（阜新金山煤矸石热电有限公司 辽宁阜新 123000）
摘要：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。因此，有必要加强火电厂锅炉主汽温度控制策略的研究，以此提高锅炉的安全性，保证电能顺利的供给广大用户。
关键词：火电厂；锅炉；主汽温度；控制策略
1引起火电厂锅炉主蒸汽温度变化的因素
1.1主蒸汽压力的变化
主蒸汽压力对于过热汽温的控制主要是通过蒸汽比热容和工质焓升分配的改变而实现的，通常情况下压力的大小会对热蒸汽的比热容产生影响，而低压下饱和温度与额定汽温的差值越大，其过热汽总焓升就越小。
1.2锅炉负荷的变化
锅炉运行中负荷是经常变化的，过热汽温也会随之变化。对于不同型号的过热器，其汽温随锅炉负荷变化的特性也不相同。辐射过热器的汽温变化特性是负荷增加时汽温降低。负荷减少时汽温升高。对流过热器的汽温变化特性是负荷增加时汽温升高，负荷减少时汽温降低。而半辐射过热器汽温随锅炉负荷变化比较平稳。现代高压或超高压锅炉都采用联合式过热器，即整个过热器由若干级辐射、半辐射和对流过热器组成。对于联合式过热器，当锅炉负荷变化时，对过热器出口汽温变化特性的最终影响结果，应视联合过热器本身的温度特性表现为对流特性或辐射特性而定。我国多数锅炉采用的联合过热器中，主要是由受热面积较小的辐射、半辐射过热器和受热面积较大的对流过执器串联组成。同时，由于受结渣条件的限制，进入过热器的烟气温度不可能太高，所以联合过热器的汽温特性一般仍偏近于对流过热器。
1.3炉膛火焰中心位置的影响
炉膛火焰中心位置的变化会导致炉膛出口烟温度发生变化，并且中心位置越往上移动，其出口烟温会越高。通常在锅炉运行阶段，引起火焰中心位置温度出现变化的原因比较多，归纳起来主要包括以下几个方面：一是煤质。煤质的好坏将会决定火焰燃烧的中心位置，其中的影响因素主要包括水分、发热量、挥发性和煤粉细度等。对于煤质比较差的煤而言，其燃烧比较慢，这样不仅会降低煤的发热量，而且还会导致火焰中心位置向上移动。二是燃烧器运行方式。燃烧器的负荷分配方式会对火焰中心位置的变化产生影响，而且对于多层燃烧器而言，如果投上层时，会提高火焰的中心位置。反之，会使火焰的中心位置下移。
1.4饱和蒸汽湿度的变化
正常工况下饱和蒸汽的湿度一般变化很小，但当工况变动，尤其是水位过高锅炉负荷突然增加，以及因炉水品质恶化而发生汽水共腾时，将会使饱和蒸汽的带水量即饱和蒸汽的湿度大大增加。由于增加的水分在过热器中汽化要多吸收热量，在燃烧工况不变的情况下，用于使干饱和蒸汽过热的热量相应减少，因而将使热蒸汽温度下降。当饱和蒸汽大量带水，将造成过热汽温急剧下降。
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2火电厂锅炉主汽温度控制策略
2.1经典控制理论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现代控制理论上的主汽温度控制方法
现代控制理论从理论上解决了系统的可控性、可观测性及许多复杂系统的控制问题，但是在工程实现方面却面临着一些难以解决的问题。基于现代控制理论的主汽温度控制方法有：一是自适应控制。无模型自适应控制（MFAC）有良好的参数适应性，它对非线性、大迟滞对象有很好的控制，因此主回路采用MFAC控制器，以克服对象的大迟延、大惯性和模型的不确定性。二是预测控制。基于动态矩阵控制（DMC）预测的对模型无先验知识的要求的特点，能实现对系统的优化控制，能直接处理带有纯滞后的对象，对大惯性有较强的适应能力，从而有良好的跟踪性能和较强的鲁棒性。三是状态变量控制。状态变量控制采用的是状态空间法来分析系统，这是一种有效的动态特性补偿技术。在保持控制系统稳定性的前提下，该方法可以加快喷水调节阀的动作速度，有效减少汽温的最大动态偏差，对过热汽温这类有较大容积延迟的控制对象特别适用。
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
专家控制已经逐渐演变成比较系统的控制体系，并且具备了丰富的专业知识，其一般是借助人工智能技术，并以专家所提供的相关领域经验为基础，对主汽温度的相关控制方法进行推理和判断，并提出最优的控制方法。随着相关技术的发展，计算机程序完全可以模拟人类专家来完成相关决策，同时还能完成一些专家所不能解决的问题。如今，专家控制系统主要有控制规则库、信息获取器、推理机以及输出处理器等组成。
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
人工智能化是模糊控制中最为突出的特点，其完全需要对精确数学模型进行控制，能够更好地适应过程参数的变化。但是，实际应用中仅仅依靠模糊规则很难实现对主汽温度的有效控制，加之模糊控制过程存在一定的缺陷，而且控制的精度不高、稳定性比较差，从而导致模糊控制很难避免系统出现稳定误差。混合型模糊PID系统将模糊控制与串级控制有机结合起来，并且融合他们的诸多优势，能够从根本上解决火电厂锅炉蒸汽系统中快速性与超调量间的矛盾，进而提高机组的发电效率。
3结束语
综上所述，锅炉主汽温度控制，是一项复杂的控制系统。人们一直都在不停地探索更为精准和高效的控制手段，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。尤其是智能控制，在理论上取得较好的研究成果。虽然尚存在一些不足之处，还不能运用于工程实践中，但是随着实验研究的进一步挖掘，必然在以后能取得长足的发展空间。
参考文献
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[2]火电厂锅炉主汽温智能PID控制研究[J].姜东旭.中国电力教育.2013（08）
[3]火电厂锅炉运行的经济型研究[J].任海彬.科技风.2014（08）
论文作者:王磊
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/18
标签：锅炉论文; 蒸汽论文; 温度论文; 火电厂论文; 负荷论文; 方法论文; 过热器论文; 《电力设备》2017年第31期论文;