火電廠鍋爐主汽溫度控制方法探討

趙志江 卜佳男

（哈爾濱電站設備成套設計研究所，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 影響主汽溫度變化的因素分析

1.1 煙氣側的主要影響因素

1.1.1 燃料性質變化

當燃煤的揮發分降低，含碳量增加或煤粉變粗時，由于煤粉在爐膛中所需時間增長，火焰中心上移，爐膛出口煙溫升高，則將使汽溫升高。燃煤的水份蒸發吸收爐內熱量，使爐膛溫度降低，爐膛輻射傳熱量減少。為保證蒸發量，燃料量必然增加，同時水份蒸發也使煙氣體積增大，煙氣流速增加，使對流過熱器吸熱量增加，汽溫升高，而輻射過熱器的汽溫則降低。

風量的變化。爐內過剩空氣量增加時，由于低溫空氣的吸熱將使爐膛溫度降低輻射傳熱減弱，爐膛出口煙溫升高，同時過剩空氣量的增加將使流經對流過熱器的煙氣量增多，煙氣流速增大，使對流傳熱增強，引起對流過熱器的汽溫升高，和輻射過熱器的汽溫降低。噴燃器運行方式改變。

噴燃器運行方式改變時，如噴燃器從上排切換至下排時汽溫會下降。

給水溫度變化。當給水溫度變化時將引起爐內工質焓增變化。為了維持鍋爐蒸發量不變，則燃料量勢必要相應改變，以適應加熱給水所需熱量的變化。由此將造成流經對流過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。蒸汽側的主要影響因素鍋爐負荷的變化。

鍋爐運行中負荷是經常變化的，過熱汽溫也會隨之變化。對于不同型式的過熱器，其汽溫隨鍋爐負荷變化的特性也不相同。輻射過熱器的汽溫變化特性是負荷增加時汽溫降低。負荷減少時汽溫升高。對流過熱器的汽溫變化特性是負荷增加時汽溫升高，負荷減少時汽溫降低。而半輻射過熱器汽溫隨鍋爐負荷變化比較平穩。現代高壓或超高壓鍋爐都采用聯合式過熱器，即整個過熱器由若干級輻射、半輻射和對流過熱器組成。對于聯合式過熱器，當鍋爐負荷變化時，對過熱器出口汽溫變化特性的最終影響結果，應視聯合過熱器本身的溫度特性表現為對流特性或輻射特性而定。我國多數鍋爐采用的聯合過熱器中，主要是由受熱面積較小的輻射、半輻射過熱器和受熱面積較大的對流過執器串聯組成。同時，由于受結渣條件的限制，進入過熱器的煙氣溫度不可能太高，所以聯合過熱器的汽溫特性一般仍偏近于對流過熱器。

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，但當工況變動，尤其是水位過高鍋爐負荷突然增加，以及因爐水品質惡化而發生汽水共騰時，將會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熱的熱量相應減少，因而將使熱蒸汽溫度下降。當飽和蒸汽大量帶水，將造成過熱汽溫急劇下降。

2 主汽溫度的控制方法

2.1 經典控制理論基礎上的主汽溫度控制方法

常規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和不足之處使其難以建立起精確的數學模型，僅僅依靠PID控制。所以，無論PID參數如何匹配，也很難使蒸汽溫度適應各種擾動的變化。

同時，在運行狀況發生較大變化的情況下，過熱汽溫對象的動態特性以及模型參數將會受到明顯影響。常規PID控制方法獲得的控制效果并不是十分讓人滿意。針對常規PID控制的固有缺點，研究人員提出了一系列的改進方法，設置了相應的相位補償，前饋補償控制，分段控制等。但是，這些措施的改進和出現，還是沒有從根本上使控制的效果達到令人滿意的效果。究其原因，它們無法對系統的內部動態參數進行直接有效地控制。

2.2 以現代控制理論為基礎的主汽溫度控制方法

現代控制理論的本質為時域法，它從一定程度上解決了系統的可控性、可觀測性和穩定性以及其他很多復雜的系統控制問題。但是，這種控制方法在工程實現方面還是存在一定缺陷。基于現代控制理論的主汽溫度控制方法主要包括狀態變量控制，預測控制，Smith預估控制，自適應控制等。

2.3 智能控制

智能控制作為新興的理論和技術，是傳統控制方法在理論和實踐上的進一步發展和探索，是傳統控制發展到高級階段的產物，具有其他控制理論所不具有的獨特優勢。它可以用來解決控制對象參數在大范圍變化的問題，而這些問題是傳統的控制方法不能夠解決的。對于主汽溫度控制來說，有應用人工智能、開發專家控制系統、人工神經網絡控制系統和模型控制系統等計算機科學的最新技術。

2.3.1 專家控制

專家控制系統作為一種先進的計算機程序系統，有著大量的專門知識和經驗。主要通過應用人工智能技術，以一個或多個人類專家提供的特殊領域知識和經驗為基礎，進行推理和判斷，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雜問題。目前，專家系統控制器通常由控制規則庫、推理機、信息獲取器和輸出處理器等組成。

2.3.2 人工神經網絡控制

神經網絡的優點是很明顯的，主要包括強魯棒性、容錯性、并行處理、自學習、逼近非線性關系等特點，主要的優勢是用于解決非線性和不確定系統控制方法等各方面的問題。并且，這種控制方式還對非線性的PID進行了改造，采用人工神經網絡與PID結合的控制方法，使常規的PID控制器獲得了令人滿意的性能。單神經元模型與常規PID控制器進行了科學的整合，形成了單神經元PID控制器，這種控制器具有極強的自適應能力。

2.3.3 模糊控制

模糊控制的突出特點是具有人工智能化，不需要對對象過程的精確數學模型進行精確了解，便可以對過程參數的變化具有較高的適應性。僅僅依靠模糊規則來實現汽溫系統的控制是很難實現的，加之模糊控制有著固有的缺點，穩定性不高、精度不高，這就導致模糊控制難以消除系統的穩態誤差。混合型模糊PID系統將串級控制與模糊控制的優點有機地組合起來，較好的解決了蒸汽系統中系統小的超調量與系統快速性間的矛盾。

結語

面對電廠鍋爐這個復雜的控制對象，人們一直都在不停地探索更為精準和高效的控制手段，并且致力于尋找一種切實有效的方法，以保證設備的使用安全性和系統穩定性。經過實踐和總結，已經從經典控制理論發展到現代控制理論，并且又出現了智能控制方法。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。由于工程中實際存在的問題和缺陷，并沒有在實際生產中得到廣泛的應用。所以，大部分仍處于實驗室仿真階段研究，如何使其應用到實際生產是一個重大課題。

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