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[摘 要]本文主要介绍一套基于凝结水调负荷的节能型机组协调控制系统，以及新协调系统相对原有协调系统的控制策略和优势。新协调系统超超临界机组在汽机调门节流很小甚至调门全开、无锅炉蓄热可利用的工况下的机组负荷响应能力得到了很大提高，该新型控制系统有效利用了机组凝结水/回热系统中的蓄能，并与锅炉燃烧率的控制合理结合，解决了其汽机调门节流小，电网快速变化的负荷需求与机组较小的蓄热之间的矛盾，在经过一系列的试验和优化后，该技术现已得到成功应用。
[关键词]新协调 超超临界机组 蓄能 节能
中图分类号：TK323 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）18-0070-01
1 引言
传统的机组协调控制系统是指锅炉燃烧率和汽机调门之间的协调，典型的协调控制主要有炉跟机的协调（CBF）和机跟炉的协调（CTF）。炉跟机或炉跟机为主导的协调控制是指汽机调门控制负荷，锅炉燃烧率控制主蒸汽压力；机跟炉或机跟炉为主导的协调控制是指汽机调门控制主蒸汽压力，锅炉燃烧率控制负荷。
为了能够快速地满足电网的负荷需求，机组大都采用CBF或接近CBF的协调控制方式，当有负荷变化时，比如要求加负荷，汽机调门快速开大，同时锅炉燃烧率增加，及时补充被利用的机组蓄能，并维持机组能量与负荷需求间的新的平衡。以往所有的机组，汽机调门都是有节流的，即保留有一定的蓄热能力以应对调峰或调频，在变负荷过程中，协调控制系统合理协调汽机调门和锅炉燃烧率间的动作，满足电网负荷需求，同时保证机组运行参数的稳定。
2 节能型协调控制系统的控制原理
超超临界直流炉前后墙对冲燃烧的机组，应能快速响应发电负荷控制，锅炉主控，汽机主控的协调既能满足电网对机组带基本负荷的要求又能满足调峰运行的需要，因此控制系统的产生控制作用必须要有快速响应性、稳定运行性，控制的准确性，控制系统应具有良好的变负荷、变工况的调节能力。
为了达到较快的变负荷性能，火电机组必须利用蓄能。既然汽机调门全开、无锅炉蓄热可利用，就需要考虑在热力系统中是否还有其他蓄能可以被利用，且不影响机组的经济性或者对机组经济运行影响最小。在上海外高桥三厂 1 000 MW超超临界机组，设计了一套基于凝结水调负荷的新型节能型的协调控制系统，能够在没有任何汽机调门节流损失（调门全开）的工况下，仍然满足电网快速的变负荷需求，这是一种经济节能的变负荷控制方式。
工作原理：凝结水调负荷，是指在机组变负荷时，在凝汽器和除氧器允许的水位变化范围内，改变凝泵出口调门的开度，改变凝结水流量，从而改变抽汽量，暂时获得或释放一部分机组的负荷。例如，机组加负荷时，关凝泵出口调门，减小凝结水流量，从而可以减小低加的抽汽量，增加汽轮机中蒸汽做功的量，使机组负荷增加。此时，除氧器水位下降，凝汽器水位上升。机组减负荷的过程相反。
凝结水调负荷技术本质上是一种利用蓄能的技术，利用的是汽机回热、加热系统中蓄能的变化。
因为在加负荷过程中减少了机组的抽汽，而在减负荷过程中又增加了机组的抽汽，所以这种利用蓄能的技术对汽机回热系统的经济性整体上没有影响。凝结水调负荷主要作用是提高变负荷初期的负荷响应，能够改善由于锅炉侧的滞后而产生的负荷响应的延时，但机组最终的负荷响应仍然取决于锅炉燃烧率的变化。
3 节能型协调控制系统的关键技术及优化
基本的设计思路包括：
（1）在变负荷过程中，经智能处理的负荷偏差直接送至凝泵出口调节阀的控制回路，即把负荷需求直接转化为需要的凝结水变化量，在除氧器和凝汽器的水位允许的变化范围内，凝泵出口调节阀不再控制水位，而直接控制机组负荷偏差，快速响应负荷指令。当变负荷结束，凝泵出口调节阀再平滑切换至正常的水位控制。
（2）在变负荷过程中，当除氧器和凝汽器的水位偏差超出一定的范围，凝泵出口调节阀兼顾机组负荷和水位；当除氧器和凝汽器的水位偏差进一步加大，超出允许的安全变化范围，凝泵出口调节阀则完全恢复至控制水位，确保机组的安全。
（3）为了保证凝泵的安全流量和避免除氧器和凝汽器水位的过大波动，对凝泵出口调节阀的高、低限进行了智能化的限制处理。还针对变负荷过程中负荷偏差和水位偏差的方向，增加了凝泵出口调节阀的智能闭锁功能。
4 新协调控制系统存在问题及解决方案
4.1 #1机组长时间断煤时主汽温度下降过低
（1）原因说明：在出现长时间断煤时，机组必然不能持续维持当前负荷，只能迅速降低负荷运行。原新协调系统控制逻辑未考虑这种特殊工况，机组的基本给水指令是根据燃料指令（而不是实际燃料量）得出的。因此在持续断煤工况下，会出现燃料、给水失配的情况，使机组主汽温度下降较大。
（2）处理方法：在新协调系统中增加了长时间断煤时的特殊处理邏辑。当断煤时间超过2.5分钟并且机组的总燃料量指令与实际燃料量偏差较大时，新协调系统将根据当前的实际燃料量为目标快速降低负荷指令、燃料量指令、给水流量指令，使机组能快速稳定在当前最大出力许可的负荷点上，保证机组主要运行参数的稳定。
4.2 #2机组在低负荷阶段易出现水冷壁超温
观察#2机组的运行历史趋势，其水冷壁超温现象有如下特点：（1）超温基本发生在2012年7月份，2012年8月基本无超温；（2）发生水冷壁超温时，分离器过热度已经很低，仅为5～8℃，可供调整的余量已经很小；（3）#2机组低负荷时的水冷壁超温通常不是持续超温，而是由于平均温度较高和锅炉燃烧调整的波动，而造成的短时间脉冲式的超温。
根据上述特点可初步分析出：（1）造成#2机组超温的主要因素应该还是燃煤品质的变化，因为同样的机组、控制系统，在7月明显超温，而在8月几乎没有超温；（2）在发生水冷壁超温时，分离器过热度仅为5～8℃，通过改变温差控制器设定值来调整的空间已经较少，在锅炉燃烧、配风不做调整的条件下，要避免超温，只能适当降低主汽温度运行；（3）投入新协调系统后，机组控制更加稳定，燃料、给水的波动幅度更小，对于抑制水冷壁超温应该是有利的，实际的运行历史数据与此相符。
5 结语
基于凝结水调负荷的节能型协调控制技术在实际工作中获得成功应用，自 2008年7月起，该控制系统一直正常投入运行，在保证超超临界机组经济运行的同时，大大提高了机组的负荷响应能力，满足了电网调峰和调频的要求。
新型节能型协调控制方式不同于传统的火电机组协调控制方式，由于汽机调门全开，协调控制主要是协调锅炉燃烧率与汽机回热/加热系统间能量平衡的关系，这在国内尚属首次应用，是对突破传统的机组协调控制策略设计的很有意义的尝试，在超超临界直流机组上具有广阔的应用前景。
参考文献
[1] 易建钢.冶金风机机组节能监测及网络化维修系统的开发.《机械制造》.2012年5期.
[2] 刘春涛，田散兴凌泓 间接式污水源热泵机组节能技术分析.《暖通空调》.2012年7期.
[3] 王智峰，仝维仁，张春梅.基于模糊控制理论的空压机组节能方法研究.《煤矿机械》.2011年3期.
[关键词]新协调 超超临界机组 蓄能 节能
中图分类号：TK323 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）18-0070-01
1 引言
传统的机组协调控制系统是指锅炉燃烧率和汽机调门之间的协调，典型的协调控制主要有炉跟机的协调（CBF）和机跟炉的协调（CTF）。炉跟机或炉跟机为主导的协调控制是指汽机调门控制负荷，锅炉燃烧率控制主蒸汽压力；机跟炉或机跟炉为主导的协调控制是指汽机调门控制主蒸汽压力，锅炉燃烧率控制负荷。
为了能够快速地满足电网的负荷需求，机组大都采用CBF或接近CBF的协调控制方式，当有负荷变化时，比如要求加负荷，汽机调门快速开大，同时锅炉燃烧率增加，及时补充被利用的机组蓄能，并维持机组能量与负荷需求间的新的平衡。以往所有的机组，汽机调门都是有节流的，即保留有一定的蓄热能力以应对调峰或调频，在变负荷过程中，协调控制系统合理协调汽机调门和锅炉燃烧率间的动作，满足电网负荷需求，同时保证机组运行参数的稳定。
2 节能型协调控制系统的控制原理
超超临界直流炉前后墙对冲燃烧的机组，应能快速响应发电负荷控制，锅炉主控，汽机主控的协调既能满足电网对机组带基本负荷的要求又能满足调峰运行的需要，因此控制系统的产生控制作用必须要有快速响应性、稳定运行性，控制的准确性，控制系统应具有良好的变负荷、变工况的调节能力。
为了达到较快的变负荷性能，火电机组必须利用蓄能。既然汽机调门全开、无锅炉蓄热可利用，就需要考虑在热力系统中是否还有其他蓄能可以被利用，且不影响机组的经济性或者对机组经济运行影响最小。在上海外高桥三厂 1 000 MW超超临界机组，设计了一套基于凝结水调负荷的新型节能型的协调控制系统，能够在没有任何汽机调门节流损失（调门全开）的工况下，仍然满足电网快速的变负荷需求，这是一种经济节能的变负荷控制方式。
工作原理：凝结水调负荷，是指在机组变负荷时，在凝汽器和除氧器允许的水位变化范围内，改变凝泵出口调门的开度，改变凝结水流量，从而改变抽汽量，暂时获得或释放一部分机组的负荷。例如，机组加负荷时，关凝泵出口调门，减小凝结水流量，从而可以减小低加的抽汽量，增加汽轮机中蒸汽做功的量，使机组负荷增加。此时，除氧器水位下降，凝汽器水位上升。机组减负荷的过程相反。
凝结水调负荷技术本质上是一种利用蓄能的技术，利用的是汽机回热、加热系统中蓄能的变化。
因为在加负荷过程中减少了机组的抽汽，而在减负荷过程中又增加了机组的抽汽，所以这种利用蓄能的技术对汽机回热系统的经济性整体上没有影响。凝结水调负荷主要作用是提高变负荷初期的负荷响应，能够改善由于锅炉侧的滞后而产生的负荷响应的延时，但机组最终的负荷响应仍然取决于锅炉燃烧率的变化。
3 节能型协调控制系统的关键技术及优化
基本的设计思路包括：
（1）在变负荷过程中，经智能处理的负荷偏差直接送至凝泵出口调节阀的控制回路，即把负荷需求直接转化为需要的凝结水变化量，在除氧器和凝汽器的水位允许的变化范围内，凝泵出口调节阀不再控制水位，而直接控制机组负荷偏差，快速响应负荷指令。当变负荷结束，凝泵出口调节阀再平滑切换至正常的水位控制。
（2）在变负荷过程中，当除氧器和凝汽器的水位偏差超出一定的范围，凝泵出口调节阀兼顾机组负荷和水位；当除氧器和凝汽器的水位偏差进一步加大，超出允许的安全变化范围，凝泵出口调节阀则完全恢复至控制水位，确保机组的安全。
（3）为了保证凝泵的安全流量和避免除氧器和凝汽器水位的过大波动，对凝泵出口调节阀的高、低限进行了智能化的限制处理。还针对变负荷过程中负荷偏差和水位偏差的方向，增加了凝泵出口调节阀的智能闭锁功能。
4 新协调控制系统存在问题及解决方案
4.1 #1机组长时间断煤时主汽温度下降过低
（1）原因说明：在出现长时间断煤时，机组必然不能持续维持当前负荷，只能迅速降低负荷运行。原新协调系统控制逻辑未考虑这种特殊工况，机组的基本给水指令是根据燃料指令（而不是实际燃料量）得出的。因此在持续断煤工况下，会出现燃料、给水失配的情况，使机组主汽温度下降较大。
（2）处理方法：在新协调系统中增加了长时间断煤时的特殊处理邏辑。当断煤时间超过2.5分钟并且机组的总燃料量指令与实际燃料量偏差较大时，新协调系统将根据当前的实际燃料量为目标快速降低负荷指令、燃料量指令、给水流量指令，使机组能快速稳定在当前最大出力许可的负荷点上，保证机组主要运行参数的稳定。
4.2 #2机组在低负荷阶段易出现水冷壁超温
观察#2机组的运行历史趋势，其水冷壁超温现象有如下特点：（1）超温基本发生在2012年7月份，2012年8月基本无超温；（2）发生水冷壁超温时，分离器过热度已经很低，仅为5～8℃，可供调整的余量已经很小；（3）#2机组低负荷时的水冷壁超温通常不是持续超温，而是由于平均温度较高和锅炉燃烧调整的波动，而造成的短时间脉冲式的超温。
根据上述特点可初步分析出：（1）造成#2机组超温的主要因素应该还是燃煤品质的变化，因为同样的机组、控制系统，在7月明显超温，而在8月几乎没有超温；（2）在发生水冷壁超温时，分离器过热度仅为5～8℃，通过改变温差控制器设定值来调整的空间已经较少，在锅炉燃烧、配风不做调整的条件下，要避免超温，只能适当降低主汽温度运行；（3）投入新协调系统后，机组控制更加稳定，燃料、给水的波动幅度更小，对于抑制水冷壁超温应该是有利的，实际的运行历史数据与此相符。
5 结语
基于凝结水调负荷的节能型协调控制技术在实际工作中获得成功应用，自 2008年7月起，该控制系统一直正常投入运行，在保证超超临界机组经济运行的同时，大大提高了机组的负荷响应能力，满足了电网调峰和调频的要求。
新型节能型协调控制方式不同于传统的火电机组协调控制方式，由于汽机调门全开，协调控制主要是协调锅炉燃烧率与汽机回热/加热系统间能量平衡的关系，这在国内尚属首次应用，是对突破传统的机组协调控制策略设计的很有意义的尝试，在超超临界直流机组上具有广阔的应用前景。
参考文献
[1] 易建钢.冶金风机机组节能监测及网络化维修系统的开发.《机械制造》.2012年5期.
[2] 刘春涛，田散兴凌泓 间接式污水源热泵机组节能技术分析.《暖通空调》.2012年7期.
[3] 王智峰，仝维仁，张春梅.基于模糊控制理论的空压机组节能方法研究.《煤矿机械》.2011年3期.