厲恩啟

摘 要：鍋爐是火電企業(yè)的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，目前火電鍋爐能耗約占全國總能耗的20%，鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定關(guān)乎發(fā)電企業(yè)的競爭力和我國能源的安全。隨著工程化水平的提高，在火電生產(chǎn)行業(yè)中，對電站鍋爐的應(yīng)用水平已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)新的歷史高度，電力鍋爐的燃燒優(yōu)化問題有重要的研究價(jià)值和工程應(yīng)用價(jià)值。基于目前廣泛使用的控制系統(tǒng)，本文開展針對電廠鍋爐燃燒過程中控制策略的優(yōu)化問題探討。

關(guān)鍵詞：電力鍋爐；自動(dòng)化技術(shù)；控制技術(shù)；優(yōu)化技術(shù)

0 引言

電力鍋爐燃燒效率關(guān)乎我國能源戰(zhàn)略的發(fā)展。隨著自動(dòng)控制技術(shù)的引入，現(xiàn)代電力鍋爐的送風(fēng)量和送粉量實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置，提高電力鍋爐的燃燒效率從而實(shí)現(xiàn)成本優(yōu)化和減少碳排放。因此，如何實(shí)現(xiàn)電力鍋爐燃燒的最優(yōu)控制，具有重要的研究價(jià)值。火電鍋爐是一種復(fù)雜的參數(shù)時(shí)變非線性系統(tǒng)，同時(shí)受到燃煤品質(zhì)等眾多外部因素的影響，導(dǎo)致控制技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)電力鍋爐燃燒過程的實(shí)時(shí)最優(yōu)控制。

1 電力鍋爐燃燒控制的研究現(xiàn)狀

現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展迅速，國家電網(wǎng)已經(jīng)進(jìn)入智能電網(wǎng)時(shí)代，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電自動(dòng)控制，電網(wǎng)頻率、電壓自動(dòng)控制和變電站無人值守等高度自動(dòng)化的功能。與之對應(yīng)，作為電力生產(chǎn)設(shè)別的電站鍋爐的要求也越來越高。在歐美發(fā)達(dá)國家，鍋爐燃燒的自動(dòng)化控制已經(jīng)獲得了加大的應(yīng)用和推廣，近幾年來，通過合理的技術(shù)引入和國產(chǎn)技術(shù)的研究，我國大型鍋爐的燃燒優(yōu)化控制已經(jīng)獲得了長足進(jìn)步并取得了大量成果。

我過電力鍋爐的熱效率在70%～80%之間，當(dāng)參與電網(wǎng)削峰填谷需求時(shí)，鍋爐在非額定負(fù)荷下工作，各項(xiàng)參數(shù)偏離最優(yōu)值，不但造成效率下降，成本增加，而且會產(chǎn)生意外停機(jī)的隱患。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)獲得廣泛應(yīng)用，火電鍋爐的控制系統(tǒng)研究主要包括系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、工程師站和操作員站、組態(tài)語言和圖形界面?？刂葡到y(tǒng)利用現(xiàn)場總線技術(shù)并利用各種先進(jìn)的控制策略，實(shí)現(xiàn)過程控制自動(dòng)化和信息管理自動(dòng)化的結(jié)合。其中控制策略主要包括PID控制和模糊控制兩個(gè)方面。

2 我國電力鍋爐燃燒控制的不足

量測設(shè)備固有的量測誤差和通信過程及數(shù)模接口處的誤碼、延遲，關(guān)鍵量測數(shù)據(jù)（如：飛灰含碳量、排煙溫度和煙氣含氧量等）誤差偏大或者滯后，導(dǎo)致風(fēng)、煤調(diào)節(jié)失準(zhǔn)，燃燒過程惡化，效率降低；此外，這些關(guān)鍵參數(shù)間的交互影響和作為調(diào)節(jié)盤踞的理論依據(jù)缺乏深入研究。

無論是國產(chǎn)控制系統(tǒng)還是進(jìn)口控制系統(tǒng)，大多采用PID控制器，PID控制器的原理簡單，速度較快，可以有效處理簡單系統(tǒng)的控制問題。但是鍋爐燃燒系統(tǒng)屬于動(dòng)態(tài)多輸入多輸出系統(tǒng)，且包含大量非線性、死區(qū)和滯后等特性的元件，無法建立精確的數(shù)學(xué)模型。利用單一的控制器，法有效的實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒過程的有效控制，即使在某些事件斷面可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，但只要出現(xiàn)擾動(dòng)或者參數(shù)變化，控制策略就會失效。

控制系統(tǒng)中各種參數(shù)都是按照穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)進(jìn)行整定的離線參數(shù)，缺乏自適應(yīng)能力，而實(shí)際運(yùn)行工況多變，單一控制策略無法滿足鍋爐內(nèi)部擾動(dòng)、外部擾動(dòng)、暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)等多變的運(yùn)行狀況。如常規(guī)主汽壓力控制參數(shù)按照穩(wěn)態(tài)過程設(shè)置，當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷側(cè)出現(xiàn)打擾動(dòng)時(shí)發(fā)電機(jī)需要提高發(fā)電量，此時(shí)鍋爐燃燒的調(diào)節(jié)速度滯后，會出現(xiàn)壓力越線的問題。

實(shí)際發(fā)電廠有多組鍋爐和多組發(fā)電機(jī)并行運(yùn)行，共用一個(gè)主蒸汽母管的情況。為保證母管壓力的穩(wěn)定，傳統(tǒng)的控制策略是由調(diào)壓爐單獨(dú)承擔(dān)調(diào)壓任務(wù)，其他鍋爐保證穩(wěn)態(tài)運(yùn)行；但當(dāng)某一時(shí)間段母管壓力出現(xiàn)大幅震蕩時(shí)，單一鍋爐無法實(shí)現(xiàn)調(diào)壓任務(wù)，此時(shí)可能會導(dǎo)致母管壓力的失穩(wěn)。

3 監(jiān)測系統(tǒng)節(jié)能工作中的改進(jìn)

量測信號的優(yōu)化。電力系統(tǒng)PMU量測等具有同步量測和高精度的量測設(shè)施可以有效解決量測信息的同步問題。通過對鍋爐量測信號添加時(shí)標(biāo)，實(shí)現(xiàn)量測信息的同步，可以有效避免量測信號的時(shí)間誤差導(dǎo)致的精度問題。同時(shí)，利用量測信號的冗余度，對量測生數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的濾波處理，剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，濾除誤差信息，有效提高量測數(shù)據(jù)的精度。

控制技術(shù)和控制策略的優(yōu)化。控制技術(shù)包括積分微分（PID）控制、模糊控制和預(yù)測控制等。不同的控制技術(shù)有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，單一的使用某一個(gè)方法無法實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒過程的有效控制。通過分析鍋爐系統(tǒng)中不同子系統(tǒng)的特點(diǎn)和不同控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)，對不同的子系統(tǒng)選擇或者研發(fā)出理的控制方法實(shí)現(xiàn)針對性控制；對于更復(fù)雜的情況，利用不同控制方法融合技術(shù)，如模糊PID控制、模糊預(yù)測控制等，實(shí)現(xiàn)對燃燒系統(tǒng)的復(fù)合優(yōu)化控制。

燃燒系統(tǒng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化和復(fù)合控制。鍋爐燃燒控制系統(tǒng)主要包括：送風(fēng)控制系統(tǒng)、爐膛壓力控制系統(tǒng)和燃料量控制系統(tǒng)。進(jìn)行上述系統(tǒng)的控制進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化，可能會導(dǎo)致子系統(tǒng)非最優(yōu)控制，但可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)燃燒系統(tǒng)的最優(yōu)控制，保證燃燒系統(tǒng)的最優(yōu)運(yùn)行。

燃燒優(yōu)化系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)優(yōu)化。優(yōu)化系統(tǒng)可以分為5部分，包括原始信號的校準(zhǔn)、信號的構(gòu)建、控制系統(tǒng)優(yōu)化、鍋爐燃燒狀態(tài)的評估和燃燒優(yōu)化方案的反饋改進(jìn)。通過改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的頂層結(jié)構(gòu)，明確各功能模塊的職責(zé)，構(gòu)建合理的軟件平臺、采用相應(yīng)的技術(shù)手段和新能評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，保證鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng)功能的有效性。

4 總結(jié)與展望

電力鍋爐燃燒過程的優(yōu)化控制，保證鍋爐運(yùn)行各項(xiàng)指標(biāo)的最優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)燃燒和綠色燃燒。但由于電力鍋爐燃燒過程建模的復(fù)雜性，以及實(shí)際運(yùn)行各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)間的復(fù)雜關(guān)系，各種理論和方法目前還不夠完善。電力鍋爐的分析計(jì)算模型，鍋爐運(yùn)行中的各種優(yōu)化控制方法和參數(shù)都需要進(jìn)一步的深入研究和不斷提高，為提高火電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及電力企業(yè)的整體運(yùn)行進(jìn)行技術(shù)性指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王存令.電站鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的優(yōu)化策略[D].山西大學(xué)，2010.

[2]陳公凱.電站鍋爐燃燒自動(dòng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制策略的研究[D].山東大學(xué)，2009.

[3]杜杰，王滿家.電站鍋爐燃燒控制的新方法—能量平衡法的研究[D].山西電力技術(shù)，1995，15（04）：37-40.

[4]高大明.大型電站鍋爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)化控制研究[D].華北電力大學(xué)，2005.

[5]劉吉臻，劉鑫屏，田亮.基于信息融合技術(shù)的燃燒控制優(yōu)化系統(tǒng)[J].華東電力，2009，37（12）：2088-2092.endprint