火电厂锅炉燃烧控制系统应用研究探讨

火电厂锅炉燃烧控制系统应用研究探讨

刘欢

通辽发电厂有限责任公司  内蒙古自治区通辽市  028000

摘要：随着电力质量改革的深入发电技术不断发展，电站锅炉系统日益庞大、复杂，机组长期处于高温、高尘、高压等恶劣环境运行，且由于锅炉燃烧过程复杂，炉膛内经常处于“黑匣子”状态，锅炉大多数运行故障的原因都是炉内燃烧问题影响的，而运行人员无法直观并准确获取内部信息及运行状态，造成炉内会出现结渣、腐蚀等问题，严重影响锅炉运行的经济性和安全性

关键词：火电厂；锅炉燃烧；系统应用

引言

锅炉是火电厂的重要能量转换装置，传统锅炉的燃烧风量首先根据燃料量进行前馈粗调，然后再通过分析排烟氧量的偏差数值进行反馈细调，以实现对风量的控制。随着我国“双碳”战略的提出，为了实现碳达峰与碳中和，便需进一步提升锅炉的燃烧效率。因此，有必要对现有的燃烧控制方法进行优化。

1锅炉燃烧控制系统的概述

锅炉燃烧器是燃气锅炉的主要部件，而锅炉燃烧控制系统的好坏直接影响锅炉的燃烧效果。近年来，随着锅炉燃烧器数量的增多，锅炉燃烧控制系统调节响应存在滞后性等问题愈发明显。因此，采用模糊控制方法，研究锅炉燃烧控制系统的控制策略成为当前的研究课题之一。从目前锅炉燃烧控制系统的应用可知，锅炉燃烧控制系统采用常规PID控制策略比较常见，但对于数学模型不好建立的复杂控制系统，常规PID控制策略无法对于非线性的控制系统进行有效的控制。本文对锅炉燃烧控制系统的组成、PID控制策略研究、模糊控制仿真研究等方面进行论述，在考虑惯性时间、滞后时间、外界扰动的前提下，对比分析锅炉燃烧控制系统的常规PID控制策略与模糊PID控制策略对锅炉出水温度的影响。

2火电厂锅炉燃烧控制系统存在的问题

2.1负荷响应调整不合理

锅炉的滞后和惯性时间需百秒至上千秒，汽轮机惯性只用十多秒，鉴于由此炉响应速度严重滞后的情况，电厂为实现快速响应负荷指令使发电量达到相应要求，会不考虑发电机组的物理及逻辑控制特性，而做短时间内大范围、频繁地负荷响应。这种做法不仅难以达到负荷跟随的效果，还会给电机组的运行造成极大的安全隐患。

2.2负荷跟踪性不佳

能源形势的变化使电厂用煤情况复杂多变。例如，在不同时间段用煤来源的不同使煤炭质量有所差异，造成煤粉配置后在使用时的差别，使压力与温度发生明显变化，导致负荷跟踪性不佳。

3火电厂锅炉燃烧控制系统研究策略

3.1锅炉燃烧控制系统的模型设计

系统仿真实验选择安全性闭环控制模式，通过实时监测的方式获取锅炉热效率数据。同时利用控制器发送指令实现对机组运行参数的调节，在此基础上结合上文提出的遗传算法进行优化，保证了试验机组能够发挥最大效能。机组优化运行原理。在仿真试验中，使用DCS作为控制单元，确保在锅炉参数调整时能够通过程序指令完成精准控制。DCS与锅炉之间通过工业总线完成通信，保证DCS控制指令的顺利下达以及锅炉测量参数的及时上传。

3.2模糊PID控制

将锅炉的出水温度设定值作为控制器输入量计算值，通过与温度传感器反馈的实际温度值比较，在不同时间下产生不同的偏差和偏差变化率，这两个实时变化的参数作为模糊PID控制策略输入变量；模糊PID控制策略在有输入变量输入时，其需对输入变量进行模糊运算及模糊推理工作，得出的结果就是比例参数、积分参数和微分参数的在线调整值，通过在线调整PID参数进而控制输出燃烧器的负荷值（0%~100%），燃气、空气调节阀根据负荷值进行阀门开度的调节。在实际运行中，模糊PID控制器策略对锅炉出水温度的偏差和温度变化率进行参数分析，分析得出的结果是在线输出PID实时参数，该参数调节锅炉燃烧控制系统的负荷进而达到控制锅炉水温的目的，这种模糊PID控制策略适合于工业控制场合，保证控制系统的稳定性。

3.3锅炉运行床温预测

燃料的中的含土量经过处理已经正常，降雨等因素造成全水分存在较大波动，对比4.2调试调整的结果发现：如果使用全水分38%的原设计秸秆，床温还将继续下降，甚至可能影响锅炉的燃烧稳定性，为此进行了模拟性评估。假设给料系统稳定、汽轮机30MW时，评估结果生成预测床温与全水分的特性曲线。从图4曲线上看：如果燃用40%水份的秸秆，床温仅能维持639℃，且随着水分的增加，床温下降的速度是加快的，锅炉很快进入低温燃烧的不稳定区域，见图4。说明本项目锅炉使用高水分燃料时，床温远低于设计值，如果叠加给料系统不稳定的影响，床温难以维持，甚至可能灭火。

3.4系统功能设计

炉内过程三维可视化系统功能设计开发主要以ＣＦＤ数值模拟技术结合机器学习算法为技术核心，生成状态参数实时预测模型，以现场实测数据为模型校准数据，结合锅炉设计信息和专家经验生成炉内状态参数全工况实时数据库，实现对炉内状态参数精准、高效的计算，最终将计算结果在炉膛宽度方向、高度方向、深度方向三个维度进行显示。（1）用户管理.系统为用户设置用户管理功能，其目的是为了同时满足用户快捷登录和为不同用户保留操作习惯，为用户提供人性化的系统体验。登陆界面的用户名默认为上次登陆成功的用户名。在输入了匹配的用户名和密码后，点击登陆按钮即可登陆成功，界面跳转至主窗口。若选择了记住密码选项，登陆成功后将保存密码至下次登陆。在成功登陆后，若登陆的为管理员账号，则可在设置的账户管理中可对使用用户进行管理。单击系统左侧的“账户管理”可进入用账户管理界面。用户管理包括增加、删除和修改账号、更改密码、设置权限等级。（2）炉内燃烧过程展示炉内燃烧过程展示模块是整个系统的主界面，按照功能划分分为两个模块：图像设置模块和图像显示模块。图像显示模块在主界面的中间，图像控制模块在主界面的上下侧。

3.5锅炉参数优化设计

将锅炉运行中的8个变量，按照table1～8依次表示，参数的适应度即为锅炉的燃烧效率。适应度越好，说明锅炉的燃烧效率越高。锅炉参数的优化流程可分为3个步骤：（1）种群初始化。从海量的原始参数中，选择250组锅炉燃烧效率较好的参数作为遗传寻优的原始数据，并按照1～250的序号输入到Excel表格中。（2）适应度评价。锅炉燃烧效率的取值范围为0～100%，将其作为适应度，寻优目标值为1，此时锅炉燃烧效率有最大值。（3）遗传选择。基于遗传算法的锅炉参数优化程序，采用轮盘赌选择方法确定双亲。在该程序下，燃烧效率越高的运行参数，其适应度越好，因此被遗传到下一代的概率越大。这样经过若干轮的遗传后，即可得到最优结果。

结语

随着世界人口的剧增和人民生活水平的不断提高，电力能源需求量持续增大,电能的生产、消耗对环境质量的影响也日益加剧，在我国，火力发电仍是现阶段主要的电力能源来源，火电厂节能减排、提升清洁能源的吸纳能力势在必行。锅炉燃烧优化技术具有显著提升机组运行效率，节约生产成本，减少锅炉的废气排放等优势，近些年获得各火力发电公司的密切关注。

参考文献

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