电厂锅炉燃烧优化控制系统的设计

赵凯

（河北涿州京源热电有限责任公司河北保定072700）

摘要：人们生活水平的提高，用电需求的不断增多，促进了我国电力产业的不断发展。电力企业的安全在发展中异常重要，同时想要保持并提升其竞争力，则必须重视锅炉燃烧运行的经济性以及稳定性。对于电厂锅炉燃烧系统来说，在实际运行中会受到燃料种类、给水流量、温度、送风、引风等因素的影响。从当前的发展来看，常规PID控制在锅炉燃烧系统控制中的效果并不理想，需要对其进行优化。本文就电厂锅炉燃烧优化控制系统的设计展开探讨。

关键词：电厂锅炉；锅炉燃烧控制；燃烧优化控制；优化控制系统；设计

1系统结构

对于锅炉燃烧控制，其主要任务除了提供满足要求的热量外，还要尽可能提高燃烧的安全性与经济性。基于此，燃烧过程控制需要完成以下任务：其一，维持主气压，提高运行品质；其二，使空燃比始终处在最佳水平，提高燃烧的经济性；其三，使炉膛中始终保持足够负压，提高燃烧安全性。为实现以上目标，系统需要包含下列组成部分：①燃料量控制单元；②磨煤机控制单元；③风量控制单元；④炉膛负压控制单元。

2锅炉燃烧调节的目的以及影响因素

锅炉经济性以及生产能力的可靠性取决于锅炉燃烧过程的质量。锅炉燃烧调节的目的主要是在满足外界电负荷需要的蒸汽量和合格的蒸汽品质的基础上，首先，保证稳定的汽压、汽温和蒸发量；其次，着火稳定、燃烧完全，火焰均匀充满炉膛，不结渣，不烧损燃烧器等；最后，使得机组内运行保持最高的经济效益，最大的减少燃烧污染物排放。锅炉的燃烧系统中，煤粉在锅炉的燃烧过程中，通过加热产生热蒸汽，之后带动汽轮机发电，这一系列运行均需要进行调节。锅炉运行的可靠性，在很大程度上取决于燃烧的稳定性，若燃烧不稳定，则会造成蒸汽参数出现变化，继而炉内的温度高低不稳定，燃料无法正常燃烧，还存在炉膛内水冷壁和出口受热面结渣情况的出现，使得局部管壁超温。要想实现锅炉燃烧的经济性，则需要风煤进行有效的配合，提供合适的风速，保持最佳的过量空气系数，保持锅炉喷燃器的火焰温度，保证锅炉内燃煤能够持续燃烧，同时降低漏风以及保证合理的炉膛负压；若锅炉的燃烧运行情况出现了变化，则需要进行适当的调节。通过以上对锅炉燃烧系统的合理控制，有效地提高了燃烧效率，对提高锅炉燃烧的经济性有着极大的推动作用。对锅炉燃烧产生影响的因素，主要有以下几点：其一是煤质。煤质产生的燃烧影响较大，煤的成分中挥发分是最大的燃烧影响因素。若煤的挥发分较高，则燃烧速度和燃尽程度较高，但是在炉膛燃烧器的出口处，会产生结焦现象；反之，煤的挥发分越低，则稳定性、经济性越低。另外，在煤质中包含的水分，也会对燃烧产生影响，水分含量越多，燃烧过程越慢，排烟量越高，同时也不利于制粉的安全性。其二是煤粉的细度和浓度。煤粉越细，则燃烧中的反应速度和升温时间越短，燃尽使用的时间越少，燃烧越安全；浓度越高，则燃烧过程中产生的热量也就越高，煤粉着火具有较高的稳定性。其三是锅炉负荷。锅炉负荷降低时，燃烧率降低，炉膛平均温度及燃烧器区域的温度均有所降低，着火困难，容易灭火。而高负荷运行时，由于炉膛温度高，着火与混合条件好，所以燃烧一般比较稳定，但是比较容易产生炉膛和燃烧器结焦，过热器、再热器局部超温等问题。

3系统设计

3.1锅炉燃料量控制调整

锅炉燃料量控制调整是锅炉燃烧控制系统中最重要的子系统，其主要作用是维持主蒸汽压力稳定，并同时根据机组负荷的变化来调节进入锅炉炉膛的给煤量，燃料量控制系统设计要求锅炉粉仓要保持煤粉储量一定，当汽轮机负荷改变时，一次风机的入口挡板跟着改变，使通过一次送风量的改变满足煤粉使用量，使负荷响应得到有效快速提高。在锅炉燃料量控制系统中，充分结合现代控制理论和智能控制理论的优点，一起来减少主蒸汽压力的变化。由于预测控制和模糊控制都是针对不确定系统进行的有效控制法，所以两种方法的结合将会大大提高控制效果，消除系统纯滞后的影响。

3.2预测模型构建

预测控制结构如图2所示，预测控制工程中，应先借助ＲＢＦ进行预测模型的构建。在网络中，输入、输出维数主要取决于输入、输出变量。在单输入、输出系统当中，可借助ＮＡＲＭＡＸ予以描述：

ｙ（ｋ）＝ｆ［ｙ（ｋ－１），ｙ（ｋ－２），…，ｙ（ｋ－ｎｙ），ｕ（ｋ－１），ｕ（ｋ－２），…，ｕ（ｋ－ｎｕ）］＋ｅ（ｋ）（１）

式中，ｙ（ｋ）表示输出；ｕ（ｋ）表示输入；ｅ（ｋ）表示误差，如噪声等；ｎｙ表示输出量阶数；ｎｕ表示输入量阶数。

3.3锅炉燃烧送风量的调整

当锅炉燃烧系统刚开始运转时，当空气量偏多，会引起锅炉内部结焦，达不到规定温度；当空气量不足，会引起不完全燃烧。针对现有锅炉燃烧现场的二次风量无法反映实际风量的问题，送风量控制系统设计采用烟气含氧量法。以烟气含氧量为校正参数对二次风门的开度进行控制，机组要求含氧量范围为0-10%。当含氧量大于最佳值时，说明此时送风量偏大，此时调节器输出增加，即送风修正系数增大，总风量信号增大，使送风调节器输入偏差为负，关小送风机挡板开度以减少送风量；当含氧量小于最佳值时，控制系统动作，开大送风机挡板开度以增加送风量。

结语

随着我国社会经济的不断发展和环境保护意识的加强，电力生产过程对控制系统的要求越来越高，特别是在锅炉燃烧过程中，希望控制系统能够实现送风和给煤的最佳供给，通过将锅炉燃烧保持在最佳工作点实现经济效益最大化和污染排放最小化。电厂锅炉燃烧优化控制系统目前已正式用于电厂生产。系统正式运行以后，有效减少和避免了人为因素造成的影响，在提高燃烧运行效率的同时，减少了燃料消耗，并降低了污染物的实际排放，对环保十分有利。该系统具有良好的稳定性，且安全可靠，能为生产过程及其控制实现网络化、自动化奠定良好基础，能大幅提高劳动效率，降低全体人员实际劳动强度，避免发生安全和质量事故，保证安全生产率。可见，这一系统具有良好的推广和应用价值，在电厂锅炉技术改进和升级中发挥了重要作用。

参考文献：

［1］应蕾，何星，张卫东，等．基于模糊控制策略的锅炉燃烧优化控制系统设计［J］．山东工业技术，2018．

［2］蒋子阳，呼钰双，金茜，等．探讨电厂锅炉燃烧优化控制系统的设计［J］．黑龙江科技信息，2015．