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摘要：針對鍋爐主蒸汽溫度在變負荷或者閥門流量特性不好的情況下難以穩(wěn)定控制的問題，本文提出了一種基于大數(shù)據(jù)自學習和智能仿人工的方法和策略，解決主蒸汽溫度在復雜工況下無法穩(wěn)定投入的問題。現(xiàn)場的實際應用證明了該方案的可行性。

關鍵詞：主蒸汽溫度；大數(shù)據(jù)自學習；智能仿人工；復雜工況；自動控制

1　引言

鍋爐主蒸汽溫度的自動控制因其控制對象屬于大滯后回路，主蒸汽溫度受燃燒狀況以及換熱器積灰的影 響，往往調試起來難度比較大；對于非新建項目，由于減溫水閥門大多存在閥芯低流量磨損導致的內漏問題， 閥門流量特性較差，這給自動調試又增加了難度；快速變負荷或者啟停制粉系統(tǒng)時（針對煤粉爐），燃燒狀況 發(fā)生劇烈變化，對主蒸汽溫度的影響也非常大，這也增加了自動調試的困難，使用常規(guī)的PID控制很難達到理想的效果。

對此，本文基于多年電力行業(yè)工程應用經(jīng)驗，聯(lián)系實際的工藝問題，運用熱物理特性、大數(shù)據(jù)歷史分析自學習結合滾動預測實時修正、防積分飽動態(tài)互鎖、燃燒動態(tài)多輸入模型前饋和智能仿人工的方法和策略，提出了鍋爐主蒸汽溫度自動調節(jié)的優(yōu)化解決方案，解決了燃燒工況發(fā)生劇烈變化、換熱器緩慢積灰、閥門內漏導致主蒸汽溫度調節(jié)不理想的問題。

2　鍋爐主蒸汽溫度自動控制方案總體框架

鍋爐主蒸汽溫度自動控制方案在傳統(tǒng)PID的基礎上增加了大數(shù)據(jù)自學習與仿人工快速前饋，并且引入了過熱度的限制，總體框架如圖1所示。

圖1 鍋爐主蒸汽溫度自動控制方案總體框架

它可以實現(xiàn)以下控制功能：

（1）實現(xiàn)鍋爐的主蒸汽溫度全自動控制，保證參數(shù)更加平穩(wěn)，將操作員從繁重的監(jiān)控中解脫出來；

（2）采用燃燒動態(tài)變化多輸入前饋，自動響應因負荷變化、燃料變化、積灰等造成的燃燒變化，提前根據(jù)預測前饋數(shù)據(jù)，結合實時滾動修正數(shù)據(jù)快速響應主蒸汽溫度的波動；

（3）引入歷史大數(shù)據(jù)自學習，預測控制噴水量范圍，防止過度噴水，影響蒸汽干度；

（4）引入流量控制，一定程度上避免閥門特性差、漏量嚴重等現(xiàn)場設備帶來的干擾；

（5）預測優(yōu)化控制，穩(wěn)態(tài)情況下提高控制精度，外界擾動時大幅度提高響應的快速性和穩(wěn)定性。

3　鍋爐主蒸汽溫度自動控制方案關鍵策略

通過調節(jié)減溫水門開度控制主蒸汽溫度；一級模型調節(jié)控制主蒸汽溫度，二級模型調節(jié)控制減溫器出口（噴水后）溫度，三級模型調節(jié)控制減溫水流量。噴水后溫度目標通過機器大數(shù)據(jù)自學習、預測控制、模糊控制得到，并且引入燃燒動態(tài)變化多輸入模型前饋控制：根據(jù)負荷、床溫、煤量、減溫器前溫度變化、積灰模型綜合計算得到模型前饋，同時根據(jù)歷史滾動數(shù)據(jù)引入噴水后汽溫干度限制，實時限制并滾動修正噴水后溫度目標值，保證不過度噴水并且可以快速響應燃燒變化。同時為了避免積分飽和，引入動態(tài)互鎖限制控制。同時因為減溫水閥門大多存在閥芯低流量磨損導致的內漏問題，閥門流量特性較差，引入流量特性回路，通過機器大數(shù)據(jù)分析和滾動學習預測得到流量目標范圍。通過歷史流量線性模型，預測減溫水調節(jié)閥開度范圍，限制調節(jié)范圍，避免調節(jié)閥開得過多和過低。回路原理如圖2所示。

圖2 回路邏輯原理圖

3.1　鍋爐主蒸汽溫度自動控制

鍋爐運行過程中，蒸汽品質影響設備的使用壽命。故而在大多數(shù)熱電廠，主蒸汽溫度控制都是一大難點。外界負荷變化、煤質變化導致燃燒工況改變以及換熱器緩慢積灰，運行人員需要頻繁操作減溫水調節(jié)門以保證蒸汽品質，但勞動強度大，鍋爐主蒸汽溫度自動控制方案引入大數(shù)據(jù)分析、自學習、滾動預測實時修正、防積分飽動態(tài)互鎖等專家策略，保證主蒸汽品質，主要包括：

· 設置自動調節(jié)系統(tǒng)防積分飽動態(tài)互鎖模型算法；

· 引入燃燒動態(tài)多輸入模型前饋回路的專家策略，快速消除內外擾動；

· 設置大數(shù)據(jù)歷史分析自學習結合滾動預測實時修正的專家策略。

4　鍋爐主蒸汽溫度自動控制的應用效果

現(xiàn)場使用鍋爐主蒸汽溫度自動策略后，主蒸汽溫度的波動范圍大幅度減小，應用效果達到了預期要求，具體的運行參數(shù)曲線對比如圖3所示。

圖3 手動模式和優(yōu)化模式對比  

主蒸汽溫度控制的調節(jié)，投入自動控制前的手動控制模式與投入自動控制后的優(yōu)化控制模式下，兩種模式重要參數(shù)及性能指標對比如表1所示。

鍋爐主蒸汽溫度自動調節(jié)優(yōu)化控制應用帶來明顯的效益：

·  降低運行操作人員的勞動強度；

·  投入優(yōu)化后提高蒸汽品質，保證蒸汽品質可以提高機組的熱效率。

5　結束語

隨著工業(yè)規(guī)模的迅速擴大，行業(yè)競爭的日趨激烈，熱用戶對于設備安全性的要求越來越高，這就要求熱電 廠對于供給的蒸汽品質要有更高的保證，簡單地靠操作管理人員頻繁手動調節(jié)蒸汽品質，既增加勞動強度又無 法可靠地保證供熱品質，鍋爐主蒸汽溫度自動調節(jié)的優(yōu)化控制可以很好地解決這一問題，快速響應鍋爐汽機和 熱用戶負荷的變化及燃料熱值波動引起燃燒變化造成的蒸汽溫度變化，克服閥芯低流量磨損導致的內漏問題和 閥門流量特性較差的問題，提高供熱品質，帶來經(jīng)濟效益和社會效益。

作者簡介：

李丹陽（1993-），女，吉林松原人，碩士，現(xiàn)就讀于東北電力大學自動化學院，研究方向為電站鍋爐超低NOx可控高溫預熱解裝置。

韓　旭（1993-），男，山東濟寧人，助理工程師，學士，現(xiàn)就職于國網(wǎng)吉林市供電公司調度控制中心。

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摘自《自動化博覽》2021年3月刊