技术与市场 技术研发 ２０１４年第２１卷第ｌ０期 基于火电厂锅炉 主汽温 度控制方法的分析 张 欣 （太重兴业热力公司，山西太原０３００２４） 摘要：随着经济社会的不断发展，人们对电力的需求量随之增加，由此使得电厂不得不对已有的设备进行改革和创新。 锅炉作为电厂发电过程中必不可少的设备，需要对其相关技术进行有效的改进，尤其是对主汽温度的控制。如果能够采 取行之有效的控制方法，不仅有助于相关机组的稳定性和安全性，而且还能提高机组的发电效率。 关键词：火电厂；锅炉主汽温度；控制方法 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—８５５４．２０１４．１０．０４３ Ｏ引言 饱和蒸汽湿度升高。在燃烧工作状况稳定的时候，由于水分需 要在过热器中发生汽化，从而需要吸收更多的热量，导致用于 发电厂的正常运行，需要锅炉各个设备发挥其应有的功 能，然而锅炉作为电厂的重要生产设备，其运行的好坏将会直 接影响电厂的发电效率。而主蒸汽温度又是控制锅炉运行的 关键，因此需要对其潜在的影响因素进行分析，并根据实际情 况采取有效方法进行控制，以此提高锅炉的安全性，保证电能 顺利的供给广大用户。 １ 引起主蒸汽温度变化的主要因素 １．１主蒸汽压力的变化 饱和蒸汽的热量相应减少。当饱和蒸汽带有大量水份时，会导 致饱和蒸汽湿度急剧下降。 １．５加减负荷速率的影响 负荷变动过快会导致锅炉内部气温发生较大的变化，甚至 有可能引起超温现象。在汽轮机跟随方式下，由于空气量和燃 料量的不断增加，会导致过热器吸热量的增加，而且还会引起 压力和蒸汽流量变化的滞后。过热气焓增高会导致蒸汽温度 超出额定值范围。 ２主汽温度控制的有效方法 ２．１ 经典控制理论上的主汽温度控制方法 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给水温度的影响 在火电厂锅炉运行状况发生较大变化时，会对系统的模型 参数和过热气温对象的动态特性产生一定的影响。目前，最实 在锅炉压力不变的情况下，给水温度的高低将会对主蒸汽 压力产生较大的影响，并且当锅炉给水温度比较低时，需要添 加过多的燃料，从而使炉膛内燃料量增加，相应的出口烟温差 和炉内总辐射热也会增加，同时还会增加过热器出口的汽温。 除此之外，传热温差和烟气量的增加也会导致过热器出口汽温 的升高。上述两方面相加在一起则会提升过热汽温，而且气温 升高的幅度比单纯依靠增加锅炉负荷效果要好得多。通常情 用的控制方法是ＰＩＤ控制，但是其自身还存在一定的缺陷和不 足，从而导致数学模型很难精确化，而且只依靠ＰＩＤ控制又无 法实现对相关参数的有效匹配，同时也很难使蒸汽温度随着各 种扰动的变化而变化。常规ＰＩＤ控制方法对于主汽温度控制 取得了比较满意的结果。如今，我国有关方面的研究人员针对 ＰＩＤ控制的缺陷提出了一系列的改进措施，并根据其特点进行 了前馈补偿控制，同时还设置了相应的相位补偿、分段控制等。 但是，这些方面的改进并未取得实际的效果，其原因在于其未 能对系统内部的相关参数进行控制。 ２．２现代控制理论上的主汽温度控制方法 况下，给水温度每降低３℃，则会使过热汽温升高１ ｏＣ左右。 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：①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 虽然在现代控制理论的基础上进行锅炉主汽温度的控制 可以有效地解决系统的可观测性、可控性和稳定性等相对比较 复杂的问题，但是单单依靠现代控制理论并不能从根本上解决 其中存在问题。因为有些控制方法在实际应用过程中还存在 诸多缺陷，如果这些问题无法得到及时、有效地解决，将很难达 到控制要求。如今现代控制理论上的主汽温度控制方法主要 控制等。 ２．３智能控制 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 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 位置向上移动。②燃烧器运行方式。燃烧器的负荷分配方式 包括了预测控制、状态变量控制、白适应控制以及Ｓｍｉｔｈ预估 通过对传统控制理论和方法的不断改革和完善，逐渐形成 了智能控制理论技术，其属于传统控制方法的进一步升级，具 正常情况下，饱和蒸汽湿度变化范围比较小，但是当工作 备其他控制方法所不能比拟的优势。智能控制不仅可以解决 （下转第７１页） 状况发生改变时，尤其是炉水品质恶化或水位过高时，会导致 ６９ 垫查皇里堑 技术研发 ２０１４年第２１卷第１Ｏ期 采区域采后沉陷区变成地表水的积聚盆地，为大气降水提供了 ３）综合治理小煤矿集中开采区，防止地表水大量下泄。对 良好的下泄通道。②地表沉陷形成盆地使得井田地面积水增 关闭井的井口要填实，井１：３用混凝土封闭。对地表裂缝、地面 多，水压增大，从而增加了地表水渗流的速度，缩短了雨水的下 沉陷区、矸石堆进行统一平整压实，修筑集中排洪渠道。对矿 泄时间，极大的缩小了降雨与井下涌水增加的滞后效应，加剧 区的沟壑、河床及时疏通，使大气降雨形成地表径流自然排泄。 了矿井涌水量增加的突然性。 根据不同区域的开采程度，结合现状，统一规划，重新修筑地面 ３）防治矿井水难度加大。关停部分小煤矿后，由于井下积 永久性防排水工程和临时性防排水工程，做好防治水的第一道 水量大，积水位置分布无规律可循，实际测量资料少，尤其是小 防线，最大限度地减少大气降水、地表水的渗漏补给。每年雨 矿与小矿之间补给关系密切，补给通道常有变化，给防治水带 季前开展地面隐患排查治理工作。 来诸多问题，增加了难度。 ４）做好预测预报和井下探放水工作。 ４）新建矿井井筒涌水量增大。煤矿企业兼并重组整合后， ①矿井要制定详细的防治水规划，对预测的积水区制定探 保留的４个矿井，除ＸＸ集团ＸＸ煤业有少部分上组煤外，其余 放水措施。建设、生产中必须坚持“有掘必探，先探后掘，有采 ３矿均开采下组煤。由于旧井筒不能利用，有的新建井筒还需 必探，先探后采”的原则。对于掘进中遇到的地质构造特别是 穿过上组煤采空区，既增加施工难度，又增大井筒涌水量。 有疑问的地方，应进行充分合理的分析，并采取针对性措施。 ３防治水对策与措施 ②加强水文地质分析，对隐覆构造和陷落柱及封闭不良的钻孔 龙峰煤业面临的整合后矿井水防治问题，应针对性地从以 要足够重视，结合关闭井开采的采空位置，考虑小矿采空积水 下几个方面采取措施，确保安全生产。 的因素，合理布置井巷工程和采区。③对新涌水的涌水通道及 １）矿井防治水工作必须做到“五专”。即设置专业防治水 储水因素等进行分析，规划好井下含水构造、采空区等隔离煤 机构，配齐专业技术人员，成立专门的探放水队伍，建立专项防 柱和井下防堵水墙工程。④在对关闭井开采集中的区域即大 治水制度，配备专用探放水设备和抢险救灾设备。 型人为地下水库下开采下层煤前必须采取科学的方法，先进行 ２）做好水文地质基础工作。加强对古井老窑和关闭小煤 探放，做到彻底消除隐患，直至确认无积水后，方可进行开采。 矿的调查研究，对小煤矿的位置、范围和开采层位、开采的时间 ５）加强井下的排水工作，防止水灾事故的发生。根据小煤 长短、地质构造、可能储水的容量、排水的资料等都进行调查了 矿关闭后井下涌水量大幅增加的实际情况，保留矿井排水设施 解，建立水文地质台账。建立水文地质信息管理系统，实现矿 应根据水文地质划分类型合理设计，配备相应排水设施，确保 井水文地质资料、数据、图件、计算评价和矿井防治水预测预报 矿井排水能力充足，提高矿井抗灾能力。 一体化。 （上接第６９页） 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 控制对象参数变化大的问题，而且还能对火电厂锅炉主汽温度 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 的变化进行有效的控制，而这些方面在传统的控制理论上是很 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 难实现的。对于主汽温度的控制而言，主要包括了专家控制、 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 人工神经网络控制、模糊控制等，下面对各项控制技术给予 误差。混合型模糊ＰＩＤ系统将模糊控制与串级控制有机结合 介绍。 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 ２．３．１专家控制 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 专家控制已经逐渐演变成比较系统的控制体系，并且具备 效率。 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 ３结语 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 综上所述，随着我国发电厂的不断改革和发展，锅炉主汽 推理和判断，并提出最优的控制方法。随着相关技术的发展， 温度的控制已经成为其中最困难和最重要的环节。目前，业界 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 内部很多人士对其进行了深入的研究，努力在寻找一套最为有 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 效的主汽温度控制方法，以进一步提高火电厂锅炉运行的稳定 控制规则库、信息获取器、推理机以及输出处理器等组成。 性和安全性。虽然已经研究出了很多控制方法，但是其中还存 ２．３．２人工神经网络控制 在一些缺陷和不足需要改进，只有这样才能最大限度地推动我 神经网络对于主汽温度的控制具有很多方面的优越性，主 国发电行业的发展。 要包括了容错性、强鲁棒性、自学习、并行处理以及逼近非线性 参考文献： 关系等特点，可以有效地解决不确定和非线性系统控制方法中 ［１］ 何显富，万岩．火电厂锅炉主汽温度变化原因及控制方法 存在的不足。人工神经网络控制方法还对传统的ＰＩＤ技术进 分析［Ｊ］．科技创新与应用，２０１３，１５（３１）：１１７—１１８． 行了改造，并与ＰＩＤ方法进行了有效的结合，研发出了一套比 ［２］ 赵志江，卜佳男．火电厂锅炉主汽温度控制方法探讨 较科学的控制方法。通过常规ＰＩＤ控制器与单神经元模型的 ［Ｊ］．中国新技术新产品，２０１２，６（１６）：９５—９６． 有效整合，形成了一套比较科学的单神经元ＰＩＤ控制器，该控 ［３］ 高峰，刘海旺，高伟．浅谈电厂锅炉主蒸汽温度变化原因 制器具有极强的自我适应能力。 及控制方法［Ｊ］．中国新技术新产品，２０１２，３（１９）：６５— ２．３．３模糊控制 ６６． 人工智能化是模糊控制中最为突出的特点，其完全需要对
