电厂锅炉主汽温度变化原因及控制策略

电厂锅炉主汽温度变化原因及控制策略

摘要：随着人们用电量的加大，电厂无论从技术上还是发展上都发生着重大的改变，锅炉作为电厂的主要设备之一，在技术上有了较大的改进。但锅炉主蒸汽温度的变化控制仍是难点，锅炉主蒸汽温度控制的形式主要包括非线性和时变性。本文主要阐述了导致锅炉主蒸汽温度变化的各种不同因素，并指出了其控制的必要性和重要意义。

关键词：火电厂锅炉主汽温控制

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。

一、引起主汽温度变化的各种原因及其控制难点

在锅炉正常运行过程中，会有多种因素对锅炉的主蒸汽温度造成影响，在这多种多样的影响因素中主要包括：在蒸汽侧有主蒸汽流量、给水温度、减温水温度、减温水流量、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。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。

由于蒸汽温度控制的复杂性，主蒸汽温度的控制一直是锅炉运行过程中的难点，所以对这方面操作有相当严格的标准，在运行过程中要求主蒸汽温度具有稳定性，上下值之间在5℃的范围内浮动是正常现象。如果主蒸汽温度控制不好，长时间的高温运行下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。

与温度过高相比，主蒸汽温度过低同样会引发机组运行的安全问题，会严重的影响到机组的循环热效率降低，这将直接影响到锅炉的使用效率。一般汽温每降低5℃～10℃，炉的使用效率约降低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。温度控制对于机组的正常运行十分必要，如果温度控制不好则会直接影响到机组的工作效率，甚至危及机组的生产安全和人员的安全。所以对于电厂锅炉主蒸汽温度的变化控制是十分必要的，需要有一套科学严谨的控制措施，来保证锅炉的正常运行。

二、主汽温度的控制的主要策略和方法

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.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。

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。

（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）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。

（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。

三、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。

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