劉忠國(guó)

（黑龍江龍煤鶴崗礦業(yè)有限責(zé)任公司熱電廠,黑龍江 鶴崗 154101）

燃煤蒸汽鍋爐熱效率優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用

劉忠國(guó)

（黑龍江龍煤鶴崗礦業(yè)有限責(zé)任公司熱電廠,黑龍江 鶴崗 154101）

摘要：由于一些鍋爐自動(dòng)控制水平很低，存在燃燒不徹底、排煙氧含量偏高、排煙熱損失大等諸多問(wèn)題，這些問(wèn)題造成了鍋爐熱效率低下。因此，探究燃煤蒸汽鍋爐的計(jì)算機(jī)控制具有重要的意義。本文簡(jiǎn)要分析了影響燃煤蒸汽鍋爐熱效率的主要因素，闡述了燃煤蒸汽鍋爐熱效率控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用策略。

關(guān)鍵詞：燃煤蒸汽鍋爐；熱效率；系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，作為熱源的鍋爐也向著大容量和高效率的方向發(fā)展，鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)的重要設(shè)備，同時(shí)在石油、化工等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中是必不可少的。鍋爐的耗煤量很多，但是由于目前大多數(shù)鍋爐的控制水平不高，其熱效率仍處于能耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重等的生產(chǎn)狀態(tài)。需要我們通過(guò)對(duì)燃煤蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)研究，采用微機(jī)控制對(duì)鍋爐進(jìn)行過(guò)程的自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、高熱效率運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)燃煤蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)最優(yōu)設(shè)計(jì)。

1　影響鍋爐熱效率的因素

（1）過(guò)量空氣系數(shù)的控制不當(dāng)。鍋爐系統(tǒng)密封不嚴(yán)導(dǎo)致漏風(fēng)嚴(yán)重，大量冷空氣使?fàn)t膛溫度降低，在操作時(shí)對(duì)調(diào)風(fēng)的忽視導(dǎo)致過(guò)量空氣系數(shù)的控制不當(dāng)，直接導(dǎo)致煤炭燃料的不充分燃燒。

（2）鍋爐內(nèi)的溫度無(wú)法得到控制。由于鍋爐受熱面積灰塵清理不及時(shí)，導(dǎo)致傳熱受到阻力，致使熱傳導(dǎo)損失加劇?；蛘呤清仩t結(jié)構(gòu)的不合理、維護(hù)的不及時(shí)、保溫性能差，火焰中心在爐膛中位置的不合理，這些因素都影響到燃煤蒸汽鍋爐的熱效率。

2　燃煤蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)

燃煤蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)是采用模塊化設(shè)計(jì)，構(gòu)成數(shù)字化實(shí)時(shí)過(guò)程的一個(gè)系統(tǒng)。利用微機(jī)控制系統(tǒng)能夠不停機(jī)實(shí)時(shí)進(jìn)行參數(shù)修改功能，實(shí)現(xiàn)無(wú)擾自動(dòng)切換和雙套報(bào)警的功能，確保對(duì)水位、 汽壓等主要參數(shù)的監(jiān)控。蒸汽鍋爐的控制主要是保持汽包內(nèi)部的物料平衡，通過(guò)單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)，使過(guò)熱器出口溫度保持在允許范圍內(nèi)，同時(shí)，燃燒系統(tǒng)的控制方案要滿足燃燒所產(chǎn)生的熱量，適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要。在保證鍋爐汽壓穩(wěn)定的前提下，調(diào)節(jié)爐排轉(zhuǎn)速，促使鍋爐燃煤達(dá)到最優(yōu)燃燒，避免鍋爐熱量因?yàn)闋t膛正壓而被過(guò)多地隨煙氣排放，保持鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性。

（1）燃燒系統(tǒng)的調(diào)節(jié)對(duì)象。燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)是根據(jù)燃料種類的不同，既要提供熱量適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要， 又要保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性和鍋爐運(yùn)行的安全性。

1）氣壓調(diào)節(jié)。鍋爐的燃燒過(guò)程是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換、 傳遞的過(guò)程，主汽壓力是衡量蒸汽量與外界負(fù)荷是否協(xié)調(diào)的一個(gè)標(biāo)志。關(guān)鍵是是、要分析燃燒過(guò)程對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性， 以確定燃燒系統(tǒng)自動(dòng)控制方案的主要依據(jù)。

2）燃?xì)饬?。燃煤鍋爐需要經(jīng)過(guò)吸熱、燃燒，放熱時(shí)間， 將熱量傳給鍋爐的汽水容積，燃料量的變化使?fàn)t膛熱負(fù)荷立即增大， 致使使蒸汽量增加，最后是在汽機(jī)調(diào)汽門(mén)開(kāi)度的穩(wěn)定的條件下，主汽壓的升高又會(huì)使蒸汽最終達(dá)到新平衡。

（2）串接并聯(lián)燃燒控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的任務(wù)是使燃料與負(fù)荷要求相適應(yīng)，間接地使送風(fēng)量與燃料量成正比。在送風(fēng)控制子系統(tǒng)中串入一個(gè)氧量校正調(diào)節(jié)器 PI5，利用函數(shù)轉(zhuǎn)換器 f對(duì)它進(jìn)行負(fù)荷修正。當(dāng)出現(xiàn)偏差時(shí)， PI5輸出給PI3進(jìn)行風(fēng)量校正， 雖然矯正緩慢，但是基本上保證了風(fēng)煤比例。

（3）燃燒控制反系統(tǒng)。燃燒控制反系統(tǒng)可以消除漏風(fēng)的不利影響，確保爐膛工況的穩(wěn)定。 該系統(tǒng)決定著爐膛損失的大小，有利于保證鍋爐安全運(yùn)行。主汽壓控制采用模糊控制的思想， 以克服汽壓被控大延時(shí)的特性。

3　鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)的應(yīng)用

（1）燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)的應(yīng)用。1）燃燒系統(tǒng)的調(diào)節(jié)對(duì)象。燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)是根據(jù)燃料種類的不同，既要提供熱量適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要，又要保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性和鍋爐運(yùn)行的安全性；2）氣壓調(diào)節(jié)。鍋爐的燃燒過(guò)程是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換、傳遞的過(guò)程，主汽壓力是衡量蒸汽量與外界負(fù)荷是否協(xié)調(diào)的一個(gè)標(biāo)志。 分析燃燒過(guò)程對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，以確定燃燒系統(tǒng)自動(dòng)控制方案的主要依據(jù)。首先需要經(jīng)過(guò)吸熱、燃燒，放熱時(shí)間，將熱量傳給鍋爐的汽水容積，燃料量的變化使?fàn)t膛熱負(fù)荷立即增大，致使使蒸汽量增加。最后是由于汽機(jī)調(diào)汽門(mén)開(kāi)度不變， 主汽壓的升高又會(huì)使蒸汽最終達(dá)到新平衡。

（2）串接并聯(lián)燃燒控制系統(tǒng)的應(yīng)用。該系統(tǒng)的任務(wù)是使燃料與負(fù)荷要求相適應(yīng)，間接地使送風(fēng)量與燃料量成正比。在送風(fēng)控制子系統(tǒng)中串入一個(gè)氧量校正調(diào)節(jié)器 PI5，利用函數(shù)轉(zhuǎn)換器 f對(duì)它進(jìn)行負(fù)荷修正。當(dāng)出現(xiàn)偏差時(shí)， PI5輸出給PI3進(jìn)行風(fēng)量校正， 雖然矯正緩慢，但是基本上保證了風(fēng)煤比例。

（3）燃燒控制反系統(tǒng)的應(yīng)用。燃燒控制反系統(tǒng)可以消除漏風(fēng)的不利影響， 確保爐膛工況的穩(wěn)定。 該系統(tǒng)決定著爐膛損失的大小，有利于保證鍋爐安全運(yùn)行。主汽壓控制采用模糊控制的思想， 以克服汽壓被控大延時(shí)的特性。

（4）過(guò)程控制系統(tǒng)的應(yīng)用。蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要了解整個(gè)工藝過(guò)程通過(guò)分析確定控制量和干擾階躍變化下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。 然后根據(jù)燃料量的變化，通過(guò)汽包內(nèi)部汽水系統(tǒng)在壓力升高時(shí)的凝結(jié)過(guò)程進(jìn)行調(diào)整。最后是保持燃料量不改變，在平衡狀態(tài)下鍋爐供應(yīng)的蒸汽流量也不會(huì)改變。

（5）智能算法在鍋爐控制工程中的應(yīng)用。利用智能控制算法得到實(shí)際運(yùn)行曲線，根據(jù)所需要的負(fù)荷蒸汽量來(lái)控制燃料量和送風(fēng)量，通過(guò)引風(fēng)設(shè)備控制爐膛負(fù)壓。

1）自適應(yīng)控制。自適應(yīng)控制是跟蹤系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，處理動(dòng)態(tài)特性變化的一個(gè)過(guò)程。它為多輸入多輸出的非線性發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)提供了有效的控制策略。建立實(shí)際系統(tǒng)輸出偏差與微調(diào)控制參數(shù)的模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)熱汽溫的控制。此方案較好的克服了對(duì)象特性變化的影響。

2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為處理鍋爐控制中的非線性建模和非線性控制提供了強(qiáng)有力的工具。通過(guò)誤差對(duì)鍋爐動(dòng)態(tài)特性求逆，建立汽包鍋爐蒸汽壓力控制的曲線圖，使得控制器發(fā)揮最好的功效。

參考文獻(xiàn)：

[1]王保國(guó).提高鍋爐熱效率初探[J].新疆科技報(bào)（漢）,2001.

[2]曹培慶,劉海峰.480t/h循環(huán)流化床鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)及分析[J].電力學(xué)報(bào),2011（04）.

[3]馮玉剛.淺析優(yōu)化鍋爐熱能的方法及效果[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊）,2010（03）.