電站鍋爐燃燒系統的優化運行策略分析

郄磊

摘 要：隨著我國電力行業的快速發展，對電站鍋爐系統的性能也提出更高的要求。尤其針在鍋爐燃燒系統方面，受較低的技術應用水平以及相關的管理因素限制，使鍋爐設備存在較多的缺陷問題，具體表現為過多的消耗燃料且難以提高熱效率。對此，文章主要對電站鍋爐系統的相關介紹、系統優化中DCS系統的應用以及燃燒系統優化控制的具體方法進行探析。

關鍵詞：電站鍋爐；燃燒系統；運行優化；策略

前言

作為現階段發電企業應用的重要設備，電站鍋爐在結構方面表現出極為復雜的特征，其在運行過程中難以有效控制。以其中的燃燒系統為典型代表，其自身的性能是影響系統整體運行的關鍵所在，如何保證其安全運行且更具經濟性成為電力行業目前關注的重要內容。加上近年來能源需求量的增加以及電煤價格的持續升高，都要求做好鍋爐燃燒系統的優化工作。因此，對電站鍋爐燃燒系統優化運行策略的分析具有十分重要的意義。

1 電站鍋爐系統的相關介紹

現階段電站鍋爐系統具體可細化為燃燒控制、給水控制與過熱蒸汽溫度控制等三方面。其中最難以控制的主要以燃燒系統為主，其不僅表現參數多且自身結構也極為復雜等現狀。從燃燒系統運行的整體流程看，主要體現在首先燃料煤通過給煤機向磨煤機進行輸送，并通過磨煤機的加工使燃煤滿足系統運行要求。其次，鍋爐系統中冷空氣的流入主要得益于送風機，但該過程中需要發揮空氣預熱器的作用，經過預熱器處理后形成的熱空氣又分為兩股，其中一股被稱為熱一次風，其會在磨煤機中加熱煤粉并將煤粉通過煤粉管道輸出，最后輸送至鍋爐燃燒器中。而另外一股可稱其為二次風，其在爐膛內將與煤粉發生融合，但需注意若燃燒中存有剩余空氣極易損失過多的熱量。最后，燃料燃燒中所產生的熱在對循環水進行供給的同時可能存于爐膛煙道。此時可發揮吸熱裝置的作用使流入的煙氣進行交換，保證熱量得以有效利用的同時減少煙氣對環境的污染。除此之外，現階段燃燒系統中引用的除塵器以及排渣裝置等也可將殘余的灰渣進行處理，避免因廢棄物過多污染環境[1]。

2 系統優化中DCS系統的應用

2.1 運行控制中DCS應用的基本概述

DCS又稱為集散控制系統，是許多工業領域中進行系統運行控制的重要系統之一，除具備采集與處理數據功能外，也可執行監督設備運行的功能。如DCS在電站鍋爐系統中可從數據采集、順序控制、運行監控等方面對系統整體進行控制。針對燃燒系統的實際特征與具體構成，通過DCS系統的應用主要為使燃燒過程更具安全性與經濟性，且在蒸汽壓力方面保持平穩。具體優化控制策略主要表現為針對動態變化的外部因素如煤質或機組負荷等，可利用以往學者實踐研究中的相關燃燒模型，從模型中挖掘如引風、送風、燃料等操作量，并在控制系統運行狀態下引入這些量，能夠推出運行中的控制量如爐膛與蒸汽的壓力等。在此基礎上便可通過系統運行的效率采取相應的優化措施。但應注意為使運行控制獲得實際效果，還需結合預測、模糊PID等控制方式，能夠實現目標參數優化的目標[2]。

2.2 DCS用于燃燒系統中的設計思路

DCS系統應用的價值主要體現在有效控制燃燒系統的運行流程、HMI顯示以及處理儀器儀表等。DCS系統用于燃燒系統中的具體設計思路主要表現在：第一，從硬件平臺角度。燃燒系統運行得以優化的關鍵在于硬件平臺的構建，如其中的計算機系統、傳感器設備、PLC等。其中在系統管理層方面，相關操作人員將利用DCS系統監控設備運行狀態，針對異常運行問題需利用計算機發出相應的指令，解決其中存在的故障。而在控制層方面，主要為將獲得的系統運行數據向管理層傳送，并執行操作員的具體指令，同時也需利用現場總線對遠程結構與控制層設備進行連接，使二者進行數據信息的傳輸。第二，從軟件設計方面，其作用在于支持硬件技術。設計過程中主要保證軟件平臺對燃燒系統可實現控制、監控以及管理等方面的功能。第三，從系統運行方式角度，主要體現在自動與手動兩種控制方式。其中自動控制方面，主要得益于PLC的引入，能夠對來自儀器儀表的信號進行處理，轉化為相應的控制變量，只需在燃燒系統中融入這些變量便可實現自動控制的目標。而在手動控制方面，主要由操作人員對設備數據信息進行觀察，并結合爐膛與蒸汽壓力或蒸汽溫度等信息，對給水泵或鼓風機等設備進行參數設置，確保設備頻率能夠滿足系統運行要求[3]。

3 燃燒系統優化控制的具體方法

燃燒系統運行優化過程中除保證DCS系統作用得以發揮的基礎上，還需將模糊PID設計引入其中，通過兩種控制方法的有效結合能夠獲得良好的優化控制效果。具體優化方法主要體現在以下幾方面。

3.1 從爐膛壓力角度

爐膛壓力的有效控制是保證系統安全運行的關鍵。現階段大多電站對爐膛壓力的控制主要得益于引風量，通過送風量的輸入使爐膛內擾動情況減少。但這種方式在控制方面極為單一，很難與現階段電站追求的經濟效益、環保效益等目標相適應。對此便需引入模糊控制方式，利用PID控制對引風量進行計算可得出相應的控制量。通過以往實踐研究總結，若單純利用PID控制方法在爐膛壓力控制方面，系統整體超調量將超出許多，且進入穩定運行的時間也較長。而在PID控制系統與模糊控制方式共同使用下，無論在超調量或穩定運行需要的時間等方面都得以改善[4]。

3.2 從蒸汽壓力角度

為保證系統運行符合生產要求，設計過程中要求控制蒸汽壓力在一定范圍內。通常對蒸汽壓力進行控制時多引入燃煤流量與蒸汽流量，將二者與蒸汽壓力結合形成相應的控制系統。這種方式很難取得良好的控制效果，多表現出如壓力參數值變化較大且達到控制要求需耗費的時間較長。在此背景下，通過對相關控制方法的應用分析可得出，若單純利用PID進行控制，能夠提升上升時間速度，但會表現出極大的超調量，整個系統運行過程中將表現出明顯的震蕩現象。而在模糊控制方式的應用下，超調量較小，上升時間較慢，進入穩定運行所需要的時間得以減少。另外在模糊預測控制方式的應用下，其可能影響上升時間，但前兩者存在的如震蕩問題、超調量問題等都得以解決。

3.3 從煙氣含氧量角度

燃燒系統運行效率的提高應做好煙氣含氧量的控制工作。現代電站鍋爐系統應用中判斷燃燒經濟性的指標多以含氧量為主。但由于在獲取含氧量方面往往表現出一定的滯后狀態，需要從送風量、含氧量調節等方面著手，采取雙閉環控制措施。其中內環路控制主要以送風量調節為主，而外環路控制則體現在含氧量調節裝置方面。但需注意二者在裝置使用方面應結合常規PID控制方式與模糊PID控制器，這樣才可使含氧量保持在標準范圍中[5]。

4 結束語

優化策略在燃燒系統中的應用是保證電站實現生產目標的重要途徑。實際優化過程中，應正視燃燒系統的運行原理以及具體構成，充分發揮DCS系統在燃燒系統運行中的作用，并在運行優化中針對爐膛壓力、蒸汽壓力以及煙氣含氧量等方面采取相應的控制策略，以模糊PID控制以及模糊預測控制等為典型代表，對于燃燒系統的優化發揮至關重要的作用，滿足電力行業現代化生產要求。

參考文獻

[1]李智.電站鍋爐燃燒系統優化運行與應用研究[D].東北大學，2005.

[2]高芳.基于智能計算的大型鍋爐燃燒系統建模與優化問題研究[D].華北電力大學，2013.

[3]李勤道.基于爐內參數測量的燃燒系統優化運行理論與技術的研究[D].華北電力大學，2013.

[4]姚源.電站鍋爐燃燒系統優化策略的研究[D].遼寧科技大學，2014. [5]王令存.電站鍋爐燃燒控制系統的優化策略[D].山西大學，2010.