电站锅炉燃烧控制系统的优化策略分析

王 腾

（中外合资合肥第二发电厂，安徽 合肥 230000）

1 常见的锅炉燃烧控制系统优化技术

1.1 燃烧理论模型

在充分理解并掌握电站锅炉燃烧控制系统燃烧理论基础上，可建立起相应的理论模型，用于探讨求解方法。在对锅炉燃烧状况进行模拟时，可借助数值方式实现，但这一方法运算过程复杂且耗时长。对于部分电站锅炉燃烧控制系统燃烧机理不明确且无法使用数值计算的情况，可以采用燃烧理论模型结合离线分析与高仿真技术方法完成计算[1]。

1.2 实验调整技术

电站锅炉燃烧控制系统优化可以通过实验调整技术方式实现，这一技术能够精准判定合理的风量与煤量比例，从而在实验中确定锅炉燃烧设备最佳运行参数。不仅如此，还可以制定出最为科学计算机控制曲线，根据曲线控制方法，使锅炉以最佳的状态运行燃烧。但是，在实验操作中，技术人员仍要保证新机组试运行前，完成单因素与正交实验，提高应用合理性。

1.3 检测技术优化

检测技术优化需要和燃烧优化联系在一起，通过优化检测技术，可对系统内部燃烧状态进行全面监控，为系统后续优化调整提供可靠的数据支撑。此种方法在我国应用范围较广，具体而言，主要是对煤炭分析技术、火焰检测技术、风煤量检测技术等进行优化，最终可以达到优化锅炉燃烧的总体目标。

1.4 燃烧设备改造

在对锅炉设备设计改造阶段，要站在设备燃烧理论模型基础上进行，主要是实现设备燃烧器的优化设计与改造。设备的质量直接影响锅炉燃烧，所以要提高电站锅炉燃烧控制系统燃烧效率，首先要对设备进行改造。实际操作中，不同设备的改造会受到燃烧制粉系统、煤炭种类等因素影响。

2 集成控制系统在电站锅炉燃烧控制中应用

2.1 理论概述

电站锅炉燃烧控制系统中经常使用到的控制系统模式为集成控制系统，简称为DCS系统。这一系统模式在工业系统设计领域中较为常见，除了具备常规的系统采集和数据处理功能之外，还具有可执行监督与设备运行的优势。集成控制系统在电站锅炉燃烧控制系统中的应用，实现了数据采集、运行控制、顺序控制。且针对燃烧控制系统特征，工作人员可采用集成控制系统作为主要的控制方法，为燃烧过程提供更为经济和安全的保障，提高电站锅炉燃烧控制系统整体运行期间的稳定性。具体操作中，可针对动态变化因素进行调整，比如，外部因素当中的机组负荷与煤炭品质等[2]。

2.2 设计思路

在对DCS系统的应用价值进行设计中，主要要从以下方面进行操作： （1） 系统硬件平台角度。电站锅炉燃烧控制系统运行的关键在于硬件平台的构建，比如，计算机系统、PLC和传感器设备等。在系统管理层方面，相关人员要利用DCS系统监控设备的运行状态，针对异常运行问题提出相应的制定，从而解决故障问题。在控制层面上，硬件平台可以实现数据运行传输，并根据操作人员的具体命令进行系统管理。此种方法也实现了现场总线远程结构控制与对接，确保二者间的数据信息可以实时传输。 （2） 软件设计角度。软件设计的作用是为硬件设备和技术提供支撑，在进行设计中，要确保软件平台对燃烧系统的控制、管理与监督。 （3）系统运行角度。系统运行主要体现在自动化运行和手动操作运行等两种形式。在实际的操作中，自动控制方面主要的优势为PLC引入，借助PLC可以实现自动仪表的信号处理，将其转化为对应的控制变量。在电站锅炉燃烧控制系统中融入上述变量，便能实现自动控制的目标。手动控制中，主要是由操作人员对设备和相应的数据信息进行观察，并结合蒸汽压力、蒸汽温度、炉膛压力等信息，对鼓风机以及给水泵等设备的参数进行调节，确保设备频率符合实际运行需求。

3 电站锅炉燃烧控制系统的优化策略

3.1 任务分析

若想从根本上实现电站锅炉燃烧控制系统的优化调整，就要对其日常运行的状态、优化控制的目的以及产物蒸汽特性等方面进行的优化分析，以此提高电站锅炉燃烧控制系统运行的经济性与安全性[3]。在此环节中，相关技术人员要对控制任务进行分析：首先，在对电站锅炉燃烧控制系统进行优化设计时，要确保锅炉出口位置保持稳定的蒸汽压力。电站锅炉系统主要的产物是蒸汽，蒸汽质量高低会直接影响到后续生产环节能否顺利进行。通常情况下，锅炉产生的蒸汽量和负荷需求蒸汽量要在相对稳定的范围内波动，如果蒸汽压力出现明显波动，则要对进料量进行调整，以此达到稳定压力平衡的目的。其次，进入到炉膛内的燃料要能充分燃烧，且获取燃烧所产生的经济效益。这一任务要求了进入到炉膛内部参与燃烧的空气量与燃烧量比例适当。最后，要确保锅炉运行安全，稳定炉膛内负压。如果炉膛内压力过低，会导致外部压力超过内部压力，外界的冷空气进入到炉膛内部，出现大量的热量损失。如果压力过大，容易产生喷火问题，造成现场与人员安全问题，所以要将炉膛内压力控制在合理范围内。

3.2 控制方案设计

3.2.1 蒸汽压力控制

锅炉压力要控制在稳定范围内，从而满足实际生产需求。以往蒸汽压力控制方案中，蒸汽压力为被控制量，燃煤流量为控制量，同时还引入了蒸汽流量作为前馈量，以此减少系统延迟时间。但是传统方法在运行中难以避免存在缺点，比如控制时间长、参数波动大，此种情况导致最终控制效果不理想。为了解决这一问题，设计出如下方法进行电站锅炉燃烧控制系统优化如图1所示。

图1 系统蒸汽压力控制流程图

在控制流程图应用过程中，还要使用模型预测的方式，对锅炉在某一运行时刻的输出值进行计算。假定系统运行到k时刻，对系统施加单一控制量为u （k），借助公式 （1），可以对系统输出值的误差矫正，如下：

式中：yp（k） —矫正结果；y （k+1） —系统实际输出值；ym（k） —系统在k时刻的输出模型预测结果。

模糊控制、模糊预测控制与常规PID控制三种控制方法分别能产生不同的系统控制效果： （1） 模糊控制下，系统上升时间慢，但是超调量较低，会产生轻微震荡，稳定时间较比常规控制更快； （2） 模糊预测控制实际应用高效果最佳，虽然上升时间略慢，但是系统更加稳定，不会出现震荡现象；（3） 常规控制上升速度快，DNA系统超调量较大，且系统震荡剧烈，进入稳定状态时间最长。

3.2.2 炉膛压力控制

炉膛压力设计关系到电站锅炉燃烧控制系统运行安全，炉膛压力控制系统中，被控量为炉膛压力、控制量为引风量。根据实际情况可得，传统控制方法之中加入几种现代化智能控制方法，仅能改善传统控制方法带来的不足，这一方式虽然可以获得更高经济效益，但是却忽视了对环境的保护。本文设计的方案将模糊控制方法加入传统控制方法中，实现了系统调节模糊PID控制。系统设计中，主要设计内容是模糊控制器，主要包括了输入参数量化、隶属度函数选择、模糊规则建立。其中，模糊规则建立关系到控制器的控制品质。炉膛压力PID控制器设计与选用，输入量是炉膛压力输入值和输出值偏差e与偏差变化率ec，输出量是经过模糊优化有的△Kp、△Kd、△Ki，可以对控制器进行参数整定，如公式 （2） 所示：

公式2当中的参数为PID控制器给定的初始值。采用常规PID控制方法，系统的超调量超过原本目标值的20%，且系统进入到稳定状态后，花费的时间较长。与常规方法相比，采用了模糊控制方法结合PID之后，系统超调量明显降低，且时间指标缩短，控制效果极大增强。

3.2.3 烟气氧含量控制

电站锅炉燃烧控制系统中的烟气含量控制系统主要反映的是进入到炉膛内部的燃料与供给燃烧所需要的空气间的定量关系。烟气含氧量控制就是对二者比值的控制，将其控制在合理范围内，能够提升锅炉燃烧效率，这一方法也是一种提高燃烧经济性的有效方法。但是含氧量获得存在滞后性，所以采用燃料费前馈、氧量调节、送风调节串级前馈控制系统，可以完成送风量调控系统的内环控制。内环控制和外环控制共同组成了双闭环控制模式，其中外环调节器选取常规PID控制，内环控制器采用模糊PID控制，实现了烟气含氧量始终在合理范围内，优化二者比例关系。在使用常规PID控制时，系统响应超调量大，且进入稳定时间较长。为了解决这一问题，同样可以采用模糊控制方法，优化控制效果。经过了模糊控制后，系统超调量小、响应速度快、震荡小，且能够以较快的速度进入到稳定状态。

4 结语

综上所述，在我国科学技术水平提升的背景下，将多种不同的锅炉燃烧控制系统优化方法应用到系统的优化设计中，有利于充分提高燃烧控制系统的实际运行效率。电站锅炉燃烧控制系统的优化控制，能够在投资较少的情况下，确保锅炉系统以低成本的状态稳定运行，此种模式能够充分地提高发电企业的竞争能力，为建立环境友好型、资源节约型社会做出巨大贡献。