燃氣鍋爐燃燒控制優化

王新春 王俊鵬

摘要：燃氣鍋爐是大多數熱電聯產企業運行中重要的組成設備。隨著鋼鐵企業對電力需求的擴大，對燃氣鍋爐燃燒控制進行優化十分迫切。所以對燃氣鍋爐燃燒控制進行研究，以指導高爐的優化控制有很大的現實意義。

關鍵詞：燃氣鍋爐；燃燒系統自動控制；優化運行

鋼鐵企業在生產過程中產生大量可作為二次能源的副產品（如高爐煤氣、轉爐煤氣等），利用富余煤氣發電已成為鋼鐵企業節能減排的有效手段。以包鋼動供總廠130噸/時中溫中壓鍋爐為例，兩臺鍋爐的投運每小時可以消耗高爐煤氣24萬立方米。所以，為了保證鍋爐的安全、穩定、經濟運行，提高燃氣鍋爐熱效率，降低耗氣量，有必要對燃氣鍋爐進行優化設計。本文簡單闡述了燃氣鍋爐的燃燒優化控制。

1 鍋爐燃燒控制的動態性能

一般情況下燃氣鍋爐燃燒控制系統由燃料量控制、送風量控制和引風量控制三個子系統組成；燃氣鍋爐自動控制的目的是適應汽輪機機組負荷變化，使得鍋爐燃燒產生的熱量滿足汽輪機發電需求的熱量，與此同時鍋爐在燃燒過程中需保證經濟性和安全性。依據鍋爐自動控制目標，調控燃料量、送風量、引風量三個變量：

1）燃料量調控：調控燃料量使鍋爐燃燒產生的蒸汽可以滿足汽輪機正常運行。2）送風量調控：送風量需跟隨燃料量同步變化，為鍋爐燃燒提供充足的氧氣，使鍋爐達到最優燃燒。3）引風量調控：調控引風量保證爐膛負壓穩定，同時保證鍋爐安全運行。

2 燃氣鍋爐燃燒需要調節的變量

燃氣鍋爐燃燒自動控制被控對象的動態性能有以下三個：1）主蒸汽壓力在內、外擾動下的動態特性；2）煙氣含氧量O2在送風量擾動下的動態特性；3）爐膛壓力在引風量擾動下的動態特性。

3 鍋爐燃燒系統的自動控制

燃氣鍋爐燃燒控制系統優化的設計方案是：在控制系統允許的條件，減少耦合變量，簡化鍋爐燃燒系統復雜程度。把鍋爐主蒸汽壓力、爐膛煙氣含氧量、爐膛壓力作為被控變量，同時選擇取燃料量、引風量和送風量作為控制變量。把燃氣鍋爐燃燒控制系統分為三個相互關聯的控制系統：送風量控制子系統、引風量控制子系統和燃料量控制子系統。

3.1 燃料量控制系統

燃料量控制系統的主要根據蒸汽負荷變化適應汽輪機的輸出結果或者由操作人員更改燃料命令來控制燃料量，獲得穩定的蒸汽壓力。鍋爐主蒸汽壓力是鍋爐正常運行的重要指標。在一般情況下，鍋爐與汽輪機之間緊密相連，鍋爐汽包過熱器出口蒸汽壓力與汽輪機機組的運行狀況密切相關，所以鍋爐主蒸汽壓變化與汽輪機的蒸汽負荷變化是相互關聯的，在汽輪機調節把鍋爐負荷作為重要依據的協同控制方式下，燃料控制子系統的任務是依據燃料量的變化，及時調整煤氣增壓機的出口壓力，為鍋爐提供合適的燃料量B，以滿足汽輪機的正常運行。

3.2 送風量控制子系統

送風量控制子系統的目的是保證鍋爐的送風量和燃料量一致性，增加鍋爐的熱效率，維持機組的穩定性。送風機的送風量是調節動葉來實現的，總的風量要求從汽輪機控制部分送來的燃燒率需求依據送風量/燃料量比例關系制定，因為當燃料量產生變化時，送風量也隨之變化波動，因為爐膛含氧量的測量通常情況會有滯后性，所以一般均采取串級調節系統。送風量調節器和調風門組成快速反應控制，其中氧量調節器是校正作用，可以讓爐膛含氧量長時間處于給定值上，同時保證合理的空燃比，如圖1所示，圖1還加有燃料量B的前饋信號，為的是增加控制系統的動態性能。

3.3 引風量控制子系統

通過調節引風量控制系統可以保證爐膛負壓控制在設定值上下小幅波動，一旦爐膛負壓很小，會造成爐膛內的火焰和煙氣外溢，對設備和人員產生很大的安全隱患。反之爐膛負壓升高會造成冷空氣進入爐膛，會加大引風機運轉和加快爐膛排煙，最終可能會導致爐膛爆炸。所以爐膛負壓務必控制在可控的范圍內，一般在200Pa左右。

控制爐膛負壓的方法是控制引風機的引風量，調節的變量為送風量。被調節量是引風量，鍋爐爐膛煙道不可控的因素很少，無論在外部擾動或是內部擾動下，一般采用單一回路調節，通過增加前反饋的形式來調節，如圖2所示。圖中rs為爐膛負壓設定值，S為實際測量的爐膛負壓，Q為引風量，V為送風量，當送風量和引風量保持平衡時爐膛負壓才穩定。當把送風量看作前反饋信號，系統的調節性能會有顯著提高。

4 結語

對鍋爐的燃燒過程進行優化，一方面能使燃料消耗量有效減少，與此同時，還能維持各參數穩定，保持設備安全，防止設備損壞。鍋爐的燃燒調整、優化運行是節能降耗、提高能源利用率最有效的措施。優化鍋爐燃燒控制對鋼鐵企業及其電力企業的可持續發展具有很重要的意義。

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