燃燒優化控制系統在電廠中的應用

束 軍，龔偉山，趙 華，章雁平

（馬鋼能環部，安徽馬鞍山 243000）

引言

現代鋼鐵企業在冶煉過程中，會產生大量富余的高爐、轉爐及焦爐煤氣。為充分利用這部分能源，避免煤氣被迫放散，造成煤氣資源浪費，各鋼鐵企業根據自身特點建立能源調度中心、高轉焦煤氣柜和電廠等。煤氣柜中的大量煤氣可以通過管道輸送到電廠里消耗，進行發電，給鋼鐵廠帶來部分經濟效益，同時，解決鋼鐵廠里面的自身用電損耗，對富余煤氣的利用率提高，降低不必要放散浪費，為鋼鐵廠的持續發展起到良好作用。

以馬鋼電廠60 MW 機組是高轉焦煤氣混合燃燒的單元制機組為例，采用人工根據各參數的變化手動的調節控制。燃燒控制系統的難以穩定運行大多數情況是因煤氣流量的時常變化導致的，通過對智能優化控制系統以鍋爐主控的煤氣量為對象進行優化及試驗，驗證了引入智能優化控制系統對鍋爐參數的自動調節具有更好的準確性和穩定性。

1 智能優化控制的思想以及未來發展

多數電廠生產依然采用人工手動的控制方式，人工通過觀察被控對象的反饋參數，在人腦中進行思考過后，決策需不需要進行手動調整輸入的過程，以此來達到生產過程穩定運行的目的。其中，對一些剛開始學習手動調節的人來說，由于經驗的不足，對被控對象不停的調整，導致被控對象參數忽上忽下的大幅度變化，關系著整個的生產的穩定性和安全性，極大降低設備運行的效率，同時，參數的大幅度變化對設備的損耗是巨大的，直接影響設備的使用壽命。智能優化控制系統使用帶有控制算法的控制器，間接的代替人腦的想法，實現對被控對象的實際值與設定值的偏差綜合比較，控制器得出一個精確的輸出信號，相當于人工平時的經驗調整，傳遞給各種執行機構去作用，提高被控參數的平穩性。

智能優化控制系統是將PLC 控制器與組態軟件相結合，其中PLC 控制器都結合現場的實際情況，應用多種改進的控制算法［1］，實現對燃氣鍋爐燃燒過程的自動控制，以提高鍋爐的熱效率，降低人工的勞動強度，促進鋼鐵廠的信息化建設。

智能優化控制系統的主要功能是根據主汽壓力的變化趨勢，通過PLC 控制器內部的控制算法自動調節高轉焦煤氣的流量、主汽溫度、爐膛負壓和汽包水位等，確保在各種工況下安全穩定運行。如圖1所示。

圖1 智能優化控制系統流程

智能優化控制系統把鍋爐作為一個整體來進行控制，克服內外擾動所造成的參數波動，同時根據高轉焦煤氣的變化情況，快速調節鍋爐之間的能量平衡，保證主汽壓力、主汽溫度的平穩，使整個單元機組處于安全、穩定、快速響應的運行狀態。

2 智能優化控制系統介紹以及實際應用

2.1 智能優化控制系統優化原理

智能優化控制系統采用先進的控制理論，解耦、軟伺服、過程對象預測和智能調節等技術［2］，原理是在兼顧設備運行狀態和控制質量的前提下，通過對各種運行參數的變化趨勢做出預判，實現對高轉焦煤氣流量、主汽溫度、爐膛負壓、爐膛內部氧含量和汽包水位等進行平衡，及時、高效地進行實時調節以此來穩定鍋爐的負荷［3］。同時，鍋爐燃燒時煤氣和空氣自動配比優化控制，使煤氣充分燃燒達到最佳狀態，降低煙氣中一氧化碳的含量，從而減少對大氣的碳排放。

智能控制系統使用的領域越發廣泛，比如汽機的ETS、鍋爐的MFT 和化工的ESD 等等，極大程度上降低了一線操作員工的實際工作量，不斷優化企業的生產模式［4］。

2.2 智能優化控制系統現場應用的可行性

智能優化控制系統主要與原控制系統OPC/MODBUS 通訊方式連接起來實現數據傳輸，通過智能優化程序內部運行實現燃氣鍋爐優化控制技術［5］。高轉焦煤氣流量受鋼廠冶煉環節影響較大，且燃氣鍋爐人工控制操作強度大，控制效果受人工經驗影響。

該系統采用OPC 協議與科遠DCS 系統進行通訊聯接，利用現場的在線監測儀表及控制閥門，讀取所需的運行數據并通過智能控制系統調節相關參數，保證DCS 系統的所有功能，并設計雙機無擾切換和一鍵切換功能，以保證兩套系統之間可以自由相互切換，當智能控制系統發生故障時自動無擾切換回DCS 系統控制，確保不影響用戶原控制系統的正常操作。

智能優化控制系統在工業領域運用廣泛，例如轉動設備在線監測系統，通過現場轉動設備振動數據上傳分析智能診斷故障原因；智慧電廠管控系統，將生產運行數據通過OPC 協議聯接至智慧管控平臺，實現運程辦公。

3 智能優化控制系統優化效果

為了驗證智能優化控制系統的性能，以馬鋼60 MW 機組作為實驗對象，通過智能優化控制系統的調節，記錄鍋爐各回路的趨勢變化見圖2、3、4 所示。圖中虛線左側為手動控制，右側為自動控制。

圖2 水位控制效果圖

通過虛線左右兩邊手自動趨勢圖對比發現，投入自動控制后的鍋爐汽包水位、主汽溫度和氧量曲線有明顯的改善，智能優化控制系統的引入方案合理可行，智能優化控制系統既有良好的優化能力，又能保證各回路參數的穩定。

4 智能優化系統的意義

根據馬鋼電廠燃煤氣鍋爐改造工程實例，通過對鍋爐燃燒系統進行有優化改造，使電廠鍋爐主參數具有更高的調節性能，降低了鍋爐由于廠區燃氣流量時常變化而對機組運行產生的影響。充分對煤氣進行燃燒，減少環境污染的同時又節省能源，降低能耗，保證供熱蒸汽的供應。智能優化控制系統不僅能夠實現人力資源的優化，也能夠避免人工操作可能產生的偏差，這對于人力成本的節約和工作效率的提升具有重要的意義。

圖3 主汽溫度控制效果圖

圖4 氧量控制效果圖