范津湧

浙江浙能樂(lè)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(shí)現(xiàn)電站鍋爐高效燃燒的有效措施，同時(shí)也是對(duì)污染物進(jìn)行控制的最經(jīng)濟(jì)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(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。本文就針對(duì)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(duì)鍋爐燃燒中閉環(huán)控制系統(tǒng)的要求進(jìn)行闡述，從而對(duì)閉環(huán)控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評(píng)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(jià)值和作用。

1 引言

電站鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性將會(huì)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(wú)法完全的針對(duì)鍋爐燃燒特點(diǎn)進(jìn)行控制。其隨機(jī)組負(fù)荷變化較大，同時(shí)運(yùn)行的效率變化較大，無(wú)法有效的確保機(jī)組運(yùn)行在最佳環(huán)境中。在電站鍋爐燃燒的過(guò)程中，通過(guò)使用閉環(huán)控制系統(tǒng)，可以有效的解決上述問(wèn)題。由于閉環(huán)控制系統(tǒng)是對(duì)鍋爐燃燒情況進(jìn)行實(shí)時(shí)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(yùn)行環(huán)境中，從而對(duì)電站鍋爐燃燒進(jìn)行優(yōu)化，有效的提高電站的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)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(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，減少污染的發(fā)生，就必須要加強(qiáng)發(fā)電機(jī)組鍋爐的優(yōu)化控制，對(duì)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。火力發(fā)電廠在運(yùn)行的過(guò)程中，由于電網(wǎng)負(fù)荷變化較大，同時(shí)燃燒的成分含量起伏較大，因此，機(jī)組設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)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(duì)鍋爐等設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行進(jìn)行有效的維護(hù)和保障。同時(shí)，還需要對(duì)鍋爐的送煤量、給風(fēng)量以及給水量等燃燒和運(yùn)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(kāi)環(huán)和閉環(huán)，其中開(kāi)環(huán)系統(tǒng)是一種有人工參與的控制系統(tǒng)，通過(guò)優(yōu)化運(yùn)行，將優(yōu)化的結(jié)果通過(guò)用戶(hù)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(méi)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(duì)控制參數(shù)進(jìn)行修改，所有的操作均是通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)完成的。閉環(huán)控制系統(tǒng)與開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)相比，更具有高效率和穩(wěn)定性。在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，運(yùn)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(guó)該類(lèi)系統(tǒng)的應(yīng)用還處于起步階段。要想實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒優(yōu)化閉環(huán)控制系統(tǒng)，就需要對(duì)電站鍋爐設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，需要具備自動(dòng)化檢測(cè)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(jī)上，通過(guò)網(wǎng)管和控制系統(tǒng)相連。系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)高速公路獲取所需的數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，從而研發(fā)出模型。利用動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，得出各回路優(yōu)化偏置值。并將偏置值送回?cái)?shù)據(jù)高速公路中，通過(guò)增加收益優(yōu)化以便對(duì)鍋爐燃燒進(jìn)行優(yōu)化。

3 鍋爐燃燒對(duì)閉環(huán)控制系統(tǒng)的要求

需要提高機(jī)組的運(yùn)行效率

電站鍋爐燃燒閉環(huán)控制系統(tǒng)在調(diào)整的過(guò)程中，需要在滿(mǎn)足機(jī)組安全運(yùn)行的前提下對(duì)鍋爐燃燒進(jìn)行優(yōu)化整合，并分析現(xiàn)有機(jī)組的運(yùn)行情況，在鍋爐燃燒中運(yùn)用閉環(huán)控制系統(tǒng)，從而提高鍋爐運(yùn)行的效率，尤其是針對(duì)300MW 容量以下的機(jī)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(jī)側(cè)的計(jì)算內(nèi)容，從而獲取整個(gè)機(jī)組效率的變化情況，反映出全面的電站運(yùn)行情況。

確保調(diào)整過(guò)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(shí)際運(yùn)行的設(shè)備調(diào)整工作中，其中每一個(gè)環(huán)節(jié)的操作均會(huì)影響到機(jī)組運(yùn)行的安全性，因此，需要對(duì)閉環(huán)控制系統(tǒng)調(diào)整，在調(diào)整的過(guò)程中需要注意安全性問(wèn)題。為了有效的提高閉環(huán)控制系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，在閉環(huán)控制過(guò)程中，需要對(duì)所有閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)先處理和過(guò)濾。另外，在系統(tǒng)計(jì)算輸出調(diào)整的時(shí)候，要考慮到調(diào)整范圍的限制，實(shí)施對(duì)輸出進(jìn)行計(jì)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(qiáng)的煤種適應(yīng)性

在電廠的運(yùn)行期間通常會(huì)發(fā)生煤種變化的問(wèn)題，人工控制無(wú)法對(duì)其進(jìn)行改變。鍋爐燃燒閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)煤種變化具體較好的辨別和調(diào)節(jié)能力，可以對(duì)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(qiáng)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(qiáng)的外延接口功能，方便對(duì)今后系統(tǒng)進(jìn)行必要的擴(kuò)展和開(kāi)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(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)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(xiàng)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(shí)施閉環(huán)控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估

電站投入成本的構(gòu)成

電站實(shí)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(gè)電站的實(shí)際情況進(jìn)行分析。對(duì)燃燒優(yōu)化閉環(huán)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，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(duì)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(duì)各種電站的實(shí)際情況進(jìn)行分析，對(duì)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(jī)組為例，該機(jī)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(lái)估算，如果燃燒的效率提高0.5%，就可以節(jié)省成本約150 萬(wàn)元。根據(jù)相關(guān)排污消費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)管理辦法來(lái)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(fèi)近50萬(wàn)元。在電站鍋爐燃燒的過(guò)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(shí)施燃燒優(yōu)化閉環(huán)控制系統(tǒng)的時(shí)候，不僅可以取得以上估算方式得到直接的經(jīng)濟(jì)收益，還可以在降低溫水排放方面以及降低輔助機(jī)功耗等方面減少成本。同時(shí)，在潛移默化的過(guò)程中，有利于提高員工操作水平，可以實(shí)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(píng)估方式

在對(duì)基于閉環(huán)控制系統(tǒng)的鍋爐燃燒優(yōu)化中對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)估，可以分為統(tǒng)計(jì)評(píng)估方式和代表工況點(diǎn)評(píng)估方式兩種。其中統(tǒng)計(jì)評(píng)估方式主要是在機(jī)組連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，對(duì)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(yùn)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(duì)相對(duì)時(shí)間內(nèi)的這些數(shù)據(jù)進(jìn)行積累，對(duì)這兩種狀態(tài)下的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和比較。通過(guò)這種方式可以有效的對(duì)該系統(tǒng)的性能進(jìn)行評(píng)估，具有較好的數(shù)據(jù)復(fù)效性特點(diǎn)。另外，代表工況點(diǎn)評(píng)估方式通常是選擇幾個(gè)代表工況點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)投、停兩種狀態(tài)下的情況進(jìn)行比較，同時(shí)，對(duì)影響鍋爐運(yùn)行性能的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)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(píng)估方式中，由于氮氧化物數(shù)據(jù)相對(duì)比較容易測(cè)量和反饋，使用這兩種方式進(jìn)行評(píng)估均具有一定的作用，然而燃燒效率的效果評(píng)估的相對(duì)提升比例較小，代表工況點(diǎn)的數(shù)據(jù)容易與其他機(jī)組的改進(jìn)效果相混淆，使用統(tǒng)計(jì)評(píng)估方式進(jìn)行評(píng)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(guò)對(duì)鍋爐運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)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(shí)，還可以有效的提高機(jī)組運(yùn)行的安全性。在不斷變化的特定系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)行方案，可以為實(shí)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(jìng)爭(zhēng)力提供良好的基礎(chǔ)，并為電力企業(yè)帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前，我國(guó)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(duì)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(jià)值。