中发挥协调控制作用时，需基于已经发布的频率参数与标准参数之间的差额指令、锅炉指令及调度指令，形成对向控制，其中的负荷指令能够实现对回路的接收、执行及计算，而后结合电站辅助设备，基于工作信息的高度整合将机组的负荷指令发出，汽轮机及锅炉主控制回路通过对这类信息进行接收，就能够对阀门开启程度及锅炉燃烧速率进行动态调整，实现对关键运行参数的优化；在主压力拟定回路中，其要点在于维持机组稳定运行，应由工作人员对变化率等信息参数进行优化处理，确定最适宜的机前压力设定点。因此，锅炉与汽轮机组协调控制系统的特点为：

（1）协调控制中要保证系统中锅炉与其他设备之间的协调性，最为重要的是锅炉与电站辅机（水泵、送风机等）保持协调，促使锅炉与辅机能够协同稳定运行。

（2）汽轮机组应与电网需求保持默契度，其核心在于AGC 控制应与电网一次频率调制之间保持协调性，在电网负荷需求出现变化的过程中，机组也要在第一时间做出反应，并进行参数的对应调整。

（3）锅炉与汽轮机组之间要相互协调。二者运行期间应形成较强的关联性，不仅要提高汽轮机组的运行效率及速度，更应保证其平稳性，能够跟随电网负荷调度变化进行动态反应。在协调控制系统中，虽然直流锅炉与汽包锅炉的控制理念基本一致，却因发电厂汽水循环方式的差异性，而在控制系统中形成对锅炉的不同协调方式。

1.3 DCS集控系统设计原则

火力发电厂DCS 集控系统的作用发挥基于机组的安全稳定运行，同时需确保系统具备机组开启与停机的运行环境，在发出控制指令的同时，能够将锅炉运行期间的负荷基于平稳要求加以改变。因此，DCS集控系统设计中应遵循以下原则：

（1）系统中应设有多个可独立运行的子系统，不仅要保证信息数据的互通，更要提高能量转化的可行性，从整体上减少能耗。

（2）DCS 集控系统中应增设无价值信息的去除模块，以免故障发生时机组仍难以快速接收到有用信息，改变原有的负荷承载模式，为人工作业减负，同时降低人为操作误差。

（3）DCS 集控系统应强化联锁维护功能，降低系统运行期间的误差率，提高系统运行中的安全性，为锅炉辅助设备的运行提供安全保障。一旦认定系统局部出现异常情况，该部位就会被排除在系统外，难以实现自动化运行，或者是由系统进行控制改变其运行方式。

（4）系统运行中应始终保证稳定性，无论是采取何种协调控制方式，都不能降低稳定性这一关键指标，整个过程可自动化实现，无需进行人工调整。

（5）当系统正常运行中受到不良干扰时，应及时做出反应，并在滋扰完毕后，以最快的速度恢复常态化运行标准，只要是被协调控制的设备，都能规避误差或延迟问题，而故障发生时，还能第一时间发出警报，便于相关工作人员掌握故障情况及原因。

2 锅炉和汽轮机组协调控制系统的应用优势

锅炉与汽轮机组协调控制系统是保证火力发电厂平稳发电的基础保障，因协调控制能力突出，其发展空间也在逐步拓展，现如今已经成为多个发电厂优先升级及配备的主要系统。基于系统的控制能效，可提高锅炉燃烧速率，充分保证锅炉运行效率及安全性，实现持续发电目标。但是汽轮机组发电中，其响应能力有待进一步提高，这就需由专人负责对锅炉燃烧情况进行观察及调整，而且锅炉运行中的信息要想传递出去，期间也会消耗时间，致使信息传递的及时性无法得到保证，极易埋下隐患。为了改善此种情况，升级其反应速率，就需以锅炉为原点，就近安装控制系统，缩短信息传递路径及时间，降低系统延迟几率。

在发电机组实际运行期间，系统对锅炉的控制作用在于，明确锅炉运行情况，及时了解其变化参数，并将这种动态变化及时传递到协调控制器上，实现指令之间的无障碍传递，便于控制器快速做出反应，并进行指令处理，完成对控制器的对向管理。在对锅炉运行中形成的汽压进行测量时，常规模式下主汽压都会处于标准区间内变化，一般可基于前馈修正实现整体控制，确保锅炉中的气压值始终都处于标准范围内。

3 火力发电厂锅炉与汽轮机组协调控制策略

3.1 系统组成

在锅炉与汽轮机组协调控制系统中，锅炉运行主界面具备多种调节功能，可调出锅炉操作界面，也能够借助控制器实现对锅炉运行环节的整体监督；机组指令操作画面中，指令控制器、操作按钮及情况指示灯都是重要组成部分；协调主控操作系统则发挥着协调控制的主要作用，压力控制器及滑压控制器等都是系统的基本配置，各控制器的功能作用不同，在协调控制系统运行效率较高时，锅炉及汽轮机组就能够保持平稳状态；锅炉燃料控制系统中的主要结构为DEB 控制器及燃料控制器，DEB 控制器是向燃料控制器传递指令的载体，而后提供燃料的指令由燃料控制器转化发出，因此，后者的控制要点为燃料；送风控制系统能够为锅炉内部燃料的充分燃烧提供空气，一旦锅炉出现负荷表现，就能够直接传递到系统中，由系统进行反应及处理，提高燃料燃烧效率，维持锅炉的高效、安全运行。尤其是在大数据技术广泛应用的背景下，将机组运行系统与新技术有机结合，能够形成对机组运行状态的全天候监控，明确主蒸汽压力是否出现偏差，进一步提高响应及调频效率，提高机组运行的安全性及稳定性。

3.2 锅炉跟随方式

在现代火力发电厂运行阶段，锅炉及汽轮机组的协调控制相当重要。要想保证整体控制能力，可采取锅炉跟随方式，在实际控制阶段，锅炉跟随能够形成对燃烧侧的直接影响，促使其扰动程度发生明显变化，汽压也会随之呈现大区间波动表现。而且，采取锅炉跟随方式进行协调控制，可实现对机组蓄热性能的最大化利用，增强输出功率的响应能力。将大数据技术运用到系统中，可提高火电机组控制系统与计算机技术的匹配性，在计算机的优势作用下带动系统升级，采取数字化模式，快速精准的转化锅炉跟随运行中的各类信息，将信息直接传输到系统的控制面板上，按指示完成相关操作，在原有基础上简化运行流程，促使火电机组的响应速度得到大幅度提高。

3.3 汽轮机跟随方式

汽轮机跟随方式应用中，可以锅炉扰动作用为参照，基于关联性的调节机组功率变化，促使汽轮机及时响应，实现对汽压值的动态调整。因此，在整个流程中，需锅炉发挥对机组输出功率的调整作用，借助汽轮机实现对汽压的优化匹配。因此，汽轮机跟随方式控制中的汽压波动并不大，变动区间小，便于实现对主蒸汽压力的最优化控制。但是因实际运行期间未对锅炉蓄热能力进行应用，致使负荷变化的敏感度不高，将极易出现信息传递的延迟性情况，要想将负荷变化的能力差降到最低，实际难度较大，也正是因为如此，汽轮机跟随方式在电网调频方面的缺陷十分显著，急需做出优化及技术改善。

3.4 机炉协调控制

虽然目前锅炉与汽轮机组协调控制系统的整体运行效率高，但是能量信号测量中仍存在技术空白，难以采取直接方式测得能量信号的准确数值，这就采取了以下两种方式对能量信号进行测量，实现对机炉的协调控制。具体为：

（1）运用间接参数之间的平衡关系，明确能量信号，实现对间接能量平衡的有效控制。在系统负荷指令发生变化时，应先对汽轮机的汽门开度进行调整，提高机组输出功率与指令参数相同，基于燃烧率变化对锅炉蓄能进行补偿，当汽压偏差达到阙值时，则需停止汽轮机侧的功率调节方式，转而应用压力拉回方式，对汽轮机调门的开大程度进行约束，规避锅炉蓄能超负荷利用的情况发生。通过此种调节，对锅炉侧压力进行控制，促使机组输出功率能够与负荷指令保持一致。

（2）自主设定能量平衡信号，对机组的实际能量输入进行控制，打造基于能量平衡要素的协调控制系统。当燃烧率上升时，必定带动主蒸汽压力的增加，而调节级压力也会同步增加，通过将调节级压力设定为锅炉指令的前馈信号，就能够将锅炉指令改变，促使其趋向正向增大表现，在原有基础上提高燃烧率，由此生成正反馈。

在直接能量平衡的协调控制系统中，燃烧率及主蒸汽压力之间存在正相比关系，燃烧率上升，主蒸汽压力及调节级压力都会对应增加，如果将调节级压力设定为前馈信号，则会带动锅炉指令的增加，同样能够将燃烧率上调，基于此不难发现，调节级压力能够对锅炉指令形成积极影响。为了弥补协调控制系统中的不足，就可采取以下改进方式：在条件允许时，可直接将调节级压力优化，促使前馈信号得到修正；还可将调节级压力及主蒸汽压力当作汽机侧能量的判断指标，这是因为在锅炉侧扰动影响下，主蒸汽压力与汽轮机调节级压力存在一定的相似性，在燃烧率自主上升时，这两大压力会同时出现变化，但是二者之间的比值却始终保持不变，这就能够对锅炉燃烧率的变化进行抵消。在相关试验结果中也显示出这样一条定律：处于定压运行环境下，调节级压力与主蒸汽压力之间的比值，能够形成与调门开度的线性关系，汽轮机能量需求也可通过二者的比值来呈现。但是如果处于滑压运行中，其线性关系将被打破，难以借助比值表示能量需求。无论是在定压，还是滑压状态下，燃烧率与汽轮机侧能量之间都存在一定的影响关系，要想将汽轮机的承载负荷提高，就需主控制形成强化作用，带动关联结构的正向变动，将汽门开口变大，促使调节级压力随之上升。

4 结束语

综上所述，为了推动火力发电厂的平稳运行，更需锅炉与汽轮机组发挥协调控制作用，提高锅炉与汽轮机组的运行效率，能够基于正确指令进行及时高效的各项操作，促使运行系统的各个环节相互衔接，充分保障系统安全，增强发电厂的运行能力，提高能源利用率，从根本上实现对能耗问题的有效控制。因此，火力发电厂的锅炉及汽轮机组的协调控制系统的应用价值更为显著，能够在保障系统运行能力中发挥巨大作用，促使发电厂的经济及社会效益双向提高，合理缩减发电厂运行期间的成本。积极探索锅炉与汽轮机组协调控制策略意义重大，需通过加强对新思路及新技术的应用，推动发电事业更好的发展。