钢铁企业锅炉过热蒸汽温度控制系统研究

龙承刚

摘要： 过热蒸汽温度是衡量锅炉是否能够平稳运行的一项指标，也是保证锅炉设备安全、高效运行的重要参数。过热蒸汽温度控制的效果决定着设备的安全运行系数以及设备运行效率。本文立足钢铁企业，分析和研究了钢铁企业某生产线锅炉过热蒸汽温度控制系统，提出了采取串级控制提升控制系统性能的策略，并在系统运行中采用了主控—串级控制的切换装置，以满足系统在不同环境下的正常运行。

关键词： 钢铁企业;过热蒸汽控制;有效研究

【中图分类号】TK223 【文献标识码】A【文章编号】1674-3733（2020）16-0182-01

蒸汽过热系统是钢铁企业锅炉系统运行的基本保障，蒸汽过热系统可以分为一级过热器、减温器和二级过热器，其应用目的在于保证过热器处于规定温度范围内，如此才能起到保护锅炉和用户设备的安全性。文章立足钢铁企业，着眼于锅炉过热蒸汽温度控制，对文章主题进行深入说明。

1蒸汽过热系统的控制概述

蒸汽过热系统是保证蒸汽品质的关键部分，必须保证蒸汽温度處于额定温度范围内，过高或过低的温度都会影响锅炉的正常运行。当蒸汽温度高于额定气温的时候，会直接导致过热器出现损坏，甚至致使汽轮出现膨胀影响安全运行的现象;如若温度过低则会直接降低设备使用效率，而且温度过低会加剧蒸汽湿度，并最终导致叶片受损。从总体分析来看，影响过热蒸汽温度的因素有很多：过热器是兼容性强、延迟大的工作环节，如若设备设计和控制要求出现冲突，则会引起锅炉给水温度、燃烧工况等问题。面对不同情况，过热蒸汽表现的动态特点也呈现了极大的不同，所以必须做好过热蒸汽温度的控制：一，将过热器出口气温稳定在额定范围内，保证蒸汽品质;二，保证过热器壁管温度在规定范围内。

2过热蒸汽温度控制原理

我国控制理论的迅速发展推动了智能技术在钢铁企业的应用。其中模型预测控制、自适应控制等在锅炉过热蒸汽控制中得到了广泛应用。运用这类控制系统的目的在于提升控制系统性能，但在具体应用中并未改善因源头因素导致的过热器温度出现波动的情况。通常情况下，烟气温度是影响过热蒸汽温度的主要因素，在烟气温度的影响下过热蒸汽温度出现了一定的延迟，但在减温水量因素的影响下造成了过热蒸汽温度很大的波动，并最终导致过热蒸汽温度的延迟。

3锅炉过热蒸汽温度控制方案研究

3.1单回路控制

在锅炉正常运行中，改变减温水的流量就是改变出口蒸汽的温度。立足动态发展特征分析来看，这类调节方法存在很大的弊端，但因设备操控简单在锅炉过热蒸汽温度控制系统中得到了有效应用。

减温器可以分为如下两大形式：一，表面式减温器;二，喷水式减温器。在具体安装中必须注意：减温器要设置在蒸汽出口附近处，如此才能保证热器材料的安全，进而获得更好的动态特征。过热器作为锅炉过热蒸汽温度控制系统的核心操控对象，因管壁金属容量的加大，会产生一定的热惯性，而且加之管道长度很长，导致在传递中出现了之后的情况。如若采取单回路控制系统，那调节器则会直接受到过热器出口蒸汽温度的变化，通过调节器才能产生动作。在这一控制方式下，无法及时发发现存在的扰动情况，也无法采取有效措施来遏制，最终致使蒸汽温度超出允许的规定范围，阻碍锅炉的安全运行。在锅炉过热蒸汽温度控制系统中，一般将减温水量设定为操作变量，但基于控制通道时间常数以及滞后性的问题，单回路控制系统无法满足钢铁的正常生产。为此文章提出了采用串级控制系统，以增强过热蒸汽温度的品质。

3.2串级控制

锅炉过热蒸汽温度串级控制就是将两个调节器串联在一起，并各自分工，调节器1操控调节阀，调节器2直接控制调节器1的给定值，由此形成闭环系统，副调节器和减温器出口的温度形成闭环，被称为副环;主调节器和主信号蒸汽温度构成闭环，被称之为主环，主环包围副环。

调节器2是主调节器，调节器1是副调节器。过热蒸汽温度控制系统出口的蒸汽温度调节器发出的信号是用来矫正调节器2的给定值。基于串级系统是由两个调节器组成的串接，所以它隶属于双回路系统，可以确保被控量在在给定值范围内。通常情况下，主环对象惯性很大，但工作频率低，副环正好和主环相反。为了从根本上提升系统控制性能，需要明确主副环的工作频率，使其保持在3倍之差范围内，防止频率相近导致共振问题的出现，影响工作的正常开展。串级控制系统就是一个闭合副回路，它替代了原来的对象，改善了原来对象的基本特征。除了解决副环内的扰动外，还有效提升了工作频率。

基于存在副环的串级控制，优化了对象的基本特性，提升了工作频率。同时串级系统的主副控制器可以提升系统抗干扰能力，其控制质量要由于单回路控制系统。

为了提升锅炉过热蒸汽温度控制系统品质，可以采取串级控制系统，其优点如下：第一，基于副回路，减少了对象时间常数，让控制更及时;第二，提升工作频率，将调节时间控制在了一定范围内，提升了系统应用速度;第三，克服了二次干扰，提升了一次抗干扰能力。通常情况下，基于实际情况科学、合理设计的串级控制系统，当干扰从副回路转入的时候，其最大偏差将会控制1/10-1/100之间，即使干扰从主回路进入，最大偏差也会保持在1/3-1/5之间。但如若没有根据实际情况有效设计串级控制系统，其优越性能无法得到有效的体现。所以必须基于实际情况，有效设计串级控制系统。

结束语：

综上所述，做好锅炉过热蒸汽温度的有效控制可以提升输出蒸汽的温度品质，利用串级控制系统可以消除影响系统稳定运行的干扰因素，保持系统的稳定运行。在系统中采取控制仪表可以有效切换主控和串级控制，可以实现不同情况下的控制需求，以保证锅炉的平稳运行。

参考文献

[1]吕书艳，陈华.锅炉主蒸汽温度控制系统性能优化研究[J].计算机仿真，2017，（1）.109-112，137.

[2]李晓江，李亚男，崔锐.火电厂主汽温系统自抗扰控制的应用[J].能源与节能，2016，（9）.141-142，159.

[3]陈彦桥，陈宝林，华山，等.基于数据驱动的锅炉主蒸汽温度预测控制[J].计算机仿真，2016，（7）.166-170.