刍议超临界锅炉控制技术的分析及发展

刍议超临界锅炉控制技术的分析及发展

钟尚文

（广东红海湾发电有限公司广东汕尾516600）

摘要：为了提高火力发电机在运行过程中的经济效益，有必要注重先进科学技术的应用，对于超临界锅炉控制技术来说，是火力发电机在运行过程中必要的一项控制技术。但是从实际工作来看，却发现控制难等问题，从而使控制的效果难以得到有效提升。本文主要对超临界锅炉控制技术及技术发展两大方面进行了分析，以期为火力发电机整体运行效益的提升提供一些具有价值的参考建议。

关键词：超临界锅炉；控制技术；发展

近年来，在社会经济稳健发展的背景下，我国电力事业呈现了高速的发展势态。为了解决燃料以及资源缺乏等问题，对于火力发电厂的发电机来说，有必要注重自身运行效率的提升，并在实际运行过程中控制自身的能量消耗[1]。但是，结合火力发电机的实际运行情况，却发现在超临界锅炉控制环节存在控制难的问题，因此有必要掌握超临界锅炉控制技术，进一步促进火电发电厂经济效益的提升。鉴于此，本文针对“超临界锅炉控制技术的分析及发展”展开研究具备一定价值意义。

一、超临界锅炉控制技术分析

在常规的超临界锅炉控制技术落实过程中，发现存在控制难的问题，总结起来主要表现如下：

（一）常规控制难点问题

由于汽轮机与锅炉两者之间存在非线性耦合情况，这便使得超临界机组会出现常规控制难点问题。当蒸汽工作处于超临界状态的情况下，基于锅炉当中的水以及汽难以经比重实现自动分离，需使用直流锅炉。因为锅炉的缓冲作用，使得超临界锅炉的动态特性遭遇到末端阻力的影响非常之大。对于主汽阀开度来说，一方面对汽轮机的功率有所控制，与此同时也会对锅炉出口末端的阻力特性产生影响，进而使锅炉的被控特性受到很大程度的变化，当汽轮机和锅炉之间呈现非常强的非线性耦合现象的情况下，便会呈现控制难的问题。在汽轮机的负荷上升的情况下，对于汽轮机的功率调节器来说，便会使汽轮机主汽阀的开度增大，同时使汽轮机的进汽量增大[2]。因为锅炉的响应速度非常之慢，难以生成充足的蒸汽，这样便使得汽轮机前压力下降，对汽轮机进气量的增大构成了很大的威胁。为使汽轮机自身的负荷需求得到有效满足，会对汽轮机功率调节器采取开大措施，但这样会使机前压力大大减弱，进一步发生震荡。

（二）基于锅炉燃水比调节方面的难点问题

之所以超临界机组会发生控制难的问题，除了上述常规问题以外，还体现在锅炉燃水比调节方面。因为燃水比在发生改变的情况下，出口气温响应会产生很大程度的延迟现象。所以，不可采取出口气温视作燃水比调节的反馈量。为使燃水比在精度以及调节速度上能够得到有效提升，许多研究者进行了相关课题的研究，给出了有关燃水比调节的反馈信号。根据信号的性质，归结为两类：首先为能够将燃水比反应出来的信号，涵盖了加热段水温、微过热气温以及热容区工质密度最大值等；其次为可以将燃料的热量反应出来的信号，涵盖了烟气温度、微过热区热量信号以及火焰辐射温度等，进一步对典型的燃水比调节系统进行了构建[3]。通过实际应用发现，所构建的典型燃水比调节系统与锅筒式锅炉机组调节系统比较，超临界机组的调节系统类型较多，然而在目前具备的控制方案上还存在一定的缺陷，难以使变压运行需求以及负荷变化需求得到有效满足。此外，根据现有的研究发现，当系统容错能力差以及机组安全性缺乏的情况下，超临界锅炉控制技术的实施也会面临难方面的问题，从而影响了汽机整体运行的效益。

二、超临界锅炉控制技术发展分析

在上述分析过程中，认识到超临界锅炉控制技术在应用过程中，会受到多方面的影响，从而使技术的应用价值无法得到有效展示。为使汽机的运行效率得到有效提升，有必要注重超临界锅炉控制技术的改进，并深入了解超临界锅炉控制技术的发展方向。总结起来，超临界锅炉控制技术的主要发展方向如下：

（一）非线性控制技术的发展

对于超临界机组来说，在动态特性上较为复杂，其具备非线性被控对象，并在传统的线性控制理论的基础上所设计出来的。从这些年来看，我国在非线性控制理论研究方面有了明显的进步，将微分几何以及微分代数理论作为工具，能够使反馈线性化以及解耦线性化问题得到有效解决。对于反馈线性化来说，属于一类精确线性化措施，经状态空间非线性映像以及非线性状态反馈，能够让原本的非线性系统成为线性系统，进一步通过相应的设计，使系统得到有效控制，最终使对象非线性特性问题得到有效处理[4]。通过与非线性控制的全局精确线性化的比较，基于非常小的偏差的线性化模型构架的各类自适应措施，因为有很明显的模型线性化误差呈现，所以很难对对象特征的改变进行彻底的补偿。总结起来，在超临界机组协调控制系统设计过程中，可合理地应用非线性控制理论，使对象特性随负荷大幅度改变的情况得到有效解决。

（二）容错控制技术的发展

在实际运行过程中，会发现超临界机组的参数在不断提升，同时容量在不断的加大，并且机组系统结构存在较高的复杂性，其控制系统的功能和结构也呈现很大的变化。如果控制系统出现误动作，那么机组运行的可靠性及安全性将会受到很大程度的影响。所以，有必要发展容错控制技术，使控制系统在运行过程中的可靠性及安全性得到有效保证。

对于容错控制来说，指的是当控制系统当中的一些部件出现故障的情况，依旧可以可靠、稳定地运行；容错控制的实现离不开控制系统结构的重组。从火力发电厂控制工作层考虑，为了提升汽轮机容错控制，便有必要合理、科学地应用容错控制技术[5]。针对超临界锅炉控制过程中范围扩大以及系统结构改变等情况，便可以合理地应用容错控制技术，使机组的故障范围受到限制，使系统结构得到有效控制，进一步提升机组系统在运行过程中的安全性。由此可见，容错控制技术的应用价值颇高，相关技术人员需对此充分重视。

（三）燃水比调节技术的发展

超临界机组存在一大本质特征，即：分布参数。同时，对于燃水比来说，为机组能量输入以及工质输入量的整体平衡指标，采取单一的参数测量方法，显得不够全面，并且目前的反馈信号存在缺陷。因此，便可以以“取长补短”为原则，合理地选取一些具备互补性的反馈信号，形成最优化组合，从而获取一类全新的反馈信号，使潜在问题得到有效解决。上述理论即信息融台理论，也称之为多传感器融合理论。充分利用燃水比调节技术，能够获取更好的燃水比调节反馈信号，从而使锅炉主汽温控制相应的速度以及精度得到有效改善，同时使超临界机组的控制质量得到有效改善，进一步促进机组运行经济性及安全性的提升。

三、结语

通过本文的探究，认识到对于超临界锅炉控制技术来说，由于受到多因素的影响，使得存在技术应用难等问题，因此有必要注重技术的发展，使超临界锅炉控制效果增强，主要发展技术包括：非线性控制技术、容错控制技术以及燃水比调节技术等。相信在技术发展并且提高技术的应用价值的条件下，超临界锅炉控制水平将能够得到有效提升，进一步为能源的节约奠定有效基础。

参考文献：

[1]马国慧，王金萍.1000MW超超临界机组对冲燃烧锅炉应用微油点火技术控制逻辑的实现[J].中国新技术新产品，2013，04：18.

[2]孙伟鹏，冯庭有，庞力平，曾壁群.基于超超临界锅炉O_2/CO燃烧控制技术研究[J].中国电力，2013，07：24-28.

[3]刘坤家.660MW超临界直流锅炉汽温控制技术研究[J].中国高新技术企业，2016，10：13.

[4]陈文忠.浅谈660MW超临界直流锅炉的汽温控制技术[J].科技创新与应用，2016，30：121.

[5]周宇伟，尚海军.国产首台1000MW超超临界机组锅炉监理技术重点及质量控制措施[J].设备监理，2014，06：37-40.