鋼鐵企業(yè)鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)研究

龍承剛

摘要： 過熱蒸汽溫度是衡量鍋爐是否能夠平穩(wěn)運行的一項指標，也是保證鍋爐設(shè)備安全、高效運行的重要參數(shù)。過熱蒸汽溫度控制的效果決定著設(shè)備的安全運行系數(shù)以及設(shè)備運行效率。本文立足鋼鐵企業(yè)，分析和研究了鋼鐵企業(yè)某生產(chǎn)線鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)，提出了采取串級控制提升控制系統(tǒng)性能的策略，并在系統(tǒng)運行中采用了主控—串級控制的切換裝置，以滿足系統(tǒng)在不同環(huán)境下的正常運行。

關(guān)鍵詞： 鋼鐵企業(yè);過熱蒸汽控制;有效研究

【中圖分類號】TK223 【文獻標識碼】A【文章編號】1674-3733（2020）16-0182-01

蒸汽過熱系統(tǒng)是鋼鐵企業(yè)鍋爐系統(tǒng)運行的基本保障，蒸汽過熱系統(tǒng)可以分為一級過熱器、減溫器和二級過熱器，其應用目的在于保證過熱器處于規(guī)定溫度范圍內(nèi)，如此才能起到保護鍋爐和用戶設(shè)備的安全性。文章立足鋼鐵企業(yè)，著眼于鍋爐過熱蒸汽溫度控制，對文章主題進行深入說明。

1蒸汽過熱系統(tǒng)的控制概述

蒸汽過熱系統(tǒng)是保證蒸汽品質(zhì)的關(guān)鍵部分，必須保證蒸汽溫度處于額定溫度范圍內(nèi)，過高或過低的溫度都會影響鍋爐的正常運行。當蒸汽溫度高于額定氣溫的時候，會直接導致過熱器出現(xiàn)損壞，甚至致使汽輪出現(xiàn)膨脹影響安全運行的現(xiàn)象;如若溫度過低則會直接降低設(shè)備使用效率，而且溫度過低會加劇蒸汽濕度，并最終導致葉片受損。從總體分析來看，影響過熱蒸汽溫度的因素有很多：過熱器是兼容性強、延遲大的工作環(huán)節(jié)，如若設(shè)備設(shè)計和控制要求出現(xiàn)沖突，則會引起鍋爐給水溫度、燃燒工況等問題。面對不同情況，過熱蒸汽表現(xiàn)的動態(tài)特點也呈現(xiàn)了極大的不同，所以必須做好過熱蒸汽溫度的控制：一，將過熱器出口氣溫穩(wěn)定在額定范圍內(nèi)，保證蒸汽品質(zhì);二，保證過熱器壁管溫度在規(guī)定范圍內(nèi)。

2過熱蒸汽溫度控制原理

我國控制理論的迅速發(fā)展推動了智能技術(shù)在鋼鐵企業(yè)的應用。其中模型預測控制、自適應控制等在鍋爐過熱蒸汽控制中得到了廣泛應用。運用這類控制系統(tǒng)的目的在于提升控制系統(tǒng)性能，但在具體應用中并未改善因源頭因素導致的過熱器溫度出現(xiàn)波動的情況。通常情況下，煙氣溫度是影響過熱蒸汽溫度的主要因素，在煙氣溫度的影響下過熱蒸汽溫度出現(xiàn)了一定的延遲，但在減溫水量因素的影響下造成了過熱蒸汽溫度很大的波動，并最終導致過熱蒸汽溫度的延遲。

3鍋爐過熱蒸汽溫度控制方案研究

3.1單回路控制

在鍋爐正常運行中，改變減溫水的流量就是改變出口蒸汽的溫度。立足動態(tài)發(fā)展特征分析來看，這類調(diào)節(jié)方法存在很大的弊端，但因設(shè)備操控簡單在鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)中得到了有效應用。

減溫器可以分為如下兩大形式：一，表面式減溫器;二，噴水式減溫器。在具體安裝中必須注意：減溫器要設(shè)置在蒸汽出口附近處，如此才能保證熱器材料的安全，進而獲得更好的動態(tài)特征。過熱器作為鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的核心操控對象，因管壁金屬容量的加大，會產(chǎn)生一定的熱慣性，而且加之管道長度很長，導致在傳遞中出現(xiàn)了之后的情況。如若采取單回路控制系統(tǒng)，那調(diào)節(jié)器則會直接受到過熱器出口蒸汽溫度的變化，通過調(diào)節(jié)器才能產(chǎn)生動作。在這一控制方式下，無法及時發(fā)發(fā)現(xiàn)存在的擾動情況，也無法采取有效措施來遏制，最終致使蒸汽溫度超出允許的規(guī)定范圍，阻礙鍋爐的安全運行。在鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)中，一般將減溫水量設(shè)定為操作變量，但基于控制通道時間常數(shù)以及滯后性的問題，單回路控制系統(tǒng)無法滿足鋼鐵的正常生產(chǎn)。為此文章提出了采用串級控制系統(tǒng)，以增強過熱蒸汽溫度的品質(zhì)。

3.2串級控制

鍋爐過熱蒸汽溫度串級控制就是將兩個調(diào)節(jié)器串聯(lián)在一起，并各自分工，調(diào)節(jié)器1操控調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)器2直接控制調(diào)節(jié)器1的給定值，由此形成閉環(huán)系統(tǒng)，副調(diào)節(jié)器和減溫器出口的溫度形成閉環(huán)，被稱為副環(huán);主調(diào)節(jié)器和主信號蒸汽溫度構(gòu)成閉環(huán)，被稱之為主環(huán)，主環(huán)包圍副環(huán)。

調(diào)節(jié)器2是主調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器1是副調(diào)節(jié)器。過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)出口的蒸汽溫度調(diào)節(jié)器發(fā)出的信號是用來矯正調(diào)節(jié)器2的給定值。基于串級系統(tǒng)是由兩個調(diào)節(jié)器組成的串接，所以它隸屬于雙回路系統(tǒng)，可以確保被控量在在給定值范圍內(nèi)。通常情況下，主環(huán)對象慣性很大，但工作頻率低，副環(huán)正好和主環(huán)相反。為了從根本上提升系統(tǒng)控制性能，需要明確主副環(huán)的工作頻率，使其保持在3倍之差范圍內(nèi)，防止頻率相近導致共振問題的出現(xiàn)，影響工作的正常開展。串級控制系統(tǒng)就是一個閉合副回路，它替代了原來的對象，改善了原來對象的基本特征。除了解決副環(huán)內(nèi)的擾動外，還有效提升了工作頻率。

基于存在副環(huán)的串級控制，優(yōu)化了對象的基本特性，提升了工作頻率。同時串級系統(tǒng)的主副控制器可以提升系統(tǒng)抗干擾能力，其控制質(zhì)量要由于單回路控制系統(tǒng)。

為了提升鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)品質(zhì)，可以采取串級控制系統(tǒng)，其優(yōu)點如下：第一，基于副回路，減少了對象時間常數(shù)，讓控制更及時;第二，提升工作頻率，將調(diào)節(jié)時間控制在了一定范圍內(nèi)，提升了系統(tǒng)應用速度;第三，克服了二次干擾，提升了一次抗干擾能力。通常情況下，基于實際情況科學、合理設(shè)計的串級控制系統(tǒng)，當干擾從副回路轉(zhuǎn)入的時候，其最大偏差將會控制1/10-1/100之間，即使干擾從主回路進入，最大偏差也會保持在1/3-1/5之間。但如若沒有根據(jù)實際情況有效設(shè)計串級控制系統(tǒng)，其優(yōu)越性能無法得到有效的體現(xiàn)。所以必須基于實際情況，有效設(shè)計串級控制系統(tǒng)。

結(jié)束語：

綜上所述，做好鍋爐過熱蒸汽溫度的有效控制可以提升輸出蒸汽的溫度品質(zhì)，利用串級控制系統(tǒng)可以消除影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行的干擾因素，保持系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。在系統(tǒng)中采取控制儀表可以有效切換主控和串級控制，可以實現(xiàn)不同情況下的控制需求，以保證鍋爐的平穩(wěn)運行。

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