燃煤蒸汽鍋爐熱效率優化系統設計與工程應用

劉忠國

（黑龍江龍煤鶴崗礦業有限責任公司熱電廠,黑龍江 鶴崗 154101）

燃煤蒸汽鍋爐熱效率優化系統設計與工程應用

劉忠國

（黑龍江龍煤鶴崗礦業有限責任公司熱電廠,黑龍江 鶴崗 154101）

摘要：由于一些鍋爐自動控制水平很低，存在燃燒不徹底、排煙氧含量偏高、排煙熱損失大等諸多問題，這些問題造成了鍋爐熱效率低下。因此，探究燃煤蒸汽鍋爐的計算機控制具有重要的意義。本文簡要分析了影響燃煤蒸汽鍋爐熱效率的主要因素，闡述了燃煤蒸汽鍋爐熱效率控制系統的設計與應用策略。

關鍵詞：燃煤蒸汽鍋爐；熱效率；系統；設計；應用

隨著工業生產規模的不斷擴大，作為熱源的鍋爐也向著大容量和高效率的方向發展，鍋爐是工業生產的重要設備，同時在石油、化工等工業生產過程中是必不可少的。鍋爐的耗煤量很多，但是由于目前大多數鍋爐的控制水平不高，其熱效率仍處于能耗高、環境污染嚴重等的生產狀態。需要我們通過對燃煤蒸汽鍋爐控制系統研究，采用微機控制對鍋爐進行過程的自動檢測、自動控制，實現節能、高熱效率運行，實現燃煤蒸汽鍋爐控制系統最優設計。

1　影響鍋爐熱效率的因素

（1）過量空氣系數的控制不當。鍋爐系統密封不嚴導致漏風嚴重，大量冷空氣使爐膛溫度降低，在操作時對調風的忽視導致過量空氣系數的控制不當，直接導致煤炭燃料的不充分燃燒。

（2）鍋爐內的溫度無法得到控制。由于鍋爐受熱面積灰塵清理不及時，導致傳熱受到阻力，致使熱傳導損失加劇。或者是鍋爐結構的不合理、維護的不及時、保溫性能差，火焰中心在爐膛中位置的不合理，這些因素都影響到燃煤蒸汽鍋爐的熱效率。

2　燃煤蒸汽鍋爐控制系統

燃煤蒸汽鍋爐控制系統是采用模塊化設計，構成數字化實時過程的一個系統。利用微機控制系統能夠不停機實時進行參數修改功能，實現無擾自動切換和雙套報警的功能，確保對水位、 汽壓等主要參數的監控。蒸汽鍋爐的控制主要是保持汽包內部的物料平衡，通過單級三沖量給水控制系統，使過熱器出口溫度保持在允許范圍內，同時，燃燒系統的控制方案要滿足燃燒所產生的熱量，適應蒸汽負荷的需要。在保證鍋爐汽壓穩定的前提下，調節爐排轉速，促使鍋爐燃煤達到最優燃燒，避免鍋爐熱量因為爐膛正壓而被過多地隨煙氣排放，保持鍋爐燃燒的經濟性。

（1）燃燒系統的調節對象。燃燒調節系統是根據燃料種類的不同，既要提供熱量適應蒸汽負荷的需要， 又要保證燃燒的經濟性和鍋爐運行的安全性。

1）氣壓調節。鍋爐的燃燒過程是一個能量轉換、 傳遞的過程，主汽壓力是衡量蒸汽量與外界負荷是否協調的一個標志。關鍵是是、要分析燃燒過程對象的動態特性， 以確定燃燒系統自動控制方案的主要依據。

2）燃氣量。燃煤鍋爐需要經過吸熱、燃燒，放熱時間， 將熱量傳給鍋爐的汽水容積，燃料量的變化使爐膛熱負荷立即增大， 致使使蒸汽量增加，最后是在汽機調汽門開度的穩定的條件下，主汽壓的升高又會使蒸汽最終達到新平衡。

（2）串接并聯燃燒控制系統。該系統的任務是使燃料與負荷要求相適應，間接地使送風量與燃料量成正比。在送風控制子系統中串入一個氧量校正調節器 PI5，利用函數轉換器 f對它進行負荷修正。當出現偏差時， PI5輸出給PI3進行風量校正， 雖然矯正緩慢，但是基本上保證了風煤比例。

（3）燃燒控制反系統。燃燒控制反系統可以消除漏風的不利影響，確保爐膛工況的穩定。 該系統決定著爐膛損失的大小，有利于保證鍋爐安全運行。主汽壓控制采用模糊控制的思想， 以克服汽壓被控大延時的特性。

3　鍋爐的燃燒控制系統的應用

（1）燃燒調節系統的應用。1）燃燒系統的調節對象。燃燒調節系統是根據燃料種類的不同，既要提供熱量適應蒸汽負荷的需要，又要保證燃燒的經濟性和鍋爐運行的安全性；2）氣壓調節。鍋爐的燃燒過程是一個能量轉換、傳遞的過程，主汽壓力是衡量蒸汽量與外界負荷是否協調的一個標志。 分析燃燒過程對象的動態特性，以確定燃燒系統自動控制方案的主要依據。首先需要經過吸熱、燃燒，放熱時間，將熱量傳給鍋爐的汽水容積，燃料量的變化使爐膛熱負荷立即增大，致使使蒸汽量增加。最后是由于汽機調汽門開度不變， 主汽壓的升高又會使蒸汽最終達到新平衡。

（2）串接并聯燃燒控制系統的應用。該系統的任務是使燃料與負荷要求相適應，間接地使送風量與燃料量成正比。在送風控制子系統中串入一個氧量校正調節器 PI5，利用函數轉換器 f對它進行負荷修正。當出現偏差時， PI5輸出給PI3進行風量校正， 雖然矯正緩慢，但是基本上保證了風煤比例。

（3）燃燒控制反系統的應用。燃燒控制反系統可以消除漏風的不利影響， 確保爐膛工況的穩定。 該系統決定著爐膛損失的大小，有利于保證鍋爐安全運行。主汽壓控制采用模糊控制的思想， 以克服汽壓被控大延時的特性。

（4）過程控制系統的應用。蒸汽鍋爐控制系統的設計需要了解整個工藝過程通過分析確定控制量和干擾階躍變化下的動態響應特性。 然后根據燃料量的變化，通過汽包內部汽水系統在壓力升高時的凝結過程進行調整。最后是保持燃料量不改變，在平衡狀態下鍋爐供應的蒸汽流量也不會改變。

（5）智能算法在鍋爐控制工程中的應用。利用智能控制算法得到實際運行曲線，根據所需要的負荷蒸汽量來控制燃料量和送風量，通過引風設備控制爐膛負壓。

1）自適應控制。自適應控制是跟蹤系統的運行狀態，處理動態特性變化的一個過程。它為多輸入多輸出的非線性發電機組系統提供了有效的控制策略。建立實際系統輸出偏差與微調控制參數的模型，實現對過熱汽溫的控制。此方案較好的克服了對象特性變化的影響。

2）神經網絡控制。神經網絡為處理鍋爐控制中的非線性建模和非線性控制提供了強有力的工具。通過誤差對鍋爐動態特性求逆，建立汽包鍋爐蒸汽壓力控制的曲線圖，使得控制器發揮最好的功效。

參考文獻：

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