杨贺
调兵山煤矸石发电有限责任公司辽宁调兵山112700
摘要：在火力发电厂中锅炉汽包满、缺水事故属于一项重大恶性事故，在锅炉的具体运行中在正常的范围内保持锅炉汽包水位具有重要作用。汽包水位在给水流量、燃烧工况和负荷不断变化的情况下会出现一系列的变化，蒸汽品质会由于水位的急剧波动或者过高而出现带水或者恶化的情况，导致受热面结盐，甚至还会造成汽轮机叶片损坏、水冲击振动；过低的水位则会导致排污失效，在严重的情况下还会导致下降管带汽，最终使炉水循环工况受到影响，引发大面积炉管爆破。为此，本文针对锅炉汽包水位优化运行控制进行了分析和研究，希望能够确保锅炉实现安全正常运行。
关键词：锅炉；汽包水位；优化
目前在工业生产中锅炉属于一个关键动力设备，锅炉本身属于一个被调节量和调节量共同存在的、具有众多非线性动态对象的多输入多输出的耦合通道。汽包水位属于一种能够对锅炉蒸发量和给水量的动态关系进行有效反映的监控参数，确保锅炉和汽轮机运行安全的一个非常重要的条件就是将汽包水位控制在一定的范围内。所以必须要认真做好对锅炉汽包水位的优化控制的工作，只有这样才能够使锅炉的运行质量得到有效改善。
1.优化锅炉汽包水位控制系统的重要作用
现阶段电厂锅炉通常都是运用旧有的三冲量汽包水位的控制方式，采用平衡容器水位计测量汽包水位。由操作人员选取水位，主要是在画面中将不同水位计中的一个值选取出来，从而进行连锁报警和水位控制。如果锅炉排污的时候出现较大的汽包水位波动，这样对于锅炉的安全运行十分不利。三冲量汽包水位控制方式主要包括三种，也就是单冲量控制方式、双冲量控制方式和三冲量控制方式：其中的单冲量控制方式属于以偏移量为根据对控制动作值进行调整和确定的一种负反馈控制方式，这种方式只有在开始偏差之后才能够运行。如果锅炉具有较大的蒸汽负荷变化，那么虚假上升的水位就会导致不断降低的积水量，最终使汽包进出水流量的平衡受到严重影响，增加了汽包给水流量和水位波动的幅度，导致系统具有较低的调节水平。其中的双冲量控制方式主要是通过扰动的方式进行控制的，因此在偏差之前发生扰动，因此该系统具有相对较高的系统控制质量[1]。蒸汽流量前馈信号能够通过双冲量控制系统被引入到控制过程中，从而有效地防止受到虚假水位的影响，对控制系统的静态特性进行优化，使控制系统的调控水平得以极大提升。然而双冲量控制系统只能够将重要的可测量的生产扰动消除，并且只能够将局部补偿完成。其中的三冲量控制系统除了能够使向调节器传送反馈信息的时效性得以提升之外，还可以使系统的反应速率和控制精度得以改善，然而其具有较多的参数整定方式和较慢的搜索速度，无法确保产生最优的控制效果，同时其还具有不稳定的控制效果。采用这种控制方式具有一个非常显著的缺点，也就是如果水位计出现差压、变送器故障、平衡容器漏水或者受到干扰等各种异常情况，系统就会马上发出停炉信号或者错误报警信号，进一步造成锅炉停炉停止供气；系统在严重的情况下还会发生没有发出停炉信号或者报警信号的情况，这时候给水调节阀在调整的过程中就会按照不正确的水位来进行，最终进一步造成过高或者过低的水位，严重的损害到汽机或者锅炉。通过三冲量控制的方式尽管能够使控制过程受到的虚假水位的影响得以消除，但是该方式却具有过调或者滞后的不足，因此具有较低的整体控制精度。为此，必须要进一步地优化锅炉汽包水位控制系统。
2.优化锅炉汽包水位控制系统的具体方式
在锅炉水位系统的运行和控制中应用模糊控制理论，从而使锅炉的运行水平和控制质量得到有效的改善，这就是所谓的锅炉汽包水位控制系统的模糊控制。作为一种高性能控制器，模糊控制器不需要对受控对象的数字模型进行了解，其能够以人工控制规则为根据将相应的控制决策表建立起来，随后通过该表对控制量大小加以确定[2]。
2.1优化设计锅炉汽包水位控制系统的结构
系统以汽包水位调整现场的工作人员采用的对象过程参数为根据将蒸汽流量、汽包水位和给水流量等三个测量信号引入进去，并且通过模糊控制算法对相关的控制参数进行演算，从而在三冲量控制系统中进行应用。在该系统中一共包括内回路和外回路等两个闭合回路，其中外回路主要是由对象控制通道、内回路、水位变送器和调节算法等共同组成，其主要作用就是使水位受到的不同扰动的影响得以消除。其中的内回路主要是由积水调节阀、给水流量测量装置和调节算法等共同组成，其主要作用就是将给水侧的扰动消除，并且使给水流量得以消除。蒸汽流量作为前馈信号，其在回路中只是能够将开环形成，其能够对水位在蒸汽量干扰下的控制品质进行调整，而且还能够与给水流量进行协作，从而实现期望水位。
2.2计锅炉汽包水位控制系统模糊自适应PID设计
将技术人员的工作经验通过人工智能的方法存储在电子计算机中，这样电子计算机依据现场的工作情况就能够对PID进行自行调节，从而形成了智能PID控制器。在智能PID控制器设计中很容易发生评价指标无法定量、无法精确描述经验等一系列的问题，这时候就可以在控制算法中引入模糊理论，通过模糊数据的基础原理和方法对规则操作和条件进行表示，同时在计算机中对其进行存储。而计算机则通过模糊推理的方式以现场的响应情况为根据最优化的调节PID参数。在该系统中一共包括两个方面，也就是PID控制和模糊推理控制，其能够通过偏差变化率和偏差输入模糊控制器，然后按照模糊控制规则对PID参数进行自适应调整，从而使各种偏差控制率和偏差对控制参数的需求得到满足。通过在线修改的方式能够调整PID参数，确保系统的控制对象能够具有较好的性能[3]。
2.3建立并形成模糊控制规则
在线校正的输入语言变量就是其中的汽包水位偏差和、偏差变化、偏差等，而其中的模糊化过程则是将获得的各种具体值论域通过比例变换因子变成模糊语言变量论域。通过汽包水位的误差变化量和误差等为根据将模糊控制规则确定下来，并且明确矫正量，通过重心法对其实施去模糊化的处理，并且进一步的转化成清晰量，这些清晰量乘以各自的量化因子，就能够将相应的PID参数获得[4]。
2.4锅炉汽包水位控制系统的仿真研究
将仿真研究对象作为每小时具有120吨蒸发量的锅炉汽包，为了对该PID算法控制的有效性和质量进行验证，选择传统的PID控制、模糊自适应PID控制方法和汽包水位数学模型等进行仿真。通过仿真算法对量化因子进行分别选取和分析，最终将模糊自适应PID曲线和传统PID曲线得出。研究结果表明，与传统PID相比，模糊自适应PID具有显著优化的性能指标，其中包括较短的过渡时间、迅速的响应和超调低等优势，其动态性能和稳态精度均比较高。
3.结语
锅炉工作的可靠性和安全性在很大程度上受到了汽包水位优化运行质量的影响，所以相关技术和研究人员必须要认真地做好优化锅炉汽包水位的工作，并且在实际的工作中对关键系统的改进措施和锅炉汽包水位的控制策略进行不断总结，从而使锅炉汽包水位的运行水平和运行质量得以全面提升。
参考文献：
[1]邓天心.基于汽水平衡原理的锅炉汽包水位控制系统研究与优化[J].科技尚品.2015(09)
[2]吴丹丹,张丽香,王俊刚.基于TDFMDPID的锅炉过热汽温控制系统研究[J].动力工程学报.2015(12)
[3]刘蕊.依靠在用锅炉给煤控制装置技改技术降耗[J].黑龙江科技信息.2016(01)
[4]王华盛,郑文岗.自然循环锅炉中过热蒸汽控制的数据分析[J].山东工业技术.2016(02)