燃煤電廠燃燒優(yōu)化系統(tǒng)綜述

【摘 要】隨著電廠自動化水平的提高，對電廠鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng)的研究越來越受關(guān)注。電廠鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng)是在機組DCS的基礎(chǔ)上，采用激光測量與智能控制算法，通過燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)完成燃燒優(yōu)化的實時、在線閉環(huán)控制功能。并可以實現(xiàn)鍋爐在不同負荷以及其它相關(guān)設(shè)備和參數(shù)約束下均衡、優(yōu)化的燃燒。

【關(guān)鍵詞】燃燒優(yōu)化；激光測量；控制算法

結(jié)合當前電力市場的形式以及煤種的變化，為了提高機組的安全運行水平、提高鍋爐燃燒效率、降低煤耗及污染物排放，達到節(jié)能降耗、改善環(huán)境和降低發(fā)電成本的效果，需對鍋爐燃燒系統(tǒng)進行優(yōu)化。因此鍋爐的燃燒優(yōu)化具有比較現(xiàn)實的發(fā)展前景。

一、燃燒優(yōu)化系統(tǒng)簡介

燃燒優(yōu)化系統(tǒng)的監(jiān)測部分采用美國佐爐技術(shù)公司的最新ZOLOBOSS產(chǎn)品，優(yōu)化控制部分采用德國西門子公司的SPPA-P3000電站鍋爐燃燒優(yōu)化專家控制系統(tǒng)，二者構(gòu)成一套完整的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要儀器設(shè)備包括DCS數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)采集裝置、煙氣分析儀等。其中SPPA-P3000系列求解方案完全基于軟件。

大唐黃島電廠5號鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng)的測量系統(tǒng)可在爐膛中直接測量爐膛燃燒區(qū)域的溫度、O2、H2O、CO的濃度值，借助CAT技術(shù)（計算機輔助斷層掃描），利用測量得到的路徑均值計算溫度和濃度分布并生成一個二維分布圖，如圖1所示。測量數(shù)據(jù)通過OPC通訊協(xié)議傳送到SPPA-P3000技術(shù)服務(wù)器中，該服務(wù)器同時采集機組DCS中的各類運行數(shù)據(jù)。通過建立數(shù)學(xué)模型并結(jié)合多種控制算法（PID、模糊邏輯控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、插值法、連續(xù)最小二乘法等），對以上獲得的各類數(shù)據(jù)加以分析計算，輸出偏置信號，改變原來的控制回路輸出值，最后由DCS輸出AO信號到執(zhí)行機構(gòu)，驅(qū)動現(xiàn)場的二次風(fēng)擋板、燃盡風(fēng)擋板改變開度和控制改變給煤量等。最終實現(xiàn)優(yōu)化燃燒系統(tǒng)的目的。

二、激光測量技術(shù)

測量系統(tǒng)采用激光測量技術(shù)，采用工業(yè)應(yīng)用中適合于鍋爐的激光發(fā)生器，根據(jù)被測氣體分子特有的光譜吸收特性，將激光波長調(diào)諧到能夠吸收特定被測氣體的峰值上。同時將不同頻率、波長的激光耦合于同一根光纖上，然后發(fā)出能穿過爐膛的激光束。在爐膛的另一端安裝有激光接收器，可以接收發(fā)射器發(fā)出的激光。接收器將接收來的激光光線送至控制柜，通過控制柜的計算來確定爐膛內(nèi)被測量的氣體的濃度。用這種方式測量的O2、H2O、CO和 CO2濃度顯示出來。借助激光測量網(wǎng)格，可以精確獲得爐膛內(nèi)的溫度分布、O2、H2O和CO濃度。圖1給出了一個描述完整燃燒工況的網(wǎng)格信息例子。

圖1來自測量網(wǎng)格的鍋爐中濃度和溫度

三、優(yōu)化控制系統(tǒng)總體方案

在燃燒優(yōu)化軟件包方面采用模糊控制為主，輔助與常規(guī)閉環(huán)控制PI控制器，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)調(diào)整的優(yōu)化控制算法，既保證了控制準確性，又保證了控制的穩(wěn)定性和安全性。

對于需要控制的變量如爐膛右角溫度和CO濃度， 根據(jù)模糊控制器和機組鍋爐燃燒的情況設(shè)計出模糊化規(guī)則，然后根據(jù)鍋爐模型和模糊控制規(guī)則進行相應(yīng)的計算處理，得出相應(yīng)的輸出部分控制指令，再結(jié)合反模糊化的過程轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)指令，以此來控制各個指標和調(diào)節(jié)鍋爐的整體燃燒。

停機期間首先在鍋爐上安裝激光探測設(shè)備。待機組運行后利用歷史數(shù)據(jù)站存儲的大量來自DCS和激光探測的運行數(shù)據(jù)，建立鍋爐的操作變量（如：氧量設(shè)定、給煤機偏移量、風(fēng)量偏移量等）、干擾變量與反應(yīng)鍋爐安全運行、燃燒經(jīng)濟性、污染物排放的控制目標量（如：鍋爐效率、飛灰含碳、排放等）之間的多變量非線性模型。模型辨識完成后，進行控制策略的設(shè)計，并在現(xiàn)場DCS和燃燒優(yōu)化控制器中實現(xiàn)相關(guān)的回路策略的組態(tài)實施。組態(tài)完成后，最后在現(xiàn)場進行整體系統(tǒng)的集成和現(xiàn)場優(yōu)化調(diào)試。影響鍋爐燃燒特性的因素包括配風(fēng)、配煤、含氧量等相關(guān)操作變量。在運行過程中對這些影響因素的設(shè)定值進行實時的調(diào)整，保證機組在最優(yōu)的運行狀態(tài)下工作。從而實現(xiàn)安全運行、經(jīng)濟運行和低排放運行的多目標鍋爐運行。

四、燃燒優(yōu)化系統(tǒng)的應(yīng)用

通過檢測手段，實時調(diào)整和掌握爐膛的燃燒情況。增強鍋爐對煤種變化適應(yīng)性，提高鍋爐效率和運行穩(wěn)定性，同時避免鍋爐結(jié)焦和減少有害氣體排放。

1.優(yōu)化過剩空氣量，使進入鍋爐的總空氣量適當，該量用多余氧來表示。單個氧化鋯測量值不能反映氧的平均分布情況。例如：氧化鋯測量值確認氧濃度在2.855%，同時證實有些區(qū)域氧濃度高，一些區(qū)域過低。ZoloBOSS網(wǎng)格則證實氧平均濃度在3.93%，高于設(shè)定值。通過ZoloBOSS提供氧濃度二維分布圖，鍋爐操作員平衡氧氣分布，然后降低過氧含量。在保證CO和飛灰含碳量沒有明顯變化的情況下，通過優(yōu)化消除氧濃度過高區(qū)域，提高了鍋爐的熱效率、降低水冷壁管的損壞速度，過氧量每降低1%鍋爐熱效率可以提高0.3%。

2.改進空氣與燃料的分布，調(diào)整火焰燃燒中心。燃燒器故障、配風(fēng)不均衡等都會導(dǎo)致火球偏離中心致使火焰貼近水冷壁受熱面，導(dǎo)致該區(qū)域氧量過低，氧氣從水冷壁管析出，致使管子過早老化最終泄露，同時也會因為過熱器、再熱器受熱不均導(dǎo)致?lián)p壞。燃燒系統(tǒng)通過各種風(fēng)門來控制爐膛內(nèi)空氣量的分布。合理的空氣量分布使燃燒更加充分，保持燃燒的均衡性和有效性，避免鍋爐各角和各邊的局部高溫，使得火焰中心位于爐膛中央。

3.改善熱分布，提高溫度控制品質(zhì)。爐膛中發(fā)生的熱傳遞直接影響煙氣出口溫度和主再熱蒸汽溫度。均衡的燃燒使得爐膛尾部兩側(cè)的溫度分布更加均勻。通過燃燒優(yōu)化系統(tǒng)可以減少減溫水噴水量，讓蒸汽溫度達到其最高限值并同時將煙氣出口溫度降至其低限值。

五、結(jié)語

電廠鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng)不僅能夠提高鍋爐的燃燒效率，對于存在燃燒問題如結(jié)礁嚴重、爆管頻繁的機組也能提供有效的信息。通過燃燒優(yōu)化系統(tǒng)運行人員可以實時檢測爐膛燃燒情況，大大提高機組的安全性。同時降低污染物的排放，使電廠獲得額外的補貼，減少因排放不達標造成的停機檢修損失。

作者簡介：

趙春霞（1971.03），性別：女，山東淄博人，電廠熱工專業(yè)中級技師，從事熱工自動化工作及鍋爐側(cè)控制系統(tǒng)。