智能控制在火電廠熱工自動化中的應用研究

［關鍵詞］智能控制；火電廠；熱工；自動化

［中圖分類號］TM621 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）11–0024–03

熱工自動化指的是采用計算機系統(tǒng)及各種儀表與裝置，對火電廠的熱力生產(chǎn)過程進行監(jiān)控，以確保其高效、經(jīng)濟、安全運行。智能控制是一種控制方式，指的是可以模擬人類的智能行為，借助感知、記憶、學習等能力對復雜問題進行處理與決策。火電廠熱工自動化對控制方式的要求較高，應用智能控制技術具有可行性。

1智能控制技術

1.1模糊控制

模糊控制是常用的智能控制技術之一，其最初應用在蒸汽機控制領域。隨著科學技術的迅速發(fā)展，模糊控制技術不斷進步、完善，其應用范圍也在不斷擴大。模糊控制技術是對人的思維方式進行模仿，采取模糊推理方式，來實現(xiàn)對復雜系統(tǒng)的有效控制。模糊控制技術是以模糊推理為基本原則，采用模糊語言、模糊數(shù)學兩種表達形式，借助計算機系統(tǒng)，來實現(xiàn)模糊控制。模糊控制系統(tǒng)有著相對完整的循環(huán)控制結構，其具有下述幾項特征：①推理過程模仿人的思維方式處理控制問題，對數(shù)據(jù)精度要求不高，在復雜系統(tǒng)控制領域有著良好的應用價值；②無需建設高精準度的數(shù)學模型，憑借相關操作數(shù)據(jù)或操作人員的經(jīng)驗便可以進行控制；③模糊控制技術有著較好的魯棒性，可解決傳統(tǒng)控制方式無法解決的時變系統(tǒng)、時滯系統(tǒng)及非線性系統(tǒng)的控制問題。

1.2神經(jīng)網(wǎng)絡控制

神經(jīng)網(wǎng)絡控制主要是模擬人腦神經(jīng)元來實現(xiàn)控制，根據(jù)神經(jīng)元的傳導方式，將數(shù)據(jù)信息有效聯(lián)系起來，并對數(shù)據(jù)信息進行傳播。神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術可根據(jù)神經(jīng)元的聯(lián)絡、權值分布等情況，建立神經(jīng)網(wǎng)絡模型，采取直接、間接的校正控制、預測控制實現(xiàn)系統(tǒng)智能控制目標。該模型為非線性模型，只需確保該模型的合理性、科學性，便可以有效解決各種非線性問題，得到理想的控制效果。

神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術可以同時對多項數(shù)據(jù)信息進行控制，這就意味著在火電廠熱工自動化系統(tǒng)中實際應用神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術時，可實現(xiàn)對輸入、輸出等信號的同步控制，容錯率相對較高，有利于提升系統(tǒng)控制的效率。此外，神經(jīng)網(wǎng)絡控制具有記憶與存儲功能，可對已經(jīng)處理過的數(shù)據(jù)信息進行自動化記錄，為后續(xù)系統(tǒng)控制提供可靠參考。

1.3專家控制

專家控制是將專家系統(tǒng)理論與技術、控制理論與技術有機結合起來的一種智能控制技術。在實際應用專家控制技術時，主要是模擬專家思維來對系統(tǒng)進行智能化控制。推理結構及專業(yè)數(shù)據(jù)庫是專家控制技術的兩個主要結構，專家控制過程是從專業(yè)數(shù)據(jù)庫中將知識選取出來，再放到推理結構中，根據(jù)某一邏輯原則進行推理，以實現(xiàn)智能控制目標。專家控制技術的主要優(yōu)勢在于：①穩(wěn)定性較好，即便控制條件不佳，如非線性環(huán)境、偏差量大等，也可以保持良好的控制穩(wěn)定性；②靈活性較好，其可自主選擇控制率進行控制，同時可以設置為易控制、可調(diào)整的參數(shù)。

2智能控制在火電廠熱工自動化中的應用策略

2.1汽輪機控制

火電廠熱工自動化中，汽輪機發(fā)揮著重要的作用，為提升汽輪機控制效果，可采取智能控制技術。智能控制技術主要是采取自動化手段，提升對汽輪機的控制水平，確保汽輪機始終保持在最佳運行狀態(tài)，以提升生產(chǎn)效率，并降低能源消耗。智能控制技術可以在汽輪機控制中發(fā)揮下述幾項作用。

（1）用于預測汽輪機的負荷。實際應用智能控制技術時，可以通過分析、處理火電廠集中控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息，來對下一個周期內(nèi)汽輪機的負荷進行預判，并以此為根據(jù)，適當調(diào)整對汽輪機的控制，確保汽輪機負荷的合理性，避免由負荷過低或過高而導致的安全風險或不必要的能源消耗。

（2）用于汽輪機的壓力控制。火電廠熱工自動化中應用智能控制技術，可對汽輪機的壓力參數(shù)進行動態(tài)化監(jiān)測、處理。同時，借助智能控制系統(tǒng)，可以對汽輪機的輸出壓力進行自動化控制、調(diào)整，減少壓力波動引起的能耗及其給系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來的不利影響。

（3）智能化調(diào)整汽輪機控制范圍。借助智能控制技術可實時監(jiān)測、分析汽輪機的運行情況，同時智能控制系統(tǒng)可精確定位、監(jiān)測各部位的運行狀況，在此基礎上對汽輪機進行有效控制，確保其在相應范圍內(nèi)穩(wěn)定、安全運行。

（4）智能控制技術可在汽輪機的運行調(diào)整與故障處理中發(fā)揮積極作用。汽輪機運行過程中應用智能控制技術，可以根據(jù)汽輪機運行狀況、故障狀況、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)等，對汽輪機的運行進行自動化調(diào)整與處理，可以提升故障處理的及時性、準確性，減少安全事故的發(fā)生。

目前，智能控制在汽輪機控制中得到了越來越多的應用，借助自動化技術，可提高汽輪機控制的效果，還有利于節(jié)能降耗。

2.2鍋爐控制

在火電廠的生產(chǎn)運行過程中，鍋爐發(fā)揮著重要的作用，是核心設備之一。為確保火電廠的長期、安全穩(wěn)定運行，必須保障鍋爐始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。但是，鍋爐面臨的工況環(huán)境比較惡劣、多變，鍋爐本身的物力熱性相對復雜，這就給鍋爐控制系統(tǒng)設計提高了難度，傳統(tǒng)控制方式已經(jīng)不符合鍋爐控制逐漸提升的要求。隨著智能控制在火電廠中的廣泛應用，當下火電廠鍋爐控制中也開始應用智能控制技術。傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)等鍋爐控制方式，僅能保障基本操作控制，針對鍋爐多變的工況無法實現(xiàn)有效控制，而在鍋爐控制中應用智能控制，通過有效的技術手段，可提升鍋爐控制效果。例如，可以采取模糊控制手段，對鍋爐控制目標進行模糊化處理，然后在知識庫中通過規(guī)則判斷和推理，選擇相應的控制行動，最終實現(xiàn)鍋爐控制目標。實際應用模糊控制手段時，可以采取模糊化關系、模糊化變量等途徑實現(xiàn)鍋爐控制。也可以采取模型控制手段，即建立鍋爐模型，并對鍋爐模型進行優(yōu)化控制。借助鍋爐模型，可以描述鍋爐內(nèi)的化學反應、質(zhì)量傳遞、傳熱情況等過程，然后采取模型預測的方式實現(xiàn)對鍋爐的有效控制。在鍋爐控制過程中，可以應用模型預測控制、最優(yōu)控制等控制策略。智能控制技術可以在鍋爐控制中發(fā)揮下述幾項作用。

（1）給水全程控制。在鍋爐控制中應用智能控制技術時，可以采取給水全程控制，以確保鍋爐供水的穩(wěn)定性。鍋爐啟動、停止時，給水控制系統(tǒng)通常會發(fā)生明顯的時變性、非線性問題，不能通過數(shù)據(jù)模型進行控制。面對這樣的情況，可采取智能控制技術。例如，可借助多層神經(jīng)網(wǎng)絡的模糊自適應PID 控制器，在鍋爐給水全程控制中，其可以借助神經(jīng)網(wǎng)絡的自學能力在線提取、優(yōu)化模糊控制規(guī)則，優(yōu)化控制器隸屬度函數(shù)，并采取模糊推理的手段實現(xiàn)PID 參數(shù)Ki、Kp 和Kd的在線自整定，有利于提升給水控制系統(tǒng)的可靠性。

（2）燃燒過程控制。鍋爐燃燒系統(tǒng)在熱工自動化中發(fā)揮著重要的作用，其是一種控制復雜、波動較頻繁的系統(tǒng)，為實現(xiàn)對鍋爐燃燒過程的有效控制，可以采取專家控制這一智能控制技術。專家控制主要是利用推理結構開展正向推理，逐次評估數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)信息，鍋爐燃燒過程涉及的數(shù)據(jù)庫包括故障診斷、工況判斷、送風調(diào)節(jié)及煤量調(diào)節(jié)等子集，通過采取模擬控制手段，可以減少不確定性控制問題的出現(xiàn)，有利于提高鍋爐燃燒系統(tǒng)控制的效率及穩(wěn)定性。

（3）過熱氣溫控制。為確保鍋爐的穩(wěn)定、安全運行，必須切實做好過熱氣溫控制。在過熱氣溫控制中，通常是采取冷卻水循環(huán)降溫的方式，但這種控制方式具有時滯性。面對這樣的情況，可采取神經(jīng)網(wǎng)絡控制，以提升系統(tǒng)的抗干擾性能、適應能力，使其能夠對機組參數(shù)進行及時調(diào)整，提高過熱氣溫控制效果。

（4）加藥控制。加藥工作是確保鍋爐系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關鍵，其主要是在鍋爐中投加聯(lián)胺，以及時排除水中的CO₂、O₂，延緩設備的氧化腐蝕。同時，加藥過程中還會添加氨成粉，其可以對水的pH值進行調(diào)整，減少水系統(tǒng)腐蝕。但實踐發(fā)現(xiàn)，加藥數(shù)量會受到鍋爐水蒸發(fā)量的影響，傳統(tǒng)控制方式無法滿足精確控制加藥量的要求，面對這樣的情況，可采取智能控制方式。例如，可以采取模糊控制技術，采取模糊推理方式，實現(xiàn)對復雜系統(tǒng)的有效控制，減少外界因素的影響，提高加藥數(shù)量控制的精確度。

總之，在鍋爐控制中應用智能控制技術，可以提升鍋爐控制效果，減少能源消耗，有利于確保鍋爐的穩(wěn)定、安全運行。

2.3余熱回收利用

火電廠生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生嚴重的環(huán)境污染及巨大的能源消耗。在環(huán)境污染問題與資源短缺問題日益加劇的背景下，節(jié)能減排已經(jīng)成為全社會的共識。火電廠發(fā)展過程中也越來越重視綠色環(huán)保、節(jié)能減排，為此，可以對智能控制技術進行有效應用，實現(xiàn)余熱回收利用，提升綠色環(huán)保水平。

在火電廠熱工自動化中，余熱回收利用是智能控制發(fā)揮重要作用的領域之一。在余熱回收階段，應用智能控制技術，可以準確捕捉余熱；在余熱利用階段，應用智能控制技術，可以及時利用余熱，包括預熱新鮮空氣等，從而減少余熱對生態(tài)環(huán)境造成的不利影響。此外，對余熱進行回收利用，還可以為火電廠熱工自動化提供更多的能源。

總之，在余熱回收利用領域有效應用智能控制技術，可以為熱工自動化系統(tǒng)提供能源支持，確保其運行效率，還有利于節(jié)能、環(huán)保，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。通過對智能控制技術進行科學運用，可以提高火電廠的經(jīng)濟效益與環(huán)保效益。

2.4煙氣脫硫

在火電廠生產(chǎn)過程中，煙氣脫硫是污染物排放的關鍵環(huán)節(jié)，實現(xiàn)對煙氣脫硫的有效控制，具有重要的意義。但傳統(tǒng)控制方式下，煙氣脫硫系統(tǒng)具有操作復雜、效率較低、維護難度較大、能耗較高等問題。為此，應積極研究智能控制技術在火電廠煙氣脫硫系統(tǒng)中的應用策略，以提升對煙氣脫硫系統(tǒng)的控制效果。智能控制技術可以在煙氣脫硫中發(fā)揮下述幾項作用。

（1）智能噴淋控制。在煙氣脫硫中，智能噴淋控制是智能控制的主要應用途徑之一，其可以對煙道內(nèi)脫硫劑的噴淋情況進行實時監(jiān)測，明確脫硫劑噴淋的均勻度，并通過對噴淋位置、強度進行適當調(diào)整，來達到減少噴淋劑的不必要消耗、優(yōu)化脫硫效果的目的。同時，根據(jù)燃燒條件及脫硫效果的變化情況，智能噴淋控制能夠對噴淋頻次、噴淋量進行智能調(diào)控，有利于實現(xiàn)整體脫硫效率的提升。

（2）智能灰斗排渣控制。在煙氣脫硫中應用智能控制技術時，還可以實現(xiàn)智能灰斗排渣控制，其主要作用是解決灰斗排渣周期問題。傳統(tǒng)控制方式下，灰斗排渣存在清灰量不精確、周期不穩(wěn)定等缺陷，而應用智能控制技術之后，可以會灰斗數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測，并以此為根據(jù)對清灰量、排渣周期進行動態(tài)化調(diào)整，從而實現(xiàn)清灰效果的提升。

總之，在煙氣脫硫中應用智能控制技術，可以提升煙氣脫硫系統(tǒng)的運行效率，提升脫硫效果，還有利于節(jié)約資源，降低成本，提升環(huán)保效益。

3結束語

智能控制技術主要包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制及專家控制這3種類型，每種智能控制技術都有各自的優(yōu)點、缺點及適用范圍，在實踐中應結合實際對智能控制技術進行靈活選擇。但每種智能控制技術單獨使用均可能存在缺陷，必要情況下可聯(lián)合應用多種智能控制技術，發(fā)揮協(xié)同作用，提升技術應用價值。在火電廠熱工自動化中，可以將智能控制技術應用在汽輪機控制、鍋爐控制、余熱回收利用及煙氣脫硫等領域，充分發(fā)揮智能控制技術的優(yōu)勢，提升系統(tǒng)控制效果，同時還可以起到節(jié)能減排的作用，有利于促進火電廠的健康持續(xù)發(fā)展。隨著科學技術的迅速發(fā)展，智能控制技術也會不斷優(yōu)化、完善，未來能夠在火電廠得到更廣泛的應用，更好地提升火電廠生產(chǎn)的自動化、智能化水平。