燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)在電廠中的應(yīng)用

束 軍，龔偉山，趙 華，章雁平

（馬鋼能環(huán)部，安徽馬鞍山 243000）

引言

現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)在冶煉過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量富余的高爐、轉(zhuǎn)爐及焦?fàn)t煤氣。為充分利用這部分能源，避免煤氣被迫放散，造成煤氣資源浪費(fèi)，各鋼鐵企業(yè)根據(jù)自身特點(diǎn)建立能源調(diào)度中心、高轉(zhuǎn)焦煤氣柜和電廠等。煤氣柜中的大量煤氣可以通過(guò)管道輸送到電廠里消耗，進(jìn)行發(fā)電，給鋼鐵廠帶來(lái)部分經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)，解決鋼鐵廠里面的自身用電損耗，對(duì)富余煤氣的利用率提高，降低不必要放散浪費(fèi)，為鋼鐵廠的持續(xù)發(fā)展起到良好作用。

以馬鋼電廠60 MW 機(jī)組是高轉(zhuǎn)焦煤氣混合燃燒的單元制機(jī)組為例，采用人工根據(jù)各參數(shù)的變化手動(dòng)的調(diào)節(jié)控制。燃燒控制系統(tǒng)的難以穩(wěn)定運(yùn)行大多數(shù)情況是因煤氣流量的時(shí)常變化導(dǎo)致的，通過(guò)對(duì)智能優(yōu)化控制系統(tǒng)以鍋爐主控的煤氣量為對(duì)象進(jìn)行優(yōu)化及試驗(yàn)，驗(yàn)證了引入智能優(yōu)化控制系統(tǒng)對(duì)鍋爐參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)具有更好的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

1 智能優(yōu)化控制的思想以及未來(lái)發(fā)展

多數(shù)電廠生產(chǎn)依然采用人工手動(dòng)的控制方式，人工通過(guò)觀察被控對(duì)象的反饋參數(shù)，在人腦中進(jìn)行思考過(guò)后，決策需不需要進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整輸入的過(guò)程，以此來(lái)達(dá)到生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定運(yùn)行的目的。其中，對(duì)一些剛開始學(xué)習(xí)手動(dòng)調(diào)節(jié)的人來(lái)說(shuō)，由于經(jīng)驗(yàn)的不足，對(duì)被控對(duì)象不停的調(diào)整，導(dǎo)致被控對(duì)象參數(shù)忽上忽下的大幅度變化，關(guān)系著整個(gè)的生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全性，極大降低設(shè)備運(yùn)行的效率，同時(shí)，參數(shù)的大幅度變化對(duì)設(shè)備的損耗是巨大的，直接影響設(shè)備的使用壽命。智能優(yōu)化控制系統(tǒng)使用帶有控制算法的控制器，間接的代替人腦的想法，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的實(shí)際值與設(shè)定值的偏差綜合比較，控制器得出一個(gè)精確的輸出信號(hào)，相當(dāng)于人工平時(shí)的經(jīng)驗(yàn)調(diào)整，傳遞給各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)去作用，提高被控參數(shù)的平穩(wěn)性。

智能優(yōu)化控制系統(tǒng)是將PLC 控制器與組態(tài)軟件相結(jié)合，其中PLC 控制器都結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，應(yīng)用多種改進(jìn)的控制算法［1］，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)忮仩t燃燒過(guò)程的自動(dòng)控制，以提高鍋爐的熱效率，降低人工的勞動(dòng)強(qiáng)度，促進(jìn)鋼鐵廠的信息化建設(shè)。

智能優(yōu)化控制系統(tǒng)的主要功能是根據(jù)主汽壓力的變化趨勢(shì)，通過(guò)PLC 控制器內(nèi)部的控制算法自動(dòng)調(diào)節(jié)高轉(zhuǎn)焦煤氣的流量、主汽溫度、爐膛負(fù)壓和汽包水位等，確保在各種工況下安全穩(wěn)定運(yùn)行。如圖1所示。

圖1 智能優(yōu)化控制系統(tǒng)流程

智能優(yōu)化控制系統(tǒng)把鍋爐作為一個(gè)整體來(lái)進(jìn)行控制，克服內(nèi)外擾動(dòng)所造成的參數(shù)波動(dòng)，同時(shí)根據(jù)高轉(zhuǎn)焦煤氣的變化情況，快速調(diào)節(jié)鍋爐之間的能量平衡，保證主汽壓力、主汽溫度的平穩(wěn)，使整個(gè)單元機(jī)組處于安全、穩(wěn)定、快速響應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)。

2 智能優(yōu)化控制系統(tǒng)介紹以及實(shí)際應(yīng)用

2.1 智能優(yōu)化控制系統(tǒng)優(yōu)化原理

智能優(yōu)化控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的控制理論，解耦、軟伺服、過(guò)程對(duì)象預(yù)測(cè)和智能調(diào)節(jié)等技術(shù)［2］，原理是在兼顧設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和控制質(zhì)量的前提下，通過(guò)對(duì)各種運(yùn)行參數(shù)的變化趨勢(shì)做出預(yù)判，實(shí)現(xiàn)對(duì)高轉(zhuǎn)焦煤氣流量、主汽溫度、爐膛負(fù)壓、爐膛內(nèi)部氧含量和汽包水位等進(jìn)行平衡，及時(shí)、高效地進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)以此來(lái)穩(wěn)定鍋爐的負(fù)荷［3］。同時(shí)，鍋爐燃燒時(shí)煤氣和空氣自動(dòng)配比優(yōu)化控制，使煤氣充分燃燒達(dá)到最佳狀態(tài)，降低煙氣中一氧化碳的含量，從而減少對(duì)大氣的碳排放。

智能控制系統(tǒng)使用的領(lǐng)域越發(fā)廣泛，比如汽機(jī)的ETS、鍋爐的MFT 和化工的ESD 等等，極大程度上降低了一線操作員工的實(shí)際工作量，不斷優(yōu)化企業(yè)的生產(chǎn)模式［4］。

2.2 智能優(yōu)化控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的可行性

智能優(yōu)化控制系統(tǒng)主要與原控制系統(tǒng)OPC/MODBUS 通訊方式連接起來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)智能優(yōu)化程序內(nèi)部運(yùn)行實(shí)現(xiàn)燃?xì)忮仩t優(yōu)化控制技術(shù)［5］。高轉(zhuǎn)焦煤氣流量受鋼廠冶煉環(huán)節(jié)影響較大，且燃?xì)忮仩t人工控制操作強(qiáng)度大，控制效果受人工經(jīng)驗(yàn)影響。

該系統(tǒng)采用OPC 協(xié)議與科遠(yuǎn)DCS 系統(tǒng)進(jìn)行通訊聯(lián)接，利用現(xiàn)場(chǎng)的在線監(jiān)測(cè)儀表及控制閥門，讀取所需的運(yùn)行數(shù)據(jù)并通過(guò)智能控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)，保證DCS 系統(tǒng)的所有功能，并設(shè)計(jì)雙機(jī)無(wú)擾切換和一鍵切換功能，以保證兩套系統(tǒng)之間可以自由相互切換，當(dāng)智能控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)無(wú)擾切換回DCS 系統(tǒng)控制，確保不影響用戶原控制系統(tǒng)的正常操作。

智能優(yōu)化控制系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域運(yùn)用廣泛，例如轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備振動(dòng)數(shù)據(jù)上傳分析智能診斷故障原因；智慧電廠管控系統(tǒng)，將生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)通過(guò)OPC 協(xié)議聯(lián)接至智慧管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)程辦公。

3 智能優(yōu)化控制系統(tǒng)優(yōu)化效果

為了驗(yàn)證智能優(yōu)化控制系統(tǒng)的性能，以馬鋼60 MW 機(jī)組作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，通過(guò)智能優(yōu)化控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，記錄鍋爐各回路的趨勢(shì)變化見圖2、3、4 所示。圖中虛線左側(cè)為手動(dòng)控制，右側(cè)為自動(dòng)控制。

圖2 水位控制效果圖

通過(guò)虛線左右兩邊手自動(dòng)趨勢(shì)圖對(duì)比發(fā)現(xiàn)，投入自動(dòng)控制后的鍋爐汽包水位、主汽溫度和氧量曲線有明顯的改善，智能優(yōu)化控制系統(tǒng)的引入方案合理可行，智能優(yōu)化控制系統(tǒng)既有良好的優(yōu)化能力，又能保證各回路參數(shù)的穩(wěn)定。

4 智能優(yōu)化系統(tǒng)的意義

根據(jù)馬鋼電廠燃煤氣鍋爐改造工程實(shí)例，通過(guò)對(duì)鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行有優(yōu)化改造，使電廠鍋爐主參數(shù)具有更高的調(diào)節(jié)性能，降低了鍋爐由于廠區(qū)燃?xì)饬髁繒r(shí)常變化而對(duì)機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生的影響。充分對(duì)煤氣進(jìn)行燃燒，減少環(huán)境污染的同時(shí)又節(jié)省能源，降低能耗，保證供熱蒸汽的供應(yīng)。智能優(yōu)化控制系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)人力資源的優(yōu)化，也能夠避免人工操作可能產(chǎn)生的偏差，這對(duì)于人力成本的節(jié)約和工作效率的提升具有重要的意義。

圖3 主汽溫度控制效果圖

圖4 氧量控制效果圖