摘要：鍋爐燃燒過程是一個具有大慣性、大時延、變參數的多輸入多輸出復雜過程，傳統的鍋爐燃燒控制多采用PID控制，但PID控制是無法為具有大慣性、大時延和變參數的過程提供高質量的控制，本文提出了基于遺傳算法的模糊PID控制可以大大提高系統的控制質量，以達到節(jié)能的目的。

關鍵詞：鍋爐燃燒控制PID控制模糊控制

鍋爐是國民經濟中重要的熱能供應設備。目前，我國現有鍋爐幾十萬臺，是國家的一個耗能大戶。由于技術落后，設備陳舊，操作水平低，目前大部分鍋爐還存在著熱效率低、能耗高的問題。鍋爐燃燒過程是一個具有大慣性、大時延、變參數的多輸入多輸出復雜過程，傳統的鍋爐燃燒控制多采用PID控制，但PID控制無法為具有大慣性、大時延和變參數的過程提供高質量的控制，解決此問題的方法是采用比PID更為有效的控制技術。鍋爐燃燒智能控制技術可以利用鍋爐運行數據和集散控制系統(DCS)，通過一系列先進建模、優(yōu)化和控制技術的應用，提高鍋爐運行效率，改善控制效果。這種技術投資少，能夠充分提高鍋爐控制的自動化程度，使鍋爐處于更理想的運行工況，提高鍋爐運行系統的安全性，因而受到廣泛關注。

1 鍋爐燃燒的自動控制任務

燃煤蒸汽鍋爐的生產任務是根據負荷設備的要求，生產具有一定參數的蒸汽，為了滿足負荷設備的要求，保證鍋爐本身運行的安全性和經濟性，工業(yè)鍋爐控制主要有下列自動調節(jié)任務：

（1）保持汽包水位范圍。汽包水位是鍋爐正常運行的主要指標，關系著汽水分離的速度和生產蒸汽的質量，也是確保安全生產的重要參數。水位過高會影響汽水分離，產生蒸汽帶液現象；水位過低會影響汽水循環(huán)，嚴重時會使個別上水管內的流動停滯，致使金屬管壁局部過熱而爆管，導致重大事故。因此，必須對汽包水位進行自動調節(jié)，使水位嚴格控制在規(guī)定范圍內。

（2）維持蒸汽壓力在預定值。蒸汽壓力是衡量鍋爐的蒸汽生產量與負荷設備的蒸汽消耗量是否平衡的重要指標，是蒸汽鍋爐的重要工藝參數。蒸汽壓力過低或過高，對于金屬導管和負荷設備都是不利的。壓力過高，會加速金屬的蠕變，導致鍋爐受損; 壓力過低，就不可能提供給負荷設備符合質量的蒸汽。在鍋爐運行過程中，蒸汽壓力降低，表明負荷的蒸汽消耗量大于鍋爐的蒸發(fā)量; 蒸汽壓力升高，說明負荷的蒸汽消耗量小于鍋爐的蒸發(fā)量。因此，控制蒸汽壓力，是安全生產的需要，也是保證燃燒經濟性的需要。

2 鍋爐燃燒控制系統的回路特性分析

2.1 汽包水位回路特性分析

蒸汽鍋爐的汽包水位是鍋爐正常運行的主要指標之一，也是一個十分重要的被調參數，保持汽包水位在一定的范圍內變化是保證鍋爐安全運行的重要條件。蒸汽鍋爐汽包水位調節(jié)的任務是使給水量跟蹤鍋爐的蒸發(fā)量并維持汽包中的水位在工藝允許的范圍內。鍋爐汽包中的水位不僅受到給水量和蒸發(fā)量之間平衡關系的影響，還受到在汽水循環(huán)管路中汽水混合物內汽水容積變化的影響。因為鍋爐汽水中水位值h不僅反映了汽包( 包括水循環(huán)的管路) 中的水容積，也反映了水面下汽包的容積。水面下汽包的容積又與鍋爐的負荷和蒸汽壓力有關。

2.2 蒸汽壓力回路特性分析

鍋爐汽包蒸汽壓力是燃燒過程控制對象的主要被調量，在一般的飽和蒸汽鍋爐中，蒸汽壓力是衡量儲蓄在鍋爐中能量大小的尺度，只有當鍋爐輸入和輸出的能量平衡時，壓力才能保持穩(wěn)定。引起蒸汽壓力變化的因素是很多的，如燃料量、送風量、引風量、給水量、蒸汽流量以及各種使燃燒工況變化的原因。它的主要擾動是燃料量的改變( 稱為內擾動) 和蒸汽流量的改變( 稱為外擾動)。

2.3 經濟燃燒回路特性分析

鍋爐燃燒控制要實現的一個主要功能是提高鍋爐的燃燒經濟性，使鍋爐運行在最高熱效率狀態(tài)下，以達到節(jié)約燃煤的目的。燃燒的效率高低難以直接測量，常用煙氣中的含氧量作為表示指標。風煤比是影響鍋爐熱效率的一個重要因素，無論風煤比過高還是過低都將使鍋爐的熱效率大大降低。在現行的各種控制方法中，廣泛采用固定風煤比調節(jié)加變氧量的校正方案，但節(jié)能效果并不理想。這是由于變氧量調節(jié)規(guī)律中，最佳含氧量與蒸汽負荷的關系曲線一般由司爐人員憑經驗獲得，帶有一定的片面性；另外，含氧量測量可靠性不高，維護量大，難以長時間穩(wěn)定工作。

3 鍋爐燃燒智能控制算法

3.1 模糊控制系統組成

模糊控制系統是一種自動控制系統，和其它的自動控制系統一樣，通常由被控對象、測量裝置、控制器和執(zhí)行機構等部件組成。它的核心部分為模糊控制器，模糊控制器的控制規(guī)律由計算機的程序實現。模糊控制系統的主要組成部分：（1）被控對象。它可以是一種設備或裝置以及它們的群體。這些被控對象可以是確定的或模糊的、單變量的或多變量的、有滯后的或無滯后的，也可以是線性的或非線性的、定常的或時變的，以及具有強耦合和干擾的等多種情況。對于那些難以建立數學模型的復雜對象，更適宜采用模糊控制。（2）執(zhí)行機構。除了電氣以外，如各種交、直流電動機、伺服電動機、步進電動機等，還有氣動調節(jié)閥和液壓馬達、液壓閥等。（3）模糊控制器。是整個模糊控制系統的核心部分，是基于模糊知識表示和規(guī)則推理的語言型“模糊控制器”。（4）傳感器（測量裝置）。是將被控對象的各種非電量，如流量、溫度、壓力等信號轉換為電信號的一種裝置，其精度往往直接影響整個系統的性能指標。

3.2 模糊控制器

模糊控制器是模糊控制系統的核心，一個模糊控制系統性能的優(yōu)劣，主要取決于模糊控制器的結構，所采用的模糊規(guī)則、合成推理算法以及模糊決策的方法等因素。模糊控制器也稱為模糊邏輯控制器，由于其所采用的模糊控制規(guī)則是由模糊理論中模糊條件語句來描述的，因此模糊控制器是一種語言型控制器，故也被稱為模糊語言控制器。

4 蒸汽鍋爐控制系統的設計與實現

針對研究對象某60t/h 燃煤蒸汽鍋爐，設計了燃燒控制系統，系統軟件采用VB 語言設計，包括控制參數設定、實時數據顯示、歷史數據查詢、歷史數據打印等功能。系統采用了模糊控制的方法對PID參數進行在線調整，在偏差較大時使KP增大，提高了系統的響應時間，在中間過程抑制了系統響應出現的超調，在接近穩(wěn)態(tài)時KI、KP增大，Kd減小，使系統縮短了穩(wěn)態(tài)時間，抑制了振蕩。與傳統的PID控制相比，用自適應模糊PID控制汽包水位，控制精度高，動態(tài)性能好，魯棒性強，有效地改善了模糊PID控制的效果。

參考文獻

[1] 陳智鋒.蒸汽鍋爐控制策略研究與控制系統設計[J].2002.

[2] 李仙.基于模糊神經網絡的鍋爐汽包水位控制研究[J].2007.

[3] 楊獻勇編著.熱土過程自動控制[M].清華大學出版社，2000.

[4] 郎偉明.基于模糊理論的電站鍋爐汽包水位控制研究[J].東北:東北大學，25.