電站鍋爐燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行策略分析

郄磊

摘 要：隨著我國(guó)電力行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)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(shù)應(yīng)用水平以及相關(guān)的管理因素限制，使鍋爐設(shè)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(duì)此，文章主要對(duì)電站鍋爐系統(tǒng)的相關(guān)介紹、系統(tǒng)優(yōu)化中DCS系統(tǒng)的應(yīng)用以及燃燒系統(tǒng)優(yōu)化控制的具體方法進(jìn)行探析。

關(guān)鍵詞：電站鍋爐；燃燒系統(tǒng)；運(yùn)行優(yōu)化；策略

前言

作為現(xiàn)階段發(fā)電企業(yè)應(yīng)用的重要設(shè)備，電站鍋爐在結(jié)構(gòu)方面表現(xiàn)出極為復(fù)雜的特征，其在運(yùn)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(yùn)行的關(guān)鍵所在，如何保證其安全運(yùn)行且更具經(jīng)濟(jì)性成為電力行業(yè)目前關(guān)注的重要內(nèi)容。加上近年來能源需求量的增加以及電煤價(jià)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(duì)電站鍋爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)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(guān)介紹

現(xiàn)階段電站鍋爐系統(tǒng)具體可細(xì)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(jié)構(gòu)也極為復(fù)雜等現(xiàn)狀。從燃燒系統(tǒng)運(yùn)行的整體流程看，主要體現(xiàn)在首先燃料煤通過給煤機(jī)向磨煤機(jī)進(jìn)行輸送，并通過磨煤機(jī)的加工使燃煤滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求。其次，鍋爐系統(tǒng)中冷空氣的流入主要得益于送風(fēng)機(jī)，但該過程中需要發(fā)揮空氣預(yù)熱器的作用，經(jīng)過預(yù)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(fēng)，其會(huì)在磨煤機(jī)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(fēng)，其在爐膛內(nèi)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(chǎn)生的熱在對(duì)循環(huán)水進(jìn)行供給的同時(shí)可能存于爐膛煙道。此時(shí)可發(fā)揮吸熱裝置的作用使流入的煙氣進(jìn)行交換，保證熱量得以有效利用的同時(shí)減少煙氣對(duì)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(jìn)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(yīng)用

2.1 運(yùn)行控制中DCS應(yīng)用的基本概述

DCS又稱為集散控制系統(tǒng)，是許多工業(yè)領(lǐng)域中進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)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(shè)備運(yùn)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(yùn)行監(jiān)控等方面對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行控制。針對(duì)燃燒系統(tǒng)的實(shí)際特征與具體構(gòu)成，通過DCS系統(tǒng)的應(yīng)用主要為使燃燒過程更具安全性與經(jīng)濟(jì)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(duì)動(dòng)態(tài)變化的外部因素如煤質(zhì)或機(jī)組負(fù)荷等，可利用以往學(xué)者實(shí)踐研究中的相關(guān)燃燒模型，從模型中挖掘如引風(fēng)、送風(fēng)、燃料等操作量，并在控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下引入這些量，能夠推出運(yùn)行中的控制量如爐膛與蒸汽的壓力等。在此基礎(chǔ)上便可通過系統(tǒng)運(yùn)行的效率采取相應(yīng)的優(yōu)化措施。但應(yīng)注意為使運(yùn)行控制獲得實(shí)際效果，還需結(jié)合預(yù)測(cè)、模糊PID等控制方式，能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)[2]。

2.2 DCS用于燃燒系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)思路

DCS系統(tǒng)應(yīng)用的價(jià)值主要體現(xiàn)在有效控制燃燒系統(tǒng)的運(yùn)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(shè)計(jì)思路主要表現(xiàn)在：第一，從硬件平臺(tái)角度。燃燒系統(tǒng)運(yùn)行得以優(yōu)化的關(guān)鍵在于硬件平臺(tái)的構(gòu)建，如其中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、傳感器設(shè)備、PLC等。其中在系統(tǒng)管理層方面，相關(guān)操作人員將利用DCS系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，針對(duì)異常運(yùn)行問題需利用計(jì)算機(jī)發(fā)出相應(yīng)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(yùn)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(shí)也需利用現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)與控制層設(shè)備進(jìn)行連接，使二者進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳輸。第二，從軟件設(shè)計(jì)方面，其作用在于支持硬件技術(shù)。設(shè)計(jì)過程中主要保證軟件平臺(tái)對(duì)燃燒系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)控制、監(jiān)控以及管理等方面的功能。第三，從系統(tǒng)運(yùn)行方式角度，主要體現(xiàn)在自動(dòng)與手動(dòng)兩種控制方式。其中自動(dòng)控制方面，主要得益于PLC的引入，能夠?qū)碜詢x器儀表的信號(hào)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的控制變量，只需在燃燒系統(tǒng)中融入這些變量便可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的目標(biāo)。而在手動(dòng)控制方面，主要由操作人員對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)信息進(jìn)行觀察，并結(jié)合爐膛與蒸汽壓力或蒸汽溫度等信息，對(duì)給水泵或鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，確保設(shè)備頻率能夠滿足系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)行優(yōu)化過程中除保證DCS系統(tǒng)作用得以發(fā)揮的基礎(chǔ)上，還需將模糊PID設(shè)計(jì)引入其中，通過兩種控制方法的有效結(jié)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(yùn)行的關(guān)鍵。現(xiàn)階段大多電站對(duì)爐膛壓力的控制主要得益于引風(fēng)量，通過送風(fēng)量的輸入使?fàn)t膛內(nèi)擾動(dòng)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(jì)效益、環(huán)保效益等目標(biāo)相適應(yīng)。對(duì)此便需引入模糊控制方式，利用PID控制對(duì)引風(fēng)量進(jìn)行計(jì)算可得出相應(yīng)的控制量。通過以往實(shí)踐研究總結(jié)，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(diào)量將超出許多，且進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)間也較長(zhǎng)。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(diào)量或穩(wěn)定運(yùn)行需要的時(shí)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(yùn)行符合生產(chǎn)要求，設(shè)計(jì)過程中要求控制蒸汽壓力在一定范圍內(nèi)。通常對(duì)蒸汽壓力進(jìn)行控制時(shí)多引入燃煤流量與蒸汽流量，將二者與蒸汽壓力結(jié)合形成相應(yīng)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(dá)到控制要求需耗費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)。在此背景下，通過對(duì)相關(guān)控制方法的應(yīng)用分析可得出，若單純利用PID進(jìn)行控制，能夠提升上升時(shí)間速度，但會(huì)表現(xiàn)出極大的超調(diào)量，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)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(yīng)用下，超調(diào)量較小，上升時(shí)間較慢，進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行所需要的時(shí)間得以減少。另外在模糊預(yù)測(cè)控制方式的應(yīng)用下，其可能影響上升時(shí)間，但前兩者存在的如震蕩問題、超調(diào)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(yùn)行效率的提高應(yīng)做好煙氣含氧量的控制工作。現(xiàn)代電站鍋爐系統(tǒng)應(yīng)用中判斷燃燒經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)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(fēng)量、含氧量調(diào)節(jié)等方面著手，采取雙閉環(huán)控制措施。其中內(nèi)環(huán)路控制主要以送風(fēng)量調(diào)節(jié)為主，而外環(huán)路控制則體現(xiàn)在含氧量調(diào)節(jié)裝置方面。但需注意二者在裝置使用方面應(yīng)結(jié)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(biāo)準(zhǔn)范圍中[5]。

4 結(jié)束語

優(yōu)化策略在燃燒系統(tǒng)中的應(yīng)用是保證電站實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)目標(biāo)的重要途徑。實(shí)際優(yōu)化過程中，應(yīng)正視燃燒系統(tǒng)的運(yùn)行原理以及具體構(gòu)成，充分發(fā)揮DCS系統(tǒng)在燃燒系統(tǒng)運(yùn)行中的作用，并在運(yùn)行優(yōu)化中針對(duì)爐膛壓力、蒸汽壓力以及煙氣含氧量等方面采取相應(yīng)的控制策略，以模糊PID控制以及模糊預(yù)測(cè)控制等為典型代表，對(duì)于燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化發(fā)揮至關(guān)重要的作用，滿足電力行業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)要求。

參考文獻(xiàn)

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

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[3]李勤道.基于爐內(nèi)參數(shù)測(cè)量的燃燒系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行理論與技術(shù)的研究[D].華北電力大學(xué)，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(xué)，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(xué)，2010.