郄磊

摘 要：隨著我國電力行業(yè)的快速發(fā)展，對電站鍋爐系統(tǒng)的性能也提出更高的要求。尤其針在鍋爐燃燒系統(tǒng)方面，受較低的技術應用水平以及相關的管理因素限制，使鍋爐設備存在較多的缺陷問題，具體表現(xiàn)為過多的消耗燃料且難以提高熱效率。對此，文章主要對電站鍋爐系統(tǒng)的相關介紹、系統(tǒng)優(yōu)化中DCS系統(tǒng)的應用以及燃燒系統(tǒng)優(yōu)化控制的具體方法進行探析。

關鍵詞：電站鍋爐；燃燒系統(tǒng)；運行優(yōu)化；策略

前言

作為現(xiàn)階段發(fā)電企業(yè)應用的重要設備，電站鍋爐在結構方面表現(xiàn)出極為復雜的特征，其在運行過程中難以有效控制。以其中的燃燒系統(tǒng)為典型代表，其自身的性能是影響系統(tǒng)整體運行的關鍵所在，如何保證其安全運行且更具經(jīng)濟性成為電力行業(yè)目前關注的重要內容。加上近年來能源需求量的增加以及電煤價格的持續(xù)升高，都要求做好鍋爐燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化工作。因此，對電站鍋爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)化運行策略的分析具有十分重要的意義。

1 電站鍋爐系統(tǒng)的相關介紹

現(xiàn)階段電站鍋爐系統(tǒng)具體可細化為燃燒控制、給水控制與過熱蒸汽溫度控制等三方面。其中最難以控制的主要以燃燒系統(tǒng)為主，其不僅表現(xiàn)參數(shù)多且自身結構也極為復雜等現(xiàn)狀。從燃燒系統(tǒng)運行的整體流程看，主要體現(xiàn)在首先燃料煤通過給煤機向磨煤機進行輸送，并通過磨煤機的加工使燃煤滿足系統(tǒng)運行要求。其次，鍋爐系統(tǒng)中冷空氣的流入主要得益于送風機，但該過程中需要發(fā)揮空氣預熱器的作用，經(jīng)過預熱器處理后形成的熱空氣又分為兩股，其中一股被稱為熱一次風，其會在磨煤機中加熱煤粉并將煤粉通過煤粉管道輸出，最后輸送至鍋爐燃燒器中。而另外一股可稱其為二次風，其在爐膛內將與煤粉發(fā)生融合，但需注意若燃燒中存有剩余空氣極易損失過多的熱量。最后，燃料燃燒中所產生的熱在對循環(huán)水進行供給的同時可能存于爐膛煙道。此時可發(fā)揮吸熱裝置的作用使流入的煙氣進行交換，保證熱量得以有效利用的同時減少煙氣對環(huán)境的污染。除此之外，現(xiàn)階段燃燒系統(tǒng)中引用的除塵器以及排渣裝置等也可將殘余的灰渣進行處理，避免因廢棄物過多污染環(huán)境[1]。

2 系統(tǒng)優(yōu)化中DCS系統(tǒng)的應用

2.1 運行控制中DCS應用的基本概述

DCS又稱為集散控制系統(tǒng)，是許多工業(yè)領域中進行系統(tǒng)運行控制的重要系統(tǒng)之一，除具備采集與處理數(shù)據(jù)功能外，也可執(zhí)行監(jiān)督設備運行的功能。如DCS在電站鍋爐系統(tǒng)中可從數(shù)據(jù)采集、順序控制、運行監(jiān)控等方面對系統(tǒng)整體進行控制。針對燃燒系統(tǒng)的實際特征與具體構成，通過DCS系統(tǒng)的應用主要為使燃燒過程更具安全性與經(jīng)濟性，且在蒸汽壓力方面保持平穩(wěn)。具體優(yōu)化控制策略主要表現(xiàn)為針對動態(tài)變化的外部因素如煤質或機組負荷等，可利用以往學者實踐研究中的相關燃燒模型，從模型中挖掘如引風、送風、燃料等操作量，并在控制系統(tǒng)運行狀態(tài)下引入這些量，能夠推出運行中的控制量如爐膛與蒸汽的壓力等。在此基礎上便可通過系統(tǒng)運行的效率采取相應的優(yōu)化措施。但應注意為使運行控制獲得實際效果，還需結合預測、模糊PID等控制方式，能夠實現(xiàn)目標參數(shù)優(yōu)化的目標[2]。

2.2 DCS用于燃燒系統(tǒng)中的設計思路

DCS系統(tǒng)應用的價值主要體現(xiàn)在有效控制燃燒系統(tǒng)的運行流程、HMI顯示以及處理儀器儀表等。DCS系統(tǒng)用于燃燒系統(tǒng)中的具體設計思路主要表現(xiàn)在：第一，從硬件平臺角度。燃燒系統(tǒng)運行得以優(yōu)化的關鍵在于硬件平臺的構建，如其中的計算機系統(tǒng)、傳感器設備、PLC等。其中在系統(tǒng)管理層方面，相關操作人員將利用DCS系統(tǒng)監(jiān)控設備運行狀態(tài)，針對異常運行問題需利用計算機發(fā)出相應的指令，解決其中存在的故障。而在控制層方面，主要為將獲得的系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)向管理層傳送，并執(zhí)行操作員的具體指令，同時也需利用現(xiàn)場總線對遠程結構與控制層設備進行連接，使二者進行數(shù)據(jù)信息的傳輸。第二，從軟件設計方面，其作用在于支持硬件技術。設計過程中主要保證軟件平臺對燃燒系統(tǒng)可實現(xiàn)控制、監(jiān)控以及管理等方面的功能。第三，從系統(tǒng)運行方式角度，主要體現(xiàn)在自動與手動兩種控制方式。其中自動控制方面，主要得益于PLC的引入，能夠對來自儀器儀表的信號進行處理，轉化為相應的控制變量，只需在燃燒系統(tǒng)中融入這些變量便可實現(xiàn)自動控制的目標。而在手動控制方面，主要由操作人員對設備數(shù)據(jù)信息進行觀察，并結合爐膛與蒸汽壓力或蒸汽溫度等信息，對給水泵或鼓風機等設備進行參數(shù)設置，確保設備頻率能夠滿足系統(tǒng)運行要求[3]。

3 燃燒系統(tǒng)優(yōu)化控制的具體方法

燃燒系統(tǒng)運行優(yōu)化過程中除保證DCS系統(tǒng)作用得以發(fā)揮的基礎上，還需將模糊PID設計引入其中，通過兩種控制方法的有效結合能夠獲得良好的優(yōu)化控制效果。具體優(yōu)化方法主要體現(xiàn)在以下幾方面。

3.1 從爐膛壓力角度

爐膛壓力的有效控制是保證系統(tǒng)安全運行的關鍵?，F(xiàn)階段大多電站對爐膛壓力的控制主要得益于引風量，通過送風量的輸入使爐膛內擾動情況減少。但這種方式在控制方面極為單一，很難與現(xiàn)階段電站追求的經(jīng)濟效益、環(huán)保效益等目標相適應。對此便需引入模糊控制方式，利用PID控制對引風量進行計算可得出相應的控制量。通過以往實踐研究總結，若單純利用PID控制方法在爐膛壓力控制方面，系統(tǒng)整體超調量將超出許多，且進入穩(wěn)定運行的時間也較長。而在PID控制系統(tǒng)與模糊控制方式共同使用下，無論在超調量或穩(wěn)定運行需要的時間等方面都得以改善[4]。

3.2 從蒸汽壓力角度

為保證系統(tǒng)運行符合生產要求，設計過程中要求控制蒸汽壓力在一定范圍內。通常對蒸汽壓力進行控制時多引入燃煤流量與蒸汽流量，將二者與蒸汽壓力結合形成相應的控制系統(tǒng)。這種方式很難取得良好的控制效果，多表現(xiàn)出如壓力參數(shù)值變化較大且達到控制要求需耗費的時間較長。在此背景下，通過對相關控制方法的應用分析可得出，若單純利用PID進行控制，能夠提升上升時間速度，但會表現(xiàn)出極大的超調量，整個系統(tǒng)運行過程中將表現(xiàn)出明顯的震蕩現(xiàn)象。而在模糊控制方式的應用下，超調量較小，上升時間較慢，進入穩(wěn)定運行所需要的時間得以減少。另外在模糊預測控制方式的應用下，其可能影響上升時間，但前兩者存在的如震蕩問題、超調量問題等都得以解決。

3.3 從煙氣含氧量角度

燃燒系統(tǒng)運行效率的提高應做好煙氣含氧量的控制工作?，F(xiàn)代電站鍋爐系統(tǒng)應用中判斷燃燒經(jīng)濟性的指標多以含氧量為主。但由于在獲取含氧量方面往往表現(xiàn)出一定的滯后狀態(tài)，需要從送風量、含氧量調節(jié)等方面著手，采取雙閉環(huán)控制措施。其中內環(huán)路控制主要以送風量調節(jié)為主，而外環(huán)路控制則體現(xiàn)在含氧量調節(jié)裝置方面。但需注意二者在裝置使用方面應結合常規(guī)PID控制方式與模糊PID控制器，這樣才可使含氧量保持在標準范圍中[5]。

4 結束語

優(yōu)化策略在燃燒系統(tǒng)中的應用是保證電站實現(xiàn)生產目標的重要途徑。實際優(yōu)化過程中，應正視燃燒系統(tǒng)的運行原理以及具體構成，充分發(fā)揮DCS系統(tǒng)在燃燒系統(tǒng)運行中的作用，并在運行優(yōu)化中針對爐膛壓力、蒸汽壓力以及煙氣含氧量等方面采取相應的控制策略，以模糊PID控制以及模糊預測控制等為典型代表，對于燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化發(fā)揮至關重要的作用，滿足電力行業(yè)現(xiàn)代化生產要求。

參考文獻

[1]李智.電站鍋爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)化運行與應用研究[D].東北大學，2005.

[2]高芳.基于智能計算的大型鍋爐燃燒系統(tǒng)建模與優(yōu)化問題研究[D].華北電力大學，2013.

[3]李勤道.基于爐內參數(shù)測量的燃燒系統(tǒng)優(yōu)化運行理論與技術的研究[D].華北電力大學，2013.

[4]姚源.電站鍋爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)化策略的研究[D].遼寧科技大學，2014. [5]王令存.電站鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的優(yōu)化策略[D].山西大學，2010.