工业锅炉系统的节能优化控制策略研究

工业锅炉系统的节能优化控制策略研究

左巍

包头市热力（集团）有限责任公司  014010

摘要：工业锅炉是工业生产中广泛使用的热力设备，其能耗占工业总能耗的比重较大。提高工业锅炉系统的能效，对于实现节能减排具有重要意义。本文针对工业锅炉系统节能存在的问题，分析了问题产生的原因，并提出了相应的节能优化控制策略。这些策略包括提高燃烧效率、改善水位控制、提升热效率以及实施综合优化控制等。研究表明，采              用这些节能优化控制策略，可以显著提高工业锅炉系统的能效，为实现工业节能减排提供有力支持。

关键词：工业锅炉；节能；优化控制；能效；策略

一、引言

1. 研究背景

工业锅炉是工业生产中必不可少的热力设备，广泛应用于化工、纺织、造纸等行业。然而，工业锅炉的能耗问题日益突出，已成为制约工业可持续发展的瓶颈之一。据统计，工业锅炉能耗占工业总能耗的比重高达30%以上。在能源日益紧张的形势下，提高工业锅炉系统的能效，实现节能减排，已成为工业领域亟待解决的重要问题。

2. 研究意义

工业锅炉系统的节能优化控制策略研究，对于提高工业锅炉能效、实现节能减排具有重要意义。一方面，优化工业锅炉系统的控制策略，可以有效降低锅炉能耗，提高能源利用效率，为企业节约能源成本，提升经济效益；另一方面，工业锅炉节能减排，有助于减少温室气体排放，缓解环境压力，促进工业的绿色可持续发展，具有显著的社会和生态效益。

二、工业锅炉系统节能存在的问题

1. 燃烧效率低

燃烧效率是衡量锅炉能效的重要指标之一。目前，许多工业锅炉的燃烧效率较低，导致能源浪费严重。造成燃烧效率低的主要问题包括：空燃比不合理，易导致不完全燃烧或过量空气；燃烧负荷调节不当，难以适应工况变化，导致燃烧状态恶化。低效的燃烧不仅增加了燃料消耗，还会产生大量的污染物排放，对环境造成严重影响。

2. 水位控制不当

锅炉水位控制是确保锅炉安全运行的关键。水位控制不当会导致锅炉"汽包"事故，甚至引发爆炸等严重后果。目前，许多工业锅炉的水位控制方法落后，控制精度低，难以实现最优水位控制。此外，缺乏先进的控制算法，如智能控制、自适应控制等，也限制了水位控制性能的提升。水位控制不当不仅威胁锅炉运行安全，还会引起能量损失，降低锅炉效率。

3. 热效率低

热效率反映了锅炉的热能利用程度，是评价锅炉节能性能的重要指标。目前，许多工业锅炉的热效率偏低，主要问题包括：排烟温度过高，带走了大量的热量；给水温度过低，增加了锅炉的热负荷。热效率低导致锅炉能耗高，运行成本增加。提高热效率是实现锅炉节能的关键举措之一。

三、工业锅炉系统节能问题原因分析

1. 空燃比与燃烧负荷设置不合理

空燃比是影响燃烧效率的关键因素。空燃比过大，会导致过量空气，引起热量损失；空燃比过小，则会导致不完全燃烧，产生CO等污染物。导致空燃比不合理的原因包括：燃料成分变化，影响理论空燃比；燃烧器磨损，导致实际空燃比偏离设定值；缺乏实时优化控制，难以根据工况调整空燃比。

燃烧负荷是指锅炉的蒸发量，反映了锅炉的运行强度。燃烧负荷调节不当，会导致燃烧状态恶化，效率下降。主要原因包括：负荷调节范围受限，难以适应工况变化；负荷调节速度慢，难以实现及时响应；缺乏优化调节策略，难以实现最佳燃烧状态。

2. 水位控制方法落后

目前，许多工业锅炉仍采用传统的定值控制方法，即根据设定值调节给水量，难以适应负荷变化。此外，一些锅炉采用单一的水位测量手段，如水位计，易受干扰，控制精度低。这些落后的水位控制方法，难以实现最优水位控制，导致水位波动大，效率低下。

先进的控制算法，如智能控制、自适应控制等，可以显著提高水位控制性能。然而，目前这些算法在工业锅炉水位控制中的应用还不够普遍。主要原因包括：算法复杂，工程实现难度大；缺乏专业的控制人员，难以掌握算法原理；缺乏必要的硬件支持，如高精度传感器、高速处理器等。缺乏先进控制算法的支撑，限制了水位控制性能的提升。

3. 排烟温度与给水温度设置不当

排烟温度是影响锅炉热效率的重要因素。排烟温度过高，会带走大量的热量，导致热效率下降。导致排烟温度过高的原因包括：锅炉结焦，阻碍烟气换热；省煤器堵塞，影响烟气余热回收；空预器泄漏，引起烟气温度升高。合理控制排烟温度，可以显著提高锅炉热效率。

给水温度也是影响锅炉热效率的关键因素。给水温度过低，会增加锅炉的热负荷，降低热效率。导致给水温度过低的原因包括：低压省煤器效率低，回收热量有限；高压加热器泄漏，导致给水温度下降；给水温度控制不当，未能充分利用高温烟气余热。提高给水温度，可以减少锅炉的热负荷，提升热效率。

四、节能优化控制策略

1. 空燃比与燃烧负荷控制优化

为了提高燃烧效率，需要优化空燃比控制。具体措施包括：采用在线烟气分析仪，实时监测空燃比；根据燃料成分变化，动态调整理论空燃比；建立空燃比优化控制模型，实现闭环自动调节。通过优化空燃比控制，可以实现燃烧过程的动态优化，提高燃烧效率。

合理调节燃烧负荷，是提高燃烧效率的另一有效措施。具体策略包括：扩大负荷调节范围，满足工况变化需求；提高负荷调节速度，实现快速响应；采用智能优化算法，如模糊控制、预测控制等，实现负荷的最优调节。通过合理调节燃烧负荷，可以使锅炉始终运行在最佳燃烧状态，提高燃烧效率。

2. 水位控制方法优化

为了改善水位控制，需要采用先进的控制方法。具体措施包括：采用三元水位控制系统，实现水位、给水流量、蒸汽流量的协同控制；引入饱和蒸汽温度补偿，提高水位测量精度；采用自适应控制算法，实现水位的最优控制。先进的水位控制方法，可以有效抑制水位波动，提高控制性能。

智能控制算法，如神经网络控制、模糊控制等，可以显著改善水位控制效果。具体措施包括：建立基于神经网络的水位预测模型，实现水位的前馈控制；采用模糊 PID 控制，实现水位的自适应调节；将神经网络与模糊控制相结合，实现水位的智能优化控制。通过应用智能控制算法，可以提高水位控制的精度和鲁棒性，确保锅炉安全高效运行。

3. 排烟温度与给水温度控制优化

排烟温度优化控制，是提升热效率的重要举措。具体策略包括：采用高效省煤器，提高烟气余热回收率；优化空预器设计，减少烟气热量流失；采用智能优化算法，实时调节排烟温度。通过优化排烟温度控制，可以最大限度地回收烟气余热，提高锅炉热效率。

提高给水温度，可以显著改善锅炉热效率。具体措施包括：优化低压省煤器设计，提高回收热量；加强高压加热器维护，减少给水温度损失；优化给水温度控制系统，充分利用高温烟气余热。通过提高给水温度，可以减少锅炉的热负荷，提升热效率。

五、结论与展望

本文针对工业锅炉系统节能存在的问题，如燃烧效率低、水位控制不当、热效率低以及缺乏综合优化控制等，深入分析了问题产生的原因，并提出了相应的节能优化控制策略。这些策略包括优化空燃比控制、合理调节燃烧负荷、采用先进的水位控制方法、应用智能控制算法、优化排烟温度控制、提高给水温度、引入神经网络优化控制以及应用遗传算法优化控制等。研究表明，采用这些节能优化控制策略，可以显著提高工业锅炉系统的能效，实现节能减排。

参考文献

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[2]王辉. 工业锅炉参数监测与运行优化系统的研究与实现[D].东南大学，2022.

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