火电厂锅炉主汽温度控制方法探讨

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。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：TU271.1 文献标识码：A

1 影响主汽温度变化的因素分析

1.1 烟气侧的主要影响因素

1.1.1 燃料性质变化

当燃煤的挥发分降低，含碳量增加或煤粉变粗时，由于煤粉在炉膛中所需时间增长，火焰中心上移，炉膛出口烟温升高，则将使汽温升高。燃煤的水份蒸发吸收炉内热量，使炉膛温度降低，炉膛辐射传热量减少。为保证蒸发量，燃料量必然增加，同时水份蒸发也使烟气体积增大，烟气流速增加，使对流过热器吸热量增加，汽温升高，而辐射过热器的汽温则降低。

风量的变化。炉内过剩空气量增加时，由于低温空气的吸热将使炉膛温度降低辐射传热减弱，炉膛出口烟温升高，同时过剩空气量的增加将使流经对流过热器的烟气量增多，烟气流速增大，使对流传热增强，引起对流过热器的汽温升高，和辐射过热器的汽温降低。

喷燃器运行方式改变。

喷燃器运行方式改变时，如喷燃器从上排切换至下排时汽温会下降。

给水温度变化。当给水温度变化时将引起炉内工质焓增变化。为了维持锅炉蒸发量不变，则燃料量势必要相应改变，以适应加热给水所需热量的变化。由此将造成流经对流过热器的烟气温度变化和烟气流速的变化，因而引起汽温变化。蒸汽侧的主要影响因素

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。对于不同型式的过热器，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。

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。

2 主汽温度的控制方法

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。

结语

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

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