基于DCS的鍋爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計研究

陶靜 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院/南京六合中等專業(yè)學(xué)校電氣工程部

當(dāng)前鍋爐存在負(fù)荷多變、煤質(zhì)多變等相關(guān)問題，如若鍋爐偏離最佳燃燒狀況便會影響鍋爐的運(yùn)行效率。為解決這一問題，基于DCS鍋爐優(yōu)化控制系統(tǒng)逐漸完善起來，該系統(tǒng)建立在JX-300XP DCS基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化控制軟件模式與監(jiān)控組態(tài)軟件對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，同時實現(xiàn)了力控組態(tài)軟件與OPC技術(shù)間的數(shù)據(jù)交互，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。下面將分別從：鍋爐優(yōu)化控制理論研究、DCS鍋爐燃燒控制系統(tǒng)簡介、DCS鍋爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計研究，三個方面進(jìn)行闡述，為DCS鍋爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。

1 鍋爐優(yōu)化控制理論研究

1.1 保持出水溫度的恒定

為了控制鍋爐燃燒過程的順利開展，首先應(yīng)維持出水溫度的恒定，如若水溫發(fā)生變化便會影響到設(shè)備的消耗量及鍋爐的產(chǎn)熱量，在這種情況下應(yīng)對燃料供應(yīng)量合理調(diào)整，并對鍋爐燃燒產(chǎn)熱量進(jìn)行改變，通過這一措施將出水溫度控制在一定范圍內(nèi)，以便確保鍋爐各設(shè)備的有效運(yùn)行。

1.2 確保鍋爐經(jīng)濟(jì)燃燒

在鍋爐燃燒過程控制中確保鍋爐的經(jīng)濟(jì)燃燒是第二任務(wù)，如若燃料量與空氣量比值正確便可降低熱量的損失，提高工作效率。在這種情況下燃料不能完全燃燒便會增加熱量的損失量，不利于鍋爐燃燒的控制與管理。

因此國內(nèi)外專家對于鍋爐優(yōu)化控制開展了一系列研究，并得以下結(jié)論：通過鍋爐燃燒優(yōu)化控制可確保燃料處于完全燃燒的情況下，使鍋爐運(yùn)行效率得到全面提升。因此在選擇目標(biāo)時應(yīng)對鍋爐運(yùn)行參數(shù)運(yùn)用其中，并對尋優(yōu)方案加以區(qū)分。就目前來看鍋爐燃燒優(yōu)化控制方案類型較多，其中包括：以爐膛溫度為目標(biāo)的優(yōu)化方案、以爐膛斷面輻射能力為目標(biāo)的優(yōu)化方案等，詳情如下：

1.2.1 以爐膛溫度為目標(biāo)的優(yōu)化方案

在正常情況下鍋爐運(yùn)行時的爐溫燃燒效率是一一對應(yīng)，可通過溫度可將鍋爐燃燒效率反映出來，但目前這種方法并未在實際情況中得到運(yùn)用。這是由于爐內(nèi)溫度場是爐膛深度、寬度及高度的函數(shù)，不同斷面上的溫度存在較大差異，在這種情況下爐膛燃燒溫度無法正確反映出來。

1.2.2 以爐膛斷面輻射能力為目標(biāo)的優(yōu)化方案

在爐膛總輻射能量最高時期，最高燃燒效率便會產(chǎn)生，這也是優(yōu)化燃燒方案的重要依據(jù)。經(jīng)研究，這種方法并未得到有效應(yīng)用，這是由于在燃燒優(yōu)化過程中風(fēng)量波動量幅度較小，導(dǎo)致變化量無法被準(zhǔn)確測出。

通過上述研究，每一種燃燒優(yōu)化方案均存在自身優(yōu)勢與不足，由于尋優(yōu)參數(shù)具有滯后性無法在生產(chǎn)中得到推廣。

2 DCS鍋爐燃燒控制系統(tǒng)簡介

通過對鍋爐優(yōu)化控制理論進(jìn)行了研究，我們發(fā)現(xiàn)目前我國在供暖系統(tǒng)中通常采用燃煤熱水鏈條鍋爐，并通過DCS來實現(xiàn)自動控制。與蒸汽鍋爐相比，熱水鍋爐優(yōu)勢更加顯著，首先熱水鍋爐便于調(diào)節(jié)，可節(jié)約大量能力，降低熱量損失；其次具有較高的安全性、且壓力溫度過低；最后熱水鍋爐結(jié)構(gòu)簡單，鋼材耗費(fèi)少，對水處理要求并不高。同時熱水鍋爐具有較高的熱網(wǎng)效率、蓄熱能力，且調(diào)節(jié)性能良好。

本研究以某熱電廠鏈條式熱水鍋爐為案例，鍋爐參數(shù)如下：

表1 某熱電廠鏈條式熱水鍋爐參數(shù)

鏈條熱水鍋爐生產(chǎn)過程包括：啟動前檢查與準(zhǔn)備-啟動鍋爐-運(yùn)行鍋爐-停爐，在整個工藝流程中鍋爐的運(yùn)行作為重要的控制環(huán)節(jié)，這也是本次研究的重點(diǎn)。鍋爐燃燒過程控制由引風(fēng)量、鼓風(fēng)量及煤量組成，三者關(guān)系密切，相互配合，在運(yùn)動中通過引風(fēng)機(jī)電機(jī)、爐排電機(jī)轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，使燃燒強(qiáng)度進(jìn)一步增加，對熱水溫度合理維持，電鍋爐可應(yīng)用在多個領(lǐng)域，如：學(xué)校、住宅、廠房、酒店、機(jī)關(guān)單位等，從而滿足人們的生活需求。

3 DCS鍋爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計研究

3.1 鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)控制

關(guān)于鍋爐優(yōu)化控制系統(tǒng)的研究可追溯到DCS及相關(guān)軟件開發(fā)，本次案例中的鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)也是以DCS為基礎(chǔ)，并對其加以改造，目前已成為重要的形式，通過組態(tài)軟件對其功能加以擴(kuò)展，包括：人機(jī)界面、數(shù)據(jù)采集、控制命令傳送，值得注意的是，熱水使用量應(yīng)與鍋爐功率保持一致性，且取熱水時不能過于集中。否則會對電鍋爐使用情況造成不良影響。

3.2 對通信接口合理設(shè)計

經(jīng)上述研究，鍋爐優(yōu)化控制系統(tǒng)涉及兩個通訊接口涉及，在接口涉及中通常會采用到通訊技術(shù)，OPC技術(shù)自動化控制系統(tǒng)由OPC客戶端及OPC服務(wù)器組成，通過該系統(tǒng)可及時獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，以此滿足客戶的特定需求。

值得注意的是一個OPC可為多個OPC服務(wù)器提供服務(wù)，并滿足多個客戶端來訪問。自O(shè)PC發(fā)布以來，在我國諸多領(lǐng)域中均得到了應(yīng)用，目前已成為了關(guān)鍵技術(shù)之一，為軟件開發(fā)人員帶來更多便利。

另外DBCOM接口設(shè)計也是至關(guān)重要的，該產(chǎn)品是由Microsoft公司與其他領(lǐng)域開發(fā)出來，通過DBCOM可及時讀取數(shù)據(jù)，訪問本地數(shù)據(jù)庫。

3.3 對控制方案合理設(shè)計

在控制方案設(shè)計中，首先設(shè)計人員應(yīng)對算法進(jìn)行優(yōu)化，確保鍋爐燃燒最佳狀態(tài)，值得注意的是，鍋爐優(yōu)化控制系統(tǒng)設(shè)計不僅應(yīng)滿足穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)下，同時也應(yīng)在不穩(wěn)定狀態(tài)下發(fā)揮出作用，確保在惡劣情況下達(dá)到所需負(fù)荷。

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，在現(xiàn)代計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)揮出行之有效的作用，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、分析與計算各環(huán)節(jié)，通過該技術(shù)的運(yùn)用有利于信息化水平的提升，確保鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的有效運(yùn)行，提高鍋爐運(yùn)行效率。

4 結(jié)束語

通過對鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)的設(shè)計研究，在確保控制系統(tǒng)作用更好地發(fā)揮的同時，還應(yīng)對通訊模塊大力開發(fā)，對算法合理優(yōu)化，使控制系統(tǒng)得到進(jìn)一步優(yōu)化。但是任何優(yōu)化措施的都存在一定的不足之處，需要相關(guān)人員對其不斷改進(jìn)與升級，只有加強(qiáng)對工藝過程的了解方可使優(yōu)化控制發(fā)揮出真正的作用，確保鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。