摘要：针对锅炉主蒸汽温度在变负荷或者阀门流量特性不好的情况下难以稳定控制的问题，本文提出了一种基于大数据自学习和智能仿人工的方法和策略，解决主蒸汽温度在复杂工况下无法稳定投入的问题。现场的实际应用证明了该方案的可行性。

关键词：主蒸汽温度；大数据自学习；智能仿人工；复杂工况；自动控制

1　引言

锅炉主蒸汽温度的自动控制因其控制对象属于大滞后回路，主蒸汽温度受燃烧状况以及换热器积灰的影 响，往往调试起来难度比较大；对于非新建项目，由于减温水阀门大多存在阀芯低流量磨损导致的内漏问题， 阀门流量特性较差，这给自动调试又增加了难度；快速变负荷或者启停制粉系统时（针对煤粉炉），燃烧状况 发生剧烈变化，对主蒸汽温度的影响也非常大，这也增加了自动调试的困难，使用常规的PID控制很难达到理想的效果。

对此，本文基于多年电力行业工程应用经验，联系实际的工艺问题，运用热物理特性、大数据历史分析自学习结合滚动预测实时修正、防积分饱动态互锁、燃烧动态多输入模型前馈和智能仿人工的方法和策略，提出了锅炉主蒸汽温度自动调节的优化解决方案，解决了燃烧工况发生剧烈变化、换热器缓慢积灰、阀门内漏导致主蒸汽温度调节不理想的问题。

2　锅炉主蒸汽温度自动控制方案总体框架

锅炉主蒸汽温度自动控制方案在传统PID的基础上增加了大数据自学习与仿人工快速前馈，并且引入了过热度的限制，总体框架如图1所示。

图1 锅炉主蒸汽温度自动控制方案总体框架

它可以实现以下控制功能：

（1）实现锅炉的主蒸汽温度全自动控制，保证参数更加平稳，将操作员从繁重的监控中解脱出来；

（2）采用燃烧动态变化多输入前馈，自动响应因负荷变化、燃料变化、积灰等造成的燃烧变化，提前根据预测前馈数据，结合实时滚动修正数据快速响应主蒸汽温度的波动；

（3）引入历史大数据自学习，预测控制喷水量范围，防止过度喷水，影响蒸汽干度；

（4）引入流量控制，一定程度上避免阀门特性差、漏量严重等现场设备带来的干扰；

（5）预测优化控制，稳态情况下提高控制精度，外界扰动时大幅度提高响应的快速性和稳定性。

3　锅炉主蒸汽温度自动控制方案关键策略

通过调节减温水门开度控制主蒸汽温度；一级模型调节控制主蒸汽温度，二级模型调节控制减温器出口（喷水后）温度，三级模型调节控制减温水流量。喷水后温度目标通过机器大数据自学习、预测控制、模糊控制得到，并且引入燃烧动态变化多输入模型前馈控制：根据负荷、床温、煤量、减温器前温度变化、积灰模型综合计算得到模型前馈，同时根据历史滚动数据引入喷水后汽温干度限制，实时限制并滚动修正喷水后温度目标值，保证不过度喷水并且可以快速响应燃烧变化。同时为了避免积分饱和，引入动态互锁限制控制。同时因为减温水阀门大多存在阀芯低流量磨损导致的内漏问题，阀门流量特性较差，引入流量特性回路，通过机器大数据分析和滚动学习预测得到流量目标范围。通过历史流量线性模型，预测减温水调节阀开度范围，限制调节范围，避免调节阀开得过多和过低。回路原理如图2所示。

图2 回路逻辑原理图

3.1　锅炉主蒸汽温度自动控制

锅炉运行过程中，蒸汽品质影响设备的使用寿命。故而在大多数热电厂，主蒸汽温度控制都是一大难点。外界负荷变化、煤质变化导致燃烧工况改变以及换热器缓慢积灰，运行人员需要频繁操作减温水调节门以保证蒸汽品质，但劳动强度大，锅炉主蒸汽温度自动控制方案引入大数据分析、自学习、滚动预测实时修正、防积分饱动态互锁等专家策略，保证主蒸汽品质，主要包括：

· 设置自动调节系统防积分饱动态互锁模型算法；

· 引入燃烧动态多输入模型前馈回路的专家策略，快速消除内外扰动；

· 设置大数据历史分析自学习结合滚动预测实时修正的专家策略。

4　锅炉主蒸汽温度自动控制的应用效果

现场使用锅炉主蒸汽温度自动策略后，主蒸汽温度的波动范围大幅度减小，应用效果达到了预期要求，具体的运行参数曲线对比如图3所示。

图3 手动模式和优化模式对比  

主蒸汽温度控制的调节，投入自动控制前的手动控制模式与投入自动控制后的优化控制模式下，两种模式重要参数及性能指标对比如表1所示。

锅炉主蒸汽温度自动调节优化控制应用带来明显的效益：

·  降低运行操作人员的劳动强度；

·  投入优化后提高蒸汽品质，保证蒸汽品质可以提高机组的热效率。

5　结束语

随着工业规模的迅速扩大，行业竞争的日趋激烈，热用户对于设备安全性的要求越来越高，这就要求热电 厂对于供给的蒸汽品质要有更高的保证，简单地靠操作管理人员频繁手动调节蒸汽品质，既增加劳动强度又无 法可靠地保证供热品质，锅炉主蒸汽温度自动调节的优化控制可以很好地解决这一问题，快速响应锅炉汽机和 热用户负荷的变化及燃料热值波动引起燃烧变化造成的蒸汽温度变化，克服阀芯低流量磨损导致的内漏问题和 阀门流量特性较差的问题，提高供热品质，带来经济效益和社会效益。

作者简介：

李丹阳（1993-），女，吉林松原人，硕士，现就读于东北电力大学自动化学院，研究方向为电站锅炉超低NOx可控高温预热解装置。

韩　旭（1993-），男，山东济宁人，助理工程师，学士，现就职于国网吉林市供电公司调度控制中心。

参考文献：

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摘自《自动化博览》2021年3月刊