引言
为充分利用锅炉蓄热，尽量满足电网需求，普通煤粉炉往往采用炉跟机协调控制(以下简称CCSl)模式。在CCSl模式下，汽轮机控制机组有功功率" title="有功功率">有功功率，锅炉控制主汽压力，当主汽压力测量值与设定值偏差过大时(一般为0.5－0.8MPa)，压力拉回控制回路动作，牺牲一点机组功率来稳定主汽压力，达到机炉协调控制的目的。由于CFB锅炉燃煤颗粒比普通煤粉炉大得多，其燃烧过程滞后时间相对较长，特别是在煤质大幅波动时，锅炉控制主汽压力难度很大。实际运行中，压力拉回控制回路经常动作，引起机组负荷波动，并且随着压力的波动，汽包水位、主蒸汽和再热蒸汽温度等主要参数也不容易维持，对锅炉安全、经济运行不利。
为在煤质大幅波动时维持锅炉稳定运行" title="稳定运行">稳定运行，白马示范电站30OMW CFB锅炉机组尝试采用以机跟炉为主的协调控制(以下简称CCS2)方案。在CCS2模式下，汽轮机控制主汽压力，锅炉控制机组有功功率，当机组实际功率与功率设定值相差过大时，功率拉回控制回路动作，通过改变主汽压力设定值，控制汽轮机调门开度，利用锅炉蓄热，稳定机组功率。在CCS2模式下，由于主汽压力稳定，汽包水位、主蒸汽和再热蒸汽温度等主要参数也相对稳定，锅炉工作在相对稳定的工况下。
为克服煤质波动的影响，在CCS控制回路中设计了煤质修正及氧量校正计算。在CCS2模式下，经加入煤质修正及氧量校正计算逻辑，机组负荷基本能控制在上网负荷的±2%以内，满足了电网要求，CCS能长期稳定投入。
一、CCS2控制方案
在CCS2模式下，锅炉主控控制机组功率，汽轮机主控控制主汽压力，并设计有功率拉回控制回路。
l.1 锅炉主控
锅炉主控原理见图1。
图1中，协调控制来的锅炉负荷指令经辅机故障减负荷(RB)计算后与炉膛总风量进行低选，计算出锅炉所需的热负荷;给煤量测量值经煤质修正和氧量校正后得出锅炉实际输入的热值，二者比较后送入PI调节器控制给煤量。同时，RB计算值通过3个函数块直接计算出燃烧所需的一次风量、下二次风量和总风量，去控制一次风量、下二次风量和上二次风量调门的开度。锅炉主控中的2个关键点是煤质修正和氧量校正。
1.1.1 煤质修正
因锅炉燃煤来源广泛，各煤矿煤质差别很大，如果不对煤质进行修正，只按设计煤种进行调整，将导致输入热量过多或太少，引起机组负荷大幅波动，CCS调节品质恶化，甚至无法投入自动运行。所以必须对燃煤煤质进行在线修正，克服煤质的波动，改善CCS调节品质，使CCS能稳定可靠地投入自动运行。
(1)煤质修正原理:煤质修正见图1上部蓝色虚线框所示。其中蒸汽吸热量计算公式为:
蒸汽吸热量(MW)＝0.001338F[(2.867THP＋1847)－(5.021TFW－80.2)＋173.9]
式中:F为主蒸汽流量，kg/s；THP为主蒸汽温度，℃; TFW为给水温度，℃。
煤质修正原理:操作员根据经验通过手操器M/A手动预置一个k值(此值为当前入炉煤的煤质和设计煤质的比值)，然后将手操器投入自动运行。此时，由当前总给煤量转换(kg/s×18.495MJ/kg)来的热值(MW)，乘上预置的k值，计算出送入炉膛的燃料侧热量，和计算出的蒸汽吸热量作比较，二者的差值进入纯积分块进行运算。若蒸汽吸热量大于燃料侧热量，则积分器输出将增加，即k值增加;反之则减小。积分器运算输出值为618.00-973.15MW(设计煤种热值为18.495MJ/kg，额定负荷热值为824.7MW)，经过手操器换算成0.75-1.18。
煤质修正原理可理解为当煤量一定时，若煤质突然变好，则炉膛放热将增加，从蒸汽侧算出的热量将增加，积分块的输出将增加，即k值增加，此系数乘以总给煤量后导致修正后的热量增加。这样，锅炉主控制器测得的热量增加后，若超过其设定的热量，PI控制器的输出值将减小，去减少给煤量，以减小输入的热量，最终达到蒸汽侧热量和给煤侧热量相平衡。
(2)煤质修正方案修改:原设计方案中，蒸汽吸热量计算只考虑了主汽流量、主汽温度和给水温度，没有考虑主汽压力，导致主汽压力变化时计算出的热量值不准确。经研究，引入了汽包压力微分信号进行修正(见图1):当主汽压力升高时，通过微分作用增加热量;当主汽压力降低时，通过微分作用减少热量;主汽压力稳定时，微分器不起作用。修正后的方案可准确反映锅炉产生的热量。
(3)煤质修正参数整定" title="参数整定">参数整定:为了快速反映煤质的变化，热值计算积分块的积分时间应短一些；但由于煤质波动引起热值的变化有一定时间的滞后，为避免产生虚假的煤质修正系数，热值计算积分块的积分时间又需要长一些。综合这2个方面因素，积分器实际参数整定为Ti＝23min。
1.1.2 氧量校正
为加快CCS的反应速度，判断给煤煤质发生的突然变化，及时对燃烧工况进行调整，在CCS中设计了氧量校正回路。当氧量变化时及时调整给煤量，快速改善燃烧工况，克服煤质的扰动。
(1)氧量校正方案修改:通常普通煤粉炉设计的氧量校正输出是去改变风量，但由于CFB锅炉燃料燃烧时间大大长于煤粉炉，再加上煤质时好时坏大幅波动，氧量输出去改变风量实际效果不好。原设计方案为氧量输出同时改变风量和煤量，但实际运行中，煤量和风量控制存在交叉干扰，参数不好整定，效果仍然不好。
分析CFB锅炉的燃烧情况可知，在煤质波动时，风量已不是主要矛盾，煤才是主要矛盾(例如当氧量突然降低，则是煤质变好，此时应该减煤，不应该加风)。因此，最后修改的方案是氧量控制器的输出只去改变煤量，而不改变风量。这样修改还可减少风量频繁波动对CFB锅炉受热面造成的磨损。
氧量校正控制回路的工作原理" title="工作原理">工作原理见图1中部粉红色虚线框部分。氧量控制采用单回路PI调节方案，设定值是锅炉负荷指令的函数，操作员可根据实际情况进行调整。左、右侧烟气含氧量二者选小值作为测量值，设定值和测量值经比较后进行PI运算，运算输出进入手操器，氧量控制输出可由操作员手动进行调整，输出限制在0.78-1.20。
(2)氧量校正参数整定:氧量校正PI调节器参数的整定原则是尽量加强比例作用，提高系统对煤质变化的响应速度" title="响应速度">响应速度;积分作用要弱一点，避免系统产生振荡。实际参数为:Kp＝1.75,Ti＝30min。
煤质修正计算对煤质的判断是一个较长的过程，而氧量校正对煤质的判断是一个短时的过程。氧量校正可及时改变给煤量，有利于煤质修正的快速计算(见图2、4)。煤质修正和氧量校正的配合使用，能及时克服给煤量的扰动，保证炉内良好的燃烧工况。
1.1.3 煤质修正和氧量校正实际控制曲线
图2为煤质修正和氧量校正控制曲线，过程持续时间" title="持续时间">持续时间约为30min。图2中各热量的显示量程为700-900MW;煤质修正系数和氧量校正系数显示量程为0.85-1.10;给煤量显示量程为120-200t/h。
从图2可看出，很长一段时间蒸汽吸热量低于给煤侧输入的热量，积分器输出不断减小，k值也因此不断减小，使测得的锅炉输入热量不断减少，锅炉主控调节器输出控制作用，去增加给煤量。一段时间后蒸汽吸热量大于给煤侧输入的热量，积分器输出停止减小并开始缓慢增大。整个过程可明显看出氧量校正的作用:刚开始氧量控制的输出有一个明显减小(氧量测量值增大)，导致给煤量有一个明显增加;持续一段时间后，氧量控制的输出又不断增大，导致给煤量又有明显的减少。可见，氧量校正能很好地弥补煤质修正调节速度慢的缺点。
1.2 汽轮机主控
汽轮机主控主要是维持主汽压力稳定。为充分利用锅炉蓄热，减少机组功率的波动，在主汽压力设定值回路中加入了功率拉回回路(见图3)。
功率拉回控制回路工作原理和CCSl模式的压力拉回控制回路相似。在机组功率测量值超过设定值一定限度时，增加主汽压力设定值，汽轮机调门为提升主汽压力将向关方向动作，降低主汽流量，将功率"拉回"设定值，此时主汽压力增加，锅炉蓄热增加;相反，若机组功率测量值低于设定值一定限度，将减小主汽压力设定值，汽轮机调门向开方向动作，增加主汽流量，利用锅炉蓄热，提升机组功率。具体整定参数如图3所示。
1.3 控制实例
图4为机组稳定运行的CCS2控制曲线。图4中，机组负荷设定值为30OMW，主汽压力设定值为16.7MPa，整个过程持续时间约9h。整个过程中煤质变化基本分为3个阶段:第1阶段(约4h)，煤质相对较好，给煤量在180t/h左右小幅波动;第2阶段(约4h)，煤质逐渐变差，煤质修正系数逐渐减小(有一段时间滞后)，给煤量稳定在新水平(210t/h)附近;第3阶段，煤质有一个突然变好的过程，引起机组负荷较大波动。
在图4的第3阶段可明显看到氧量控制和煤质修正配合控制的作用:在煤质突然转好时首先反映在氧量上，由于氧量突然下降，在氧量控制作用下立即减煤(l5min内煤量由212t/h减至187t/h);同时，煤质修正计算出的煤质修正系数缓慢增大，进一步去减少给煤量。30min后，氧量、负荷恢复正常,k值、煤量稳定在新的工况上。整个过程中k值变化范围为0.75-0.87，对应的煤量为175-212t/h，主汽压力很稳定(设定值和测量值基本重合)。第1、2阶段机组有功功率基本满足要求，第3阶段，在煤质突然大幅波动时，负荷最高升至307MW，超过设定值7MW(超过了调度要求的±2%的目标)，但此时若在CCSl模式下，主汽压力必然大幅升高，引起压力拉回控制回路动作，功率同样要超调，并且还会引起其他主要参数值波动。
综上所述，CCS2模式下，在煤质波动相对稳定时，控制指标基本满足要求;在煤质波动幅度大且变化快时，负荷最大超调量也可控制在l0MW内。
二、CCS2模式存在的问题
2.1 机组负荷响应速度
因为机组负荷由锅炉控制，不能满足调度对一次调频控制指标的要求，主要表现在功率响应速度慢一些，另外，机组升负荷率也达不到常规煤粉炉的要求，所以，调度下达升降负荷速率指标时，有必要将CFB锅炉和常规煤粉炉区别对待，经实测，300MW CFB锅炉升负荷率基本能达到3MW/min，但达不到调度下达的4MW/min的要求。
2.2 CFB锅炉的防磨
一次风从锅炉布风板底部进入炉膛，因此对锅炉燃烧影响特别大。为加快负荷响应速度，曾尝试用改变一次风量来进行控制，即在机组负荷大于设定值时，减小一次风量，以减弱燃烧，达到快速降负荷的目的；在机组负荷小于设定值时，增加一次风量，以增强燃烧，达到快速加负荷的目的。这样修改后确实能加快负荷响应速度，但因为CFB锅炉存在受热面磨损的问题，频繁改变一次风量，将加快锅炉的磨损，其结果很可能是得不偿失，所以最后去掉了这个功能。锅炉其他自动控制方案中也应尽可能采用一些手段来减轻对锅炉受热面的磨损。
三、结语
在相对较低的负荷时（112-240MW），为满足电网需要，可使用CCS1,此时可将压力拉回控制回路取消；高负荷时（超过240MW），为保证整个机组稳定运行，最好使用CCS2。
虽然CCS2能克服煤质大幅波动的恶劣工况，但也只能是基本可用。要真正提高CCS的调节品质，燃煤来源广泛的电厂需要增加混煤设施，尽量保证燃煤煤质稳定。另外，选择业绩良好的碎煤机，保证燃煤粒径满足设计要求，使燃煤在炉内良好燃烧，也能在一定程度上提高CCS的调节品质。
