電站鍋爐燃燒器配風控制邏輯策略分析

嚴暉，劉姝含

（1.國電電力邯鄲熱電廠，河北 邯鄲 056004；2.華北電力大學控制與計算機工程學院，北京 102206）

在火力發(fā)電站中，加強鍋爐燃燒器的配風控制非常重要，只有確保鍋爐配風的合理性，才能改善鍋爐的燃燒狀態(tài)，提高燃料的利用率，降低污染的同時，增強火力發(fā)電生產(chǎn)水平。

1 電站鍋爐燃燒器配風控制邏輯研究的必要性

在我國工業(yè)發(fā)展進程中，電力行業(yè)是非常重要的工作組成部分。近年來，隨著我國節(jié)能減排力度的不斷增加，很多小型火電機組被陸續(xù)關停，以風力、核能、水力等為主的可再生清潔能源發(fā)電得以迅猛發(fā)展。但受客觀的技術(shù)水平、自然地域條件限制等因素的影響，上述清潔能源發(fā)電無法得到大范圍的應用推廣普及，在未來一段時間內(nèi)，以煤炭火力為主的發(fā)電方式依然是我國主要的發(fā)電方式。

在火力發(fā)電的過程中，鍋爐是一種不可或缺的設備。鍋爐本身能夠存儲巨大的熱量，在內(nèi)部的換熱器中，蒸汽處于一種高溫高壓狀態(tài)，一旦鍋爐運行發(fā)生故障問題，很容易引發(fā)嚴重的安全事故。與此同時，鍋爐本身容量較大，實際運行需要消耗大量的燃料，因此要保證其始終處于良好狀態(tài)，才能提高燃料的利用率與發(fā)電效率。而鍋爐主要以煤炭作為燃料，本身會排出很多氮氧化物污染物，不僅污染環(huán)境，還會加重溫室效應。

通過保證鍋爐配風的合理性，能夠有效改善鍋爐的燃燒狀態(tài)，且起到的作用能夠有效避免上述問題的出現(xiàn)。比如，通過鍋爐合理配風，能夠讓煤炭燃燒更加充分穩(wěn)定，減少煙熱損失與飛含量，提高鍋爐燃燒效率。不僅如此，還能夠降低氮氧化物的排放，減輕環(huán)境污染。最后，通過加強鍋爐燃燒器的配風控制，合理調(diào)整一、二次風能，還有利于準確調(diào)整鍋爐內(nèi)同層火焰的中心位置，避免水冷壁局部過熱，發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象。同時，還能夠降低鍋爐爐膛出口位置處的煙溫偏差，避免發(fā)生管道爆漏等安全問題。

當下，我國火力發(fā)電站在鍋爐燃燒控制水平方面依然有著較大的提升空間，特別是在配風控制方面，在實際控制時，操作人員一般只會結(jié)合相應運行儀表，采用手動調(diào)節(jié)方式進行配風控制，很容易受操作失誤的影響，或者存在控制操作滯后的問題，無法跟上鍋爐最新燃燒動態(tài)，嚴重影響了配風控制效果，不利于鍋爐燃燒效率提升?；诖?，有必要加強對鍋爐燃燒器配風控制邏輯的研究，改善鍋爐燃燒配風控制方式，提高控制效果，有效解決上述問題。

2 電站鍋爐燃燒器配風控制策略

2.1 助燃風風門開度調(diào)整對爐膛出口氧量的影響

鍋爐二次風量主要由三部分組成，一是助燃風，占比為60%；二是SOFA風（電站鍋爐燃燒末端補入的助燃風），占比30%。三是周界風，占比10%，主要由一次風門狀態(tài)來決定。因此可以先計算助燃風門開度變化，對鍋爐爐膛出口氧會帶來哪些影響。本文以鍋爐低負荷180MW工況為例，表示的是該工況下不同風門開度情況下的氧氣摩爾濃度。其中在風門開度為-5%情況下，鍋爐爐膛出口含氧量為2.59%；風門開度為標準開度的情況下，鍋爐爐膛出口含氧量為4.89%，風門開度為+5%工況下，鍋爐爐膛出口含氧量為6.92%。在180MW低負荷工況下，助燃區(qū)的含量量分配非常充足，因此，助燃風門開度的變化，對爐膛上方含氧量變化有著非常大的影響。助燃風調(diào)節(jié)控制范圍在±5%以內(nèi)，能夠滿足±2出口氧調(diào)節(jié)的需求。在實際進行配風控制邏輯設計時，關于風門開度的控制，可將出口氧量合理范圍設置為±0.5%。而在180MW負荷工況下，爐膛出口氧標準含量值為5%，因此爐膛出口氧含量合理范圍是4.5%～5.5%。

2.2 高負荷工況下二次風門開度調(diào)整對爐膛出口氧量的影響

在鍋爐高負荷的情況下，并且爐膛出口氧量較小，可以通過調(diào)整SOFA風與助燃風風門開度，同提高爐膛上方氧含量。在具體進行負荷二次風量調(diào)節(jié)時，應先調(diào)整SOFA風風門，不斷增大其房門開度值，如果其風門開度值達到100%時，依然無法滿足鍋爐爐膛上方含氧量的需要，則可以繼續(xù)調(diào)整助燃風風門開度。例如，在330MW負荷工況下，如果發(fā)現(xiàn)鍋爐爐膛的出口氧量較低，可以選擇提高SOFA風門開度。在正常情況下，處于330MW負荷的鍋爐，下SOFA風門開度的初始值為87%，因此在達到最大值100%時，僅有13%的開度調(diào)節(jié)量。然后，通過結(jié)合這一數(shù)值進行計算。在標準開度下，鍋爐爐膛膛出口氧量為3.3%；在SOFA風門開度-13%下，鍋爐爐膛膛出口氧量為1.72%。在現(xiàn)有SOFA風門開度－13%基礎上，再降低助燃風風門開度5%，此時，鍋爐爐膛膛出口氧量為1.14%。而在實際配風控制過程中，通過將SOFA風與助燃風進行配合調(diào)節(jié)，能夠使鍋爐爐膛的氧量變化量在2%以上。

2.3 控制邏輯設計與GUI構(gòu)建

按照前文敘述，開展配風控制邏輯程序編寫，實現(xiàn)鍋爐配風的自動控制。在電站鍋爐實際運行的過程中，針對負荷小范圍變化，可不進行考慮。因此，針對部分低負荷工況，也沒有進行相應的計算，可以采用線性插值方式，代替計算獲得。而在實際進行配風控制時，需要考慮控制精度問題，因此，在實際進行程序編寫時，針對風門開度的數(shù)值，可進行四舍五入取整處理。在呈現(xiàn)編寫內(nèi)容方面，以鍋爐負荷與爐膛出口氧量作為輸入量，而可變輸出量為助燃風與SOFA風風門開度。

（1）程序在運行時，會不斷地讀取鍋爐負荷，其中初次讀取負荷用Q1表示，后續(xù)讀取的負荷用Qn表示。如果初次讀取負荷與后續(xù)讀取負荷差值在10MW以內(nèi)，則表明這種負荷變化屬于小負荷變化，程序自動忽略，不作配風控制調(diào)整；反之，程序會從讀取負荷變化開始大于10MW的位置開始，重新運行，并定義為Q1，然后對負荷進行取整計算。

（2）以負荷變化為依據(jù)，對一次風、二次風、周界風等參數(shù)進行調(diào)整，同時，將助燃風與SOFA風調(diào)整至標準開度。

（3）等待一段時間后，爐內(nèi)燃燒狀態(tài)逐漸趨于穩(wěn)定，此時，讀取爐膛出口處傳感器氧氣濃度具體數(shù)值。如果該數(shù)值在合理范圍內(nèi)，則保持現(xiàn)有風門開度不變。一直到后續(xù)隨著鍋爐燃燒，氧氣濃度發(fā)生變化。

（4）如果氧含量不合理，程序會自動調(diào)整二次風門開度。在具體調(diào)整的過程中，如果是氧含量偏高，可減小助燃風門開度；反之，又分為兩種情況：①含氧量偏低，且負荷在280MW以內(nèi)，可通過增大助燃風門開度進行調(diào)整；②含氧量偏低，且負荷屬于高負荷，則先選擇增加SOFA風門開度，在該風門開度增加至100%后，如果含氧量依然無法滿足需求，則再進行燃風門開度增加調(diào)整。

（5）如果在經(jīng)過上述調(diào)整后，依然無法滿足要求，則需要結(jié)合實際，實施多次調(diào)整。每進行一次調(diào)整，都要以上次調(diào)整對出口氧量影響為依據(jù)，直至將含氧量調(diào)整至合理范圍。

（6）當存在以下幾種情況時，則需要操作人員進行手動輔助調(diào)整。①助燃風門調(diào)整量在10%以上；②SOFA風風門調(diào)整量在30%以上；③爐膛出口氧量與該負荷氧量標準值差值超出了2%；④在程序控制下，完成率自動化調(diào)整后，鍋爐爐膛出口氧量出現(xiàn)了反向變化現(xiàn)象。

基于上述程序設計，完成GUI可視化窗口構(gòu)建。界面包含兩項輸入內(nèi)容，一是鍋爐負荷變化量，二是爐膛出口氧含量。包括兩項基本參數(shù)，一是一次風開口參數(shù)，二是爐膛進煤量。除此之外，還包括兩項風門開度信息，一是SOFA風風門開度參數(shù)，二是助燃風風門開度參數(shù)。在該程序界面中，還設置了多個按鍵，用于替代在鍋爐實際燃燒時，從初次燃燒一直到趨于燃燒穩(wěn)定的過程。在具體程序運行運用時，先輸入鍋爐負荷，然后，點擊“初始狀態(tài)”，程序會自動顯示鍋爐運行的基本參數(shù)與初始門開度。隨后，輸入氧含量，點擊“風門調(diào)整”按鍵，程序會自動計算分析，如果發(fā)現(xiàn)輸入氧量合理，則不會對風門開度進行調(diào)整，否則，會自動結(jié)合不同情況，作出相應自動化調(diào)整，確保鍋爐配風控制始終處于科學合理的范圍內(nèi)。

3 結(jié)語

綜上所述，在火力發(fā)電站中，鍋爐燃燒效率的高低對整體發(fā)電效率的高低有著直接的影響。基于此，為有效提高鍋爐的燃燒效率，需要加強對鍋爐燃燒器配風控制邏輯研究，提高其自動化控制性能，從而讓鍋爐內(nèi)的燃料充分燃燒，提高燃燒效率，降低污染，有效提升火力發(fā)電生產(chǎn)質(zhì)量水平。