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摘 要：目前我国火电站领域的技术具有快速的发展，单元机组的容量已从300MW发展到600MW，外高桥电厂单元机组容量已达到900MW。DCS系统在火电站的成功应用，大大提高了电站控制领域的自动化投入水平。本文主要对大型火电机组的两种主要炉型-汽包炉和直流炉机组的协调控制系统的设计机理进行概要性的说明。
关键词：火电站；汽包炉；汽轮机
一、协调控制系统的功能和主要含义
协调控制系统是我国在80年代引进的火电站控制理念，主要设计思想是将锅炉和汽机作为一个整体，完成对机组负荷、锅炉主汽压力的控制，达到锅炉风、水、煤的协调动作。对于协调控制系统而言包含三层含义：机组与电网需求的协调、锅炉汽轮机协调以及锅炉风、水、煤子系统的协调。
锅炉汽轮机的协调被认为是机组的协调，主要是协调控制锅炉与汽轮机，提高机组对电网负荷调度的响应性和机组运行的稳定性。从协调控制系统而言，对汽包锅炉和直流锅炉都具有相同的控制概念，但由于两种炉型在汽水循环上有很大的差别，导致控制系统具有很大的差别。
二、汽包锅炉机组的协调控制系统
汽轮机、锅炉协调控制系统概念的引出，主要在于汽轮机和锅炉对于机组的负荷与压力具有完全不同的控制特性，汽轮机以控制调门开度实现对压力、负荷的调节，具有很快的调节特性，而锅炉利用燃料的燃烧产生的热量使给水流量变为蒸汽，其控制燃料的过程取决于磨煤机、给煤机、风机的运行，对压力、负荷的调节具有很慢的调节特性。因此协调控制系统就是要以优良的控制策略实现对锅炉-汽轮机的统一控制。以达到锅炉-汽轮机组对负荷响应的快速性和对压力控制的稳定性。
协调控制系统的设计包含了两种协调控制方式，一种是以炉跟机为基础的协调控制系统，这种协调控制方式是建立在锅炉控制压力、汽机控制功率的基础上，具有负荷响应快的优点。另一种是以机跟炉为基础的协调控制系统，这种协调控制方式是建立在汽机控制压力、锅炉控制功率的基础上。
对于炉跟机为基础的协调控制系统有必要提到80年代中期引用的直接能量平衡控制系统，该控制系统的引用，使汽包锅炉机组的协调控制系统从探索趋于成熟，使汽轮机-锅炉协调控制系统趋于简单、响应性快、稳定性高。
对于直吹式制粉系统锅炉燃烧系统，为克服燃料的扰动和磨煤机投运/切除过程中对负荷的影响，增加的燃料控制回路，充分利用了直吹式制粉系统锅炉燃料测量速度快的特点，可以更快的克服燃料扰动。
三、对超临界机组控制系统的讨论
随着电力系统的发展，600MW超临界机组已经成为我国电力行业的主力机组，但由于超临界机组的直流运行特性、变参数的运行方式、多变量的控制特点，与亚临界汽包炉比较在控制上具有很大的特殊性，因此对超临界机组的运行方式和控制策略应进行必要的讨论。
超临界机组的运行特性
（一）超临界机组控制系统概述
作为实现机组安全经济运行目标的有效手段,自动控制系统在机组安全运行所起的作用日益重要,其功能也日益复杂,担负着机组主、辅机的参数控制、回路调节、联锁保护、顺序控制、参数显示、异常报警、性能计算、趋势记录和报表输出的功能,已从辅助运行人员监控机组运行发展到实现不同程度的设备启停功能、程控和联锁保护的综合体系,成为大型火电机组运行必不可少的组成部分。经过几十年的发展,目前超临界发电技术已经相当成熟,其控制系统从总体上来说与常规亚临界发电机组相比并没有本质的区别。但就超临界机组本身来说，其直流炉的运行方式、大范围的变压控制，使超临界机组具有特殊的控制特点和难点。
（二）超临界机组的控制策略
从上面的分析中已经看到，超临界机组是以汽水一次循环为特征的直流锅炉，是具有三输入/三输出的强耦合、非线性、多参数的被控对象。接下来讨论采用怎样的控制策略实现对超临界机组的控制。
对于具有内置式启动分离器的超临界机组，具有干式和湿式两种运行方式。在启动过程锅炉建立最小工作流量，蒸汽流量小于最小给水流量，锅炉运行在湿式方式，此时机组控制给水流量，利用疏水控制启动分离器水位，启动分离器出口温度处于饱和温度，此时直流锅炉的运行方式与汽包锅炉基本相同。控制策略基本是燃烧系统定燃料控制、给水系统定流量控制、启动分离器控制水位、温度采用喷水控制。
当锅炉蒸汽流量大于最小流量，启动分离器内饱和水全部转为饱和蒸汽，直流锅炉运行在干式方式，即直流控制方式。此时锅炉以煤水比控制温度、燃烧控制压力。我们讨论的超临界直流锅炉的控制策略主要讨论锅炉处于直流方式的控制方案。
假如直流锅炉处在定压力控制方式，那末对于直流锅炉机组负荷、压力、温度三个过程变量中就具有两个稳定点，一个是压力，另一个是温度。因为压力一定分离器出口的微过热温度也就确定了。在机组负荷变化过程中对压力和温度的控制应该是定值控制。
在锅炉变压力运行时，机组负荷、压力、温度是三个变化的控制量，在负荷发生变化时，压力的控制根据负荷按照预定的滑压曲线控制，分离器出口温度按照分离器出口压力的饱和温度加上微过热度控制。
协调控制系统建立方案时应该以变负荷、变压力、变温度的控制特征考虑控制策略。
1、系统设计中应考虑的问题：
（1）在前面的分析中已经提出，压力控制是直流锅炉控制系统的关键环节，压力的变化对机组的外特性来说将影响机组的负荷，对内特性来说将影响锅炉的温度。因此无论协调控制系统采用机跟炉为基础还是采用炉跟机为基础的协调方式，均应考虑汽机调门变化和锅炉燃烧变化对压力的动态响应，协调锅炉与汽机的控制。
（2）在直流锅炉中采用煤水比控制温度，在超临界机组中仍应采用煤水比的控制方案，一般来说煤水比控制的温度的选择应以控制特性快为主要考虑依据。目前对内置式启动分离器的超临界直流锅炉一般取分离器出口温度。在超临界状态下由于汽水转换可以在瞬间完成，蒸汽的热容量很大，此时的温度控制性能很好，温度控制稳定。但在湿干态转换过程中温度变化很大，系统设计应考虑湿干态转换过程中温度的控制。
（3）对于直吹式制粉系统来说，燃烧过程对压力、温度影响较慢，系统设计应考虑煤水的时间协调。
（4）超临界直流锅炉机组是强耦合、多参数、非线性的控制对象，在系统控制中，应尽可能的保证机组的稳定性。在目前锅炉的运行中多数不能达到设计煤种的运行要求，并且煤种的变化多样，因此在众多的系统设计中考虑了BTU修正。
在汽包炉中，通常用热量信号修正燃料的热值，这种方法主要考虑了锅炉热量信号的整定使热量信号仅代表燃料的变化，不反映汽机调门外扰的变化，这种修正较好的利用了直吹式给煤机燃料可以直接测量的优势，燃烧控制系统可以较快的克服燃料侧的扰动，同时热量信号又可以在线对燃料的热值进行修正。
直流锅炉蓄能较小无法得到类似于汽包锅炉的热量信号，因此在直流炉中BTU修正中最多的是采用蒸汽流量对热值的修正，考虑的基本点是根据设计煤种的热值，所燃烧的煤量应该产生的热量与实际煤种产生的热量的偏差对燃料进行补偿。因此在系统中可以考虑用设计煤种的热值与实际煤种的热值对燃料进行修正，电厂应每天对燃料取样热值通知运行，运行人员根据燃烧的产地煤输入燃料热值 ，保证燃烧控制的稳定。
参考文献：
[1]国家质监总局.锅炉水处理实用手册锅炉水处理监督管理规则[S].2008.
[2]宋业林.锅炉水处理实用手册[M].中国石化出版社,2007
[3]郝景泰,于萍.周英.工业锅炉水处理技术[M].北京:气象出版社,2003.
[4] 李瑞扬,吕薇,等.锅炉水处理原理与设备[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2003
[5]于达仁,徐志强.超临界机组控制技术及发展[J].热能动力工程,2001,(2).
作者简介：王锡福（1975.12-），男，辽宁调兵山煤矸石发电有限责任公司，助理工程师，研究方向：热机。
关键词：火电站；汽包炉；汽轮机
一、协调控制系统的功能和主要含义
协调控制系统是我国在80年代引进的火电站控制理念，主要设计思想是将锅炉和汽机作为一个整体，完成对机组负荷、锅炉主汽压力的控制，达到锅炉风、水、煤的协调动作。对于协调控制系统而言包含三层含义：机组与电网需求的协调、锅炉汽轮机协调以及锅炉风、水、煤子系统的协调。
锅炉汽轮机的协调被认为是机组的协调，主要是协调控制锅炉与汽轮机，提高机组对电网负荷调度的响应性和机组运行的稳定性。从协调控制系统而言，对汽包锅炉和直流锅炉都具有相同的控制概念，但由于两种炉型在汽水循环上有很大的差别，导致控制系统具有很大的差别。
二、汽包锅炉机组的协调控制系统
汽轮机、锅炉协调控制系统概念的引出，主要在于汽轮机和锅炉对于机组的负荷与压力具有完全不同的控制特性，汽轮机以控制调门开度实现对压力、负荷的调节，具有很快的调节特性，而锅炉利用燃料的燃烧产生的热量使给水流量变为蒸汽，其控制燃料的过程取决于磨煤机、给煤机、风机的运行，对压力、负荷的调节具有很慢的调节特性。因此协调控制系统就是要以优良的控制策略实现对锅炉-汽轮机的统一控制。以达到锅炉-汽轮机组对负荷响应的快速性和对压力控制的稳定性。
协调控制系统的设计包含了两种协调控制方式，一种是以炉跟机为基础的协调控制系统，这种协调控制方式是建立在锅炉控制压力、汽机控制功率的基础上，具有负荷响应快的优点。另一种是以机跟炉为基础的协调控制系统，这种协调控制方式是建立在汽机控制压力、锅炉控制功率的基础上。
对于炉跟机为基础的协调控制系统有必要提到80年代中期引用的直接能量平衡控制系统，该控制系统的引用，使汽包锅炉机组的协调控制系统从探索趋于成熟，使汽轮机-锅炉协调控制系统趋于简单、响应性快、稳定性高。
对于直吹式制粉系统锅炉燃烧系统，为克服燃料的扰动和磨煤机投运/切除过程中对负荷的影响，增加的燃料控制回路，充分利用了直吹式制粉系统锅炉燃料测量速度快的特点，可以更快的克服燃料扰动。
三、对超临界机组控制系统的讨论
随着电力系统的发展，600MW超临界机组已经成为我国电力行业的主力机组，但由于超临界机组的直流运行特性、变参数的运行方式、多变量的控制特点，与亚临界汽包炉比较在控制上具有很大的特殊性，因此对超临界机组的运行方式和控制策略应进行必要的讨论。
超临界机组的运行特性
（一）超临界机组控制系统概述
作为实现机组安全经济运行目标的有效手段,自动控制系统在机组安全运行所起的作用日益重要,其功能也日益复杂,担负着机组主、辅机的参数控制、回路调节、联锁保护、顺序控制、参数显示、异常报警、性能计算、趋势记录和报表输出的功能,已从辅助运行人员监控机组运行发展到实现不同程度的设备启停功能、程控和联锁保护的综合体系,成为大型火电机组运行必不可少的组成部分。经过几十年的发展,目前超临界发电技术已经相当成熟,其控制系统从总体上来说与常规亚临界发电机组相比并没有本质的区别。但就超临界机组本身来说，其直流炉的运行方式、大范围的变压控制，使超临界机组具有特殊的控制特点和难点。
（二）超临界机组的控制策略
从上面的分析中已经看到，超临界机组是以汽水一次循环为特征的直流锅炉，是具有三输入/三输出的强耦合、非线性、多参数的被控对象。接下来讨论采用怎样的控制策略实现对超临界机组的控制。
对于具有内置式启动分离器的超临界机组，具有干式和湿式两种运行方式。在启动过程锅炉建立最小工作流量，蒸汽流量小于最小给水流量，锅炉运行在湿式方式，此时机组控制给水流量，利用疏水控制启动分离器水位，启动分离器出口温度处于饱和温度，此时直流锅炉的运行方式与汽包锅炉基本相同。控制策略基本是燃烧系统定燃料控制、给水系统定流量控制、启动分离器控制水位、温度采用喷水控制。
当锅炉蒸汽流量大于最小流量，启动分离器内饱和水全部转为饱和蒸汽，直流锅炉运行在干式方式，即直流控制方式。此时锅炉以煤水比控制温度、燃烧控制压力。我们讨论的超临界直流锅炉的控制策略主要讨论锅炉处于直流方式的控制方案。
假如直流锅炉处在定压力控制方式，那末对于直流锅炉机组负荷、压力、温度三个过程变量中就具有两个稳定点，一个是压力，另一个是温度。因为压力一定分离器出口的微过热温度也就确定了。在机组负荷变化过程中对压力和温度的控制应该是定值控制。
在锅炉变压力运行时，机组负荷、压力、温度是三个变化的控制量，在负荷发生变化时，压力的控制根据负荷按照预定的滑压曲线控制，分离器出口温度按照分离器出口压力的饱和温度加上微过热度控制。
协调控制系统建立方案时应该以变负荷、变压力、变温度的控制特征考虑控制策略。
1、系统设计中应考虑的问题：
（1）在前面的分析中已经提出，压力控制是直流锅炉控制系统的关键环节，压力的变化对机组的外特性来说将影响机组的负荷，对内特性来说将影响锅炉的温度。因此无论协调控制系统采用机跟炉为基础还是采用炉跟机为基础的协调方式，均应考虑汽机调门变化和锅炉燃烧变化对压力的动态响应，协调锅炉与汽机的控制。
（2）在直流锅炉中采用煤水比控制温度，在超临界机组中仍应采用煤水比的控制方案，一般来说煤水比控制的温度的选择应以控制特性快为主要考虑依据。目前对内置式启动分离器的超临界直流锅炉一般取分离器出口温度。在超临界状态下由于汽水转换可以在瞬间完成，蒸汽的热容量很大，此时的温度控制性能很好，温度控制稳定。但在湿干态转换过程中温度变化很大，系统设计应考虑湿干态转换过程中温度的控制。
（3）对于直吹式制粉系统来说，燃烧过程对压力、温度影响较慢，系统设计应考虑煤水的时间协调。
（4）超临界直流锅炉机组是强耦合、多参数、非线性的控制对象，在系统控制中，应尽可能的保证机组的稳定性。在目前锅炉的运行中多数不能达到设计煤种的运行要求，并且煤种的变化多样，因此在众多的系统设计中考虑了BTU修正。
在汽包炉中，通常用热量信号修正燃料的热值，这种方法主要考虑了锅炉热量信号的整定使热量信号仅代表燃料的变化，不反映汽机调门外扰的变化，这种修正较好的利用了直吹式给煤机燃料可以直接测量的优势，燃烧控制系统可以较快的克服燃料侧的扰动，同时热量信号又可以在线对燃料的热值进行修正。
直流锅炉蓄能较小无法得到类似于汽包锅炉的热量信号，因此在直流炉中BTU修正中最多的是采用蒸汽流量对热值的修正，考虑的基本点是根据设计煤种的热值，所燃烧的煤量应该产生的热量与实际煤种产生的热量的偏差对燃料进行补偿。因此在系统中可以考虑用设计煤种的热值与实际煤种的热值对燃料进行修正，电厂应每天对燃料取样热值通知运行，运行人员根据燃烧的产地煤输入燃料热值 ，保证燃烧控制的稳定。
参考文献：
[1]国家质监总局.锅炉水处理实用手册锅炉水处理监督管理规则[S].2008.
[2]宋业林.锅炉水处理实用手册[M].中国石化出版社,2007
[3]郝景泰,于萍.周英.工业锅炉水处理技术[M].北京:气象出版社,2003.
[4] 李瑞扬,吕薇,等.锅炉水处理原理与设备[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2003
[5]于达仁,徐志强.超临界机组控制技术及发展[J].热能动力工程,2001,(2).
作者简介：王锡福（1975.12-），男，辽宁调兵山煤矸石发电有限责任公司，助理工程师，研究方向：热机。