電站鍋爐燃燒控制系統的優化策略分析

王 騰

（中外合資合肥第二發電廠，安徽 合肥 230000）

1 常見的鍋爐燃燒控制系統優化技術

1.1 燃燒理論模型

在充分理解并掌握電站鍋爐燃燒控制系統燃燒理論基礎上，可建立起相應的理論模型，用于探討求解方法。在對鍋爐燃燒狀況進行模擬時，可借助數值方式實現，但這一方法運算過程復雜且耗時長。對于部分電站鍋爐燃燒控制系統燃燒機理不明確且無法使用數值計算的情況，可以采用燃燒理論模型結合離線分析與高仿真技術方法完成計算[1]。

1.2 實驗調整技術

電站鍋爐燃燒控制系統優化可以通過實驗調整技術方式實現，這一技術能夠精準判定合理的風量與煤量比例，從而在實驗中確定鍋爐燃燒設備最佳運行參數。不僅如此，還可以制定出最為科學計算機控制曲線，根據曲線控制方法，使鍋爐以最佳的狀態運行燃燒。但是，在實驗操作中，技術人員仍要保證新機組試運行前，完成單因素與正交實驗，提高應用合理性。

1.3 檢測技術優化

檢測技術優化需要和燃燒優化聯系在一起，通過優化檢測技術，可對系統內部燃燒狀態進行全面監控，為系統后續優化調整提供可靠的數據支撐。此種方法在我國應用范圍較廣，具體而言，主要是對煤炭分析技術、火焰檢測技術、風煤量檢測技術等進行優化，最終可以達到優化鍋爐燃燒的總體目標。

1.4 燃燒設備改造

在對鍋爐設備設計改造階段，要站在設備燃燒理論模型基礎上進行，主要是實現設備燃燒器的優化設計與改造。設備的質量直接影響鍋爐燃燒，所以要提高電站鍋爐燃燒控制系統燃燒效率，首先要對設備進行改造。實際操作中，不同設備的改造會受到燃燒制粉系統、煤炭種類等因素影響。

2 集成控制系統在電站鍋爐燃燒控制中應用

2.1 理論概述

電站鍋爐燃燒控制系統中經常使用到的控制系統模式為集成控制系統，簡稱為DCS系統。這一系統模式在工業系統設計領域中較為常見，除了具備常規的系統采集和數據處理功能之外，還具有可執行監督與設備運行的優勢。集成控制系統在電站鍋爐燃燒控制系統中的應用，實現了數據采集、運行控制、順序控制。且針對燃燒控制系統特征，工作人員可采用集成控制系統作為主要的控制方法，為燃燒過程提供更為經濟和安全的保障，提高電站鍋爐燃燒控制系統整體運行期間的穩定性。具體操作中，可針對動態變化因素進行調整，比如，外部因素當中的機組負荷與煤炭品質等[2]。

2.2 設計思路

在對DCS系統的應用價值進行設計中，主要要從以下方面進行操作： （1） 系統硬件平臺角度。電站鍋爐燃燒控制系統運行的關鍵在于硬件平臺的構建，比如，計算機系統、PLC和傳感器設備等。在系統管理層方面，相關人員要利用DCS系統監控設備的運行狀態，針對異常運行問題提出相應的制定，從而解決故障問題。在控制層面上，硬件平臺可以實現數據運行傳輸，并根據操作人員的具體命令進行系統管理。此種方法也實現了現場總線遠程結構控制與對接，確保二者間的數據信息可以實時傳輸。 （2） 軟件設計角度。軟件設計的作用是為硬件設備和技術提供支撐，在進行設計中，要確保軟件平臺對燃燒系統的控制、管理與監督。 （3）系統運行角度。系統運行主要體現在自動化運行和手動操作運行等兩種形式。在實際的操作中，自動控制方面主要的優勢為PLC引入，借助PLC可以實現自動儀表的信號處理，將其轉化為對應的控制變量。在電站鍋爐燃燒控制系統中融入上述變量，便能實現自動控制的目標。手動控制中，主要是由操作人員對設備和相應的數據信息進行觀察，并結合蒸汽壓力、蒸汽溫度、爐膛壓力等信息，對鼓風機以及給水泵等設備的參數進行調節，確保設備頻率符合實際運行需求。

3 電站鍋爐燃燒控制系統的優化策略

3.1 任務分析

若想從根本上實現電站鍋爐燃燒控制系統的優化調整，就要對其日常運行的狀態、優化控制的目的以及產物蒸汽特性等方面進行的優化分析，以此提高電站鍋爐燃燒控制系統運行的經濟性與安全性[3]。在此環節中，相關技術人員要對控制任務進行分析：首先，在對電站鍋爐燃燒控制系統進行優化設計時，要確保鍋爐出口位置保持穩定的蒸汽壓力。電站鍋爐系統主要的產物是蒸汽，蒸汽質量高低會直接影響到后續生產環節能否順利進行。通常情況下，鍋爐產生的蒸汽量和負荷需求蒸汽量要在相對穩定的范圍內波動，如果蒸汽壓力出現明顯波動，則要對進料量進行調整，以此達到穩定壓力平衡的目的。其次，進入到爐膛內的燃料要能充分燃燒，且獲取燃燒所產生的經濟效益。這一任務要求了進入到爐膛內部參與燃燒的空氣量與燃燒量比例適當。最后，要確保鍋爐運行安全，穩定爐膛內負壓。如果爐膛內壓力過低，會導致外部壓力超過內部壓力，外界的冷空氣進入到爐膛內部，出現大量的熱量損失。如果壓力過大，容易產生噴火問題，造成現場與人員安全問題，所以要將爐膛內壓力控制在合理范圍內。

3.2 控制方案設計

3.2.1 蒸汽壓力控制

鍋爐壓力要控制在穩定范圍內，從而滿足實際生產需求。以往蒸汽壓力控制方案中，蒸汽壓力為被控制量，燃煤流量為控制量，同時還引入了蒸汽流量作為前饋量，以此減少系統延遲時間。但是傳統方法在運行中難以避免存在缺點，比如控制時間長、參數波動大，此種情況導致最終控制效果不理想。為了解決這一問題，設計出如下方法進行電站鍋爐燃燒控制系統優化如圖1所示。

圖1 系統蒸汽壓力控制流程圖

在控制流程圖應用過程中，還要使用模型預測的方式，對鍋爐在某一運行時刻的輸出值進行計算。假定系統運行到k時刻，對系統施加單一控制量為u （k），借助公式 （1），可以對系統輸出值的誤差矯正，如下：

式中：yp（k） —矯正結果；y （k+1） —系統實際輸出值；ym（k） —系統在k時刻的輸出模型預測結果。

模糊控制、模糊預測控制與常規PID控制三種控制方法分別能產生不同的系統控制效果： （1） 模糊控制下，系統上升時間慢，但是超調量較低，會產生輕微震蕩，穩定時間較比常規控制更快； （2） 模糊預測控制實際應用高效果最佳，雖然上升時間略慢，但是系統更加穩定，不會出現震蕩現象；（3） 常規控制上升速度快，DNA系統超調量較大，且系統震蕩劇烈，進入穩定狀態時間最長。

3.2.2 爐膛壓力控制

爐膛壓力設計關系到電站鍋爐燃燒控制系統運行安全，爐膛壓力控制系統中，被控量為爐膛壓力、控制量為引風量。根據實際情況可得，傳統控制方法之中加入幾種現代化智能控制方法，僅能改善傳統控制方法帶來的不足，這一方式雖然可以獲得更高經濟效益，但是卻忽視了對環境的保護。本文設計的方案將模糊控制方法加入傳統控制方法中，實現了系統調節模糊PID控制。系統設計中，主要設計內容是模糊控制器，主要包括了輸入參數量化、隸屬度函數選擇、模糊規則建立。其中，模糊規則建立關系到控制器的控制品質。爐膛壓力PID控制器設計與選用，輸入量是爐膛壓力輸入值和輸出值偏差e與偏差變化率ec，輸出量是經過模糊優化有的△Kp、△Kd、△Ki，可以對控制器進行參數整定，如公式 （2） 所示：

公式2當中的參數為PID控制器給定的初始值。采用常規PID控制方法，系統的超調量超過原本目標值的20%，且系統進入到穩定狀態后，花費的時間較長。與常規方法相比，采用了模糊控制方法結合PID之后，系統超調量明顯降低，且時間指標縮短，控制效果極大增強。

3.2.3 煙氣氧含量控制

電站鍋爐燃燒控制系統中的煙氣含量控制系統主要反映的是進入到爐膛內部的燃料與供給燃燒所需要的空氣間的定量關系。煙氣含氧量控制就是對二者比值的控制，將其控制在合理范圍內，能夠提升鍋爐燃燒效率，這一方法也是一種提高燃燒經濟性的有效方法。但是含氧量獲得存在滯后性，所以采用燃料費前饋、氧量調節、送風調節串級前饋控制系統，可以完成送風量調控系統的內環控制。內環控制和外環控制共同組成了雙閉環控制模式，其中外環調節器選取常規PID控制，內環控制器采用模糊PID控制，實現了煙氣含氧量始終在合理范圍內，優化二者比例關系。在使用常規PID控制時，系統響應超調量大，且進入穩定時間較長。為了解決這一問題，同樣可以采用模糊控制方法，優化控制效果。經過了模糊控制后，系統超調量小、響應速度快、震蕩小，且能夠以較快的速度進入到穩定狀態。

4 結語

綜上所述，在我國科學技術水平提升的背景下，將多種不同的鍋爐燃燒控制系統優化方法應用到系統的優化設計中，有利于充分提高燃燒控制系統的實際運行效率。電站鍋爐燃燒控制系統的優化控制，能夠在投資較少的情況下，確保鍋爐系統以低成本的狀態穩定運行，此種模式能夠充分地提高發電企業的競爭能力，為建立環境友好型、資源節約型社會做出巨大貢獻。