谈锅炉燃烧过程的智能控制与优化

谈锅炉燃烧过程的智能控制与优化

彭嫚

山东省东营市注汽技术服务中心河口注汽大队山东东营257200

摘要：我国是一个以煤为主要能源的国家，每年都要消耗12亿吨煤炭，其中80%的煤炭都是用于燃烧，我国目前有48万台在用燃煤锅炉，但是实际运行热效率较低，只能达到65%左右，而美国、英国等欧美发达国家燃煤锅炉的实际运行热效率能够达到85%。燃煤锅炉是重要的耗能设备，若能够有效地提高我国燃煤锅炉的热效率，那么必然能够节约大量的电能。随着党中央、国务院对于环境保护与节能的要求日益增多，很多城市都相继关闭了大量的小型电厂锅炉、供暖锅炉与供热锅炉，转而新建或者改用大中型循环流化床锅炉、煤粉锅炉。这类工业锅炉均需要采用先进的智能控制技术来对燃烧过程进行优化，以此来达到较佳的节能减排的效果。本文就智能控制技术在工业锅炉中的应用进行探讨。

关键词：控制与方案；智能优化；锅炉燃烧

现如今，经过实际的探析和研究发现世界上存储量最大的化石燃料是煤炭，而煤炭作为储量如此之巨的燃料能源，在能源领域中的地位举重若轻。而电力企业作为我国供能的主要部门，是促进我国经济发展的命脉。在我国火力发电又是电厂运行的重要方式之一，通过煤粉锅炉进行发电，能够使其经济和效率上都能得到保证。因此，本文将对锅炉燃烧过程的智能控制与优化进行研究。

1发电厂锅炉燃烧控制优化技术的意义

火力发电厂锅炉燃烧优化技术可以更好地保证火力发电厂锅炉单饶的高效性，可以带来更好的未定型和可持续性。要定期地调整有关锅炉的燃烧有关的参数，以确保锅炉燃烧方式的参数符合实际发电的设备。选择正确地发电机和设备，可以让锅炉燃烧变得更加高效化，然而这种简单的知识却往往被许多人忽视，采用了错误的技术进行锅炉燃烧会产生更多的污染物排放，导致火力发电无法实现可持续发展。要积极引进新技术和新设备，才能提高火力发电厂锅炉的燃烧效率，同时要优化锅炉的燃烧效能。只有这样才能让锅炉内部拥有稳定的气压以及气温，通过这种方法可以让锅炉内产生足够的热量，而避免燃烧器的损耗和过热器的损坏。随着我国国民经济的不断提升，导致人们对于电力热力的需求愈发强烈，然而火力发电厂在带给人们便利的同时，也会带来一部分危害，这种危害同样会限制我国经济的发展。如何最大程度上对锅炉燃烧技术进行优化，是势在必行的。

2工业锅炉智能控制系统的构成

①上位机：上位机的软件系统主要包括故障诊断、控制算法等，上位机的硬件系统主要包括网络通讯卡、光电隔离接口板、打印机等，通过上位机能够实时监控工业锅炉的运行情况，并且进行自动统计、记录、控制等；由于工业锅炉工作条件的特殊性，所以，上位机需要能够在这种恶劣的工作环境下保持可靠、稳定、长时间地运行。②变频器：变频器既能够实时控制电动机的性能，又能够对执行机构的三相交流频率、电流进行改变。③PLC控制器：PLC控制器在工业锅炉智能控制系统中主要有两大作用，第一，PLC控制器能够对变送器采集的现场数据进行读取，并且将模拟信号通过A/D转换器变为数字信号，而后向上位机进行及时反馈。第二，PLC控制器能够对上位机发出的指令进行接收，并且还可以将指令转变为时序信号，这样一来，就能够直接控制变频器。④执行机构：利用执行机构能够有效地调整工业锅炉中的电动机转速。⑤变送器、传感器：利用变送器、传感器能够对工业锅炉的一系列运行参数（如电压、温度、压力、液位高度等）进行检测，并且将模拟信号通过A/D转换器变为数字信号。

总之，工业锅炉智能控制系统利用上位机、上位机、调节电机等设备来对工业锅炉的一系列运行参数进行监测、控制，并且还能够后在上位机中计算指示，再将最优化的一系列参数传递到下级PLC控制器；与此同时，底层的闭环自动控制系统由调节电机、A/D转换模块、变频器等构成，具体数值可基于工业锅炉的实际负荷来进行计算，并且还可以按照工业锅炉的实际负荷大小来对风量、热媒进行定量供给，对电动机的运行频率进行自动调整，既可优化，又可节能。

3控制指标分析与方案形成

3.1控制指标分析

在固定负荷条件下，如何使用最少的资源提高蒸汽质量是经济燃烧的内在意义。因为锅炉燃烧十分复杂且有不确定性，因此，需要在保证锅炉系统燃烧工况处于连续和稳定的前提下，实现燃烧控制的优化，即达到最佳热效率。但是因为负荷状况和煤炭质量都会对热效率产生影响，因而无法受实现热效率的定值调节。

3.2控制方案形成

3.2.1智能风煤控制规律

锅炉燃烧工作情况有平稳状态、负荷增减状态和异常变化状态三种。正常燃烧时，负荷相对平稳，这时，可将负荷本身需要作为前提条件调整煤炭含量，分析风煤比对鼓风和引风进行调控。如果燃烧时出现不正常波动，则说明常规控制无法满足控制需要，需要有经验的工作人员起到其应有的作用。所以，需要及时识别燃烧工况的具体模式，应用异常工况下的锅炉燃烧控制规则表，进一步对燃烧过程进行智能控制。

3.2.2热效率优化控制

在实现专家智能控制燃烧系统后，燃烧工况已经趋于正常，然而燃烧过程仍需要进行调控的优化，这也意味着应该将细调风煤比调节至最优。显而易见，风煤比和热效率之间互相影响，然而在不同的负荷和煤质下，热效率的值并不确定。事实上，风煤比的数值表示超出剩余的空气系数。热效率和过剩空气系数接近于最佳燃烧区域。另外，在工程的实际实施中，在最佳工作地点周围的热效率变化值较小，所以此区域可看作实现优化过程的次优解。因为无法完全消除扰动和不确定性，因此整个过程不时出现变化，有必要利用区域优化措施。在应用之后也可以明显看到，这一策略与工艺操作的思路想契合，达到了良好的控制效果。

4锅炉燃烧现场检测的试运行与优化调试

4.1检测过程

通过集体分析炉膛结构，本文利用了Gambit提供的非结构化网络生成技术，把计算区域独立形成网格，加快不同计算区段（冷灰斗区段、燃烧器区段与上炉膛区段）的网格数目计算速度，也使计算时间得到了减少。另外，由于加密了部分燃烧区段的网格，使得该区域的模拟物理量呈现出巨大的变化，同时把包括设置物质的组分、能量方程、化学平衡方程、边界条件等参数值设为了可视化操作平台，另外要留意设置边界条件，边界条件采用了用户自定义的函数，打开接口程序时，通过采集分析数据模块读入的温度速度的变化，在线快速计算出锅炉的运行参数值。最后由于边界条件具有稳定性，因此，如果边界条件处理不正常，也无法精确做出计算。因此，智能检测的关键环节包括边界条件的准确设置。

4.2检测结果分析与系统调节

通过分析电厂燃炉工况和模拟数值，下文将进一步预测炉内的速度场、温度场，并提出之有效的建议，调整技术人员的具体工作内容，另外，在分析了实验数据和数值模拟结果后，可以明显观察出智能的在线监测系统对锅炉燃烧的运行情况有了一个很好的反应，在数据诊断系统的指导下，锅炉运行的效率和安全性都得到了相应的提高和保障。因此，这一系统在运行时能够帮助管理运行人员对整台机组的燃烧状态进行合理监督，锅炉燃烧状态和运行参数能够由系统的温度场和烟气场的在线分析来确定，使运行人员能够及时得到调整指导，显著降低发电煤的损耗，实现机组优化燃烧，有效检测了锅炉燃烧情况，技术工作人员也得到了关于机组调整的指导，使其对机组设备的具体运行更加了解，使机组自动化的水平和运行的安全程度都得到了显著增加。

结语

总之，智能控制技术在工业锅炉中的应用效果较佳，既可提高燃煤锅炉的热效率，又可节约大量的电能，一举多得，值得推广应用。

参考文献

[1]张鹏飞，陈志良，吕连周，冯元民，袁建民.供暖系统智能控制技术[J].工业锅炉，2018，22（03）：134-137.