基于DCS的鍋爐燃燒控制系統設計研究

陶靜 天津職業技術師范大學自動化與電氣工程學院/南京六合中等專業學校電氣工程部

當前鍋爐存在負荷多變、煤質多變等相關問題，如若鍋爐偏離最佳燃燒狀況便會影響鍋爐的運行效率。為解決這一問題，基于DCS鍋爐優化控制系統逐漸完善起來，該系統建立在JX-300XP DCS基礎上，通過優化控制軟件模式與監控組態軟件對系統進行優化，同時實現了力控組態軟件與OPC技術間的數據交互，使系統的穩定性進一步提高。下面將分別從：鍋爐優化控制理論研究、DCS鍋爐燃燒控制系統簡介、DCS鍋爐燃燒控制系統設計研究，三個方面進行闡述，為DCS鍋爐燃燒控制系統設計提供科學依據。

1 鍋爐優化控制理論研究

1.1 保持出水溫度的恒定

為了控制鍋爐燃燒過程的順利開展，首先應維持出水溫度的恒定，如若水溫發生變化便會影響到設備的消耗量及鍋爐的產熱量，在這種情況下應對燃料供應量合理調整，并對鍋爐燃燒產熱量進行改變，通過這一措施將出水溫度控制在一定范圍內，以便確保鍋爐各設備的有效運行。

1.2 確保鍋爐經濟燃燒

在鍋爐燃燒過程控制中確保鍋爐的經濟燃燒是第二任務，如若燃料量與空氣量比值正確便可降低熱量的損失，提高工作效率。在這種情況下燃料不能完全燃燒便會增加熱量的損失量，不利于鍋爐燃燒的控制與管理。

因此國內外專家對于鍋爐優化控制開展了一系列研究，并得以下結論：通過鍋爐燃燒優化控制可確保燃料處于完全燃燒的情況下，使鍋爐運行效率得到全面提升。因此在選擇目標時應對鍋爐運行參數運用其中，并對尋優方案加以區分。就目前來看鍋爐燃燒優化控制方案類型較多，其中包括：以爐膛溫度為目標的優化方案、以爐膛斷面輻射能力為目標的優化方案等，詳情如下：

1.2.1 以爐膛溫度為目標的優化方案

在正常情況下鍋爐運行時的爐溫燃燒效率是一一對應，可通過溫度可將鍋爐燃燒效率反映出來，但目前這種方法并未在實際情況中得到運用。這是由于爐內溫度場是爐膛深度、寬度及高度的函數，不同斷面上的溫度存在較大差異，在這種情況下爐膛燃燒溫度無法正確反映出來。

1.2.2 以爐膛斷面輻射能力為目標的優化方案

在爐膛總輻射能量最高時期，最高燃燒效率便會產生，這也是優化燃燒方案的重要依據。經研究，這種方法并未得到有效應用，這是由于在燃燒優化過程中風量波動量幅度較小，導致變化量無法被準確測出。

通過上述研究，每一種燃燒優化方案均存在自身優勢與不足，由于尋優參數具有滯后性無法在生產中得到推廣。

2 DCS鍋爐燃燒控制系統簡介

通過對鍋爐優化控制理論進行了研究，我們發現目前我國在供暖系統中通常采用燃煤熱水鏈條鍋爐，并通過DCS來實現自動控制。與蒸汽鍋爐相比，熱水鍋爐優勢更加顯著，首先熱水鍋爐便于調節，可節約大量能力，降低熱量損失；其次具有較高的安全性、且壓力溫度過低；最后熱水鍋爐結構簡單，鋼材耗費少，對水處理要求并不高。同時熱水鍋爐具有較高的熱網效率、蓄熱能力，且調節性能良好。

本研究以某熱電廠鏈條式熱水鍋爐為案例，鍋爐參數如下：

表1 某熱電廠鏈條式熱水鍋爐參數

鏈條熱水鍋爐生產過程包括：啟動前檢查與準備-啟動鍋爐-運行鍋爐-停爐，在整個工藝流程中鍋爐的運行作為重要的控制環節，這也是本次研究的重點。鍋爐燃燒過程控制由引風量、鼓風量及煤量組成，三者關系密切，相互配合，在運動中通過引風機電機、爐排電機轉速、鼓風機電機轉速進行調節，使燃燒強度進一步增加，對熱水溫度合理維持，電鍋爐可應用在多個領域，如：學校、住宅、廠房、酒店、機關單位等，從而滿足人們的生活需求。

3 DCS鍋爐燃燒控制系統設計研究

3.1 鍋爐監控系統控制

關于鍋爐優化控制系統的研究可追溯到DCS及相關軟件開發，本次案例中的鍋爐監控系統也是以DCS為基礎，并對其加以改造，目前已成為重要的形式，通過組態軟件對其功能加以擴展，包括：人機界面、數據采集、控制命令傳送，值得注意的是，熱水使用量應與鍋爐功率保持一致性，且取熱水時不能過于集中。否則會對電鍋爐使用情況造成不良影響。

3.2 對通信接口合理設計

經上述研究，鍋爐優化控制系統涉及兩個通訊接口涉及，在接口涉及中通常會采用到通訊技術，OPC技術自動化控制系統由OPC客戶端及OPC服務器組成，通過該系統可及時獲取相關數據，以此滿足客戶的特定需求。

值得注意的是一個OPC可為多個OPC服務器提供服務，并滿足多個客戶端來訪問。自OPC發布以來，在我國諸多領域中均得到了應用，目前已成為了關鍵技術之一，為軟件開發人員帶來更多便利。

另外DBCOM接口設計也是至關重要的，該產品是由Microsoft公司與其他領域開發出來，通過DBCOM可及時讀取數據，訪問本地數據庫。

3.3 對控制方案合理設計

在控制方案設計中，首先設計人員應對算法進行優化，確保鍋爐燃燒最佳狀態，值得注意的是，鍋爐優化控制系統設計不僅應滿足穩定的運行狀態下，同時也應在不穩定狀態下發揮出作用，確保在惡劣情況下達到所需負荷。

在科學技術飛速發展的今天，在現代計算機應用系統中數據庫技術發揮出行之有效的作用，可實現數據的采集、傳輸、分析與計算各環節，通過該技術的運用有利于信息化水平的提升，確保鍋爐燃燒控制系統的有效運行，提高鍋爐運行效率。

4 結束語

通過對鍋爐燃燒優化控制系統的設計研究，在確保控制系統作用更好地發揮的同時，還應對通訊模塊大力開發，對算法合理優化，使控制系統得到進一步優化。但是任何優化措施的都存在一定的不足之處，需要相關人員對其不斷改進與升級，只有加強對工藝過程的了解方可使優化控制發揮出真正的作用，確保鍋爐燃燒控制系統的穩定運行。