大型火电厂控制系统的介绍
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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
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大型火电厂锅炉－汽轮机组协调控制系统的分析
大型火电厂锅炉-汽轮机组协调控制系统的分析
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。 1. 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。 1.1. 机组与电网需求的协调 机组与电网需求的协调主要是机组最快的响应电网负荷的要求，包括了电 网 AGC 控制和电网一次调频控制两个方面。目前华东电网已实现了电网调 度对电厂机组的负荷调度和一次调频控制。 1.2. 锅炉汽轮机的协调
控制投运，该指示灯亮，表明系统允许接受电网中调信号； ADS ON ：按钮。在 ADS ACK 灯亮时，该按钮可以掀下并变亮，表明系统工
作在电网中调给定负荷的工况下； Ｂ、机组状态组
BLCOK：这是一个状态指示灯，代表了协调系统目前在闭锁状态，当系统检测 到燃料，送引风机达上下限，机组指令达到上下限，出现闭锁状态，此时运行人
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按钮
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锅炉操作主菜单包含了锅炉的操作画面名称，运行人员只要移动球标到 操作画面前的绿框（选择按钮），按下球标左键，就可以调出这幅操作画面。 例如要调出机组指令操作画面，只要将球标移到<机组指令给定>前面的绿框， 按下球标左键，就可以调出如图３－3 所示的机组指令操作画面。 3.2.机组指令操作画面
直接能量平衡系统就是利用 P1*Ps/Pt 仅反映汽机对锅炉能量需求的特 点和（P1+dPd/dt）仅反映燃料变化的特点，实现了机组负荷对燃料的需 求
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。
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。
直接能量平衡控制思想，选用汽机调速级压力（P1）与汽机自动主汽门前 压力（Pt）之比乘以机前压力定值（Ps）作为汽机对锅炉的能量需求（该 信号是直接能量平衡信号 P1*Ps/Pt），该信号以动态前馈及控制指令的形 式控制锅炉的燃料量。直接能量平衡的主要基础在于 P1/PT 代表了汽轮机 调门的开度，在额定参数下，汽机调门开度的变化反映了汽机进汽量的变 化，同样也反应了汽机对锅炉能量需求的变化。机前压力定值 Ps 的改变， 反映了锅炉被控参数对锅炉输入量需求的变化。因此 P1*Ps/Pt 可以反映负 荷对锅炉燃烧的需求量，也可以满足锅炉主汽压力对燃烧的需求量。而当 燃料量发生改变时，由于调速级压力 P1 和机前压力 Pt 对燃料响应的在数 量上和时间上的基本一直性，使 P1/Pt 基本不变，这样 P1*Ps/Pt 就仅仅反 映负荷对锅炉燃烧的需求量，而不反映燃料量的变化。具有作为燃料需求 指令的基本条件。仔细分析还可以看出，在汽机调门维持不变的情况下， P1/Pt 维持一定，改变压力设定值 Ps 即改变了锅炉的燃料指令，从而达到 了控制负荷的目的，也就是说直接能量平衡信号不但适用与定压控制方式， 而且适用与滑压运行方式。
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RUNBACK ON：功能选择按钮，代表 RUNBACK 功能选择，灯亮时代表该功能有
效。需要说明的是只有在协调控制投运时，RUNBACK 功能选择才有效，若机组
发生 RUNBACK 条件：如一台送风机在运行中跳闸，在机组指令操作画面上会出
现 RUNBACK 信息，RUNBACK 信息见表３－２。
机组指令操作画面如图３－3 所示，它具有机组指令显示操作器及中调指令 显示器、功率设定、功率测量、机组指令上限设定、机组指令下限设定、机组 令变化率设定、ADS 方式，机组运行状态及机组控制方式等状态显示及切换按 钮
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图 3-3
3.2.1. 机组指令显示操作器： 操作画面中具有独立的机组指令显示操作器，用以实现运行人员对控制系
统的操作和对机组运行状态的监视。 3.2.2. 中调指令显示器 协调控制系统可接受电网中调的控制指令，电网中调的状态与指令在中调
指令中显示。 3.2.3. 状态指示灯及操作按钮组介绍 机组指令操作画面上还有六个按钮组，每组四个按钮，分别显示系统状 态及方式选择。 Ａ、ADS 方式组（电网中调方式组） ADS AVAIL：状态指示灯，用来显示电网中调对机组 AGC 请求。 ADS FAIL ：状态指示灯。代表了 AGC 的解列信号。 ADS ACK ：状态指示灯，显示系统的运行状态。若系统内无故障，系统协调
在滑压控制方式时，协调控制系统按照系统内设置好的负荷与压力的关系自
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动设定机前压力，控制锅炉燃烧，汽机控制机组负荷。 3.3.4 压力控制器 压力控制器接受滑压控制器发出的压力指令信号和实测的机前压力信号，控制
器的输出给燃料控制器，完成对压力的控制。 3.5 锅炉燃料控制系统 在锅炉燃料控制系统操作画面上具有 DEB 控制器、燃料控制器和五台给煤机 控制器。
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员不能改变机组负荷指令。
BLOCK INC：是一个状态指示灯，对应于方向闭锁，具体指示闭锁加。
BLOCK DEC：是一个状态指示灯，对应于方向闭锁，具体指示闭锁减。
BLOCK ACK：按钮。用于消除 AGC 指令加减至 240MW 时的闭锁，持续按住有
的状态，RB 是主要的故障运行显示状态。
RUNBACK 信息表
FDF RUNBACK
送风机跳闸
AIR RUNBACK
空预器跳闸
IDF RUNBACK
引风机跳闸
MILL RUNBACK
磨煤机跳闸
BRP RUNBACK
两台炉水泵跳闸 BFP RUNBACK
给水泵跳闸
3.3 协调主控操作系统
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C-INT LOCK：交叉联锁指示灯，代表风煤交叉联锁功能，该指示灯亮，代表
风煤交叉联锁功能有效。
Ｅ、控制方式状态组：
这组状态指示灯反映了协调控制系统目前的工作状态及控制方式。
CCS：代表系统目前工作在协调控制方式下。
BFT：代表系统目前工作在锅炉自动调压，汽机手动的控制方式。
TFB：代表系统目前工作在汽机自动调压，锅炉手动的控制方式。
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。 1.3. 锅炉协调
锅炉协调主要考虑锅炉风、水、煤之间的协调。 2. 汽包锅炉机组的协调控制系统
MAN：机组目前工作在手动控制方式。
Ｆ、DEH 状态按钮组：反映了 DEH 目前的控制状态和方式。
PERI DEH：允许 DEH 遥控状态指示灯，代表协调控制系统目前运行状态良好，DEH
可以参加遥控。
DEH：状态指示灯反映了 DEH 工作在遥控方式。此时由协调控制系统控制向 DEH
发出控制指令。
在机组指令显示操作画面中，除正常操作显示功能外，还应能显示机组故障运行
的控制方式、锅炉控制系统的汽机侧的连锁关系。
DEH 控制器的手/自动按钮可以进行手/自动切换，当 DEH 在本机控制时，DEH
控制器处于跟踪状态，T 字符出现。在炉跟机控制方式且炉手动，手动按钮为粉
红色。
当 DEH 控制器自动时，代表汽机在自动控制方式。 3.3.3 滑压控制器
协调控制系统具有滑压和定压两种压力控制方式。
直接能量平衡控制系统的另一个重要特点是采用热量信号（P1+dPd/dt） 作 为 燃 料 的 反 馈 信 号 。 对 于 （ P1+dPd/dt ） 进 行 适 当 的 调 整 ， 可 以 使
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（P1+dPBaidu Nhomakorabea/dt）在调门开度的扰动下，P1 的正微分面积与 dPd/dt 负微分 面积基本相等，使（P1+dPd/dt）在调门开度的扰动下基本不变，而仅反 映燃料的变化。
效。
Ｃ、机组指令给定组
TRACK：状态指示灯。表明机组指令目前处于跟踪方式，机组指令处于跟踪状
态时该灯亮；
MAN ：状态指示灯。表明机组指令目前由运行人员给定；
Ｄ、控制功能选择组：
功能选择按钮键组具有四个有效按钮。
滑压：状态指示灯，控制系统在滑压控制方式，该指示灯亮；
定压：状态指示灯，控制系统在定压控制方式，该指示灯亮；
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协调主控操作系统主要完成了协调控制方式的选择、定/滑压方式选择、协调控
制系统的投入。
3.3.1
功率控制器
功率控制器接受机组指令控制器发出的负荷指令信号和机组的实发功率信
号，控制器的输出给 DEH，完成对汽机的控制。 3.3.2 DEH 控制器
DEH 控制器是协调控制系统与 DEH 系统的控制接口。DEH 操作器显示 DEH 系统
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图 3-5
3.4.2
DEB 控制器
DEB 控制器作为锅炉主控，接受机组主控系统中定压控制器、滑压控制器的输
出，向燃料控制器发出燃料指令。并且显示直接能量平衡信号和热量信号，表
示压力的平衡状态。 3.4.2 燃料控制器 燃料控制器控制进入炉膛的燃料，进入炉膛的燃料具有燃油量和燃煤量，系
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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。
机跟炉为基础的协调控制系统采用的是汽机控压力，锅炉控负荷的运 行方式，这种控制方式由于充分利用了汽机调门动作对压力响应快的特点， 因此能很好的控制机组压力，但由于锅炉的燃烧特性比较慢，因此机组对 负荷的响应比较慢，在系统的设计上为提高锅炉的响应性，将机组指令信 号以前馈和反馈的形式作用到锅炉控制，以加大前馈量的方式提高锅炉对 负荷的响应性。 3. 汽包锅炉机组协调控制系统的示例 3.1. 锅炉操作主菜单 在 DCS 的操作环境中，采用树状结构，协调控制系统的操作画面均从主菜单 中调用。 在锅炉操作环境中按下顶部菜单 CCS 软键，可调出锅炉操作主菜单，锅炉 操作主菜单如图 3-2 所示：
统中已将燃油按照两倍的燃煤折算为燃料量。
在直接能量平衡系统中，利用直吹式制粉系统燃料可测量的特点，直接控制燃
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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。 1. 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。 1.1. 机组与电网需求的协调 机组与电网需求的协调主要是机组最快的响应电网负荷的要求，包括了电 网 AGC 控制和电网一次调频控制两个方面。目前华东电网已实现了电网调 度对电厂机组的负荷调度和一次调频控制。 1.2. 锅炉汽轮机的协调
控制投运，该指示灯亮，表明系统允许接受电网中调信号； ADS ON ：按钮。在 ADS ACK 灯亮时，该按钮可以掀下并变亮，表明系统工
作在电网中调给定负荷的工况下； Ｂ、机组状态组
BLCOK：这是一个状态指示灯，代表了协调系统目前在闭锁状态，当系统检测 到燃料，送引风机达上下限，机组指令达到上下限，出现闭锁状态，此时运行人
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按钮
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锅炉操作主菜单包含了锅炉的操作画面名称，运行人员只要移动球标到 操作画面前的绿框（选择按钮），按下球标左键，就可以调出这幅操作画面。 例如要调出机组指令操作画面，只要将球标移到<机组指令给定>前面的绿框， 按下球标左键，就可以调出如图３－3 所示的机组指令操作画面。 3.2.机组指令操作画面
直接能量平衡系统就是利用 P1*Ps/Pt 仅反映汽机对锅炉能量需求的特 点和（P1+dPd/dt）仅反映燃料变化的特点，实现了机组负荷对燃料的需 求
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。
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。
直接能量平衡控制思想，选用汽机调速级压力（P1）与汽机自动主汽门前 压力（Pt）之比乘以机前压力定值（Ps）作为汽机对锅炉的能量需求（该 信号是直接能量平衡信号 P1*Ps/Pt），该信号以动态前馈及控制指令的形 式控制锅炉的燃料量。直接能量平衡的主要基础在于 P1/PT 代表了汽轮机 调门的开度，在额定参数下，汽机调门开度的变化反映了汽机进汽量的变 化，同样也反应了汽机对锅炉能量需求的变化。机前压力定值 Ps 的改变， 反映了锅炉被控参数对锅炉输入量需求的变化。因此 P1*Ps/Pt 可以反映负 荷对锅炉燃烧的需求量，也可以满足锅炉主汽压力对燃烧的需求量。而当 燃料量发生改变时，由于调速级压力 P1 和机前压力 Pt 对燃料响应的在数 量上和时间上的基本一直性，使 P1/Pt 基本不变，这样 P1*Ps/Pt 就仅仅反 映负荷对锅炉燃烧的需求量，而不反映燃料量的变化。具有作为燃料需求 指令的基本条件。仔细分析还可以看出，在汽机调门维持不变的情况下， P1/Pt 维持一定，改变压力设定值 Ps 即改变了锅炉的燃料指令，从而达到 了控制负荷的目的，也就是说直接能量平衡信号不但适用与定压控制方式， 而且适用与滑压运行方式。
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RUNBACK ON：功能选择按钮，代表 RUNBACK 功能选择，灯亮时代表该功能有
效。需要说明的是只有在协调控制投运时，RUNBACK 功能选择才有效，若机组
发生 RUNBACK 条件：如一台送风机在运行中跳闸，在机组指令操作画面上会出
现 RUNBACK 信息，RUNBACK 信息见表３－２。
机组指令操作画面如图３－3 所示，它具有机组指令显示操作器及中调指令 显示器、功率设定、功率测量、机组指令上限设定、机组指令下限设定、机组 令变化率设定、ADS 方式，机组运行状态及机组控制方式等状态显示及切换按 钮
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图 3-3
3.2.1. 机组指令显示操作器： 操作画面中具有独立的机组指令显示操作器，用以实现运行人员对控制系
统的操作和对机组运行状态的监视。 3.2.2. 中调指令显示器 协调控制系统可接受电网中调的控制指令，电网中调的状态与指令在中调
指令中显示。 3.2.3. 状态指示灯及操作按钮组介绍 机组指令操作画面上还有六个按钮组，每组四个按钮，分别显示系统状 态及方式选择。 Ａ、ADS 方式组（电网中调方式组） ADS AVAIL：状态指示灯，用来显示电网中调对机组 AGC 请求。 ADS FAIL ：状态指示灯。代表了 AGC 的解列信号。 ADS ACK ：状态指示灯，显示系统的运行状态。若系统内无故障，系统协调
在滑压控制方式时，协调控制系统按照系统内设置好的负荷与压力的关系自
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动设定机前压力，控制锅炉燃烧，汽机控制机组负荷。 3.3.4 压力控制器 压力控制器接受滑压控制器发出的压力指令信号和实测的机前压力信号，控制
器的输出给燃料控制器，完成对压力的控制。 3.5 锅炉燃料控制系统 在锅炉燃料控制系统操作画面上具有 DEB 控制器、燃料控制器和五台给煤机 控制器。
5 OF16
大型火电厂锅炉－汽轮机组协调控制系统的分析
员不能改变机组负荷指令。
BLOCK INC：是一个状态指示灯，对应于方向闭锁，具体指示闭锁加。
BLOCK DEC：是一个状态指示灯，对应于方向闭锁，具体指示闭锁减。
BLOCK ACK：按钮。用于消除 AGC 指令加减至 240MW 时的闭锁，持续按住有
的状态，RB 是主要的故障运行显示状态。
RUNBACK 信息表
FDF RUNBACK
送风机跳闸
AIR RUNBACK
空预器跳闸
IDF RUNBACK
引风机跳闸
MILL RUNBACK
磨煤机跳闸
BRP RUNBACK
两台炉水泵跳闸 BFP RUNBACK
给水泵跳闸
3.3 协调主控操作系统
6 OF16
大型火电厂锅炉－汽轮机组协调控制系统的分析
C-INT LOCK：交叉联锁指示灯，代表风煤交叉联锁功能，该指示灯亮，代表
风煤交叉联锁功能有效。
Ｅ、控制方式状态组：
这组状态指示灯反映了协调控制系统目前的工作状态及控制方式。
CCS：代表系统目前工作在协调控制方式下。
BFT：代表系统目前工作在锅炉自动调压，汽机手动的控制方式。
TFB：代表系统目前工作在汽机自动调压，锅炉手动的控制方式。
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。 1.3. 锅炉协调
锅炉协调主要考虑锅炉风、水、煤之间的协调。 2. 汽包锅炉机组的协调控制系统
MAN：机组目前工作在手动控制方式。
Ｆ、DEH 状态按钮组：反映了 DEH 目前的控制状态和方式。
PERI DEH：允许 DEH 遥控状态指示灯，代表协调控制系统目前运行状态良好，DEH
可以参加遥控。
DEH：状态指示灯反映了 DEH 工作在遥控方式。此时由协调控制系统控制向 DEH
发出控制指令。
在机组指令显示操作画面中，除正常操作显示功能外，还应能显示机组故障运行
的控制方式、锅炉控制系统的汽机侧的连锁关系。
DEH 控制器的手/自动按钮可以进行手/自动切换，当 DEH 在本机控制时，DEH
控制器处于跟踪状态，T 字符出现。在炉跟机控制方式且炉手动，手动按钮为粉
红色。
当 DEH 控制器自动时，代表汽机在自动控制方式。 3.3.3 滑压控制器
协调控制系统具有滑压和定压两种压力控制方式。
直接能量平衡控制系统的另一个重要特点是采用热量信号（P1+dPd/dt） 作 为 燃 料 的 反 馈 信 号 。 对 于 （ P1+dPd/dt ） 进 行 适 当 的 调 整 ， 可 以 使
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（P1+dPBaidu Nhomakorabea/dt）在调门开度的扰动下，P1 的正微分面积与 dPd/dt 负微分 面积基本相等，使（P1+dPd/dt）在调门开度的扰动下基本不变，而仅反 映燃料的变化。
效。
Ｃ、机组指令给定组
TRACK：状态指示灯。表明机组指令目前处于跟踪方式，机组指令处于跟踪状
态时该灯亮；
MAN ：状态指示灯。表明机组指令目前由运行人员给定；
Ｄ、控制功能选择组：
功能选择按钮键组具有四个有效按钮。
滑压：状态指示灯，控制系统在滑压控制方式，该指示灯亮；
定压：状态指示灯，控制系统在定压控制方式，该指示灯亮；
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协调主控操作系统主要完成了协调控制方式的选择、定/滑压方式选择、协调控
制系统的投入。
3.3.1
功率控制器
功率控制器接受机组指令控制器发出的负荷指令信号和机组的实发功率信
号，控制器的输出给 DEH，完成对汽机的控制。 3.3.2 DEH 控制器
DEH 控制器是协调控制系统与 DEH 系统的控制接口。DEH 操作器显示 DEH 系统
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DEB 控制器
DEB 控制器作为锅炉主控，接受机组主控系统中定压控制器、滑压控制器的输
出，向燃料控制器发出燃料指令。并且显示直接能量平衡信号和热量信号，表
示压力的平衡状态。 3.4.2 燃料控制器 燃料控制器控制进入炉膛的燃料，进入炉膛的燃料具有燃油量和燃煤量，系
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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。
机跟炉为基础的协调控制系统采用的是汽机控压力，锅炉控负荷的运 行方式，这种控制方式由于充分利用了汽机调门动作对压力响应快的特点， 因此能很好的控制机组压力，但由于锅炉的燃烧特性比较慢，因此机组对 负荷的响应比较慢，在系统的设计上为提高锅炉的响应性，将机组指令信 号以前馈和反馈的形式作用到锅炉控制，以加大前馈量的方式提高锅炉对 负荷的响应性。 3. 汽包锅炉机组协调控制系统的示例 3.1. 锅炉操作主菜单 在 DCS 的操作环境中，采用树状结构，协调控制系统的操作画面均从主菜单 中调用。 在锅炉操作环境中按下顶部菜单 CCS 软键，可调出锅炉操作主菜单，锅炉 操作主菜单如图 3-2 所示：
统中已将燃油按照两倍的燃煤折算为燃料量。
在直接能量平衡系统中，利用直吹式制粉系统燃料可测量的特点，直接控制燃
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