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[摘 要]目前锅炉再热器蒸汽温度的调整主要通过控制烟气挡板的开度，事故时通过减温水来防止超温，由于再热器烟气挡板的调节存在一定的滞后性，对锅炉的经济性和安全性有很大影响。利用TOCS（终端操作控制系统）引入模糊控制和神经网络控制对再热汽温控制策略进行优化，通过“TOCS锅炉再热汽温优化控制系统”的“TOCS判估器”根据曲线数据计算出在燃料量风量扰动时对应热量扰动产生的时间和幅度，并对减温水预估量和烟气挡板进行提前修正，使再热器温控更精确，从而保证锅炉经济效益和安全效益。
[关键词]再热汽温优化；神经网络控制；模糊控制
中图分类号：TD78 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）21-0303-01
1 引言
随着现代电力系统发展，我国火力发电技术水平越来越高，特别是最近几年百万机组越来越多，机组的经济效益和安全效益越来越关系到企业的可持续发展，相对而言百万机组锅炉再热汽温的控制技术发展也在发展，但是我国火力发电锅炉燃烧控制由于种种原因，还处于中等水平。尤其最近几年随着电网智能技术的发展，再热汽温控制技术相对滞后，严重影响机组发电的经济效益与安全运行。
再热器温度是大型火力发电机组非常重要的一个参数，它对电力锅炉和汽机运行的安全性、稳定性和经济性均有重要影响。当蒸汽温度超温时，一定程度上会降低钢材的许用应力，损害设备，降低再热器的使用周期；而再热器汽温低，机组的经济性得不到保障，循环热效率降低，煤耗增加；汽温变化速度过快时，有可能造成胀差增加，即汽缸与转子间的相对位移增加，严重时甚至能引起汽轮机剧烈振动。
2 影响再热器汽温变化的因素
影响再热汽温的因素多种多样，主要有锅炉给水温度、炉膛的过量空气系数、煤质、燃烧器的运行状态及受热面污染情况等。
2.1 给水温度
若锅炉给水温度降低，等量的工质加热成为饱和蒸汽的吸热需求量增加，因此必须通过燃料量增加来保持机组负荷。燃料量一旦增加则必然导致燃烧产物的容积增加，烟气流速上升，炉膛出口烟温升高。相反，若给水温度升高，产生相应蒸汽量所对应的燃料量减少，燃烧产物的容积同样随之减少，烟气流速下降，同时炉膛出口烟温降低，再热汽温下降。
2.2 炉膛过剩空气系数
当送入炉膛风量过剩时，即过量空气系数增大时，炉膛烟气量增加，出口烟温几乎不变。但炉内平均温度下降，炉膛辐射量减小。再热器无论显示何种汽温特性，其出口汽温均将升高。
2.3 煤质性质
当煤粉变粗或煤灰分变大，挥发分降低时，将导致燃料着火时间推后、煤粉在炉内燃尽时间推后，火焰中心位置上移，再热器无论显示何种汽温特性，其出口汽温均将升高。当煤质较差时，燃煤的发热量降低，为了维持负荷使得煤耗必然增加，相应的烟气容积也增加。而且燃煤的水分和灰分大时，炉内热量被多余的成分吸收，致使炉膛烟温降低，辐射传热量减少，导致再热器出口汽温降低。另一方面，对于显示对流式汽温特性的再热器，烟气流速随着烟气容积的增加而增加，流速增加加强了对流传热，最终出口汽温升高。
2.4 受热面污染
锅炉不同的受热面，其污染对汽温的影响是不相同的。当再热器之前的受热面 结焦或积灰时，因传热量减少将导致炉膛出口烟温升高，进入再热器的烟温升高则必然会导致再热汽温上升；而再热器本身结焦或积灰时，因本身传热量少则导致汽温下降。
2.5 燃烧器的运行方式
燃烧器投切方式的改变可以直接影响到炉膛的火焰中心位置，例如调整燃烧器摆角向下倾斜或是多层燃烧器从上排燃烧器切换至下排时，火焰中心位置下移，再熱汽温随之下降。反之，汽温则会上升。
由于再热器的对流特性比过热器强，且再热蒸汽的压力低、温度高，因而再热蒸汽的比热容比过热蒸汽要小。这样一来，当改变相同的吸热量，再热汽温的变化敏感度要大的多，即变化幅度比过热蒸汽大的多。再者，再热汽温不单单受上述几种锅炉侧因素的影响，汽轮机侧工况的改变对它也有显著影响。由于再热器进汽是高压缸排气，进口蒸汽温度则随汽轮机负荷的改变而改变，负荷增加时，再热汽温升高；负荷减小时，再热汽温降低。所以在单元机组定压运行时，再热蒸汽温度受工况变动的影响要比再热蒸汽温度更敏感，再热蒸汽温度的波动也比主蒸汽温度大。
3 TOCS优化锅炉再热汽温的方法
再热汽温烟气挡板控制主要是通过锅炉烟气挡板改变锅炉再热过热器烟气通量，控制再热汽温度，由于锅炉烟气扰动较大，并且对再热汽温的影响延迟较大，其定量控制的难度较大，多数机组均以手动控制为主。再热汽温减温水控制多采用串级PID控制方式，再热汽温对减温水控制的延迟较大，这种控制只适于机组平稳运行时的再热汽温控制，在负荷变动时，需要运行人员手动干预，防止再热汽温超温或温度过低发生。因此现有再热汽温自动控制无法满足全工况安全安全稳定运行。
精确计算在各种锅炉运行工况下烟气挡板控制量，优先调节烟气挡板控制再热汽温。同时计算由于烟气延迟所需减温器的喷水量，对系统扰动进行准确超前判断，实现烟气挡板与减温水量的提前增减调节，保证再热汽温稳定。
（1）对于减温水系统，根据控制稳定、可靠、及时和减温水量消耗量最小原则，自动分配减温水在减温器间的喷水量，提高减温水对再热汽温控制效能。在再热汽温控制系统中，运行人员只需设定再热汽温定值，系统自动设定再热热器出口温度定值。
（2）系统可克服锅炉燃烧的各种扰动：其中包括机组负荷变化扰动，燃料量变化扰动和各种烟氣量变化扰动。锅炉扰动较大时（如启停制粉系统或系统快速增减负荷时），烟气挡板控制再热汽温的控制精度在±8℃以内，减温水控制再热汽温的控制精度在±5℃以内。
（3）此自动控制系统可自动适应各种锅炉工况，因此可保证在所有工况下再汽温的精确控制，自动投入率为100%。
（4）在再热器加温能力无法达到定值时，控制系统可提前感知此变化，及时关闭减温水，对于机组在调峰时，负荷时常波动锅炉的再汽温控制，可明显减少减温水总量，提高再热汽温平均温度。
（5）减少锅炉再热汽温波动幅度，抗干扰能力强，尤其机组负荷在AGC模式下变动时，可将再热汽温稳定控制在定值的最优范围内，使机组适应现代电网AGC技术的发展要求，带来更大的安全经济效益。
4 结论
TOCS系统根据控制稳定、可靠、及时和减温水量消耗量最小原则，自动分配减温水在减温器间的喷水量，控制再热汽温的精度，机组负荷在AGC模式下变动时，可将再热汽温稳定控制在定值的最优范围内，使机组适应现代电网AGC技术的发展要求，从而保证锅炉经济效益和安全效益。
参考文献（References）
[1] 贾月军.模糊控制及其在再热汽温控制中的应用研究[J].电力科学与工程.2013，（29）：49-53.
[2] 张樱.火电厂汽温系统模糊控制[D].北京：华北电力大学，2000
[3] 陈国富.再热器烟气挡板自动控制[J].安徽电气工程职业技术学院学报：2014，（1）：13-15.
作者简介
罗勤俭，男，山东莱州，工程师，本科。
李正洋，男，山东莱州，技师，本科。
[关键词]再热汽温优化；神经网络控制；模糊控制
中图分类号：TD78 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）21-0303-01
1 引言
随着现代电力系统发展，我国火力发电技术水平越来越高，特别是最近几年百万机组越来越多，机组的经济效益和安全效益越来越关系到企业的可持续发展，相对而言百万机组锅炉再热汽温的控制技术发展也在发展，但是我国火力发电锅炉燃烧控制由于种种原因，还处于中等水平。尤其最近几年随着电网智能技术的发展，再热汽温控制技术相对滞后，严重影响机组发电的经济效益与安全运行。
再热器温度是大型火力发电机组非常重要的一个参数，它对电力锅炉和汽机运行的安全性、稳定性和经济性均有重要影响。当蒸汽温度超温时，一定程度上会降低钢材的许用应力，损害设备，降低再热器的使用周期；而再热器汽温低，机组的经济性得不到保障，循环热效率降低，煤耗增加；汽温变化速度过快时，有可能造成胀差增加，即汽缸与转子间的相对位移增加，严重时甚至能引起汽轮机剧烈振动。
2 影响再热器汽温变化的因素
影响再热汽温的因素多种多样，主要有锅炉给水温度、炉膛的过量空气系数、煤质、燃烧器的运行状态及受热面污染情况等。
2.1 给水温度
若锅炉给水温度降低，等量的工质加热成为饱和蒸汽的吸热需求量增加，因此必须通过燃料量增加来保持机组负荷。燃料量一旦增加则必然导致燃烧产物的容积增加，烟气流速上升，炉膛出口烟温升高。相反，若给水温度升高，产生相应蒸汽量所对应的燃料量减少，燃烧产物的容积同样随之减少，烟气流速下降，同时炉膛出口烟温降低，再热汽温下降。
2.2 炉膛过剩空气系数
当送入炉膛风量过剩时，即过量空气系数增大时，炉膛烟气量增加，出口烟温几乎不变。但炉内平均温度下降，炉膛辐射量减小。再热器无论显示何种汽温特性，其出口汽温均将升高。
2.3 煤质性质
当煤粉变粗或煤灰分变大，挥发分降低时，将导致燃料着火时间推后、煤粉在炉内燃尽时间推后，火焰中心位置上移，再热器无论显示何种汽温特性，其出口汽温均将升高。当煤质较差时，燃煤的发热量降低，为了维持负荷使得煤耗必然增加，相应的烟气容积也增加。而且燃煤的水分和灰分大时，炉内热量被多余的成分吸收，致使炉膛烟温降低，辐射传热量减少，导致再热器出口汽温降低。另一方面，对于显示对流式汽温特性的再热器，烟气流速随着烟气容积的增加而增加，流速增加加强了对流传热，最终出口汽温升高。
2.4 受热面污染
锅炉不同的受热面，其污染对汽温的影响是不相同的。当再热器之前的受热面 结焦或积灰时，因传热量减少将导致炉膛出口烟温升高，进入再热器的烟温升高则必然会导致再热汽温上升；而再热器本身结焦或积灰时，因本身传热量少则导致汽温下降。
2.5 燃烧器的运行方式
燃烧器投切方式的改变可以直接影响到炉膛的火焰中心位置，例如调整燃烧器摆角向下倾斜或是多层燃烧器从上排燃烧器切换至下排时，火焰中心位置下移，再熱汽温随之下降。反之，汽温则会上升。
由于再热器的对流特性比过热器强，且再热蒸汽的压力低、温度高，因而再热蒸汽的比热容比过热蒸汽要小。这样一来，当改变相同的吸热量，再热汽温的变化敏感度要大的多，即变化幅度比过热蒸汽大的多。再者，再热汽温不单单受上述几种锅炉侧因素的影响，汽轮机侧工况的改变对它也有显著影响。由于再热器进汽是高压缸排气，进口蒸汽温度则随汽轮机负荷的改变而改变，负荷增加时，再热汽温升高；负荷减小时，再热汽温降低。所以在单元机组定压运行时，再热蒸汽温度受工况变动的影响要比再热蒸汽温度更敏感，再热蒸汽温度的波动也比主蒸汽温度大。
3 TOCS优化锅炉再热汽温的方法
再热汽温烟气挡板控制主要是通过锅炉烟气挡板改变锅炉再热过热器烟气通量，控制再热汽温度，由于锅炉烟气扰动较大，并且对再热汽温的影响延迟较大，其定量控制的难度较大，多数机组均以手动控制为主。再热汽温减温水控制多采用串级PID控制方式，再热汽温对减温水控制的延迟较大，这种控制只适于机组平稳运行时的再热汽温控制，在负荷变动时，需要运行人员手动干预，防止再热汽温超温或温度过低发生。因此现有再热汽温自动控制无法满足全工况安全安全稳定运行。
精确计算在各种锅炉运行工况下烟气挡板控制量，优先调节烟气挡板控制再热汽温。同时计算由于烟气延迟所需减温器的喷水量，对系统扰动进行准确超前判断，实现烟气挡板与减温水量的提前增减调节，保证再热汽温稳定。
（1）对于减温水系统，根据控制稳定、可靠、及时和减温水量消耗量最小原则，自动分配减温水在减温器间的喷水量，提高减温水对再热汽温控制效能。在再热汽温控制系统中，运行人员只需设定再热汽温定值，系统自动设定再热热器出口温度定值。
（2）系统可克服锅炉燃烧的各种扰动：其中包括机组负荷变化扰动，燃料量变化扰动和各种烟氣量变化扰动。锅炉扰动较大时（如启停制粉系统或系统快速增减负荷时），烟气挡板控制再热汽温的控制精度在±8℃以内，减温水控制再热汽温的控制精度在±5℃以内。
（3）此自动控制系统可自动适应各种锅炉工况，因此可保证在所有工况下再汽温的精确控制，自动投入率为100%。
（4）在再热器加温能力无法达到定值时，控制系统可提前感知此变化，及时关闭减温水，对于机组在调峰时，负荷时常波动锅炉的再汽温控制，可明显减少减温水总量，提高再热汽温平均温度。
（5）减少锅炉再热汽温波动幅度，抗干扰能力强，尤其机组负荷在AGC模式下变动时，可将再热汽温稳定控制在定值的最优范围内，使机组适应现代电网AGC技术的发展要求，带来更大的安全经济效益。
4 结论
TOCS系统根据控制稳定、可靠、及时和减温水量消耗量最小原则，自动分配减温水在减温器间的喷水量，控制再热汽温的精度，机组负荷在AGC模式下变动时，可将再热汽温稳定控制在定值的最优范围内，使机组适应现代电网AGC技术的发展要求，从而保证锅炉经济效益和安全效益。
参考文献（References）
[1] 贾月军.模糊控制及其在再热汽温控制中的应用研究[J].电力科学与工程.2013，（29）：49-53.
[2] 张樱.火电厂汽温系统模糊控制[D].北京：华北电力大学，2000
[3] 陈国富.再热器烟气挡板自动控制[J].安徽电气工程职业技术学院学报：2014，（1）：13-15.
作者简介
罗勤俭，男，山东莱州，工程师，本科。
李正洋，男，山东莱州，技师，本科。