和隆BCS 優(yōu)化在鍋爐變頻系統(tǒng)中的應(yīng)用

周春蘭 朱強(qiáng) 張景慧

（ 煙臺巨力精細(xì)化工股份有限公司 山東煙臺 265202）

引言

BCS 是“通用燃燒優(yōu)化控制技術(shù)”的英文縮寫。BCS 是基于先進(jìn)的、高可靠性的DCS 系統(tǒng)或高端PLC產(chǎn)品及國際通用的OPC 標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，立足于各種燃燒器最基本的測控儀表，采用先進(jìn)的軟測量技術(shù)、過程優(yōu)化控制技術(shù)與大系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化技術(shù)、安全控制技術(shù)、先進(jìn)的軟件接口技術(shù)及科學(xué)的運(yùn)行數(shù)據(jù)挖掘、處理與統(tǒng)計(jì)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)燃燒器及多燃燒器系統(tǒng)的全自動協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，從而達(dá)到其安全運(yùn)行、穩(wěn)定運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的所有目標(biāo);下圖為BCS 技術(shù)與各種燃燒器的關(guān)系圖：

BCS 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)。

一、鍋爐優(yōu)化目標(biāo)

1. 在保證當(dāng)前負(fù)荷和當(dāng)前的風(fēng)煤配比下尋找最少的煤量。2. 在當(dāng)前負(fù)荷下尋找最佳一次風(fēng)和二次風(fēng)風(fēng)量，使進(jìn)入爐中燃煤的燃燒效率最大。

二、BCS 技術(shù)的理論根據(jù)

BCS 技術(shù)立足于各種燃燒器現(xiàn)有的工藝、設(shè)備、操作條件下，通過實(shí)施優(yōu)化控制來使其燃燒效率η 最大。其理論根據(jù)：

能量平衡與熱量平衡

固體燃料的熱平衡方程式如下：

其中：

Qr：1kg 燃料帶入鍋爐的熱量（KJ/kg）；

Q1：鍋爐有效利用熱量（KJ/kg）；

Q2：排出煙氣所帶走的熱量（KJ/kg）；

Q3：氣體不完全燃燒熱損失（KJ/kg）；

Q4：固體不完全燃燒熱損失（KJ/kg）；

Q5：鍋爐的散熱損失（KJ/kg）；

Q6：灰渣帶走的物理熱量（KJ/kg）。

如果想使鍋爐燃燒效率最大，我們必須讓Q2、Q3、Q4、Q5、Q6 五項(xiàng)損失最小，而Q2、Q3、Q4 三項(xiàng)占了鍋爐損失的絕大部分份額并與燃燒效果有著密不可分的因果關(guān)系。很顯然如果空氣過量會造成Q2 增大，空氣欠量會使Q3+Q4 增大。

因此我們的工作重點(diǎn)是：通過實(shí)施燃燒優(yōu)化策略來實(shí)現(xiàn)--Q2+Q3+Q4——>min

三、BCS 優(yōu)化模塊設(shè)計(jì)說明

1. BCS 的燃燒優(yōu)化算法模塊的外部特性描述如下圖:

優(yōu)化模塊中的三個初始化參數(shù)TOP（優(yōu)化計(jì)算周期）、SOP（優(yōu)化步長）和EOP（優(yōu)化精度）是決定優(yōu)化模塊能否正常工作、能否達(dá)到最理想優(yōu)化效果的關(guān)鍵。不同的爐型、不同的燃料、不同的規(guī)模，這三個數(shù)據(jù)的大小會有所不同，正常投運(yùn)后他們一般就固定了，這三個參數(shù)決定了優(yōu)化的速度、精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性?！斑^程輸入變量”指的是進(jìn)入循環(huán)流化床鍋爐的煤、水、風(fēng)、電等物料、能量的測控參數(shù)；“過程內(nèi)循環(huán)變量”指的是爐膛、汽包、返料系統(tǒng)等過程內(nèi)的測控參數(shù)；“過程輸出變量”指的是鍋爐系統(tǒng)的各種輸出物料如蒸汽、廢氣、灰渣等的測控參數(shù)。不同的燃燒器這三類過程測控參數(shù)的多少、種類都不是固定的，也可以不是準(zhǔn)確的，只要控制變量與測量變量能正確相關(guān)即可。本模型最大的一個特點(diǎn)就是它可以根據(jù)工況的趨勢決定操作的趨勢，所以本模型用于沒有空氣、燃料測量的其他鍋爐上如鏈條爐等可同樣使其燃燒狀態(tài)達(dá)到最好也就不難理解了。模型的輸出“優(yōu)化煤量增量”、“優(yōu)化風(fēng)量增量”是每一個TOP 結(jié)束后都比前一個周期增加或減少了一個SOP，它是在每一個周期都對燃燒系統(tǒng)施加的一個影響，代表向最大點(diǎn)前進(jìn)的一步。每次優(yōu)化結(jié)束后，優(yōu)化增量便進(jìn)行整理—改變相應(yīng)控制回路的控制點(diǎn)后清零；“最優(yōu)空燃比”則是優(yōu)化結(jié)束后而滾動優(yōu)化運(yùn)行下去的最優(yōu)結(jié)果，直至工況有了大的改變使燃燒偏移了最佳點(diǎn)且超過允許的偏移量EOP。

2. DCS 與和隆優(yōu)化控制系統(tǒng)以及和隆優(yōu)化遠(yuǎn)程服務(wù)支持系統(tǒng)之間的關(guān)系圖：

3. 通訊技術(shù)

BCS 系統(tǒng)的通訊共包含兩部分：一是BCS 系統(tǒng)與DCS 系統(tǒng)間的通訊，采用國際標(biāo)準(zhǔn)的OPC 通訊協(xié)議，完成兩系統(tǒng)間的雙向數(shù)據(jù)交換；二是BCS 系統(tǒng)與我公司遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)（HeroRTS）間的通訊，基于3G 網(wǎng)絡(luò)和DTU設(shè)備，采用虛擬VPN 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，完成我公司對優(yōu)化控制系統(tǒng)的實(shí)時遠(yuǎn)程服務(wù)功能如圖：

注：每臺優(yōu)化站只控制一臺鍋爐（優(yōu)化站包含一套BCS 優(yōu)化控制軟件及相應(yīng)的硬件平臺及其它設(shè)施等）請?zhí)貏e注意以下幾點(diǎn)：

（1）原DCS 系統(tǒng)具有穩(wěn)定可靠的OPC 雙向通訊功能。

（2）必須保證鍋爐基本測量儀表的有效性 ——盡管BCS 技術(shù)不要求儀表絕對精確，但其趨勢必須正確。

（3）一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)能力要足夠。如果鍋爐燃燒系統(tǒng)采用的是擋板控制，則當(dāng)鍋爐運(yùn)行在額定負(fù)荷下其開度要小于70%。如果是變頻器則可以到90%。在有些場合，如果二次風(fēng)能力已達(dá)上限，也可以只通過優(yōu)化一次風(fēng)來達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（4）變頻器控制的精度應(yīng)優(yōu)于1%，擋板控制的精度應(yīng)盡可能優(yōu)于2%。

三、運(yùn)行效果

此系統(tǒng)已運(yùn)行3 年，和隆BCS 變頻優(yōu)化系統(tǒng)成功應(yīng)用于我公司鍋爐ABB-DCS 自控系統(tǒng)中，效果顯著，操作人員可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定一組某負(fù)荷下的煤量、一次風(fēng)量、二次風(fēng)量、氧量、床溫、爐膛負(fù)壓等運(yùn)行參數(shù)，它們可以是不準(zhǔn)確的，無論儀表的精度有多差，其零點(diǎn)漂移有多嚴(yán)重，只要啟動了燃燒優(yōu)化模型，它都會在最短的時間里把煤量、風(fēng)量、氧含量、風(fēng)煤比等參數(shù)調(diào)整到最優(yōu)。另外，對于經(jīng)驗(yàn)特別豐富的操作人員，可以在全自動模式下的人工優(yōu)化功能，該功能可把好的人工經(jīng)驗(yàn)有效地施加到系統(tǒng)中。

四、結(jié)束語

非常靈活的BCS 優(yōu)化手段，保證了各種工況下的全自動優(yōu)化燃燒，使常規(guī)方案、優(yōu)化方案和人的有益經(jīng)驗(yàn)非常協(xié)調(diào)地統(tǒng)一到一起，從而既能讓燃燒達(dá)到最好的效果，又同時具有很強(qiáng)的抗干擾能力；明顯降低工人的勞動強(qiáng)度；節(jié)約了原材物料，即保證了鍋爐生產(chǎn)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠、連續(xù)運(yùn)行，又實(shí)現(xiàn)了公司經(jīng)濟(jì)效益最大化。

[1]茅建波,王磊,陳勤根.燃燒優(yōu)化閉環(huán)控制系統(tǒng)在燃煤電廠的應(yīng)用[A]. 2008 中國可持續(xù)發(fā)展論壇論文集（3）[C]. 2008

[2]吳劍恒,陳文強(qiáng),高瑞峰,于現(xiàn)軍.燃燒優(yōu)化控制技術(shù)在循環(huán)流化床鍋爐上的應(yīng)用與效果[J]. 工業(yè)鍋爐. 2010(01)