摘要：现阶段，母管制设计能够保证热网和电网的运行稳定，多台机组与多台锅炉之间相互配合，但是在实施的过程中有一定难度，其中炉机负荷分配运算与协调控制是非常有必要的，因此本文主要对母管制机组的炉机负荷分配运算与协调控制进行分析，希望对相关人士有所帮助。
关键词：母管制机组；炉机负荷；分配运算；协调控制
一、前言
近些年来，在我国很多大型工业企业都建设了自备电站，以热电联产供热发电机组为主，但是因为很多锅炉与汽机之间都是依靠母管制进行连接的，且目前国外很多国家越来越关注环保，在我国北方取暖供热逐步改为由整个城市供热机组取代了原有的一个单位或者一个住家大院一台的小锅炉供热，这些供热发电机组绝大部分都是母管制机组，尽管母管制机组与单元制机组的锅炉汽机发电机有着密切的连接，但是要想提高运行效率和经济效益，一定要做好炉机负荷分配运算与协调控制，只有这样才能确保电力行业的可持续发展。
二、母管制机组优化控制的主要内容
1、在母管中总的供热负荷
按如下方法确定 ΣRge=Rge1+Rge1+Rge1+⋯. Rgen单台锅炉的热负荷在整个热网中的权重比按如下方法确定：Rge=Rgen/ΣRge负荷分配的灵活性考量，考虑设备状态发生变化；考虑运行 人员对运行方式的调整和进行干预；增加操作员偏置设定控制方式。
2、基准母管压力的确定
母管压力是表征热网中供热负荷与用热负荷是否处于相对平衡状态的特征参数；当热网中供热负荷与用热负荷处于一种相对平衡状态时，我们将此时的热网母管压力定义为基准母管压力；维持热网运行的稳定性，使热网供热负荷与用热负荷达到一 种相对平衡态。同时提高热网运行的经济性，热网母管压力过低，可能降低蒸汽品质，热网母管压力过高，浪费资源，成本提高。当锅炉母管上并列运行的锅炉太多，例如并列运行的锅炉数量3台；或锅炉母管的长度超过80米的话，一般情况下，锅炉母 管两端的压力是不相同的，所以在设定锅炉母管基准压力时，应该注意要分段设置。每台锅炉出口到锅炉母管的管道距离、截止阀、流量喷嘴的 安装位置是不同的，那么产生的压降也是不同的。也就是说从锅炉出口到热网母管有一定的压损，而每台锅炉的压损也是不同的。当实际锅炉母管的热网压力等于基准母管压力时，也就是说热网上的供热负荷与用热负荷达到了一种相对的平衡态时，则各台锅炉的实际锅炉出口压力即是该台锅炉的主汽压力设定点。
三、母管制机组锅炉和汽机的负荷分配运算及协调控制
1、燃料量可调节的母管制机组控制
一般的母管制机组，母管压力变化时，大都是采用 调节某台锅炉的燃料量来调节主蒸汽母管压力。此时，主要是考虑外界用汽量和发电量的要求，锅炉的运行只是被动地处于跟随方式。也就是炉机之间的协调关系为典型的“炉跟机”方式。而此时首先要考虑的显然锅炉的负荷分配的计算。
如某热电厂共有3 台 220t/h 锅炉、2 台50MW 汽轮 发电机组，其炉机运行方式为以供热为主发电为辅的 母管制运行方式。被控量：主蒸汽母管压力；调节量：某一台或某两台（当负荷变化范围大于50%单台锅炉负荷时，考虑两台炉参加调节）锅炉给煤量。
负荷分配原则：若1#炉（220t/h）带满负荷运行，2#炉（220t/h）带 90%负荷（约 200t/h），3#炉（220t/h）带 80%负荷（约 180t/h）；则第一，若外界负荷要求 负荷改变量 <40t/h（假定220t/h 锅炉的最低稳燃负荷为75%MCR），负荷调节只须分配给1台锅炉（2#炉即可），接受到负荷分配的锅炉将命令下达至自己的燃料量控制系统。
第二，若外界负荷要求负荷改变量>40t/h，负荷调 节则须分配给2台锅炉（2#，3#均参加负荷调节），负荷分配可采用平均分配的原则将指令下达给2台炉。
2、燃料量不可调节的母管制机组控制
以某钢铁集团的自备电站共有4台 220t/h 高炉煤气燃气锅炉、3台60MW汽轮发电机组为例进行分析。对于钢铁集团热电厂燃气锅炉而言，燃气燃料取决于炼钢生产的工况。当炼钢车间送过来的煤气量改变时，必然影响热电机组的运行工况。而运行的要求是以环保为重要 目的就是将炼钢所产生的煤气燃尽为控制目标的。所以其控制手段与一般的燃料系统控制不同。机组的燃料系统可通过各台机组尽可能在维持不停炉的前提下，即维持锅炉在最低稳燃负荷的情况下运行（煤气锅炉的最低稳燃负荷大约为50%额定负荷）。所以锅炉出口主蒸汽压力参数的控制不是通过调节燃料来实现的，而是通过调节汽机进汽阀门的开度来实现的。也即采用的是所谓的“机跟炉”的运行方 式进行控制的。所以，这时不仅要考虑锅炉负荷的分配运算，还应进行汽机负荷分配计算，才能真正意义上 做到机跟炉运行与控制。
（1）锅炉负荷分配计算
当煤气燃料量改变后，必然会通过煤气流量参数 值或煤气压力参数值的改变显示出来。因此，燃料系统的控制是通过调节煤气进气阀门的开度来控制煤气 进气压力来控制燃烧状态，达到控制锅炉主蒸汽压力的目的。其控制方案如图1所示。
图1 母管制机组锅炉负荷分配运算结构图
考虑到 4 台以上锅炉为母管制运行方式，而实际炼钢所产生的实际煤气量一般都是低于热电机组总燃 气用气量，所以实际运行过程中，还应考虑在煤气供应 不足时，尽可能减少机组的启停操作，可在控制程序中 考虑煤气热负荷的分配运算。当钢铁总厂调度中心调拨给热电厂的煤气量改变 时，锅炉负荷分配的基本原则可设计为：当煤气量增加时，原则上考虑开大负荷最低的锅 炉煤气进气阀门开度，从而达到增加负荷最低的那一 台锅炉的煤气进气量；当煤气量减少时，原则上考虑关小负荷最高的锅 炉煤气进气阀门开度，从而达到减小负荷最高的那一 台锅炉的煤气进气量。所以，对于锅炉负荷分配的计算，还应对各台锅炉 负荷实际测量值比较运算进行排序后，再具体决定是 哪一台或哪几台锅炉负荷需要进行调节。
（2）汽机负荷分配计算
由于主蒸汽压力参数的控制不是通过调节燃料来实现的，而是通过调节汽机进汽阀门的开度来实现的，也即采用的是“机跟炉”的运行方式进行控制的特殊情况，。
基本设计原则为：当主蒸汽母管压力低时，原则上考虑关小负荷最 高的汽机进汽阀门开度，从而达到减少负荷最高的那一台汽机的进汽量；当主蒸汽母管压力高时，原则上考虑开大负荷最低的汽机进汽阀门开度，从而达到增加负荷最低的那一台汽机的进汽量。
所以，对于汽机负荷分配的计算，首先要对各台汽机负荷实际测量值比较运算进行排序后，再具体决定是哪一台或哪几台汽机负荷需要进行调节。
（3）炉机协调控制系统
炉机协调控制系统中母管制机组锅炉运行只能根据燃料量的 分配进行运行，所以要在系统中的内回路引入煤气压力信号，将其只是作为副反馈信号，目的是考虑在煤气进气阀门 开度调节过程中，出现阀门开度变化过快，或造成进气 流速低于燃烧速度，防止发生回火现象，最终损坏烧嘴；或造成进气流速过快使得着火距离远离烧嘴致使 快速流入的煤气不能立即燃烧。所以，这里引入的煤气压力信号代表的是煤气流速信号。而此时母管制机组运行只能采用“机跟炉”的方式进行运行，所以主蒸汽母管压力的控制是通过调节某台汽机的进汽阀门的开度来控制的。
四、结束语
综上所述，如果将整个母管制的锅炉当作被控对象，就要要综合考虑发电机和所有K台锅炉间协调控制，并且做好炉机负荷分配运算，只有这样才能确保锅炉和汽机的正常运行。
参考文献：
[1]《机组运行规程》.企业内部资料.2010.
[2]吴中芳.基于DSP的锅炉控制系统的研究[D].太原科技大学，2013（11）：45-46.
论文作者:王亚东
论文发表刊物:《基层建设》2018年第25期
论文发表时间:2018/9/18
标签：负荷论文; 锅炉论文; 机组论文; 汽机论文; 煤气论文; 压力论文; 管制论文; 《基层建设》2018年第25期论文;