燃氣鍋爐燃燒控制優(yōu)化

王新春 王俊鵬

摘要：燃氣鍋爐是大多數(shù)熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)運行中重要的組成設(shè)備。隨著鋼鐵企業(yè)對電力需求的擴大，對燃氣鍋爐燃燒控制進行優(yōu)化十分迫切。所以對燃氣鍋爐燃燒控制進行研究，以指導(dǎo)高爐的優(yōu)化控制有很大的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：燃氣鍋爐；燃燒系統(tǒng)自動控制；優(yōu)化運行

鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量可作為二次能源的副產(chǎn)品（如高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣等），利用富余煤氣發(fā)電已成為鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排的有效手段。以包鋼動供總廠130噸/時中溫中壓鍋爐為例，兩臺鍋爐的投運每小時可以消耗高爐煤氣24萬立方米。所以，為了保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，提高燃氣鍋爐熱效率，降低耗氣量，有必要對燃氣鍋爐進行優(yōu)化設(shè)計。本文簡單闡述了燃氣鍋爐的燃燒優(yōu)化控制。

1 鍋爐燃燒控制的動態(tài)性能

一般情況下燃氣鍋爐燃燒控制系統(tǒng)由燃料量控制、送風量控制和引風量控制三個子系統(tǒng)組成；燃氣鍋爐自動控制的目的是適應(yīng)汽輪機機組負荷變化，使得鍋爐燃燒產(chǎn)生的熱量滿足汽輪機發(fā)電需求的熱量，與此同時鍋爐在燃燒過程中需保證經(jīng)濟性和安全性。依據(jù)鍋爐自動控制目標，調(diào)控燃料量、送風量、引風量三個變量：

1）燃料量調(diào)控：調(diào)控燃料量使鍋爐燃燒產(chǎn)生的蒸汽可以滿足汽輪機正常運行。2）送風量調(diào)控：送風量需跟隨燃料量同步變化，為鍋爐燃燒提供充足的氧氣，使鍋爐達到最優(yōu)燃燒。3）引風量調(diào)控：調(diào)控引風量保證爐膛負壓穩(wěn)定，同時保證鍋爐安全運行。

2 燃氣鍋爐燃燒需要調(diào)節(jié)的變量

燃氣鍋爐燃燒自動控制被控對象的動態(tài)性能有以下三個：1）主蒸汽壓力在內(nèi)、外擾動下的動態(tài)特性；2）煙氣含氧量O2在送風量擾動下的動態(tài)特性；3）爐膛壓力在引風量擾動下的動態(tài)特性。

3 鍋爐燃燒系統(tǒng)的自動控制

燃氣鍋爐燃燒控制系統(tǒng)優(yōu)化的設(shè)計方案是：在控制系統(tǒng)允許的條件，減少耦合變量，簡化鍋爐燃燒系統(tǒng)復(fù)雜程度。把鍋爐主蒸汽壓力、爐膛煙氣含氧量、爐膛壓力作為被控變量，同時選擇取燃料量、引風量和送風量作為控制變量。把燃氣鍋爐燃燒控制系統(tǒng)分為三個相互關(guān)聯(lián)的控制系統(tǒng)：送風量控制子系統(tǒng)、引風量控制子系統(tǒng)和燃料量控制子系統(tǒng)。

3.1 燃料量控制系統(tǒng)

燃料量控制系統(tǒng)的主要根據(jù)蒸汽負荷變化適應(yīng)汽輪機的輸出結(jié)果或者由操作人員更改燃料命令來控制燃料量，獲得穩(wěn)定的蒸汽壓力。鍋爐主蒸汽壓力是鍋爐正常運行的重要指標。在一般情況下，鍋爐與汽輪機之間緊密相連，鍋爐汽包過熱器出口蒸汽壓力與汽輪機機組的運行狀況密切相關(guān)，所以鍋爐主蒸汽壓變化與汽輪機的蒸汽負荷變化是相互關(guān)聯(lián)的，在汽輪機調(diào)節(jié)把鍋爐負荷作為重要依據(jù)的協(xié)同控制方式下，燃料控制子系統(tǒng)的任務(wù)是依據(jù)燃料量的變化，及時調(diào)整煤氣增壓機的出口壓力，為鍋爐提供合適的燃料量B，以滿足汽輪機的正常運行。

3.2 送風量控制子系統(tǒng)

送風量控制子系統(tǒng)的目的是保證鍋爐的送風量和燃料量一致性，增加鍋爐的熱效率，維持機組的穩(wěn)定性。送風機的送風量是調(diào)節(jié)動葉來實現(xiàn)的，總的風量要求從汽輪機控制部分送來的燃燒率需求依據(jù)送風量/燃料量比例關(guān)系制定，因為當燃料量產(chǎn)生變化時，送風量也隨之變化波動，因為爐膛含氧量的測量通常情況會有滯后性，所以一般均采取串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。送風量調(diào)節(jié)器和調(diào)風門組成快速反應(yīng)控制，其中氧量調(diào)節(jié)器是校正作用，可以讓爐膛含氧量長時間處于給定值上，同時保證合理的空燃比，如圖1所示，圖1還加有燃料量B的前饋信號，為的是增加控制系統(tǒng)的動態(tài)性能。

3.3 引風量控制子系統(tǒng)

通過調(diào)節(jié)引風量控制系統(tǒng)可以保證爐膛負壓控制在設(shè)定值上下小幅波動，一旦爐膛負壓很小，會造成爐膛內(nèi)的火焰和煙氣外溢，對設(shè)備和人員產(chǎn)生很大的安全隱患。反之爐膛負壓升高會造成冷空氣進入爐膛，會加大引風機運轉(zhuǎn)和加快爐膛排煙，最終可能會導(dǎo)致爐膛爆炸。所以爐膛負壓務(wù)必控制在可控的范圍內(nèi)，一般在200Pa左右。

控制爐膛負壓的方法是控制引風機的引風量，調(diào)節(jié)的變量為送風量。被調(diào)節(jié)量是引風量，鍋爐爐膛煙道不可控的因素很少，無論在外部擾動或是內(nèi)部擾動下，一般采用單一回路調(diào)節(jié)，通過增加前反饋的形式來調(diào)節(jié)，如圖2所示。圖中rs為爐膛負壓設(shè)定值，S為實際測量的爐膛負壓，Q為引風量，V為送風量，當送風量和引風量保持平衡時爐膛負壓才穩(wěn)定。當把送風量看作前反饋信號，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能會有顯著提高。

4 結(jié)語

對鍋爐的燃燒過程進行優(yōu)化，一方面能使燃料消耗量有效減少，與此同時，還能維持各參數(shù)穩(wěn)定，保持設(shè)備安全，防止設(shè)備損壞。鍋爐的燃燒調(diào)整、優(yōu)化運行是節(jié)能降耗、提高能源利用率最有效的措施。優(yōu)化鍋爐燃燒控制對鋼鐵企業(yè)及其電力企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有很重要的意義。

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