基于閉環控制系統的電站鍋爐燃燒優化

范津湧

浙江浙能樂清發電有限責任公司

在電站鍋爐燃燒中，其燃燒優化技術是實現電站鍋爐高效燃燒的有效措施，同時也是對污染物進行控制的最經濟的方法之一。在電站鍋爐燃燒優化技術中，使用閉環控制系統進行燃燒優化是非常可行的和可靠的，具有較強的經濟性。本文就針對閉環控制系統的應用基礎和原理進行分析研究，并對鍋爐燃燒中閉環控制系統的要求進行闡述，從而對閉環控制系統的經濟性進行評估，以便有效的提高閉環控制系統在電站鍋爐燃燒優化中的價值和作用。

1 引言

電站鍋爐運行的經濟性將會直接影響到鍋爐燃燒的調整效果。目前，采用的調整控制通常無法完全的針對鍋爐燃燒特點進行控制。其隨機組負荷變化較大，同時運行的效率變化較大，無法有效的確保機組運行在最佳環境中。在電站鍋爐燃燒的過程中，通過使用閉環控制系統，可以有效的解決上述問題。由于閉環控制系統是對鍋爐燃燒情況進行實時監控和調整，從而可以讓鍋爐燃燒一直保持在最佳的運行環境中，從而對電站鍋爐燃燒進行優化，有效的提高電站的運行效率和經濟性。

2 閉環控制系統的應用基礎和原理

在火力發電廠中，要想有效的實現節能降耗，減少污染的發生，就必須要加強發電機組鍋爐的優化控制，對電站鍋爐燃燒進行優化控制是達到節能環保的最直接、有效的途徑之一。火力發電廠在運行的過程中，由于電網負荷變化較大，同時燃燒的成分含量起伏較大，因此，機組設備在實際運行的過程中，需要進行不斷的調整。需要在確保蒸汽的品質和產量的安全條件下，對鍋爐等設備的經濟運行進行有效的維護和保障。同時，還需要對鍋爐的送煤量、給風量以及給水量等燃燒和運行參數進行優化和調控。

鍋爐燃燒優化系統通常分為開環和閉環，其中開環系統是一種有人工參與的控制系統，通過優化運行，將優化的結果通過用戶圖形界面傳送給操作人員，操作人員根據這些參數進行修改，以便達到有效的調整和控制的效果。閉環系統是一種沒有人工參與的封閉系統，系統的優化結果是直接與控制調節設備通信，并對控制參數進行修改，所有的操作均是通過系統自動完成的。閉環控制系統與開環控制系統相比，更具有高效率和穩定性。在國外發達國家，運用閉環控制系統進行鍋爐燃燒優化比較早，均得到廣泛的應用，然而我國該類系統的應用還處于起步階段。要想實現鍋爐燃燒優化閉環控制系統，就需要對電站鍋爐設備進行優化，需要具備自動化檢測和控制的能力，并且其調節響應能力需要達到標準要求。另外，燃燒優化閉環控制系統的執行軟件需要安裝在微機上，通過網管和控制系統相連。系統通過數據高速公路獲取所需的數據，并對這些數據進行綜合分析，從而研發出模型。利用動態模型進行實時運轉，得出各回路優化偏置值。并將偏置值送回數據高速公路中，通過增加收益優化以便對鍋爐燃燒進行優化。

3 鍋爐燃燒對閉環控制系統的要求

需要提高機組的運行效率

電站鍋爐燃燒閉環控制系統在調整的過程中，需要在滿足機組安全運行的前提下對鍋爐燃燒進行優化整合，并分析現有機組的運行情況，在鍋爐燃燒中運用閉環控制系統，從而提高鍋爐運行的效率，尤其是針對300MW 容量以下的機組，其效果更明顯。在基于閉環控制系統的鍋爐燃燒中還可以加入適當的汽機側的計算內容，從而獲取整個機組效率的變化情況，反映出全面的電站運行情況。

確保調整過程中的安全性

由于基于閉環控制系統的鍋爐燃燒參與到了實際運行的設備調整工作中，其中每一個環節的操作均會影響到機組運行的安全性，因此，需要對閉環控制系統調整，在調整的過程中需要注意安全性問題。為了有效的提高閉環控制系統運行的安全性，在閉環控制過程中，需要對所有閉環控制系統的數據進行判斷，對數據進行預先處理和過濾。另外，在系統計算輸出調整的時候，要考慮到調整范圍的限制，實施對輸出進行計算分析，從而得到合理的參數調整范圍，確保其安全性。

具有較強的煤種適應性

在電廠的運行期間通常會發生煤種變化的問題，人工控制無法對其進行改變。鍋爐燃燒閉環控制系統對煤種變化具體較好的辨別和調節能力，可以對不同的煤種進行不同的調整，可以完成不同煤種情況下的最佳調整工作，因此，其具有較強的煤種適應性，能夠提高鍋爐燃燒的效率。

具備外延接口功能

基于閉環控制系統的鍋爐燃燒還應該具備較強的外延接口功能，方便對今后系統進行必要的擴展和開發，以便使得該系統能夠更好的順應企業發展的需求，并不斷完善系統的功能。在電站鍋爐燃燒的運行過程中，通過使用閉環控制系統，并要求閉環控制系統需要符合上述各項要求，才能夠使得電站鍋爐燃燒得到更好的優化。

4 在電站鍋爐燃燒中實施閉環控制系統的經濟性評估

電站投入成本的構成

電站實施燃燒優化閉環控制系統的成本投入通常是由軟件投入和設備改造投入組成，其中軟件投入的成本較大，而設備改造的成本估算需要根據各個電站的實際情況進行分析。對燃燒優化閉環控制系統來說，其主要的控制參數包括給粉、配風、送風調節等，針對這些控制參數需要具備良好的調節響應能力。因此，需要針對各種電站的實際情況進行分析，對比較差的調節設備進行改造投入。

電廠收益估算

根據相關研究分析，假設燃燒優化閉環控制系統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。以某發電廠的300MW 機組為例，該機組在上半年的發電量約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 元每噸來估算，如果燃燒的效率提高0.5%，就可以節省成本約150 萬元。根據相關排污消費征收標準管理辦法來分析，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近50萬元。在電站鍋爐燃燒的過程中，通常可以降低氮氧化物的排放量在20%以上，根據相關估算，其成本可以極大的降低。另外，在實施燃燒優化閉環控制系統的時候，不僅可以取得以上估算方式得到直接的經濟收益，還可以在降低溫水排放方面以及降低輔助機功耗等方面減少成本。同時，在潛移默化的過程中，有利于提高員工操作水平，可以實現節能降耗和降低污染的目標，從而有效的促進發展的可持續發展。

性能評估方式

在對基于閉環控制系統的鍋爐燃燒優化中對其性能進行評估，可以分為統計評估方式和代表工況點評估方式兩種。其中統計評估方式主要是在機組連續運轉的情況下，對在燃燒優化閉環控制系統的統投狀態，以及在停止運轉的狀態下，記錄性能的數據，例如熱效率和氮氧化物排放量等數據，并對相對時間內的這些數據進行積累，對這兩種狀態下的數據進行統計分析和比較。通過這種方式可以有效的對該系統的性能進行評估，具有較好的數據復效性特點。另外，代表工況點評估方式通常是選擇幾個代表工況點進行測試，對投、停兩種狀態下的情況進行比較，同時，對影響鍋爐運行性能的數據進行對比分析。這種方式產生的結果容易受到外部因素的影響，具有一定的偶然性，其數據復效性較差。在兩種評估方式中，由于氮氧化物數據相對比較容易測量和反饋，使用這兩種方式進行評估均具有一定的作用，然而燃燒效率的效果評估的相對提升比例較小，代表工況點的數據容易與其他機組的改進效果相混淆，使用統計評估方式進行評估，其效果更好。

5 總結

基于閉環控制系統的鍋爐燃燒優化，能夠通過對鍋爐運行的歷史數據和實驗數據進行分析研究，從而可以有效的降低氮氧化物排放量和熱效率，同時，還可以有效的提高機組運行的安全性。在不斷變化的特定系統運行情況下，尋找到最佳匹配的操作參數，選擇最優化的系統運行方案，可以為實現節能降耗的目標提供前提和條件。燃燒優化閉環控制系統的使用，可以為電力企業提高自身的綜合競爭力提供良好的基礎，并為電力企業帶來更多的經濟效益和社會效益。目前，我國現行的燃燒優化閉環控制系統的應用還處于起步階段，其中還存在一定的缺陷和不足，影響到優化的效果，需要對其進行改造，從而充分發揮閉環控制系統在鍋爐燃燒中的優化作用，提高燃燒優化閉環控制系統在電站中的應用價值。