通用燃燒優(yōu)化控制技術(shù)（BCS）在生物質(zhì)CFB鍋爐的應(yīng)用效果

朱棟彬　胡明超

摘 要：近年來(lái)我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)發(fā)展迅速，在各家實(shí)體企業(yè)的運(yùn)行過(guò)程中都出現(xiàn)了很多的瓶頸問(wèn)題。特別是DCS控制系統(tǒng)的技術(shù)是鑒于燃煤機(jī)組的平臺(tái)設(shè)計(jì)，目前還沒(méi)有一種專門(mén)為生物質(zhì)直燃鍋爐設(shè)計(jì)的DCS系統(tǒng)。本企業(yè)為了解決這一問(wèn)題引進(jìn)運(yùn)用了通用燃燒優(yōu)化控制技術(shù)（BCS），這項(xiàng)技術(shù)在本企業(yè)的應(yīng)用過(guò)程中，真正體現(xiàn)此項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)越性和實(shí)用性，讓企業(yè)收到了切實(shí)的

效益。本文就BCS技術(shù)在本公司的實(shí)際運(yùn)用情況進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。

關(guān)鍵詞：燃燒優(yōu)化控制 鍋爐 生物質(zhì)直燃發(fā)電 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

中圖分類號(hào)：TK22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）02（c）-0003-02

Abstract：In recent years， the rapid development of China's biomass power generation industry， In the running process of the entity enterprise has appeared in many of the bottleneck problem. Especially the DCS control system technology is the platform design of coal-fired units， There is not a specifically for biomass direct fired boiler DCS system design. The enterprise in order to solve this problem to introduce the general use of combustion optimization control technology （BCS） This technique in the application process of the enterprise， truly reflect the superiority and practicability of this technology， Let the enterprise received tangible benefits. In this paper， the BCS technology in the practical application of this company carries on the brief analysis.

Key Words：Combustion Optimization Control； Boiler； Power Generation of Biomass Direct Combustion； Economic Operation

BCS是“通用燃燒優(yōu)化控制技術(shù)”的英文縮寫(xiě)。BCS基于各種燃燒器最基本的測(cè)控儀表，采用先進(jìn)的軟測(cè)量技術(shù)、多變量解耦技術(shù)、過(guò)程優(yōu)化控制技術(shù)、故障診斷與容錯(cuò)控制技術(shù)及先進(jìn)的軟件接口來(lái)實(shí)現(xiàn)燃燒器的全自動(dòng)優(yōu)化運(yùn)行，從而使燃燒器達(dá)到安全運(yùn)行、穩(wěn)定運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的，是集科學(xué)性、通用性、先進(jìn)性、實(shí)用性、安全性與經(jīng)濟(jì)性于一身的燃燒優(yōu)化控制技術(shù)。我們企業(yè)是國(guó)內(nèi)首個(gè)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)化生物質(zhì)直燃循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電示范項(xiàng)目，也是國(guó)內(nèi)首個(gè)被聯(lián)合國(guó)批準(zhǔn)的生物質(zhì)直燃CDM項(xiàng)目。企業(yè)立足于現(xiàn)有鍋爐的工藝、設(shè)備、和操作條件下，通過(guò)實(shí)施優(yōu)化控制來(lái)使其燃燒效率最大化，各項(xiàng)損失達(dá)到最小化。

自循環(huán)流化床燃燒技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，循環(huán)床鍋爐在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用，循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行的低成本實(shí)現(xiàn)了嚴(yán)格的污染排放指標(biāo)，同時(shí)燃用劣質(zhì)燃料，在負(fù)荷適應(yīng)性和灰渣綜合利用等方面具有綜合優(yōu)勢(shì)，為節(jié)能環(huán)保提供了一條有效的途徑。但是CFB鍋爐的燃燒過(guò)程是一個(gè)多輸入、多輸出的復(fù)雜系統(tǒng)，特別是生物質(zhì)直燃的循環(huán)流化床鍋爐，其時(shí)變性、非線性和關(guān)聯(lián)性都非常強(qiáng)，很難建立精確的數(shù)學(xué)模型，因此選用常規(guī)的控制方法解決本企業(yè)生物質(zhì)直燃循環(huán)流化床鍋爐的自動(dòng)控制問(wèn)題變得非常困難。本文通過(guò)對(duì)本企業(yè)生物質(zhì)直燃CFB鍋爐增加燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鍋爐的自動(dòng)燃燒控制，提取DCS的相關(guān)數(shù)據(jù)，利用軟件包發(fā)指令到DCS來(lái)實(shí)現(xiàn)燃燒系統(tǒng)優(yōu)化控制，采用相關(guān)技術(shù)建立鍋爐燃燒控制回路的相關(guān)模型，減少能源消耗，確保生物質(zhì)燃料耗均降低2%以上，達(dá)到節(jié)能增效的目的，同時(shí)減少了運(yùn)行人員在這些回路中的工作量，另外本企業(yè)的生物質(zhì)直燃循環(huán)流化床鍋爐還擔(dān)負(fù)著對(duì)外每小時(shí)40噸的供汽流量，通過(guò)燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鍋爐主蒸汽壓力運(yùn)行更平穩(wěn)，有利于鍋爐連續(xù)長(zhǎng)周期運(yùn)行，也有利于整個(gè)蒸汽管網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

BCS在本企業(yè)的成功應(yīng)用也是經(jīng)歷了很長(zhǎng)的試驗(yàn)、修改、再試驗(yàn)和再修改的過(guò)程，最終在技術(shù)提供方和本企業(yè)的技術(shù)人員共同努力下實(shí)現(xiàn)了目前穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，為我們企業(yè)解決了一些非常嚴(yán)重的瓶頸問(wèn)題：

（1）BCS自動(dòng)燃燒優(yōu)化技術(shù)使鍋爐燃燒效率提高了1%～3%，鍋爐各種運(yùn)行曲線明顯優(yōu)化，床溫曲線和主蒸汽壓力、溫度曲線最為明顯。在沒(méi)有運(yùn)用BCS系統(tǒng)之前主要依靠人為的手動(dòng)在DCS界面上實(shí)現(xiàn)操作，對(duì)各種參數(shù)的變化趨勢(shì)判斷明顯不夠及時(shí)，再者人工調(diào)節(jié)要逐個(gè)對(duì)變化的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這就是人工操作的弊端，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)參數(shù)執(zhí)行同步調(diào)節(jié)，往往會(huì)出現(xiàn)調(diào)節(jié)滯后的問(wèn)題，但這一問(wèn)題在BCS應(yīng)用上基本得到了解決，在系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)了各個(gè)參數(shù)變化同時(shí)采集信息并且同步進(jìn)行協(xié)調(diào)修正各種參數(shù)，在采集和修正的同時(shí)發(fā)出調(diào)節(jié)控制指令實(shí)現(xiàn)各部閥位的在線同步調(diào)整，使個(gè)參數(shù)始終保持在一個(gè)最為優(yōu)化的狀態(tài)下運(yùn)行。在實(shí)現(xiàn)多參數(shù)同步調(diào)節(jié)的同時(shí)，BCS系統(tǒng)還運(yùn)用模擬計(jì)算功能實(shí)現(xiàn)需要調(diào)節(jié)的各項(xiàng)參數(shù)之間互相修正調(diào)整數(shù)值，保證各項(xiàng)參數(shù)不會(huì)出現(xiàn)過(guò)調(diào)的現(xiàn)象，縮短了參數(shù)修正時(shí)間，優(yōu)化燃燒過(guò)程，提升了鍋爐的運(yùn)行效率。

（2）在很大程度上BCS自動(dòng)燃燒優(yōu)化技術(shù)保證了生物質(zhì)燃料的充分燃燒和穩(wěn)定燃燒，有效地解決了煙囪冒黑煙和粉塵過(guò)量生成的環(huán)保難題。鍋爐運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)入爐膛燃燒的生物質(zhì)燃料品種復(fù)雜，各種熱值和水份的燃料摻混在一起使燃料成份多變化，依靠人工調(diào)節(jié)給料很難實(shí)現(xiàn)爐膛床溫和給料量的最佳配比，這樣就很難實(shí)現(xiàn)燃料在爐膛內(nèi)的充分燃燒。通過(guò)BCS控制系統(tǒng)的介入，通過(guò)爐膛入口前的在線燃料檢測(cè)裝置給出的燃料分析模擬值結(jié)合爐膛床溫值和風(fēng)量的配比值進(jìn)行計(jì)算，給出一個(gè)合理的燃料給量，通過(guò)這一個(gè)量向給料螺旋下達(dá)指令，給出最佳的給料量，使燃料在爐膛內(nèi)完成最充分的燃燒過(guò)程。只有實(shí)現(xiàn)充分的燃燒才能使燃料得以有效利用 ，明顯使飛灰含碳量降低由原來(lái)的4左右%降到2%左右，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

（3）極大地降低了運(yùn)行工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，它打破了DCS操作系統(tǒng)長(zhǎng)期以來(lái)基本處于人工操作的局面，消除了運(yùn)行過(guò)程中容易出現(xiàn)的監(jiān)控判斷盲區(qū)，參數(shù)監(jiān)控更加全面、及時(shí)，同時(shí)大大降低了需要人工干預(yù)調(diào)整出現(xiàn)誤操作的可能性，安全生產(chǎn)效率顯著提高。

（4）明顯體現(xiàn)出BCS自動(dòng)燃燒優(yōu)化技術(shù)使鍋爐生產(chǎn)運(yùn)行更加平穩(wěn)和更加安全。運(yùn)用優(yōu)化技術(shù)控制進(jìn)行運(yùn)行的鍋爐經(jīng)過(guò)一個(gè)運(yùn)行周期后，停役檢修時(shí)對(duì)受熱面情況檢查與過(guò)去對(duì)比發(fā)現(xiàn)明顯的變化，受熱面清潔程度和磨損狀況得以明顯改觀，呈現(xiàn)良性變化趨勢(shì)，熱交換效率得以提升，排煙溫度得到優(yōu)化降低，設(shè)備出力提升，效率提升。

鑒于以上各種問(wèn)題的逐一解決，我們企業(yè)收到了一定的實(shí)效，為企業(yè)增加了相當(dāng)?shù)氖找?，?shí)現(xiàn)鍋爐的全自動(dòng)優(yōu)化控制，使煙囪黑煙消失，爐膛溫度控制精度在90%時(shí)間為±5℃，減少有害氣體排放，更突出的實(shí)現(xiàn)斷燃料故障快速報(bào)警并全自動(dòng)處理斷燃料故障造成的波動(dòng)，是我們企業(yè)生物質(zhì)直燃鍋爐的單位生物質(zhì)燃料耗降低0.2～0.3公斤每千瓦時(shí)。按照本企業(yè)當(dāng)前的生物質(zhì)燃料收購(gòu)價(jià)格270元/噸和一年1.4億的上網(wǎng)電量計(jì)算，年收益在750萬(wàn)元左右，該項(xiàng)技術(shù)在本企業(yè)的應(yīng)用投資回收期為4～6個(gè)月時(shí)間。

以上是經(jīng)過(guò)本企業(yè)長(zhǎng)期的試驗(yàn)和總結(jié)，結(jié)合企業(yè)所處地區(qū)的實(shí)際環(huán)境因素，對(duì)解決生物質(zhì)燃料入爐的優(yōu)化燃燒，降低企業(yè)經(jīng)營(yíng)成本的瓶頸問(wèn)題總結(jié)出的一個(gè)針對(duì)本企業(yè)的操作管理模式，為本企業(yè)解決了相當(dāng)?shù)碾y題。本文在此提出為生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)內(nèi)的企業(yè)作為參考。