優(yōu)化控制與節(jié)能技術(shù)在冶金燃氣鍋爐上的應(yīng)用

吉廣黎，申安云，宋洪楊，浦 宏

(1.蕪湖新興鑄管有限責任公司，蕪湖 241000；2.江蘇和隆優(yōu)化智能科技有限公司，南京 210000)

0 引 言

燃氣鍋爐是冶金企業(yè)副產(chǎn)煤氣的有效利用和節(jié)能環(huán)保的重要設(shè)備，但目前燃氣鍋爐大多存在重要設(shè)備手動控制，煤氣熱值波動大，操作人員勞動強度大且鍋爐運行不穩(wěn)定的情況。

目前在蕪湖新興鑄管有限責任公司220 t/h燃氣鍋爐上，針對現(xiàn)場煤氣壓力波動大，混合煤氣的熱值波動大，現(xiàn)場操作難度較大，各主要控制回路運行穩(wěn)定性受影響，煤氣有一定的浪費的情況，利用和隆優(yōu)化的BCS通用燃燒優(yōu)化技術(shù)，實現(xiàn)了鍋爐的準無人化操作，穩(wěn)定鍋爐運行，實現(xiàn)經(jīng)濟運行，降低了煤氣單耗。

1 優(yōu)化控制系統(tǒng)的改造實施

1.1 系統(tǒng)安全性提升

(1)原系統(tǒng)與優(yōu)化系統(tǒng)通過OPC協(xié)議通訊，原系統(tǒng)的所有功能被保留，優(yōu)化系統(tǒng)將完成全自動優(yōu)化燒爐的全部功能，兩套系統(tǒng)間可自由切換，或者當優(yōu)化系統(tǒng)發(fā)生故障時自動無擾切換回原系統(tǒng)，不影響鍋爐運行。

(2)優(yōu)化系統(tǒng)帶有故障診斷與容錯控制技術(shù)，對完全失效的儀表，優(yōu)化系統(tǒng)可以對其進行自動識別剔除，并消除由此帶來的突變影響，根據(jù)測點是否冗余，選擇備用測點或者切換至軟測量模型，并發(fā)出語音報警通知操作人員。對于特性不好的閥門或液力耦合器等，優(yōu)化系統(tǒng)的智能控制器可進行自適應(yīng)控制。

1.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性提升

將燃氣鍋爐下列回路和功能投入長期可靠的全自動優(yōu)化運行：

1.2.1 汽包水位自動控制

控制框圖如圖1所示。

圖1 汽包水位自動控制框圖

該回路采用了帶有燃燒因素專家算法的三沖量控制算法。所謂燃燒因素是指當鍋爐升降負荷時必須以調(diào)整爐膛燃燒強度為前提，BCS建立了能表征爐膛燃燒強度的前饋算法并把它引入經(jīng)典的三沖量控制模型中，進一步提高了該回路的抗干擾能力和汽包水位的控制精度。

另外，該回路的控制點是浮動的，即負荷高時其控制點變低，反之則變高，這有助于提高鍋爐運行的安全性和經(jīng)濟性。

同時利用水位擾動觀測模型，通過計算汽包水位的變化趨勢、幅度等來提前調(diào)整給水量，提高水位的穩(wěn)定性。

1.2.2 主汽溫度優(yōu)化控制

控制框圖如圖2所示。

圖2 主汽溫度優(yōu)化控制框圖

該回路采用了帶有燃燒因素前饋算法的主汽溫度-減溫水流量-減溫水閥串級控制算法，也可采用帶有汽溫擾動觀測器算法的主汽溫度-減溫水閥單回路控制算法來達到較高精度的主汽溫度控制。對有減溫水流量測量且負荷足夠大時也可考慮串級控制方案，對采用面式減溫器的場合還考慮了與汽包水位控制閥的解耦算法。

1.2.3 爐膛壓力控制回路

控制框圖如圖3所示。

六是加大了對口幫扶的力度。組織上海、江蘇、浙江、山東對口幫扶云南，北京、天津、湖北、安徽對口幫扶貴州，廣東、福建對口幫扶廣西，并從七大流域機構(gòu)和部直屬科研單位抽調(diào)140多名水文地質(zhì)、物探、水工等方面的專家指導(dǎo)抗旱，調(diào)集50多臺（套）鉆機、地質(zhì)探測儀、泥漿泵等設(shè)備運赴重旱區(qū)找水打井。

圖3 爐膛壓力控制回路框圖

負壓壞值處理：對于多負壓測量的現(xiàn)場使負壓控制算法得到一個經(jīng)過處理的測量值，同時對于壞掉的測量值進行剔除；

在負壓調(diào)節(jié)回路上增加一前饋調(diào)節(jié)器用于改善調(diào)節(jié)品質(zhì)，前饋調(diào)節(jié)解決的是當進爐煤氣、空氣發(fā)生量的變化時提前給引風(fēng)擋板或者變頻一個改變量，以保證爐膛負壓的穩(wěn)定。

1.2.4 總送風(fēng)控制回路

控制框圖如圖4所示。

圖4 總送風(fēng)控制回路框圖

基本風(fēng)量獲取模型：根據(jù)實時的送風(fēng)機電流計算總送風(fēng)量，為控制切換風(fēng)量的基本目標值的獲取做好準備，即使沒有送風(fēng)量測量值，采用軟測量表示。

穩(wěn)定含氧量達到穩(wěn)定燃燒的效果。

1.2.5 負荷控制回路

控制框圖如圖5所示。

負荷模型有三種模式：主汽壓力控制、負荷控制、固定煤氣量控制，蕪湖新興鑄管燃氣爐是單元制機組，采用了負荷控制模式，將負荷穩(wěn)定在設(shè)定值附近。

其中主汽壓力控制和負荷控制均可兼顧高爐煤氣壓力，固定煤氣量控制則是按照人工給定的煤氣量設(shè)定值進行控制。

主汽壓力擾動觀測模型：它通過計算主汽壓力變化趨勢來提前調(diào)整燃氣量，以保證負荷的穩(wěn)定，提高燃氣閥位調(diào)節(jié)的快速性；

高熱值煤氣擾動模型：處理不定時、不定量的高熱值煤氣(轉(zhuǎn)爐、焦爐煤氣)對于鍋爐運行的突發(fā)性干擾。

圖5 負荷控制回路框圖

2 系統(tǒng)經(jīng)濟性提升效果驗證

經(jīng)濟性的提升主要在于提升鍋爐燃燒效率，即風(fēng)煤比始終接近最優(yōu)，通過總送風(fēng)的風(fēng)量優(yōu)化模型、動態(tài)風(fēng)煤比、氧含量修正模塊和負荷控制回路的燃氣量優(yōu)化模型，使鍋爐燃燒效果始終趨于最佳狀態(tài)。

風(fēng)量優(yōu)化模型：由于燃氣質(zhì)量的頻繁波動以及燃燒效果的影響，造成在該點與等量燃氣相對應(yīng)的空氣量也是不固定的，它應(yīng)根據(jù)燃氣熱值等變化而變化，最終目標是讓所配風(fēng)量能讓進爐燃氣完全燃燒，當燃燒最完全時，會造成鍋爐負荷有所上升，負荷控制回路就會相應(yīng)降低燃氣量控制點，這樣就完成了一次的優(yōu)化節(jié)能；

動態(tài)風(fēng)煤比：煤氣與空氣之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，每次優(yōu)化結(jié)束后該值是變化的；

氧含量修正模塊：根據(jù)負荷獲得氧含量的目標值，該目標值是動態(tài)變化的，有實際測量和目標值進行比較，獲得需要增加或減少風(fēng)量的增量，沒有氧量測量時可以不用；

燃氣量優(yōu)化模型：由于煤氣種類多，熱值變化大，該功能提供了一種尋找用更少燃氣量來保證負荷的可能性；

經(jīng)過優(yōu)化改造，雙方共同測試了優(yōu)化前后的運行數(shù)據(jù)，得出如下結(jié)論：自控率94%，節(jié)能率3.65%。

3 結(jié)束語

蕪湖新興鑄管有限責任公司220 t/h燃氣鍋爐BCS燃燒優(yōu)化改造后，實現(xiàn)了燃氣鍋爐各控制回路的長期可靠的全自動優(yōu)化運行，平均自控率達到了94%，顯著降低了工人勞動強度，同時實現(xiàn)了噸汽煤氣耗降低3.65%。因此在蕪湖新興鑄管有限責任公司220 t/h燃氣鍋爐優(yōu)化控制升級改造中，通過引入BCS技術(shù)的方式，實現(xiàn)了燃氣鍋爐的穩(wěn)定、經(jīng)濟與安全運行，并達到節(jié)能降耗的目標。