火電廠鍋爐主汽溫度控制方法探討

趙志江 卜佳男

（哈爾濱電站設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究所，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 影響主汽溫度變化的因素分析

1.1 煙氣側(cè)的主要影響因素

1.1.1 燃料性質(zhì)變化

當(dāng)燃煤的揮發(fā)分降低，含碳量增加或煤粉變粗時(shí)，由于煤粉在爐膛中所需時(shí)間增長(zhǎng)，火焰中心上移，爐膛出口煙溫升高，則將使汽溫升高。燃煤的水份蒸發(fā)吸收爐內(nèi)熱量，使?fàn)t膛溫度降低，爐膛輻射傳熱量減少。為保證蒸發(fā)量，燃料量必然增加，同時(shí)水份蒸發(fā)也使煙氣體積增大，煙氣流速增加，使對(duì)流過(guò)熱器吸熱量增加，汽溫升高，而輻射過(guò)熱器的汽溫則降低。

風(fēng)量的變化。爐內(nèi)過(guò)?？諝饬吭黾訒r(shí)，由于低溫空氣的吸熱將使?fàn)t膛溫度降低輻射傳熱減弱，爐膛出口煙溫升高，同時(shí)過(guò)?？諝饬康脑黾訉⑹沽鹘?jīng)對(duì)流過(guò)熱器的煙氣量增多，煙氣流速增大，使對(duì)流傳熱增強(qiáng)，引起對(duì)流過(guò)熱器的汽溫升高，和輻射過(guò)熱器的汽溫降低。噴燃器運(yùn)行方式改變。

噴燃器運(yùn)行方式改變時(shí)，如噴燃器從上排切換至下排時(shí)汽溫會(huì)下降。

給水溫度變化。當(dāng)給水溫度變化時(shí)將引起爐內(nèi)工質(zhì)焓增變化。為了維持鍋爐蒸發(fā)量不變，則燃料量勢(shì)必要相應(yīng)改變，以適應(yīng)加熱給水所需熱量的變化。由此將造成流經(jīng)對(duì)流過(guò)熱器的煙氣溫度變化和煙氣流速的變化，因而引起汽溫變化。蒸汽側(cè)的主要影響因素鍋爐負(fù)荷的變化。

鍋爐運(yùn)行中負(fù)荷是經(jīng)常變化的，過(guò)熱汽溫也會(huì)隨之變化。對(duì)于不同型式的過(guò)熱器，其汽溫隨鍋爐負(fù)荷變化的特性也不相同。輻射過(guò)熱器的汽溫變化特性是負(fù)荷增加時(shí)汽溫降低。負(fù)荷減少時(shí)汽溫升高。對(duì)流過(guò)熱器的汽溫變化特性是負(fù)荷增加時(shí)汽溫升高，負(fù)荷減少時(shí)汽溫降低。而半輻射過(guò)熱器汽溫隨鍋爐負(fù)荷變化比較平穩(wěn)?，F(xiàn)代高壓或超高壓鍋爐都采用聯(lián)合式過(guò)熱器，即整個(gè)過(guò)熱器由若干級(jí)輻射、半輻射和對(duì)流過(guò)熱器組成。對(duì)于聯(lián)合式過(guò)熱器，當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化時(shí)，對(duì)過(guò)熱器出口汽溫變化特性的最終影響結(jié)果，應(yīng)視聯(lián)合過(guò)熱器本身的溫度特性表現(xiàn)為對(duì)流特性或輻射特性而定。我國(guó)多數(shù)鍋爐采用的聯(lián)合過(guò)熱器中，主要是由受熱面積較小的輻射、半輻射過(guò)熱器和受熱面積較大的對(duì)流過(guò)執(zhí)器串聯(lián)組成。同時(shí)，由于受結(jié)渣條件的限制，進(jìn)入過(guò)熱器的煙氣溫度不可能太高，所以聯(lián)合過(guò)熱器的汽溫特性一般仍偏近于對(duì)流過(guò)熱器。

飽和蒸汽濕度的變化。正常工況下飽和蒸汽的濕度一般變化很小，但當(dāng)工況變動(dòng)，尤其是水位過(guò)高鍋爐負(fù)荷突然增加，以及因爐水品質(zhì)惡化而發(fā)生汽水共騰時(shí)，將會(huì)使飽和蒸汽的帶水量即飽和蒸汽的濕度大大增加。由于增加的水分在過(guò)熱器中汽化要多吸收熱量，在燃燒工況不變的情況下，用于使干飽和蒸汽過(guò)熱的熱量相應(yīng)減少，因而將使熱蒸汽溫度下降。當(dāng)飽和蒸汽大量帶水，將造成過(guò)熱汽溫急劇下降。

2 主汽溫度的控制方法

2.1 經(jīng)典控制理論基礎(chǔ)上的主汽溫度控制方法

常規(guī)PID控制是目前被普遍采用的一種方法，但是由于其自身存在的缺點(diǎn)和不足之處使其難以建立起精確的數(shù)學(xué)模型，僅僅依靠PID控制。所以，無(wú)論P(yáng)ID參數(shù)如何匹配，也很難使蒸汽溫度適應(yīng)各種擾動(dòng)的變化。

同時(shí)，在運(yùn)行狀況發(fā)生較大變化的情況下，過(guò)熱汽溫對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性以及模型參數(shù)將會(huì)受到明顯影響。常規(guī)PID控制方法獲得的控制效果并不是十分讓人滿意。針對(duì)常規(guī)PID控制的固有缺點(diǎn)，研究人員提出了一系列的改進(jìn)方法，設(shè)置了相應(yīng)的相位補(bǔ)償，前饋補(bǔ)償控制，分段控制等。但是，這些措施的改進(jìn)和出現(xiàn)，還是沒(méi)有從根本上使控制的效果達(dá)到令人滿意的效果。究其原因，它們無(wú)法對(duì)系統(tǒng)的內(nèi)部動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行直接有效地控制。

2.2 以現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)的主汽溫度控制方法

現(xiàn)代控制理論的本質(zhì)為時(shí)域法，它從一定程度上解決了系統(tǒng)的可控性、可觀測(cè)性和穩(wěn)定性以及其他很多復(fù)雜的系統(tǒng)控制問(wèn)題。但是，這種控制方法在工程實(shí)現(xiàn)方面還是存在一定缺陷?；诂F(xiàn)代控制理論的主汽溫度控制方法主要包括狀態(tài)變量控制，預(yù)測(cè)控制，Smith預(yù)估控制，自適應(yīng)控制等。

2.3 智能控制

智能控制作為新興的理論和技術(shù)，是傳統(tǒng)控制方法在理論和實(shí)踐上的進(jìn)一步發(fā)展和探索，是傳統(tǒng)控制發(fā)展到高級(jí)階段的產(chǎn)物，具有其他控制理論所不具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。它可以用來(lái)解決控制對(duì)象參數(shù)在大范圍變化的問(wèn)題，而這些問(wèn)題是傳統(tǒng)的控制方法不能夠解決的。對(duì)于主汽溫度控制來(lái)說(shuō)，有應(yīng)用人工智能、開(kāi)發(fā)專家控制系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和模型控制系統(tǒng)等計(jì)算機(jī)科學(xué)的最新技術(shù)。

2.3.1 專家控制

專家控制系統(tǒng)作為一種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，有著大量的專門知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。主要通過(guò)應(yīng)用人工智能技術(shù)，以一個(gè)或多個(gè)人類專家提供的特殊領(lǐng)域知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，進(jìn)行推理和判斷，模擬人類專家做決策的方式和程序，解決那些需要專家決定的復(fù)雜問(wèn)題。目前，專家系統(tǒng)控制器通常由控制規(guī)則庫(kù)、推理機(jī)、信息獲取器和輸出處理器等組成。

2.3.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的，主要包括強(qiáng)魯棒性、容錯(cuò)性、并行處理、自學(xué)習(xí)、逼近非線性關(guān)系等特點(diǎn)，主要的優(yōu)勢(shì)是用于解決非線性和不確定系統(tǒng)控制方法等各方面的問(wèn)題。并且，這種控制方式還對(duì)非線性的PID進(jìn)行了改造，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID結(jié)合的控制方法，使常規(guī)的PID控制器獲得了令人滿意的性能。單神經(jīng)元模型與常規(guī)PID控制器進(jìn)行了科學(xué)的整合，形成了單神經(jīng)元PID控制器，這種控制器具有極強(qiáng)的自適應(yīng)能力。

2.3.3 模糊控制

模糊控制的突出特點(diǎn)是具有人工智能化，不需要對(duì)對(duì)象過(guò)程的精確數(shù)學(xué)模型進(jìn)行精確了解，便可以對(duì)過(guò)程參數(shù)的變化具有較高的適應(yīng)性。僅僅依靠模糊規(guī)則來(lái)實(shí)現(xiàn)汽溫系統(tǒng)的控制是很難實(shí)現(xiàn)的，加之模糊控制有著固有的缺點(diǎn)，穩(wěn)定性不高、精度不高，這就導(dǎo)致模糊控制難以消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。混合型模糊PID系統(tǒng)將串級(jí)控制與模糊控制的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)地組合起來(lái)，較好的解決了蒸汽系統(tǒng)中系統(tǒng)小的超調(diào)量與系統(tǒng)快速性間的矛盾。

結(jié)語(yǔ)

面對(duì)電廠鍋爐這個(gè)復(fù)雜的控制對(duì)象，人們一直都在不停地探索更為精準(zhǔn)和高效的控制手段，并且致力于尋找一種切實(shí)有效的方法，以保證設(shè)備的使用安全性和系統(tǒng)穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)實(shí)踐和總結(jié)，已經(jīng)從經(jīng)典控制理論發(fā)展到現(xiàn)代控制理論，并且又出現(xiàn)了智能控制方法。有許多智能的控制方法，在理論研究上所取得的效果是良好的。但是。由于工程中實(shí)際存在的問(wèn)題和缺陷，并沒(méi)有在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。所以，大部分仍處于實(shí)驗(yàn)室仿真階段研究，如何使其應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)是一個(gè)重大課題。

[1]王研凱.循環(huán)流化床鍋爐主汽溫度低的原因分析及處理[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2009(6).

[2]呂朝暉，徐光寶，等.淺談提高熱工測(cè)量準(zhǔn)確性與節(jié)能工作的關(guān)系及策略[J].華北電力技術(shù)，2009(9).

[3]馮新龍.鍋爐主蒸汽溫度偏低的現(xiàn)象分析及處理[J].廣東電力，2008(3).