探究電廠燃煤鍋爐燃燒控制的方案

侯建勛

[摘 要]文章從電廠燃煤鍋爐燃燒控制的基本原理和任務(wù)出發(fā)，進(jìn)行相關(guān)系統(tǒng)的方案設(shè)定和對(duì)策分析，旨在提高鍋爐的安全性和經(jīng)濟(jì)性，達(dá)到資源的最高效利用和完善。

[關(guān)鍵詞]電廠 燃煤鍋爐 燃燒控制 方案策略

中圖分類號(hào)：T52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）11-0060-01

一、鍋爐燃燒過程的控制任務(wù)

燃燒系統(tǒng)相對(duì)來說是很容易受到干擾的，而且各個(gè)干擾因素之間有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，比如送風(fēng)量和引風(fēng)量、煙氣和空氣的含氧量、燃料量和燃料質(zhì)量以及主蒸汽壓力和爐膛負(fù)壓等，可以將它們看作三大輸入三和大輸出的鍋爐燃燒系統(tǒng)，其中送風(fēng)量和燃料量以及引風(fēng)量為輸入量，其他因素為輸出量。除此之外，還存在一些相對(duì)復(fù)雜的擾動(dòng)參數(shù)，比如蒸汽流量擾動(dòng)和燃料品質(zhì)擾動(dòng)等。在相關(guān)的實(shí)際操作中，通常把燃燒系統(tǒng)概括的劃分為三個(gè)子系統(tǒng)：引風(fēng)控制系統(tǒng)和送風(fēng)控制系統(tǒng)以及燃料控制系統(tǒng)[3]。

鍋爐在安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，燃料燃燒產(chǎn)生的熱量能夠滿足蒸汽所需的負(fù)荷量，就是鍋爐燃燒過程中自動(dòng)控制的基本任務(wù)。可是，因?yàn)樗幙臻g及實(shí)際使用中的不同差異使得每臺(tái)鍋爐在燃燒過程中的任務(wù)有所偏差。

（一）并聯(lián)管道中的蒸汽母管壓力維持穩(wěn)定

蒸汽壓力主要反映的是鍋爐在使用過程中的平衡安全狀態(tài)，所以，蒸汽壓力的系統(tǒng)調(diào)節(jié)不僅要注意安全狀況，還要對(duì)定值的負(fù)荷調(diào)節(jié)進(jìn)行控制。比如，當(dāng)鍋爐的負(fù)荷減少時(shí)，蒸汽壓力就會(huì)上升，當(dāng)下，就需要通過對(duì)燃料供應(yīng)量的減少來維持能量的均衡；反之亦然。

（二）保證空氣和燃料的混合比

在燃料量變化的過程中，送風(fēng)量也要相應(yīng)的變化，以維持原本的比率。假設(shè)比值出現(xiàn)偏差，空氣不足時(shí)，會(huì)導(dǎo)致燃料得不到完全燃燒；而空氣過于充分，又會(huì)使大量的熱量在煙氣中得不到有效利用，降低燃料的燃燒效率，還造成燃料的過度使用和浪費(fèi)。

（三）將爐膛負(fù)壓控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)

送風(fēng)量隨著燃料量而變化的同時(shí)，為了保證膛負(fù)壓的標(biāo)準(zhǔn)范圍，引風(fēng)量也需要隨之進(jìn)行改變。爐膛的壓力對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行有著一定的影響。爐膛負(fù)壓過小時(shí)鍋爐會(huì)向外噴火，這極其不利于生產(chǎn)過程中的安全防護(hù)，還對(duì)環(huán)境衛(wèi)生造成破壞；而爐膛負(fù)壓過大時(shí)，爐膛內(nèi)的漏風(fēng)量會(huì)加大，這會(huì)使鍋爐加大排風(fēng)量，造成一定損失，而風(fēng)量加大也會(huì)造成風(fēng)機(jī)耗電量的增加。

二、較為常見的燃燒控制系統(tǒng)

當(dāng)前許多燃煤鍋爐在燃燒的控制過程當(dāng)中，較為普遍的采用熱量信號(hào)加氧量校正系統(tǒng)。關(guān)于如何快、準(zhǔn)、狠的在鍋爐燃燒控制過程中測(cè)量爐膛燃料量一直是固有的一個(gè)難題，因?yàn)槿紵^使用的燃料——煤，構(gòu)成它質(zhì)量的水分、燃值和灰分是很不一致的，這對(duì)燃燒的過程造成極大的影響。于此，可以采用間接的方法來進(jìn)行爐膛燃燒發(fā)熱量的測(cè)量，來驗(yàn)證煤的消耗量，即是進(jìn)行“熱量信號(hào)”的檢測(cè)，同時(shí)，可以通過煙氣的含氧量進(jìn)行燃燒控制，達(dá)到鍋爐燃煤過程中的經(jīng)濟(jì)性。

三、鍋爐燃燒控制系統(tǒng)方案策略

（一）主汽壓力控制系統(tǒng)方案策略

鍋爐主汽壓力的穩(wěn)定是主汽壓力系統(tǒng)控制的主要任務(wù)，因?yàn)椋髌麎毫Φ牟环€(wěn)定狀態(tài)不僅會(huì)對(duì)鍋爐的運(yùn)行產(chǎn)生影響，一定條件下對(duì)整個(gè)電廠的有效運(yùn)行都會(huì)造成不利的影響?？梢?，維持鍋爐主汽壓力的穩(wěn)定的重要性[1]。所以，從鍋爐的安全有效運(yùn)行出發(fā)，從根本的源頭尋找引起不穩(wěn)定現(xiàn)象的主要原因，進(jìn)而找到一定的控制規(guī)律，實(shí)現(xiàn)有效的調(diào)節(jié)和控制，使運(yùn)行能夠保持在最佳的優(yōu)良狀態(tài)。

對(duì)于這次的主汽壓力控制方案，在汽機(jī)自動(dòng)并控制負(fù)荷、鍋爐自動(dòng)并控制汽壓的運(yùn)行基礎(chǔ)上，在事前做好燃料量的有效改變，采用最直接的能量平衡協(xié)調(diào)控制方法，盡可能的減少使用過程中的偏差和不必要的能耗。

1.直接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本原理

使需求能量和鍋爐使用中產(chǎn)生的能量達(dá)到平衡和統(tǒng)一就是能量的平衡，關(guān)于平衡的實(shí)現(xiàn)與否從能量的需求和鍋爐的輸入能量?jī)蓚€(gè)信號(hào)進(jìn)行確定和分析，達(dá)到兩者之間的平衡。

2.主汽壓力系統(tǒng)分析

（1）在壓力偏差信號(hào)判斷中增加了能夠直接反應(yīng)蒸汽耗量變化的調(diào)門開度修正，將壓力偏差信號(hào)直接引入燃料燃燒控制系統(tǒng)，這代表了燃料量變化控制的崛起。

（2）對(duì)汽包壓力變化進(jìn)行微反饋，做好事前調(diào)控，從根本上適應(yīng)并接受蒸汽能量的變化。

（二）送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案策略

送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)就是保障風(fēng)煤比的適當(dāng)性，使鍋爐在運(yùn)行過程中，一方面發(fā)揮燃料燃燒的最大效用，另一方面將可能出現(xiàn)的熱量和能量的損失降到最低，甚至是沒有?？墒牵瑢?duì)于風(fēng)煤比的控制隨著母管制下鍋爐運(yùn)行對(duì)送風(fēng)量的難以控制，變得愈發(fā)不能均衡。

近年來，使用的國(guó)產(chǎn)鍋爐的漏風(fēng)系數(shù)問題愈發(fā)嚴(yán)重和頻繁，而嚴(yán)重的漏風(fēng)造成了煙氣含氧量的非線性現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)，甚至呈現(xiàn)逆關(guān)系曲線，時(shí)變特性明顯，承載壓力的過重最終導(dǎo)致煙氣含氧量本質(zhì)的改變。而作為可以進(jìn)行氧量測(cè)量的氧化鋯，不僅不具有穩(wěn)定性，使用壽命也才六個(gè)月，且測(cè)量誤差極大，并不能真實(shí)的反映出鍋爐的燃燒效率，所以不能從根本上解決漏風(fēng)系數(shù)問題，使鍋爐的使用處于經(jīng)濟(jì)化的狀態(tài)，沒能使燃料得到完全燃燒[2]。

（三）引風(fēng)量控制系統(tǒng)方案

1.引風(fēng)量控制的系統(tǒng)分析

爐膛壓力控制系統(tǒng)是引風(fēng)量自動(dòng)控制系統(tǒng)的又一名稱，這就可以很明顯的從字面上進(jìn)行認(rèn)知，引風(fēng)量的控制是圍繞爐膛壓力的改變而進(jìn)行的。所以，引風(fēng)量控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是：通過對(duì)引風(fēng)量的調(diào)節(jié)和控制，使?fàn)t膛負(fù)壓保持在鍋爐燃燒環(huán)境所需要的數(shù)值之內(nèi)，以保障燃料的完全燃燒。不然，爐膛負(fù)壓過高時(shí)，不僅容易出現(xiàn)滅火，還會(huì)造成排煙熱的過度損耗；而爐膛負(fù)壓過低時(shí)，燃燒狀態(tài)運(yùn)行過程中會(huì)發(fā)生擾動(dòng)，爐膛甚至可能出現(xiàn)正壓，造成向外冒煙甚至發(fā)生噴火的現(xiàn)象，不但會(huì)影響電廠和鍋爐的環(huán)境衛(wèi)生，還在很大程度上危害工作人員的人身安全。所以，在鍋爐進(jìn)行燃燒的狀態(tài)下，需要盡可能的將爐膛壓力保持在-30-80Pa的微負(fù)壓的運(yùn)行狀態(tài)下。關(guān)于引風(fēng)量的調(diào)節(jié)則同爐膛壓力的測(cè)量位置有關(guān)，通過引風(fēng)機(jī)的入口擋板進(jìn)行控制。

爐膛負(fù)壓是一個(gè)可變性高、非線性的被控對(duì)象，所以，引風(fēng)量控制系統(tǒng)針對(duì)爐膛負(fù)壓形成一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，所以，常規(guī)的通過PID控制器組成的簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)已經(jīng)很難維持爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定，所以，為了實(shí)現(xiàn)引風(fēng)量的長(zhǎng)期自動(dòng)控制和穩(wěn)定的表現(xiàn)狀態(tài)，采用PID控制器與FUZZY的模糊變量相結(jié)合的全新的控制方案已經(jīng)是勢(shì)在必行，而且需要在使用過程中引入相應(yīng)的前饋。

2.風(fēng)煙系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制

送風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)和和引風(fēng)自動(dòng)共同構(gòu)造了鍋爐風(fēng)煙自動(dòng)系統(tǒng)，保障了鍋爐在運(yùn)行過程中燃料的完全燃燒和實(shí)際使用的安全性和經(jīng)濟(jì)性，有效的解決運(yùn)行過程中的各種擾動(dòng)和突發(fā)狀況，并在有效結(jié)合的前提下，做到將安全問題奉為首要原則，在保障安全的前提下取得經(jīng)濟(jì)利益的最大化，去協(xié)調(diào)送風(fēng)自動(dòng)和引風(fēng)自動(dòng)在運(yùn)行中的狀態(tài)，穩(wěn)態(tài)高效的提高鍋爐燃燒效能，達(dá)到資源的完全有效利用。

結(jié)束語

相對(duì)而言，鍋爐燃燒是相對(duì)具有安全隱患的，所以在進(jìn)行工作和鍋爐運(yùn)行中，需要將安全問題放在第一位，在保障安全的前提下進(jìn)行相關(guān)系統(tǒng)的革新和發(fā)展，達(dá)到利益最優(yōu)化以及能源的最佳使用。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙新貞.燃煤鍋爐節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[D].中國(guó)石油大學(xué)（華東），2013.

[2] 李驥.石嘴山電廠220t/h燃煤鍋爐燃燒控制方案優(yōu)化及試驗(yàn)研究[D].重慶大學(xué)，2005.

[3] 李小剛.電廠燃煤鍋爐燃燒系統(tǒng)建模及控制策略研究[D].昆明理工大學(xué)，2007.