基于閉環(huán)控制系統(tǒng)的電站鍋爐燃燒優(yōu)化

范津湧

浙江浙能樂清發(fā)電有限責(zé)任公司

在電站鍋爐燃燒中，其燃燒優(yōu)化技術(shù)是實現(xiàn)電站鍋爐高效燃燒的有效措施，同時也是對污染物進(jìn)行控制的最經(jīng)濟的方法之一。在電站鍋爐燃燒優(yōu)化技術(shù)中，使用閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行燃燒優(yōu)化是非?？尚械暮涂煽康?，具有較強的經(jīng)濟性。本文就針對閉環(huán)控制系統(tǒng)的應(yīng)用基礎(chǔ)和原理進(jìn)行分析研究，并對鍋爐燃燒中閉環(huán)控制系統(tǒng)的要求進(jìn)行闡述，從而對閉環(huán)控制系統(tǒng)的經(jīng)濟性進(jìn)行評估，以便有效的提高閉環(huán)控制系統(tǒng)在電站鍋爐燃燒優(yōu)化中的價值和作用。

1 引言

電站鍋爐運行的經(jīng)濟性將會直接影響到鍋爐燃燒的調(diào)整效果。目前，采用的調(diào)整控制通常無法完全的針對鍋爐燃燒特點進(jìn)行控制。其隨機組負(fù)荷變化較大，同時運行的效率變化較大，無法有效的確保機組運行在最佳環(huán)境中。在電站鍋爐燃燒的過程中，通過使用閉環(huán)控制系統(tǒng)，可以有效的解決上述問題。由于閉環(huán)控制系統(tǒng)是對鍋爐燃燒情況進(jìn)行實時監(jiān)控和調(diào)整，從而可以讓鍋爐燃燒一直保持在最佳的運行環(huán)境中，從而對電站鍋爐燃燒進(jìn)行優(yōu)化，有效的提高電站的運行效率和經(jīng)濟性。

2 閉環(huán)控制系統(tǒng)的應(yīng)用基礎(chǔ)和原理

在火力發(fā)電廠中，要想有效的實現(xiàn)節(jié)能降耗，減少污染的發(fā)生，就必須要加強發(fā)電機組鍋爐的優(yōu)化控制，對電站鍋爐燃燒進(jìn)行優(yōu)化控制是達(dá)到節(jié)能環(huán)保的最直接、有效的途徑之一?；鹆Πl(fā)電廠在運行的過程中，由于電網(wǎng)負(fù)荷變化較大，同時燃燒的成分含量起伏較大，因此，機組設(shè)備在實際運行的過程中，需要進(jìn)行不斷的調(diào)整。需要在確保蒸汽的品質(zhì)和產(chǎn)量的安全條件下，對鍋爐等設(shè)備的經(jīng)濟運行進(jìn)行有效的維護(hù)和保障。同時，還需要對鍋爐的送煤量、給風(fēng)量以及給水量等燃燒和運行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)控。

鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng)通常分為開環(huán)和閉環(huán)，其中開環(huán)系統(tǒng)是一種有人工參與的控制系統(tǒng)，通過優(yōu)化運行，將優(yōu)化的結(jié)果通過用戶圖形界面?zhèn)魉徒o操作人員，操作人員根據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行修改，以便達(dá)到有效的調(diào)整和控制的效果。閉環(huán)系統(tǒng)是一種沒有人工參與的封閉系統(tǒng)，系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)果是直接與控制調(diào)節(jié)設(shè)備通信，并對控制參數(shù)進(jìn)行修改，所有的操作均是通過系統(tǒng)自動完成的。閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)相比，更具有高效率和穩(wěn)定性。在國外發(fā)達(dá)國家，運用閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行鍋爐燃燒優(yōu)化比較早，均得到廣泛的應(yīng)用，然而我國該類系統(tǒng)的應(yīng)用還處于起步階段。要想實現(xiàn)鍋爐燃燒優(yōu)化閉環(huán)控制系統(tǒng)，就需要對電站鍋爐設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，需要具備自動化檢測和控制的能力，并且其調(diào)節(jié)響應(yīng)能力需要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。另外，燃燒優(yōu)化閉環(huán)控制系統(tǒng)的執(zhí)行軟件需要安裝在微機上，通過網(wǎng)管和控制系統(tǒng)相連。系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)高速公路獲取所需的數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，從而研發(fā)出模型。利用動態(tài)模型進(jìn)行實時運轉(zhuǎn)，得出各回路優(yōu)化偏置值。并將偏置值送回數(shù)據(jù)高速公路中，通過增加收益優(yōu)化以便對鍋爐燃燒進(jìn)行優(yōu)化。

3 鍋爐燃燒對閉環(huán)控制系統(tǒng)的要求

需要提高機組的運行效率

電站鍋爐燃燒閉環(huán)控制系統(tǒng)在調(diào)整的過程中，需要在滿足機組安全運行的前提下對鍋爐燃燒進(jìn)行優(yōu)化整合，并分析現(xiàn)有機組的運行情況，在鍋爐燃燒中運用閉環(huán)控制系統(tǒng)，從而提高鍋爐運行的效率，尤其是針對300MW 容量以下的機組，其效果更明顯。在基于閉環(huán)控制系統(tǒng)的鍋爐燃燒中還可以加入適當(dāng)?shù)钠麢C側(cè)的計算內(nèi)容，從而獲取整個機組效率的變化情況，反映出全面的電站運行情況。

確保調(diào)整過程中的安全性

由于基于閉環(huán)控制系統(tǒng)的鍋爐燃燒參與到了實際運行的設(shè)備調(diào)整工作中，其中每一個環(huán)節(jié)的操作均會影響到機組運行的安全性，因此，需要對閉環(huán)控制系統(tǒng)調(diào)整，在調(diào)整的過程中需要注意安全性問題。為了有效的提高閉環(huán)控制系統(tǒng)運行的安全性，在閉環(huán)控制過程中，需要對所有閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)先處理和過濾。另外，在系統(tǒng)計算輸出調(diào)整的時候，要考慮到調(diào)整范圍的限制，實施對輸出進(jìn)行計算分析，從而得到合理的參數(shù)調(diào)整范圍，確保其安全性。

具有較強的煤種適應(yīng)性

在電廠的運行期間通常會發(fā)生煤種變化的問題，人工控制無法對其進(jìn)行改變。鍋爐燃燒閉環(huán)控制系統(tǒng)對煤種變化具體較好的辨別和調(diào)節(jié)能力，可以對不同的煤種進(jìn)行不同的調(diào)整，可以完成不同煤種情況下的最佳調(diào)整工作，因此，其具有較強的煤種適應(yīng)性，能夠提高鍋爐燃燒的效率。

具備外延接口功能

基于閉環(huán)控制系統(tǒng)的鍋爐燃燒還應(yīng)該具備較強的外延接口功能，方便對今后系統(tǒng)進(jìn)行必要的擴展和開發(fā)，以便使得該系統(tǒng)能夠更好的順應(yīng)企業(yè)發(fā)展的需求，并不斷完善系統(tǒng)的功能。在電站鍋爐燃燒的運行過程中，通過使用閉環(huán)控制系統(tǒng)，并要求閉環(huán)控制系統(tǒng)需要符合上述各項要求，才能夠使得電站鍋爐燃燒得到更好的優(yōu)化。

4 在電站鍋爐燃燒中實施閉環(huán)控制系統(tǒng)的經(jīng)濟性評估

電站投入成本的構(gòu)成

電站實施燃燒優(yōu)化閉環(huán)控制系統(tǒng)的成本投入通常是由軟件投入和設(shè)備改造投入組成，其中軟件投入的成本較大，而設(shè)備改造的成本估算需要根據(jù)各個電站的實際情況進(jìn)行分析。對燃燒優(yōu)化閉環(huán)控制系統(tǒng)來說，其主要的控制參數(shù)包括給粉、配風(fēng)、送風(fēng)調(diào)節(jié)等，針對這些控制參數(shù)需要具備良好的調(diào)節(jié)響應(yīng)能力。因此，需要針對各種電站的實際情況進(jìn)行分析，對比較差的調(diào)節(jié)設(shè)備進(jìn)行改造投入。

電廠收益估算

根據(jù)相關(guān)研究分析，假設(shè)燃燒優(yōu)化閉環(huán)控制系統(tǒng)主要是以降低污染氣體以及有毒氣體的排放量和提高燃燒效率為目的。以某發(fā)電廠的300MW 機組為例，該機組在上半年的發(fā)電量約2300GW·h，平均煤耗約350g/（kW·h），排放的氮氧化物約為7800t，按照電煤400 元每噸來估算，如果燃燒的效率提高0.5%，就可以節(jié)省成本約150 萬元。根據(jù)相關(guān)排污消費征收標(biāo)準(zhǔn)管理辦法來分析，如果能夠降低10%的氮氧化物的排放量，就可以減少排放收費近50萬元。在電站鍋爐燃燒的過程中，通?？梢越档偷趸锏呐欧帕吭?0%以上，根據(jù)相關(guān)估算，其成本可以極大的降低。另外，在實施燃燒優(yōu)化閉環(huán)控制系統(tǒng)的時候，不僅可以取得以上估算方式得到直接的經(jīng)濟收益，還可以在降低溫水排放方面以及降低輔助機功耗等方面減少成本。同時，在潛移默化的過程中，有利于提高員工操作水平，可以實現(xiàn)節(jié)能降耗和降低污染的目標(biāo)，從而有效的促進(jìn)發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展。

性能評估方式

在對基于閉環(huán)控制系統(tǒng)的鍋爐燃燒優(yōu)化中對其性能進(jìn)行評估，可以分為統(tǒng)計評估方式和代表工況點評估方式兩種。其中統(tǒng)計評估方式主要是在機組連續(xù)運轉(zhuǎn)的情況下，對在燃燒優(yōu)化閉環(huán)控制系統(tǒng)的統(tǒng)投狀態(tài)，以及在停止運轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，記錄性能的數(shù)據(jù)，例如熱效率和氮氧化物排放量等數(shù)據(jù)，并對相對時間內(nèi)的這些數(shù)據(jù)進(jìn)行積累，對這兩種狀態(tài)下的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析和比較。通過這種方式可以有效的對該系統(tǒng)的性能進(jìn)行評估，具有較好的數(shù)據(jù)復(fù)效性特點。另外，代表工況點評估方式通常是選擇幾個代表工況點進(jìn)行測試，對投、停兩種狀態(tài)下的情況進(jìn)行比較，同時，對影響鍋爐運行性能的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。這種方式產(chǎn)生的結(jié)果容易受到外部因素的影響，具有一定的偶然性，其數(shù)據(jù)復(fù)效性較差。在兩種評估方式中，由于氮氧化物數(shù)據(jù)相對比較容易測量和反饋，使用這兩種方式進(jìn)行評估均具有一定的作用，然而燃燒效率的效果評估的相對提升比例較小，代表工況點的數(shù)據(jù)容易與其他機組的改進(jìn)效果相混淆，使用統(tǒng)計評估方式進(jìn)行評估，其效果更好。

5 總結(jié)

基于閉環(huán)控制系統(tǒng)的鍋爐燃燒優(yōu)化，能夠通過對鍋爐運行的歷史數(shù)據(jù)和實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，從而可以有效的降低氮氧化物排放量和熱效率，同時，還可以有效的提高機組運行的安全性。在不斷變化的特定系統(tǒng)運行情況下，尋找到最佳匹配的操作參數(shù)，選擇最優(yōu)化的系統(tǒng)運行方案，可以為實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)提供前提和條件。燃燒優(yōu)化閉環(huán)控制系統(tǒng)的使用，可以為電力企業(yè)提高自身的綜合競爭力提供良好的基礎(chǔ)，并為電力企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟效益和社會效益。目前，我國現(xiàn)行的燃燒優(yōu)化閉環(huán)控制系統(tǒng)的應(yīng)用還處于起步階段，其中還存在一定的缺陷和不足，影響到優(yōu)化的效果，需要對其進(jìn)行改造，從而充分發(fā)揮閉環(huán)控制系統(tǒng)在鍋爐燃燒中的優(yōu)化作用，提高燃燒優(yōu)化閉環(huán)控制系統(tǒng)在電站中的應(yīng)用價值。