電力鍋爐燃燒優化策略探討

厲恩啟

摘 要：鍋爐是火電企業的關鍵生產設備，目前火電鍋爐能耗約占全國總能耗的20%，鍋爐運行的經濟穩定關乎發電企業的競爭力和我國能源的安全。隨著工程化水平的提高，在火電生產行業中，對電站鍋爐的應用水平已經發展到了一個新的歷史高度，電力鍋爐的燃燒優化問題有重要的研究價值和工程應用價值。基于目前廣泛使用的控制系統，本文開展針對電廠鍋爐燃燒過程中控制策略的優化問題探討。

關鍵詞：電力鍋爐；自動化技術；控制技術；優化技術

0 引言

電力鍋爐燃燒效率關乎我國能源戰略的發展。隨著自動控制技術的引入，現代電力鍋爐的送風量和送粉量實現優化配置，提高電力鍋爐的燃燒效率從而實現成本優化和減少碳排放。因此，如何實現電力鍋爐燃燒的最優控制，具有重要的研究價值。火電鍋爐是一種復雜的參數時變非線性系統，同時受到燃煤品質等眾多外部因素的影響，導致控制技術很難實現電力鍋爐燃燒過程的實時最優控制。

1 電力鍋爐燃燒控制的研究現狀

現代工業發展迅速，國家電網已經進入智能電網時代，能夠實現發電自動控制，電網頻率、電壓自動控制和變電站無人值守等高度自動化的功能。與之對應，作為電力生產設別的電站鍋爐的要求也越來越高。在歐美發達國家，鍋爐燃燒的自動化控制已經獲得了加大的應用和推廣，近幾年來，通過合理的技術引入和國產技術的研究，我國大型鍋爐的燃燒優化控制已經獲得了長足進步并取得了大量成果。

我過電力鍋爐的熱效率在70%～80%之間，當參與電網削峰填谷需求時，鍋爐在非額定負荷下工作，各項參數偏離最優值，不但造成效率下降，成本增加，而且會產生意外停機的隱患。隨著計算機技術的高速發展，計算機控制技術獲得廣泛應用，火電鍋爐的控制系統研究主要包括系統網絡、工程師站和操作員站、組態語言和圖形界面。控制系統利用現場總線技術并利用各種先進的控制策略，實現過程控制自動化和信息管理自動化的結合。其中控制策略主要包括PID控制和模糊控制兩個方面。

2 我國電力鍋爐燃燒控制的不足

量測設備固有的量測誤差和通信過程及數模接口處的誤碼、延遲，關鍵量測數據（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，導致風、煤調節失準，燃燒過程惡化，效率降低；此外，這些關鍵參數間的交互影響和作為調節盤踞的理論依據缺乏深入研究。

無論是國產控制系統還是進口控制系統，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的控制問題。但是鍋爐燃燒系統屬于動態多輸入多輸出系統，且包含大量非線性、死區和滯后等特性的元件，無法建立精確的數學模型。利用單一的控制器，法有效的實現鍋爐燃燒過程的有效控制，即使在某些事件斷面可以實現穩定運行，但只要出現擾動或者參數變化，控制策略就會失效。

控制系統中各種參數都是按照穩態運行時進行整定的離線參數，缺乏自適應能力，而實際運行工況多變，單一控制策略無法滿足鍋爐內部擾動、外部擾動、暫態和穩態等多變的運行狀況。如常規主汽壓力控制參數按照穩態過程設置，當電網負荷側出現打擾動時發電機需要提高發電量，此時鍋爐燃燒的調節速度滯后，會出現壓力越線的問題。

實際發電廠有多組鍋爐和多組發電機并行運行，共用一個主蒸汽母管的情況。為保證母管壓力的穩定，傳統的控制策略是由調壓爐單獨承擔調壓任務，其他鍋爐保證穩態運行；但當某一時間段母管壓力出現大幅震蕩時，單一鍋爐無法實現調壓任務，此時可能會導致母管壓力的失穩。

3 監測系統節能工作中的改進

量測信號的優化。電力系統PMU量測等具有同步量測和高精度的量測設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標，實現量測信息的同步，可以有效避免量測信號的時間誤差導致的精度問題。同時，利用量測信號的冗余度，對量測生數據進行合理的濾波處理，剔除錯誤數據，濾除誤差信息，有效提高量測數據的精度。

控制技術和控制策略的優化。控制技術包括積分微分（PID）控制、模糊控制和預測控制等。不同的控制技術有各自的優缺點，單一的使用某一個方法無法實現鍋爐燃燒過程的有效控制。通過分析鍋爐系統中不同子系統的特點和不同控制方法的優缺點，對不同的子系統選擇或者研發出理的控制方法實現針對性控制；對于更復雜的情況，利用不同控制方法融合技術，如模糊PID控制、模糊預測控制等，實現對燃燒系統的復合優化控制。

燃燒系統的協調優化和復合控制。鍋爐燃燒控制系統主要包括：送風控制系統、爐膛壓力控制系統和燃料量控制系統。進行上述系統的控制進行協調優化，可能會導致子系統非最優控制，但可以實現整個燃燒系統的最優控制，保證燃燒系統的最優運行。

燃燒優化系統頂層設計優化。優化系統可以分為5部分，包括原始信號的校準、信號的構建、控制系統優化、鍋爐燃燒狀態的評估和燃燒優化方案的反饋改進。通過改進優化設計的頂層結構，明確各功能模塊的職責，構建合理的軟件平臺、采用相應的技術手段和新能評價指標進行現場調試，保證鍋爐燃燒優化系統功能的有效性。

4 總結與展望

電力鍋爐燃燒過程的優化控制，保證鍋爐運行各項指標的最優化，實現經濟燃燒和綠色燃燒。但由于電力鍋爐燃燒過程建模的復雜性，以及實際運行各項指標參數間的復雜關系，各種理論和方法目前還不夠完善。電力鍋爐的分析計算模型，鍋爐運行中的各種優化控制方法和參數都需要進一步的深入研究和不斷提高，為提高火電廠的經濟運行以及電力企業的整體運行進行技術性指導。

參考文獻：

[1]王存令.電站鍋爐燃燒控制系統的優化策略[D].山西大學，2010.

[2]陳公凱.電站鍋爐燃燒自動系統協調優化控制策略的研究[D].山東大學，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，1995，15（04）：37-40.

[4]高大明.大型電站鍋爐燃燒系統優化控制研究[D].華北電力大學，2005.

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