基于智能算法的鍋爐控制技術(shù)探討

劉繼文 常 青 陳 瓊 張義偉 王建軍

(河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000)

0 前 言

在經(jīng)濟(jì)日益繁榮，城鄉(xiāng)建設(shè)越來(lái)越好的時(shí)代下，鍋爐供暖在人們的日常生活中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用.燃煤鍋爐能源消耗非常大，煤炭消費(fèi)每年有數(shù)億噸，占我國(guó)煤炭生產(chǎn)總量的三分之一以上，提高其能源的節(jié)約，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境意義.燃煤鍋爐的效率和能效受到多方面的影響，通過(guò)提高鍋爐的自動(dòng)控制技術(shù)，提高鍋爐的效率和節(jié)能效果是目前需要研究和解決的難題.

本文從研究鍋爐的燃燒效率問(wèn)題入手，建立鍋爐燃燒效率取得最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的風(fēng)煤比—最佳風(fēng)煤比，利用GA的尋優(yōu)方式得出在給煤量一定的情況下必然對(duì)應(yīng)著最佳送風(fēng)量，并在鍋爐不同的負(fù)荷運(yùn)行下進(jìn)行測(cè)試，達(dá)到節(jié)能目的[2].

1 鍋爐燃燒效率分析

影響鍋爐熱效率的因素為：

燃煤鍋爐熱效率η=(100-∑q)%

∑q=q2+q3+q4+q5+q6(%)

q2―為排煙熱損失(%)

q3―為燃煤沒(méi)有充分燃燒的熱損失(%)

q4―為機(jī)械沒(méi)有充分燃燒的熱損失(%)

q5―為散熱損失(%)

q6―為燃料物理熱損失(%)

根據(jù)理論與實(shí)際可知燃煤鍋爐的產(chǎn)生的灰量很少，所以q6可以近似為0，而固體燃料燃燒時(shí)，一般不存在氣體沒(méi)有充分燃燒的現(xiàn)象，q4=0.所以影響燃煤鍋爐熱效率的主要因素為q2、q3、q5.

實(shí)際應(yīng)用中,熱損失主要由q2、q3、q5組成，令q1=100-∑q為鍋爐的有效利用熱量，所以，鍋爐熱效率為：

η=q1/(q1+q)×%

鍋爐熱損失可以受燃料的質(zhì)量,引風(fēng)量，送風(fēng)量等因素的影響,伴隨著這些因素的變化,熱損失的最值也會(huì)發(fā)生改變移動(dòng),因此，在實(shí)際應(yīng)用程序中,系統(tǒng)可以不斷地進(jìn)行最佳過(guò)量空氣系數(shù)的尋優(yōu).通過(guò)對(duì)上述情況的分析可知，當(dāng)鍋爐燃燒熱效率為最大值時(shí)，必然對(duì)應(yīng)著最佳的送風(fēng)量、引風(fēng)量和給煤量，本文假定給煤量一定，通過(guò)尋找其對(duì)應(yīng)的送風(fēng)量，也是最佳送風(fēng)量，從而對(duì)鍋爐燃燒熱效率最大值進(jìn)行尋優(yōu).

2 GA及其參數(shù)優(yōu)化

2.1 GA求解步驟

GA是基于種群之間的差異不同而衍生的一種算法，是一個(gè)編碼真實(shí)性非常高的優(yōu)化算法，它的過(guò)程包括生成初始種群、計(jì)算適應(yīng)度、交叉、變異操作的選擇優(yōu)化[3].

其一般步驟如下：

(1)編碼和初始種群生成；

(2)計(jì)算個(gè)體適應(yīng)度；

(3)通過(guò)選擇，雜交，變異的方式使父代得以產(chǎn)生新一代；

(4)終止條件的比較語(yǔ)句，滿(mǎn)足，繼續(xù)程序，不滿(mǎn)足，繼續(xù)循環(huán)；GA流程圖如圖1所示：

圖1 GA流程

2.2 參數(shù)優(yōu)化

圖2 控制流程圖

一旦改變送風(fēng)量的大小，鍋爐的燃燒狀況肯定會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變.抵制這種變化，就必須對(duì)耗煤量和送風(fēng)量的大小進(jìn)行調(diào)整.考慮到負(fù)荷變化滯后于耗煤量，采用調(diào)節(jié)送風(fēng)量參數(shù)的方法，進(jìn)行送風(fēng)量的優(yōu)化控制來(lái)應(yīng)對(duì)負(fù)荷的變化.送風(fēng)控制的作用是使燃料充分燃燒，達(dá)到鍋爐最大燃燒效率.最佳熱效率，與風(fēng)煤比成正比.當(dāng)耗煤量對(duì)應(yīng)不變時(shí)，送風(fēng)量也就是系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的最佳值.因此，對(duì)最佳送風(fēng)量的尋優(yōu)就是鍋爐燃燒系統(tǒng)的尋優(yōu)控制的本質(zhì).控制流程如圖2所示.

3 系統(tǒng)測(cè)試

該鍋爐進(jìn)行技術(shù)改造后,設(shè)備安裝完畢，先將編好的程序?qū)懭隤LC并調(diào)試成功，設(shè)定變頻器參數(shù)，檢查電氣部分并逐級(jí)通電調(diào)試；投入試運(yùn)行時(shí)，先空載調(diào)試，然后帶負(fù)荷調(diào)試，同時(shí)檢測(cè)各點(diǎn)工作狀況達(dá)到較理想狀況.測(cè)試間隔每八小時(shí)作為一組，并記錄數(shù)據(jù)，規(guī)定負(fù)荷±0.01 t/h作為空氣流量設(shè)定值，1.05±0.01 Mpa作為壓力范圍，鍋爐在運(yùn)行的開(kāi)始階段，讓鍋爐處在空載狀態(tài)，然后分別帶75%負(fù)荷調(diào)試和帶95%負(fù)荷調(diào)試，得到如下結(jié)果：

(1)鍋爐95%運(yùn)行測(cè)試結(jié)果.

圖3改造前后鼓風(fēng)機(jī)電流比較圖4改造前后引風(fēng)機(jī)電流比較

圖5 改造前后給水泵電流比較

(2)鍋爐75%運(yùn)行測(cè)試結(jié)果.

圖6改造前后鼓風(fēng)機(jī)電流比較圖7改造前后引風(fēng)機(jī)電流比較

圖8 改造前后給水泵電流比較

以動(dòng)態(tài)智能控制理論為基礎(chǔ)，采用GA尋優(yōu)，從而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)燃燒效率最大化.同時(shí)減少了人為因素的影響，優(yōu)化了系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量.與未進(jìn)行技改工業(yè)鍋爐系統(tǒng)相比，在滿(mǎn)足負(fù)荷需求的前提下，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能目的.

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)技術(shù)改造，該鍋爐年耗煤量為2022060 m3，年節(jié)煤量達(dá)到9%，通過(guò)技術(shù)改造后的鍋爐全年運(yùn)行期間節(jié)約的資金數(shù)量相當(dāng)可觀.實(shí)踐證明，這種方法不僅提高了鍋爐系統(tǒng)的效率，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、環(huán)保、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行.

[1]周昊.基于遺傳算法的燃煤鍋爐熱效率優(yōu)化[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2002(7):125～128

[2]劉松.鍋爐智能化控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].科海故事博覽.科技探索，2010(9)：146～147

[3]忻龍彪，張榮江.鍋爐燃燒系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的差異演化算法求解[J].現(xiàn)代建筑電氣，2010(10)：5～8