1、 1 引 言 单元机组协调控制系统是大型火力发电机组的主要控制系统之一， 是实现整个电 网调度自动化的基础条件。由于协调控制系统是一个典型的多输入多输出系统，为了 消除耦合作用对整个系统控制效果的影响，根据多变量过程控制系统解耦理论，首先 要对控制系统进行解耦。 因此采用解耦理论对单元机组协调控制系统进行分析和设计 是一个很重要的方向。 【3】 由于高参数，大容量机组的迅速发展，装机容量也日益增多，因此对机组的自动 化需求也日益提高。与其他工业生产过程相比，电力生产过程更加要求保持生产的连 续性，高度的安全性和经济性。单元机组协调控制系统已成为大型单元机组普遍采用 的一种控制系统，该系统把自动
2、调节、逻辑控制、安全保护、监督管理融为一体，具 有功能完善、技术先进、可靠性高等特点。在工程应用中，单元机组协调控制系统是 在常规机炉局部控制系统基础上发展起来的新型控制系统。 单元机组在处理负荷要求 并同时维持机组主要运行参数的稳定这两个问题时，是将机炉作为一个整体来看待 的，必须要考虑协调控制，共同响应外界负荷的需求。它是一个复杂的多变量强耦合 控制对象，存在着大滞后、多扰动、时变等特性。目前新投产项目中国产机组所占比 例越来越高，研究国产燃煤单元机组的生产特性，对于实现机组的协调控制，以及机 组的安全、稳定、经济运行意义重大。 2 第一章 火电厂燃煤机组简介 1.1 火电厂锅炉 【10】
3、 锅炉是利用燃料或其他能源的热能，把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。锅炉 包括锅和炉两大部分， 锅的原义是指在火上加热的盛水容器， 炉是指燃烧燃料的场所。 锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为生产和生活提供所需要的热能， 也可通过蒸汽 动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为 热水锅炉， 主要用于生活， 工业生产中也有少量应用。 产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉， 又叫蒸汽发生器，常简称为锅炉，是蒸汽动力装置的重要组成部分，多用于火电站、 船舶、机车和工矿企业。 1.1.1 锅炉概述 18世纪上半叶，英国煤矿使用的蒸汽机，最早的蒸汽锅炉是一个盛水的大直径圆 筒形立式锅壳，
4、 后来改用卧式锅壳， 在锅壳下方砖砌炉体中烧火。 随着锅炉越做越大， 为了增加受热面积，在锅壳中加装火筒，在火筒前端烧火，烟气从火筒后面出来，通 过砖砌的烟道排向烟囱并对锅壳的外部加热，称为火筒锅炉。1830年左右，在掌握了 优质钢管的生产和胀管技术之后出现了火管锅炉。19世纪中叶，出现了水管锅炉，这 种锅炉中的圆筒形锅壳遂改名为锅筒，或称为汽包。初期的水管锅炉只用直水管，直 水管锅炉的压力和容量都受到限制。 二十世纪初期，汽轮机开始发展，它要求配以容量和蒸汽参数较高的锅炉。直水 管锅炉已不能满足要求。随着制造工艺和水处理技术的发展，出现了弯水管式锅炉。 开始是采用多锅筒式。随着水冷壁、过热器
5、和省煤器的应用，以及锅筒内部汽、水分 离元件的改进， 锅筒数目逐渐减少， 既节约了金属， 又有利于提高锅炉的压力、 温度、 容量和效率。 以前的火筒锅炉、火管锅炉和水管锅炉都属于自然循环锅炉，水汽在上升、下降 管路中因受热情况不同，造成密度差而产生自然流动。在发展自然循环锅炉的同时， 从30年代开始应用直流锅炉，40年代开始应用辅助循环锅炉。辅助循环锅炉又称强制 循环锅炉，它是在自然循环锅炉的基础上发展起来的。在下降管系统内加装循环泵， 以加强蒸发受热面的水循环。直流锅炉中没有锅筒，给水由给水泵送入省煤器，经水 冷壁和过热器等蒸发受热面，变成过热蒸汽送往汽轮机，各部分流动阻力全由给水泵 来克服
6、。 第二次世界大战以后，这两种型式的锅炉得到较快发展，因为当时发电机组要求 3 高温高压和大容量。发展这两种锅炉的目的是缩小或不用锅筒，可以采用小直径管子 作受热面，可以比较自由地布置受热面。随着自动控制和水处理技术的进步，它们渐 趋成熟。在超临界压力时，直流锅炉是唯一可以采用的一种锅炉，70年代最大的单台 容量是27兆帕压力配1300兆瓦发电机组。 后来又发展了由辅助循环锅炉和直流锅炉复 合而成的复合循环锅炉。 在锅炉的发展过程中，燃料种类对炉膛和燃烧设备有很大的影响。因此，不但要 求发展各种炉型来适应不同燃料的燃烧特点，而且还要提高燃烧效率以节约能源。此 外，炉膛和燃烧设备的技术改进还要求尽量减少锅炉排烟中的污染物(硫氧化物和氮 氧化物)。 早年的锅壳锅炉采用固定炉排， 多燃用优质煤和木柴， 加煤和除渣均用手工操作。 直水管锅炉出现后开始采用机械化炉排，其中链条炉排得到了广泛的应用。炉排下送 风从不分段的“统仓风”发展成分段送风。早期炉膛低矮，燃烧效率低。后来人们认识 到炉膛容积和结构在燃烧中的作用，将炉膛造高，并采用炉拱和二次风，从而提高了 燃烧效率。 发电机组功率超过6兆瓦
