循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制問題研究

賀兵斌

摘?要： 循環(huán)流化床鍋爐在燃燒控制領(lǐng)域具有較好的發(fā)展前景，其燃燒效率較高，并且產(chǎn)生污染較少，能夠有效提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。做好對燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化控制，對于促進(jìn)工業(yè)效率的不斷提升具有重要的意義。接下來，本文將針對循環(huán)流化床的鍋爐燃燒控制策略進(jìn)行簡要闡述。

關(guān)鍵詞： 循環(huán)流化床;鍋爐燃燒;控制問題

【中圖分類號】TK224?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A?【文章編號】1674-3733（2020）22-0168-01

引言：循環(huán)流化床鍋爐作為先進(jìn)的燃煤鍋爐，具有燃燒效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在控制領(lǐng)域呈現(xiàn)多變量耦合等方式，通常所采用的有效控制方法主要有模糊控制、智能解耦控制以及模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多種算法，集中于對控制器以及結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新優(yōu)化。

1?循環(huán)流化床鍋爐燃燒的控制任務(wù)分析

循環(huán)流化床鍋爐主要有物料分離器、汽包、省煤器、過熱器以及燃燒室等組成，通過將原煤進(jìn)行粉碎，以顆粒形式進(jìn)入燃燒爐，在高溫作用下使其進(jìn)行充分燃燒，以流態(tài)化形式與空氣進(jìn)行充分融合、燃燒，使其形成循環(huán)，更加均勻地釋放熱量，減少污染物的產(chǎn)生，尤其引入石灰石，更能起到良好的脫硫效果。對于循環(huán)流化床鍋爐而言，其主要的控制任務(wù)是通過將煤料進(jìn)行燃燒，使其釋放足夠熱量以滿足蒸汽負(fù)荷能量要求，從而使鍋爐能夠?qū)崿F(xiàn)更加經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行。因此，需要結(jié)合蒸汽負(fù)荷的變化情況，適時調(diào)整鍋爐燃料的供給量、燃料與空氣的比值系數(shù)等，提升燃煤的燃燒效率，同時做好爐膛負(fù)壓的合理控制，防止出現(xiàn)煙氣、火焰外噴等危險情況?？刂迫蝿?wù)主要體現(xiàn)為六個方面，保持鍋爐主蒸汽壓力的穩(wěn)定運(yùn)行，使流化床爐膛的床溫溫度保持在合理范圍內(nèi)，合理控制床層的高度，便于燃料的運(yùn)輸，同時，使?fàn)t膛內(nèi)的壓力值保持在負(fù)壓狀態(tài)，減少二級返料的回歸量，提升循環(huán)的倍率，促進(jìn)燃燒經(jīng)濟(jì)性的有效提升等。

2?循環(huán)流化床鍋爐燃燒的基本原理

循環(huán)流化床鍋爐在燃燒過程中需要建立合理的數(shù)學(xué)模型，從流體力學(xué)等多個角度深入研究，提升燃燒效率，使其在穩(wěn)定的狀態(tài)下，合理劃分為密、稀兩個相區(qū)，由質(zhì)量、能量平衡等多個角度細(xì)化分析，做好基本原理的研究與系統(tǒng)的優(yōu)化控制。根據(jù)能量守恒基本原理可知，無論在密相區(qū)或是稀相區(qū)，相區(qū)內(nèi)物質(zhì)的熱量的總效率與單位時間內(nèi)，二次風(fēng)引入熱量、燃燒物料所釋放的熱量、鍋爐爐膛排除的氣體、物料熱量以及傳遞到受熱面的熱量等保持相等的狀態(tài)。因此，對循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化時，需要把握好動態(tài)特性，做好蒸汽壓力、床層溫度等重要影響因素的動態(tài)分析，將其作為被控制的研究對象，以燃煤量、風(fēng)量等作為控制變量，建立燃燒過程所對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，利用模糊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能算法，實(shí)現(xiàn)燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3?循環(huán)流化床鍋爐燃燒的控制方法分析

3.1?基于DCS控制下的燃燒系統(tǒng)分析

DCS是循環(huán)流化床鍋爐在燃燒發(fā)展過程中常用的控制方式之一，其控制系統(tǒng)主要包括流程圖、調(diào)節(jié)圖、報警一覽、歷史趨勢等等，適應(yīng)效果較好，因此，在工業(yè)發(fā)展中應(yīng)用較為廣泛。運(yùn)用DCS控制系統(tǒng)，管理人員可以實(shí)現(xiàn)對主要設(shè)備及工藝參數(shù)（溫度、壓力、流量、液位）的控制，提高循環(huán)流化鍋爐燃燒控制質(zhì)量。

例如，在采用DCS方式進(jìn)行燃燒系統(tǒng)控制時，上位機(jī)采用五套監(jiān)控及構(gòu)成監(jiān)控軟件，實(shí)時監(jiān)控燃燒控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，而且該系統(tǒng)會定期將監(jiān)管數(shù)據(jù)上傳到管理終端，這樣可以實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的收集以及報警信息的自動記錄等功能，提升輸出穩(wěn)定性。同時，下位機(jī)控制器要保證控制系統(tǒng)具有PC-Based功能，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)燃燒效率的穩(wěn)定輸出，有效改善燃燒系統(tǒng)的動態(tài)特性。此外，DCS控制系統(tǒng)支持在線修改，即當(dāng)工作人員進(jìn)行數(shù)據(jù)修改時不需要修改程序而僅僅要在FIX中增加點(diǎn)數(shù)就可以，這樣顯著提高了系統(tǒng)的安全性能，減少了數(shù)據(jù)丟失以及程序亂碼問題的出現(xiàn)。

3.2?基于模糊控制下的燃燒系統(tǒng)分析

模糊控制是循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)中常用基本控制方式之一，主要由模糊控制器、被控對象等組成，其中，模糊控制器發(fā)揮著核心控制作用。根據(jù)系統(tǒng)控制策略、算法以及判決的不同，在進(jìn)行模糊設(shè)計(jì)時，也會呈現(xiàn)不同的調(diào)整方式。

例如，采用一般化的模糊控制系統(tǒng)進(jìn)行燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通常可以采用閉環(huán)控制方式，對控制器輸出、控制對象、系統(tǒng)誤差值、目標(biāo)設(shè)定值等進(jìn)行系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，將數(shù)字信號有效轉(zhuǎn)化為模糊的信號，以模糊算法，按照特定的模糊規(guī)則進(jìn)行模糊判決，在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)輸出進(jìn)行去模糊處理，從而實(shí)現(xiàn)對燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化控制?？梢圆捎貌钪敌盘柤捌渥兓康茸鳛閮蓚€輸出變量，對燃燒系統(tǒng)進(jìn)行合理控制，開展模糊計(jì)算前，可以將精確的信號轉(zhuǎn)化為模糊邏輯量，按照模糊邏輯對其進(jìn)行判定，在模糊論域中選定有效的語言值集合、隸屬度函數(shù)等，貼近實(shí)際應(yīng)用情況，建立相應(yīng)的規(guī)則，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的準(zhǔn)確控制，在模糊處理過程中可以采用重心法，最大隸屬度法或者加權(quán)平均法等進(jìn)行有效判決。

3.3?基于DCS控制下的燃燒系統(tǒng)下位機(jī)控制部分組態(tài)分析

基于DCS控制下位機(jī)控制部分的主要功能就是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲、計(jì)算以及邏輯控制等等，其不僅僅可以提升系統(tǒng)的自調(diào)整與適應(yīng)性，還能夠優(yōu)化系統(tǒng)的燃燒效率。

例如，工作人員在進(jìn)行下位機(jī)控制系統(tǒng)安裝時應(yīng)當(dāng)保證所有的應(yīng)用模塊都安裝在主板之上，確保整個控制系統(tǒng)由PWS10統(tǒng)一供電，這樣可以位下位機(jī)控制系統(tǒng)的有效運(yùn)轉(zhuǎn)奠定基礎(chǔ)。其次，工作熱源為了保證系統(tǒng)通訊的穩(wěn)定性，液應(yīng)當(dāng)采用ELINK10模式，將下位機(jī)控制系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)及時傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中，這樣既可以避免數(shù)據(jù)的丟失，又提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。此外，在系統(tǒng)燃燒過程中，可以不斷檢測誤差值以及誤差變化率，將其以數(shù)值方式實(shí)時反饋到DCS控制系統(tǒng)的邏輯判決過程中，根據(jù)判決結(jié)果，實(shí)現(xiàn)三個調(diào)節(jié)參數(shù)的實(shí)時調(diào)整與優(yōu)化，從而提升系統(tǒng)的動靜態(tài)特性，使其在合理的控制范圍內(nèi)達(dá)到鍋爐燃燒系統(tǒng)的穩(wěn)定優(yōu)化運(yùn)行。

總結(jié)：循環(huán)流化床鍋爐燃燒是工業(yè)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)內(nèi)容，做好模型設(shè)計(jì)與基本原理的研究對于提升鍋爐系統(tǒng)燃燒效率，合理調(diào)整給風(fēng)量與給煤量，優(yōu)化主蒸汽壓力、床溫的控制響應(yīng)動態(tài)具有重要的基礎(chǔ)作用，能夠更好地減少污染物生成，促進(jìn)工業(yè)的健康發(fā)展。

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