火电厂锅炉主汽温度控制策略

来源:用户上传      作者: 刘志伟,张慧君,刑慧龙,陆启军

　　摘要 锅炉主汽温度控制的形式主要有两种，包括非线性和时变性。火电厂自动控制的难点一直都是大延时和大惯性。本文主要阐述了导致锅炉主汽温度变化的各种不同因素，并且指出了控制的必要性和重要意义。
　　关键词 火电厂；锅炉；主汽温；控制
　　中图分类号TK22 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）58-0032-02
　　0 引言
　　锅炉是火电厂极其重要的基础设备，发挥着重要的作用。主蒸汽温度是锅炉最主要的输出变量之一。主汽温度在确保机组运行的安全性能和稳定性能方面具有极其重要的作用，因为主汽温度具有自动调节的作用，主要是通过维持过热器出口气温的范围，以保持其在正常范围内进行运转。如果该温度过高会造成一些设备的损坏，锅炉受热面以及蒸汽管道金属材料的蠕变速度将会大大加快，这样会降低设备的使用寿命。
　　1 引起主汽温度变化的各种原因及其控制难点
　　在设备运行的过程中，引起汽温变化的因素是多种多样的，在蒸汽侧有主蒸汽流量、给水温度、减温水温度、减温水流量等，在烟气侧有烟气量和燃烧器的投运方式以及受热面的污染状况等，其中烟气量主要包括总风量和燃料量。但是，最为主要的影响因素是主蒸汽流量、烟气量和减温水流量等因素。
　　面对影响因素如此众多的情况，汽温控制的要求是相当严格的，一般要求主蒸汽温度稳定在±5℃的范围内。另外，由于汽温对象的极端复杂性，汽温控制的难度是可想而知的。
　　如果超长时间的高温，会导致过热器损坏并且爆管，在汽机侧还会导致汽轮机的寿命缩短，汽缸、汽阀、前几级喷嘴和叶片、高压缸前轴承等部件都会受到损坏。
　　但是，如果该汽温过低，机组的循环热效率也会随之降低，这将会直接导致使用效率的降低。一般汽温每降低5℃～10℃，效率约降低1 %，同时会引起叶片磨损，这主要是通过汽轮机的最后几集蒸汽温度增加引起的。如果汽温变化过于剧烈，将会引起锅炉和汽轮机等金属管材及部件的疲劳，严重时还会引起汽轮机汽缸和转子的胀差变化。这些温度控制的问题都有可能引发机组的安全问题，也影响到机组工作的效率，所以甚至产生剧烈振动，危及机组的安全，所以火电厂锅炉主汽温度控制策略的科学性和严谨性所发挥的作用是极其重要的。
　　2 主汽温度的控制的主要策略和方法
　　2.1 经典控制理论基础上的主汽温度控制方法
　　常规PID控制是目前被普遍采用的一种方法，但是由于其自身存在的缺点和不足之处使其难以建立起精确的数学模型，仅仅依靠PID控制。所以，无论PID参数如何匹配，也很难使蒸汽温度适应各种扰动的变化。
　　同时，在运行状况发生较大变化的情况下，过热汽温对象的动态特性以及模型参数将会受到明显影响。常规PID控制方法获得的控制效果并不是十分让人满意。针对常规PID控制的固有缺点，研究人员提出了一系列的改进方法，设置了相应的相位补偿，前馈补偿控制，分段控制等。但是，这些措施的改进和出现，还是没有从根本上使控制的效果达到令人满意的效果。究其原因，它们无法对系统的内部动态参数进行直接有效地控制。
　　2.2 以现代控制理论为基础的主汽温度控制方法
　　现代控制理论的本质为时域法，它从一定程度上解决了系统的可控性、可观测性和稳定性以及其他很多复杂的系统控制问题。但是，这种控制方法在工程实现方面还是存在一定缺陷。基于现代控制理论的主汽温度控制方法主要包括状态变量控制，预测控制，Smith预估控制，自适应控制等。
　　2.3 智能控制
　　智能控制作为新兴的理论和技术，是传统控制方法在理论和实践上的进一步发展和探索，是传统控制发展到高级阶段的产物，具有其他控制理论所不具有的独特优势。它可以用来解决控制对象参数在大范围变化的问题，而这些问题是传统的控制方法不能够解决的。对于主汽温度控制来说，有应用人工智能、开发专家控制系统、人工神经网络控制系统和模型控制系统等计算机科学的最新技术。
　　2.3.1 专家控制
　　专家控制系统作为一种先进的计算机程序系统，有着大量的专门知识和经验。主要通过应用人工智能技术，以一个或多个人类专家提供的特殊领域知识和经验为基础，进行推理和判断，模拟人类专家做决策的方式和程序，解决那些需要专家决定的复杂问题。目前，专家系统控制器通常由控制规则库、推理机、信息获取器和输出处理器等组成。
　　2.3.2 人工神经网络控制
　　神经网络的优点是很明显的，主要包括强鲁棒性、容错性、并行处理、自学习、逼近非线性关系等特点，主要的优势是用于解决非线性和不确定系统控制方法等各方面的问题。并且，这种控制方式还对非线性的PID进行了改造，采用人工神经网络与PID结合的控制方法，使常规的PID控制器获得了令人满意的性能。单神经元模型与常规PID控制器进行了科学的整合，形成了单神经元PID控制器，这种控制器具有极强的自适应能力。
　　2.3.3 模糊控制
　　模糊控制的突出特点是具有人工智能化，不需要对对象过程的精确数学模型进行精确了解，便可以对过程参数的变化具有较高的适应性。仅仅依靠模糊规则来实现汽温系统的控制是很难实现的，加之模糊控制有着固有的缺点，稳定性不高、精度不高，这就导致模糊控制难以消除系统的稳态误差。混合型模糊PID系统将串级控制与模糊控制的优点有机地组合起来，较好的解决了蒸汽系统中系统小的超调量与系统快速性间的矛盾。
　　3 结论
　　面对电厂锅炉这个复杂的控制对象，人们一直都在不停地探索更为精准和高效的控制手段，并且致力于寻找一种切实有效的方法，以保证设备的使用安全性和系统稳定性。经过实践和总结，已经从经典控制理论发展到现代控制理论，并且又出现了智能控制方法。有许多智能的控制方法，在理论研究上所取得的效果是良好的。但是。由于工程中实际存在的问题和缺陷，并没有在实际生产中得到广泛的应用。所以，大部分仍处于实验室仿真阶段研究，如何使其应用到实际生产是一个重大课题。
　　参考文献
　　[1]王研凯.循环流化床锅炉主汽温度低的原因分析及处理[J].内蒙古电力技术，2009(6).
　　[2]吕朝晖，徐光宝，等.浅谈提高热工测量准确性与节能工作的关系及策略[J].华北电力技术，2009(9).
　　[3]刘茂省，章勤，等.某电厂锅炉主汽温度偏低问题及解决方法探讨[J].实用节能技术，2011(4).
　　[4]冯新龙.锅炉主蒸汽温度偏低的现象分析及处理[J].广东电力，2008(3).

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