熱電廠燃煤鍋爐爐內燃燒溫度模糊控制技術研究

李 越

（濟南能源工程集團有限公司，山東濟南 250000）

引言

近年來，電力資源的需求無論是在規模上，還是在質量上，均呈現出了穩定上升的趨勢。針對此情況，對熱電廠的發電效率進行有效控制成為了關系到諸多領域的重要研究內容之一。其中，燃煤鍋爐爐內燃燒溫度的控制就是非常重要的環節之一，對于熱電廠燃煤鍋爐管理而言，溫度也是有效控制煤炭資源利用率的一個重要的物理參數。在某種程度上，煤炭的電能轉化率受到溫度的顯著影響。在此基礎上，對現階段的燃煤鍋爐爐內燃燒溫度控制情況進行分析可以發現，其存在的最明顯的不足就是穩定性偏低，針對爐內不同區域溫度的控制缺乏針對性。

結合上述的分析，本文提出熱電廠燃煤鍋爐爐內燃燒溫度模糊控制技術研究，并以實際的熱電廠燃煤鍋爐為基礎，通過對比測試的方式分析了設計控制技術的實際應用價值。借助本文的設計與研究，希望能夠為電力工業的發展提供助力，在節約能源的基礎上，最大限度提高電能的產出率。

1 熱電廠燃煤鍋爐爐內燃燒溫度模糊控制技術設計

1.1 燃煤鍋爐爐膛出口煙溫熱力計算

熱電廠燃煤鍋爐爐內燃燒溫度的控制，首先要保障燃燒區溫度不低于設置溫度閾值的上限，避免出現煤炭資源燃燒不完全的情況。其次要保障燃燒區溫度不高于設置溫度閾值的上限，避免出現煤炭資源過度燃燒，熱能輸出過于集中，能量轉化裝置無法實現對其的完整轉化。最后，要控制燃盡區的穩定不高于設置溫度閾值的上限，以此確保對于熱能的有效利用率能夠達到較高水平。

結合上述，本文首先對燃煤鍋爐爐膛出口煙溫熱力計算，以此判斷爐內不同區域溫度狀態。其中，在具體的執行過程中，本文以屏式過熱器與煙氣傳熱的規律為基礎，反推爐膛出口煙溫熱力，爐膛出口煙溫的熱力計算方式可以表示為

其中，Q表示燃煤鍋爐爐膛出口煙氣溫度參數，T表示燃煤鍋爐的理論燃燒溫度參數，M表示燃煤鍋爐爐膛火焰中心位置系數，A表示燃煤鍋爐爐膛的黑度參數，λ表示燃煤的平均熱有效系數，f表示燃煤鍋爐爐墻的總面積參數，K表示煤炭燃料的消耗量，q表示單位煤炭燃料帶入爐內的熱量，b 表示散熱量。

通過上述公式獲取燃煤鍋爐爐膛出口煙溫熱力數據，為后續的燃煤鍋爐爐內燃燒溫度的控制提供執行基礎。

1.2 燃煤鍋爐爐內燃燒溫度模糊控制

以1.1 部分對燃煤鍋爐爐膛出口煙溫的熱力計算結果為基礎，本文在對爐內燃燒溫度進行控制時，將爐膛出口煙溫的熱力計算數據作為模糊控制的反饋數據，并且充分考慮了不同區域的溫度控制要求，引入模糊控制實現燃煤鍋爐爐內燃燒溫度控制。溫度模糊控制方式如圖1所示。

圖1 燃煤鍋爐爐內燃燒溫度模糊控制方式

按照圖1 所示的方式，利用模糊器對爐內區域、以及單位升溫效率和降溫效率進行模糊化處理，通過這樣的方式避免統一控制下的溫度一體化問題。在此基礎上，利用模糊器對燃燒器的控溫裝置進行控制，在此階段，燃燒器也將其狀態參數反饋至模糊器，以此校驗燃煤鍋爐爐內燃燒溫度，進行循環控制，保障溫度穩定在目標區間范圍內。同時，在燃燒器反饋的同時，以1.1 章節獲取的Q作為第二個反饋信息，模糊控制器綜合考慮燃燒器反饋的信息和爐膛出口煙溫反饋的信息，調整煤鍋爐爐內燃燒溫度，使其熱電廠燃煤鍋爐爐內燃燒溫度控制更加準確。

2 應用測試與分析

2.1 測試環境

在分析本文設計電廠燃煤鍋爐爐內燃燒溫度模糊控制技術實際應用效果的過程中，本文開展了對比測試，以此更加客觀地對設計技術作出評價。對于測試環境的設置，本文以HG-2042/28.25-HM 型超超臨界鍋爐設備作為具體的測試對象。表1 為HG-2042/28.25-HM鍋爐設備的具體參數配置信息。

在具體的運行過程中，分別在四角布置煤粉燃燒器，對應的類型主要包括兩種，分別為切向燃燒和擺動式燃燒器。在此基礎上，為了實現有效控制爐內溫度，6 層煤粉噴嘴按照由下至上的方式分布在燃燒器一側，并間隔布置了二次風和一次風，使得鍋爐能夠以四角切圓燃燒的形式運行。在鍋爐運行時，采用水溫自控，變頻加熱的方式，鍋爐的智能控制系統根據溫度自動調整引風機的速度，結合實際運行要求實現封火，燃燒的狀態調整。不僅如此，借助雙層爐排設計，HG-2042/28.25-HM 鍋爐設備最大限度保證煤充分燃燒不浪費，燃燒率在95%以上。燃燒室與換熱室分離，延長燃燒的運行時間，保證換熱率在82%以上。配置的超大儲煤倉，每天加煤次數為2次。在鍋爐的保溫設計方面，采用了輪船及汽車鋼板烤漆，結合重力除塵與水除塵方式，使得鍋爐得到科學環保運行效果。

在此基礎上，對測試鍋爐開展溫度控制，其中，對照組分別采用文獻［1］和文獻［2］提出的爐內燃燒溫度控制技術。

2.2 測試結果與分析

在上述測試環境的基礎上，對比分析了不同控制技術下，測試HG-2042/28.25-HM 鍋爐設備的爐內燃燒溫度發展情況，得到的數據結果如表2所示。

表2 不同溫度控制技術測試結果對比表

結合表2 對三種不同溫度控制技術的測試結果進行分析，可以發現其表現出了不同的特征。其中，在文獻［1］控制技術的測試結果中，在11:00-12：00時間段內，燃燒區的溫度達到了1600 ℃，從整體角度分析，控制效果相對理想，但是燃盡區的溫度基本始終處于1300 ℃以上。因此，該方法的控制效果偏低。在文獻［2］控制技術的測試結果中，在開展測試的8個小時內，僅11:00-13：00 時間段內燃燒區的溫度穩定在理想溫度區間范圍內，且燃盡區的溫度也在08:00-10:00時間段出現了超出理想范圍上限的情況［3］［4］。在此基礎上，對本文設計溫度控制基礎的測試結果進行分析，其中，燃燒區的溫度始終穩定在1500 ℃-1600 ℃，燃盡區的溫度始終穩定在1300 ℃-1200 ℃區間范圍內，均處于理想溫度區間范圍內［5］［6］。綜合上述測試結果可以得出結論，本文設計的熱電廠燃煤鍋爐爐內燃燒溫度模糊控制技術可以保障鍋爐爐內燃燒溫度穩定在目標狀態，具有良好的應用效果。

3 結論

對于熱電廠而言，燃煤鍋爐仍是最為主要的發電方式之一，但是爐內燃燒溫度控制效果不佳，因此，為了通過爐內燃燒溫度控制準確性［7］，設計了一種熱電廠燃煤鍋爐爐內燃燒溫度模糊控制技術，該技術在傳統技術的基礎上，引入模糊控制，并且充分考慮了爐膛出口煙溫，避免統一控制下的溫度一體化問題，從而提高溫度控制效果，保障對應的溫度穩定在理想區間范圍內［8］［9］。借助本文的設計與研究，希望能夠為實際的燃煤鍋爐管理提供參考價值，最大限度提高煤炭資源的有效利用率。