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

劉忠國

（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)計與工程應(yīng)用

劉忠國

（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題，這些問題造成了鍋爐熱效率低下。因此，探究燃煤蒸汽鍋爐的計算機控制具有重要的意義。本文簡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；應(yīng)用

隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，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，同時在石油、化工等工業(yè)生產(chǎn)過程中是必不可少的。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)境污染嚴重等的生產(chǎn)狀態(tài)。需要我們通過對燃煤蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)研究，采用微機控制對鍋爐進行過程的自動檢測、自動控制，實現(xiàn)節(jié)能、高熱效率運行，實現(xiàn)燃煤蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)最優(yōu)設(shè)計。

1　影響鍋爐熱效率的因素

（1）過量空氣系數(shù)的控制不當(dāng)。鍋爐系統(tǒng)密封不嚴導(dǎo)致漏風(fēng)嚴重，大量冷空氣使?fàn)t膛溫度降低，在操作時對調(diào)風(fēng)的忽視導(dǎo)致過量空氣系數(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)的溫度無法得到控制。由于鍋爐受熱面積灰塵清理不及時，導(dǎo)致傳熱受到阻力，致使熱傳導(dǎo)損失加劇。或者是鍋爐結(jié)構(gòu)的不合理、維護的不及時、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，構(gòu)成數(shù)字化實時過程的一個系統(tǒng)。利用微機控制系統(tǒng)能夠不停機實時進行參數(shù)修改功能，實現(xiàn)無擾自動切換和雙套報警的功能，確保對水位、 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，通過單級三沖量給水控制系統(tǒng)，使過熱器出口溫度保持在允許范圍內(nèi)，同時，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，促使鍋爐燃煤達到最優(yōu)燃燒，避免鍋爐熱量因為爐膛正壓而被過多地隨煙氣排放，保持鍋爐燃燒的經(jīng)濟性。

（1）燃燒系統(tǒng)的調(diào)節(jié)對象。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)蒸汽負荷的需要， 又要保證燃燒的經(jīng)濟性和鍋爐運行的安全性。

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

2）燃氣量。燃煤鍋爐需要經(jīng)過吸熱、燃燒，放熱時間， 將熱量傳給鍋爐的汽水容積，燃料量的變化使?fàn)t膛熱負荷立即增大， 致使使蒸汽量增加，最后是在汽機調(diào)汽門開度的穩(wěn)定的條件下，主汽壓的升高又會使蒸汽最終達到新平衡。

（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)中串入一個氧量校正調(diào)節(jié)器 PI5，利用函數(shù)轉(zhuǎn)換器 f對它進行負荷修正。當(dāng)出現(xiàn)偏差時， PI5輸出給PI3進行風(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)蒸汽負荷的需要，又要保證燃燒的經(jīng)濟性和鍋爐運行的安全性；2）氣壓調(diào)節(jié)。鍋爐的燃燒過程是一個能量轉(zhuǎn)換、傳遞的過程，主汽壓力是衡量蒸汽量與外界負荷是否協(xié)調(diào)的一個標(biāo)志。 分析燃燒過程對象的動態(tài)特性，以確定燃燒系統(tǒng)自動控制方案的主要依據(jù)。首先需要經(jīng)過吸熱、燃燒，放熱時間，將熱量傳給鍋爐的汽水容積，燃料量的變化使?fàn)t膛熱負荷立即增大，致使使蒸汽量增加。最后是由于汽機調(diào)汽門開度不變， 主汽壓的升高又會使蒸汽最終達到新平衡。

（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)中串入一個氧量校正調(diào)節(jié)器 PI5，利用函數(shù)轉(zhuǎn)換器 f對它進行負荷修正。當(dāng)出現(xiàn)偏差時， PI5輸出給PI3進行風(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的特性。

（4）過程控制系統(tǒng)的應(yīng)用。蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計需要了解整個工藝過程通過分析確定控制量和干擾階躍變化下的動態(tài)響應(yīng)特性。 然后根據(jù)燃料量的變化，通過汽包內(nèi)部汽水系統(tǒng)在壓力升高時的凝結(jié)過程進行調(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際運行曲線，根據(jù)所需要的負荷蒸汽量來控制燃料量和送風(fēng)量，通過引風(fēng)設(shè)備控制爐膛負壓。

1）自適應(yīng)控制。自適應(yīng)控制是跟蹤系統(tǒng)的運行狀態(tài)，處理動態(tài)特性變化的一個過程。它為多輸入多輸出的非線性發(fā)電機組系統(tǒng)提供了有效的控制策略。建立實際系統(tǒng)輸出偏差與微調(diào)控制參數(shù)的模型，實現(xiàn)對過熱汽溫的控制。此方案較好的克服了對象特性變化的影響。

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有力的工具。通過誤差對鍋爐動態(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：

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[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）.