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摘要：針對(duì)鍋爐主蒸汽溫度在變負(fù)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(xué)習(xí)和智能仿人工的方法和策略，解決主蒸汽溫度在復(fù)雜工況下無法穩(wěn)定投入的問題。現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用證明了該方案的可行性。

關(guān)鍵詞：主蒸汽溫度；大數(shù)據(jù)自學(xué)習(xí)；智能仿人工；復(fù)雜工況；自動(dòng)控制

1　引言

鍋爐主蒸汽溫度的自動(dòng)控制因其控制對(duì)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(diào)試起來難度比較大；對(duì)于非新建項(xiàng)目，由于減溫水閥門大多存在閥芯低流量磨損導(dǎo)致的內(nèi)漏問題， 閥門流量特性較差，這給自動(dòng)調(diào)試又增加了難度；快速變負(fù)荷或者啟停制粉系統(tǒng)時(shí)（針對(duì)煤粉爐），燃燒狀況 發(fā)生劇烈變化，對(duì)主蒸汽溫度的影響也非常大，這也增加了自動(dòng)調(diào)試的困難，使用常規(guī)的PID控制很難達(dá)到理想的效果。

對(duì)此，本文基于多年電力行業(yè)工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，聯(lián)系實(shí)際的工藝問題，運(yùn)用熱物理特性、大數(shù)據(jù)歷史分析自學(xué)習(xí)結(jié)合滾動(dòng)預(yù)測(cè)實(shí)時(shí)修正、防積分飽動(dòng)態(tài)互鎖、燃燒動(dòng)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(dòng)調(diào)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(nèi)漏導(dǎo)致主蒸汽溫度調(diào)節(jié)不理想的問題。

2　鍋爐主蒸汽溫度自動(dòng)控制方案總體框架

鍋爐主蒸汽溫度自動(dòng)控制方案在傳統(tǒng)PID的基礎(chǔ)上增加了大數(shù)據(jù)自學(xué)習(xí)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(dòng)控制方案總體框架

它可以實(shí)現(xiàn)以下控制功能：

（1）實(shí)現(xiàn)鍋爐的主蒸汽溫度全自動(dòng)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(dòng)態(tài)變化多輸入前饋，自動(dòng)響應(yīng)因負(fù)荷變化、燃料變化、積灰等造成的燃燒變化，提前根據(jù)預(yù)測(cè)前饋數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)時(shí)滾動(dòng)修正數(shù)據(jù)快速響應(yīng)主蒸汽溫度的波動(dòng)；

（3）引入歷史大數(shù)據(jù)自學(xué)習(xí)，預(yù)測(cè)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(yán)重等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備帶來的干擾；

（5）預(yù)測(cè)優(yōu)化控制，穩(wěn)態(tài)情況下提高控制精度，外界擾動(dòng)時(shí)大幅度提高響應(yīng)的快速性和穩(wěn)定性。

3　鍋爐主蒸汽溫度自動(dòng)控制方案關(guān)鍵策略

通過調(diào)節(jié)減溫水門開度控制主蒸汽溫度；一級(jí)模型調(diào)節(jié)控制主蒸汽溫度，二級(jí)模型調(diào)節(jié)控制減溫器出口（噴水后）溫度，三級(jí)模型調(diào)節(jié)控制減溫水流量。噴水后溫度目標(biāo)通過機(jī)器大數(shù)據(jù)自學(xué)習(xí)、預(yù)測(cè)控制、模糊控制得到，并且引入燃燒動(dòng)態(tài)變化多輸入模型前饋控制：根據(jù)負(fù)荷、床溫、煤量、減溫器前溫度變化、積灰模型綜合計(jì)算得到模型前饋，同時(shí)根據(jù)歷史滾動(dòng)數(shù)據(jù)引入噴水后汽溫干度限制，實(shí)時(shí)限制并滾動(dòng)修正噴水后溫度目標(biāo)值，保證不過度噴水并且可以快速響應(yīng)燃燒變化。同時(shí)為了避免積分飽和，引入動(dòng)態(tài)互鎖限制控制。同時(shí)因?yàn)闇p溫水閥門大多存在閥芯低流量磨損導(dǎo)致的內(nèi)漏問題，閥門流量特性較差，引入流量特性回路，通過機(jī)器大數(shù)據(jù)分析和滾動(dòng)學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)得到流量目標(biāo)范圍。通過歷史流量線性模型，預(yù)測(cè)減溫水調(diào)節(jié)閥開度范圍，限制調(diào)節(jié)范圍，避免調(diào)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(dòng)控制

鍋爐運(yùn)行過程中，蒸汽品質(zhì)影響設(shè)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(diǎn)。外界負(fù)荷變化、煤質(zhì)變化導(dǎo)致燃燒工況改變以及換熱器緩慢積灰，運(yùn)行人員需要頻繁操作減溫水調(diào)節(jié)門以保證蒸汽品質(zhì)，但勞動(dòng)強(qiáng)度大，鍋爐主蒸汽溫度自動(dòng)控制方案引入大數(shù)據(jù)分析、自學(xué)習(xí)、滾動(dòng)預(yù)測(cè)實(shí)時(shí)修正、防積分飽動(dòng)態(tài)互鎖等專家策略，保證主蒸汽品質(zhì)，主要包括：

· 設(shè)置自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)防積分飽動(dòng)態(tài)互鎖模型算法；

· 引入燃燒動(dòng)態(tài)多輸入模型前饋回路的專家策略，快速消除內(nèi)外擾動(dòng)；

· 設(shè)置大數(shù)據(jù)歷史分析自學(xué)習(xí)結(jié)合滾動(dòng)預(yù)測(cè)實(shí)時(shí)修正的專家策略。

4　鍋爐主蒸汽溫度自動(dòng)控制的應(yīng)用效果

現(xiàn)場(chǎng)使用鍋爐主蒸汽溫度自動(dòng)策略后，主蒸汽溫度的波動(dòng)范圍大幅度減小，應(yīng)用效果達(dá)到了預(yù)期要求，具體的運(yùn)行參數(shù)曲線對(duì)比如圖3所示。

圖3 手動(dòng)模式和優(yōu)化模式對(duì)比  

主蒸汽溫度控制的調(diào)節(jié)，投入自動(dòng)控制前的手動(dòng)控制模式與投入自動(dòng)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(biāo)對(duì)比如表1所示。

鍋爐主蒸汽溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)優(yōu)化控制應(yīng)用帶來明顯的效益：

·  降低運(yùn)行操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；

·  投入優(yōu)化后提高蒸汽品質(zhì)，保證蒸汽品質(zhì)可以提高機(jī)組的熱效率。

5　結(jié)束語

隨著工業(yè)規(guī)模的迅速擴(kuò)大，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，熱用戶對(duì)于設(shè)備安全性的要求越來越高，這就要求熱電 廠對(duì)于供給的蒸汽品質(zhì)要有更高的保證，簡(jiǎn)單地靠操作管理人員頻繁手動(dòng)調(diào)節(jié)蒸汽品質(zhì)，既增加勞動(dòng)強(qiáng)度又無 法可靠地保證供熱品質(zhì)，鍋爐主蒸汽溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)的優(yōu)化控制可以很好地解決這一問題，快速響應(yīng)鍋爐汽機(jī)和 熱用戶負(fù)荷的變化及燃料熱值波動(dòng)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(dǎo)致的內(nèi)漏問題和 閥門流量特性較差的問題，提高供熱品質(zhì)，帶來經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

作者簡(jiǎn)介：

李丹陽（1993-），女，吉林松原人，碩士，現(xiàn)就讀于東北電力大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，研究方向?yàn)殡娬惧仩t超低NOx可控高溫預(yù)熱解裝置。

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

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摘自《自動(dòng)化博覽》2021年3月刊