燃气锅炉燃烧控制优化

王新春 王俊鹏

摘要：燃气锅炉是大多数热电联产企业运行中重要的组成设备。随着钢铁企业对电力需求的扩大，对燃气锅炉燃烧控制进行优化十分迫切。所以对燃气锅炉燃烧控制进行研究，以指导高炉的优化控制有很大的现实意义。

关键词：燃气锅炉；燃烧系统自动控制；优化运行

钢铁企业在生产过程中产生大量可作为二次能源的副产品（如高炉煤气、转炉煤气等），利用富余煤气发电已成为钢铁企业节能减排的有效手段。以包钢动供总厂130吨/时中温中压锅炉为例，两台锅炉的投运每小时可以消耗高炉煤气24万立方米。所以，为了保证锅炉的安全、稳定、经济运行，提高燃气锅炉热效率，降低耗气量，有必要对燃气锅炉进行优化设计。本文简单阐述了燃气锅炉的燃烧优化控制。

1 锅炉燃烧控制的动态性能

一般情况下燃气锅炉燃烧控制系统由燃料量控制、送风量控制和引风量控制三个子系统组成；燃气锅炉自动控制的目的是适应汽轮机机组负荷变化，使得锅炉燃烧产生的热量满足汽轮机发电需求的热量，与此同时锅炉在燃烧过程中需保证经济性和安全性。依据锅炉自动控制目标，调控燃料量、送风量、引风量三个变量：

1）燃料量调控：调控燃料量使锅炉燃烧产生的蒸汽可以满足汽轮机正常运行。2）送风量调控：送风量需跟随燃料量同步变化，为锅炉燃烧提供充足的氧气，使锅炉达到最优燃烧。3）引风量调控：调控引风量保证炉膛负压稳定，同时保证锅炉安全运行。

2 燃气锅炉燃烧需要调节的变量

燃气锅炉燃烧自动控制被控对象的动态性能有以下三个：1）主蒸汽压力在内、外扰动下的动态特性；2）烟气含氧量O2在送风量扰动下的动态特性；3）炉膛压力在引风量扰动下的动态特性。

3 锅炉燃烧系统的自动控制

燃气锅炉燃烧控制系统优化的设计方案是：在控制系统允许的条件，减少耦合变量，简化锅炉燃烧系统复杂程度。把锅炉主蒸汽压力、炉膛烟气含氧量、炉膛压力作为被控变量，同时选择取燃料量、引风量和送风量作为控制变量。把燃气锅炉燃烧控制系统分为三个相互关联的控制系统：送风量控制子系统、引风量控制子系统和燃料量控制子系统。

3.1 燃料量控制系统

燃料量控制系统的主要根据蒸汽负荷变化适应汽轮机的输出结果或者由操作人员更改燃料命令来控制燃料量，获得稳定的蒸汽压力。锅炉主蒸汽壓力是锅炉正常运行的重要指标。在一般情况下，锅炉与汽轮机之间紧密相连，锅炉汽包过热器出口蒸汽压力与汽轮机机组的运行状况密切相关，所以锅炉主蒸汽压变化与汽轮机的蒸汽负荷变化是相互关联的，在汽轮机调节把锅炉负荷作为重要依据的协同控制方式下，燃料控制子系统的任务是依据燃料量的变化，及时调整煤气增压机的出口压力，为锅炉提供合适的燃料量B，以满足汽轮机的正常运行。

3.2 送风量控制子系统

送风量控制子系统的目的是保证锅炉的送风量和燃料量一致性，增加锅炉的热效率，维持机组的稳定性。送风机的送风量是调节动叶来实现的，总的风量要求从汽轮机控制部分送来的燃烧率需求依据送风量/燃料量比例关系制定，因为当燃料量产生变化时，送风量也随之变化波动，因为炉膛含氧量的测量通常情况会有滞后性，所以一般均采取串级调节系统。送风量调节器和调风门组成快速反应控制，其中氧量调节器是校正作用，可以让炉膛含氧量长时间处于给定值上，同时保证合理的空燃比，如图1所示，图1还加有燃料量B的前馈信号，为的是增加控制系统的动态性能。

3.3 引风量控制子系统

通过调节引风量控制系统可以保证炉膛负压控制在设定值上下小幅波动，一旦炉膛负压很小，会造成炉膛内的火焰和烟气外溢，对设备和人员产生很大的安全隐患。反之炉膛负压升高会造成冷空气进入炉膛，会加大引风机运转和加快炉膛排烟，最终可能会导致炉膛爆炸。所以炉膛负压务必控制在可控的范围内，一般在200Pa左右。

控制炉膛负压的方法是控制引风机的引风量，调节的变量为送风量。被调节量是引风量，锅炉炉膛烟道不可控的因素很少，无论在外部扰动或是内部扰动下，一般采用单一回路调节，通过增加前反馈的形式来调节，如图2所示。图中rs为炉膛负压设定值，S为实际测量的炉膛负压，Q为引风量，V为送风量，当送风量和引风量保持平衡时炉膛负压才稳定。当把送风量看作前反馈信号，系统的调节性能会有显著提高。

4 结语

对锅炉的燃烧过程进行优化，一方面能使燃料消耗量有效减少，与此同时，还能维持各参数稳定，保持设备安全，防止设备损坏。锅炉的燃烧调整、优化运行是节能降耗、提高能源利用率最有效的措施。优化锅炉燃烧控制对钢铁企业及其电力企业的可持续发展具有很重要的意义。

参考文献：

[1]孙阳阳.基于DCS的锅炉燃烧控制系统设计与实现，2014.06.25.

[2]中国动力工程学会.火力发电设备技术手册（第1卷）.机械工业出版社，1998.04.

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