燃?xì)忮仩t燃燒控制優(yōu)化

王新春 王俊鵬

摘要：燃?xì)忮仩t是大多數(shù)熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)運(yùn)行中重要的組成設(shè)備。隨著鋼鐵企業(yè)對(duì)電力需求的擴(kuò)大，對(duì)燃?xì)忮仩t燃燒控制進(jìn)行優(yōu)化十分迫切。所以對(duì)燃?xì)忮仩t燃燒控制進(jìn)行研究，以指導(dǎo)高爐的優(yōu)化控制有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：燃?xì)忮仩t；燃燒系統(tǒng)自動(dòng)控制；優(yōu)化運(yùn)行

鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量可作為二次能源的副產(chǎn)品（如高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣等），利用富余煤氣發(fā)電已成為鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排的有效手段。以包鋼動(dòng)供總廠130噸/時(shí)中溫中壓鍋爐為例，兩臺(tái)鍋爐的投運(yùn)每小時(shí)可以消耗高爐煤氣24萬立方米。所以，為了保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高燃?xì)忮仩t熱效率，降低耗氣量，有必要對(duì)燃?xì)忮仩t進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文簡單闡述了燃?xì)忮仩t的燃燒優(yōu)化控制。

1 鍋爐燃燒控制的動(dòng)態(tài)性能

一般情況下燃?xì)忮仩t燃燒控制系統(tǒng)由燃料量控制、送風(fēng)量控制和引風(fēng)量控制三個(gè)子系統(tǒng)組成；燃?xì)忮仩t自動(dòng)控制的目的是適應(yīng)汽輪機(jī)機(jī)組負(fù)荷變化，使得鍋爐燃燒產(chǎn)生的熱量滿足汽輪機(jī)發(fā)電需求的熱量，與此同時(shí)鍋爐在燃燒過程中需保證經(jīng)濟(jì)性和安全性。依據(jù)鍋爐自動(dòng)控制目標(biāo)，調(diào)控燃料量、送風(fēng)量、引風(fēng)量三個(gè)變量：

1）燃料量調(diào)控：調(diào)控燃料量使鍋爐燃燒產(chǎn)生的蒸汽可以滿足汽輪機(jī)正常運(yùn)行。2）送風(fēng)量調(diào)控：送風(fēng)量需跟隨燃料量同步變化，為鍋爐燃燒提供充足的氧氣，使鍋爐達(dá)到最優(yōu)燃燒。3）引風(fēng)量調(diào)控：調(diào)控引風(fēng)量保證爐膛負(fù)壓穩(wěn)定，同時(shí)保證鍋爐安全運(yùn)行。

2 燃?xì)忮仩t燃燒需要調(diào)節(jié)的變量

燃?xì)忮仩t燃燒自動(dòng)控制被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)性能有以下三個(gè)：1）主蒸汽壓力在內(nèi)、外擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性；2）煙氣含氧量O2在送風(fēng)量擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性；3）爐膛壓力在引風(fēng)量擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性。

3 鍋爐燃燒系統(tǒng)的自動(dòng)控制

燃?xì)忮仩t燃燒控制系統(tǒng)優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案是：在控制系統(tǒng)允許的條件，減少耦合變量，簡化鍋爐燃燒系統(tǒng)復(fù)雜程度。把鍋爐主蒸汽壓力、爐膛煙氣含氧量、爐膛壓力作為被控變量，同時(shí)選擇取燃料量、引風(fēng)量和送風(fēng)量作為控制變量。把燃?xì)忮仩t燃燒控制系統(tǒng)分為三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的控制系統(tǒng)：送風(fēng)量控制子系統(tǒng)、引風(fēng)量控制子系統(tǒng)和燃料量控制子系統(tǒng)。

3.1 燃料量控制系統(tǒng)

燃料量控制系統(tǒng)的主要根據(jù)蒸汽負(fù)荷變化適應(yīng)汽輪機(jī)的輸出結(jié)果或者由操作人員更改燃料命令來控制燃料量，獲得穩(wěn)定的蒸汽壓力。鍋爐主蒸汽壓力是鍋爐正常運(yùn)行的重要指標(biāo)。在一般情況下，鍋爐與汽輪機(jī)之間緊密相連，鍋爐汽包過熱器出口蒸汽壓力與汽輪機(jī)機(jī)組的運(yùn)行狀況密切相關(guān)，所以鍋爐主蒸汽壓變化與汽輪機(jī)的蒸汽負(fù)荷變化是相互關(guān)聯(lián)的，在汽輪機(jī)調(diào)節(jié)把鍋爐負(fù)荷作為重要依據(jù)的協(xié)同控制方式下，燃料控制子系統(tǒng)的任務(wù)是依據(jù)燃料量的變化，及時(shí)調(diào)整煤氣增壓機(jī)的出口壓力，為鍋爐提供合適的燃料量B，以滿足汽輪機(jī)的正常運(yùn)行。

3.2 送風(fēng)量控制子系統(tǒng)

送風(fēng)量控制子系統(tǒng)的目的是保證鍋爐的送風(fēng)量和燃料量一致性，增加鍋爐的熱效率，維持機(jī)組的穩(wěn)定性。送風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量是調(diào)節(jié)動(dòng)葉來實(shí)現(xiàn)的，總的風(fēng)量要求從汽輪機(jī)控制部分送來的燃燒率需求依據(jù)送風(fēng)量/燃料量比例關(guān)系制定，因?yàn)楫?dāng)燃料量產(chǎn)生變化時(shí)，送風(fēng)量也隨之變化波動(dòng)，因?yàn)闋t膛含氧量的測量通常情況會(huì)有滯后性，所以一般均采取串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。送風(fēng)量調(diào)節(jié)器和調(diào)風(fēng)門組成快速反應(yīng)控制，其中氧量調(diào)節(jié)器是校正作用，可以讓爐膛含氧量長時(shí)間處于給定值上，同時(shí)保證合理的空燃比，如圖1所示，圖1還加有燃料量B的前饋信號(hào)，為的是增加控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

3.3 引風(fēng)量控制子系統(tǒng)

通過調(diào)節(jié)引風(fēng)量控制系統(tǒng)可以保證爐膛負(fù)壓控制在設(shè)定值上下小幅波動(dòng)，一旦爐膛負(fù)壓很小，會(huì)造成爐膛內(nèi)的火焰和煙氣外溢，對(duì)設(shè)備和人員產(chǎn)生很大的安全隱患。反之爐膛負(fù)壓升高會(huì)造成冷空氣進(jìn)入爐膛，會(huì)加大引風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和加快爐膛排煙，最終可能會(huì)導(dǎo)致爐膛爆炸。所以爐膛負(fù)壓務(wù)必控制在可控的范圍內(nèi)，一般在200Pa左右。

控制爐膛負(fù)壓的方法是控制引風(fēng)機(jī)的引風(fēng)量，調(diào)節(jié)的變量為送風(fēng)量。被調(diào)節(jié)量是引風(fēng)量，鍋爐爐膛煙道不可控的因素很少，無論在外部擾動(dòng)或是內(nèi)部擾動(dòng)下，一般采用單一回路調(diào)節(jié)，通過增加前反饋的形式來調(diào)節(jié)，如圖2所示。圖中rs為爐膛負(fù)壓設(shè)定值，S為實(shí)際測量的爐膛負(fù)壓，Q為引風(fēng)量，V為送風(fēng)量，當(dāng)送風(fēng)量和引風(fēng)量保持平衡時(shí)爐膛負(fù)壓才穩(wěn)定。當(dāng)把送風(fēng)量看作前反饋信號(hào)，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能會(huì)有顯著提高。

4 結(jié)語

對(duì)鍋爐的燃燒過程進(jìn)行優(yōu)化，一方面能使燃料消耗量有效減少，與此同時(shí)，還能維持各參數(shù)穩(wěn)定，保持設(shè)備安全，防止設(shè)備損壞。鍋爐的燃燒調(diào)整、優(yōu)化運(yùn)行是節(jié)能降耗、提高能源利用率最有效的措施。優(yōu)化鍋爐燃燒控制對(duì)鋼鐵企業(yè)及其電力企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有很重要的意義。

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