基于智能优化算法的工业锅炉能效提升研究

基于智能优化算法的工业锅炉能效提升研究

唐杰

淮河能源淮南潘集发电有限责任公司 安徽省淮南市 232000

摘要：工业锅炉是我国重要热能动力设备，也是能耗和污染大户。为缩小与国际先进水平差距，提高我国工业锅炉整体运行水平，应首先对国内工业锅炉整体运行状况有所掌握。目前，我国许多能效测试机构已开展能效普查，相关测试研究已经开展。开展工业锅炉能效现状分析、能效提升和节能改造是大势所趋，工业锅炉的节能研究作为热点领域，被众多专家学者所关注。通过能效测试方法获得其能耗现状，以此提出节能减排的建议。

关键词：工业锅炉；能效测试；主要问题；应对措施

前言：锅炉是我国工业发展过程中重要的能源转换装备，而工业锅炉更是企业的能量中枢。在我国的现代工业生产过程中，工业锅炉目前使用非常宽泛。但是，在日常工业锅炉能效测试过程中存在诸多问题。因此，在对工业锅炉开展能效测试，防止效率偏低产生的缺陷，提升热效率以及结合节能方式才是促使工业锅炉科学运转的关键方式。

1. 我国工业锅炉使用现状分析

现阶段，我国各大企业使用的锅炉都是以大功率机器为主，主要是因为使用单位考虑到了日渐增长的工业需求，因此，在锅炉安装的过程中，通常情况下，都会选择一些高于当前工作负荷的锅炉，因此，就在一定程度上加大了日常工作中的能源消耗。另外，很多锅炉在实际工作中都是以低载荷的模式运行着，工作效率最多也只是达到理想状态下的百分之八十五到百分之九十，但是，用于工作的燃煤却依然定量供应，很多燃煤的燃烧完全是无用的，这种现象的发生也加剧了能源的浪费。此外，我国当前普遍采用的工业燃煤主要是以无烟煤，烟煤和贫煤这几种为主。不同的工业锅炉对燃煤的要求不同，比如，层燃烧锅炉在设计之初就考虑到了燃煤受热面积，排风口等因素，因此，对使用过程中所需的燃煤种类有着较为明确的要求，如果不使用标准类型的燃煤就很难使锅炉效果得到最大限度的发挥。而不同地区企业采取的锅炉燃煤都是不同的，而且有部分区域甚至经常改变工业燃煤的种类，不停变化的燃煤种类使操作人员很难摸清其中的规律，无法对燃煤进行彻底利用，更无法实现锅炉的最优效果，这种现象严重影响了锅炉的使用效率，加剧了污染物的排放。现阶段，我国很多生产锅炉的企业并没有足够重视燃烧装置，企业中也没有成立专门的部门研讨如何发挥出燃烧装置作用以及如何节能减排，很多企业都只是选择把燃烧装置和其他配件一起送到工厂进行加工装配，而工厂也只会依照图纸进行作业，不会对装置进行研究和二次设计。因此，目前市场上很多锅炉的燃烧装置都或多或少存在一些瑕疵，甚至有些工厂出产的燃烧设备还有严重的质量问题，而这些问题只有在企业真正投入生产之后才会发现，因此，不仅浪费了生产锅炉投入的成本，也在一定程度上降低了锅炉的工作效率，同时也浪费了很多能源，进而减少了企业的效益。

2.锅炉能效测试中的问题与产生原因分析

2.1长期低负荷运行

在对工业锅炉进行使用过程中，会因为生产内容以及生产方式的差异，而在运行上存在不同，所以企业在进行锅炉参数以及种类的选择过程中，会根据具体的生产内容以及生产要求等各项情况，确定相应锅炉种类与参数等。为保证能够满足生产方面要求，部分企业会在进行锅炉配置时，选择高于所需蒸发量锅炉，导致锅炉无法充分发挥作用。就能效测试结果来看，如果锅炉负荷率在75%以上，则会长期处于运行热效率状态。根据一些企业的实际运行情况分析结果可以发现，企业锅炉的运行负荷率基本维持在额定负荷40%到60%范围内，会造成锅炉长期处于低负荷运行状态，导致锅炉热效率无法提升到理想水平，很容易会造成运行不稳定以及能耗过大等方面的状况，会使锅炉散热损失率出现不断增加的趋势，进而造成相应损失问题。

2.2锅炉运行频繁开启和停止

通过对工业锅炉的能效测试可以发现，在对锅炉进行使用过程中，应保证锅炉能够处于较为稳定的运行状态，如果频繁开启或者停止锅炉使用，大小火工况随意切换，很容易会对锅炉热频率造成不良影响。会因为锅炉的频繁启停，而导致用气量和用热量出现不均匀的问题，进而造成周期性波动状况，导致锅炉运行安全受到威胁，锅炉的热效率也会出现高低不稳定的情况，并不利于整体锅炉的高质量运行，甚至会引发严重安全事故。

3.基于模糊PID控制的工业锅炉智能控制系统设计

3.1系统总体结构

本次研究以工厂实际运行的35t/h的工业锅炉为研究对象，该锅炉稳定运行时压力为1.8MPa，包括1台风机、1台引风机、1台炉排电机、3台供水泵。锅炉控制具有变量多、非线性特点。在设计工业锅炉控制系统时，需要确保锅炉安全运行，因此，采用可靠高、控制精度较高的PLC控制。整个系统结构中的PLC不仅接受变送器上传的数据，还以模数转换为中心，将其发送给控制单元进行上传和下载，同时还扶着获取从控制单元传输的数据，执行数模转换，并将其发送到变频器。系统变送器的主要功能是调整引风机、电机的运行。变速器的作用是充当PLC与锅炉中各种部件之间的桥梁[3]。锅炉系统整体结构分为上位机管理层、PLC控制层、变频器、变速器调节层、底层设备层。锅炉的稳定运行需要可靠、安全的控制系统作为大脑。工业锅炉系统是一个典型的I/O变量多、控制过程复杂、耦合度高的非线性系统，在设计工业锅炉控制系统时要重点解决控制系统的响应速度问题，而PLC的优点是集成度高、接线方便、维护方便、可靠性高、故障率低、编程语言易学、逻辑强大，适合用于工业控制。

3.2PLC选型

鉴于工业锅炉控制系统对响应速度的要求，本次设计采用西门子S7-200系列PLC。该型PLC产品具有高稳定性、高可靠性、相对较低的成本和较高的运行速度，在工控系统中应用广泛。S7-200的CPU为RS485，而PC机的COM端口为RS232，二者不兼容，因此需用中间电路进行匹配，即RS485/RS232匹配线。S7-200CPU上默认通讯口为PPI从机模式，地址为2，通讯速度为9.6K。要更改通信端口的地址或速度，需要在“通信端口”选项卡上设置，再下载系统块到CPU中使设置生效。该型PLC具有集成度高、响应速度快、实时性好、通讯效果稳定等优点，同时对软件编程语言要求低，对系统硬件兼容性高，可以进行整体模块化设计。变频器选型。电动机分为直流电机和交流电机，直流电机的调速性能好而交流电机的结构简单且应用更为广泛，在锅炉系统中交流电机大量应用，因此对交流电机进行调速就是一项非常重要的技术。在对交流电机进行调速时，目前广泛采用变频器作为电力控制设备进行调速。

3.3监测仪器选型

工业锅炉控制系统需要对工业锅炉的运行参数进行监测，主要用到的监测仪器分为传感器和变频器两大类，包括温度传感器、湿度传感器、蒸汽流量计、水位传感器、声光报警器等。传感器作为工业锅炉系统中各种运行参数数据的收集工具，其采集到的数据信号将转换为其他信号输出至变频器，变频器再将信号转换为电信号输出。选择传感器和变频器的最基本原则是与包括PLC在内的其他组件良好兼容，以确保系统稳定安全运行。此外，选用的传感器和变频器必须满足工业锅炉的运行环境要求，能够在高温高压环境下正常工作，同时还要考虑成本。

4.结束语：

综上所述，因为锅炉运行问题是整体生产中的重要环节，所以需要进一步加强对锅炉节能改造工作的关注力度，将节能环保理念真正落实到生产之中。不仅要对锅炉进行能效测试，确定测试过程中所存在的各项问题，针对问题对锅炉运行所产生的节能问题进行全面性剖析，同时还要按照生产内容以及生产要求，提高锅炉自动化控制水平，从而促进我国工业锅炉运行效率的提升。

参考文献：

[1]赵静,王敏.基于PLC锅炉专家PID智能控制的研究[J].工业炉,2018,40(5):59-61.

[2]但红明.智能控制技术在工业锅炉中的应用[J].建筑工程技术与设计,2018(26):483.

[3]王杰.智能控制在锅炉燃烧优化中的应用[J].数字化用户,2021,27(17):124-125.

[4]多晓艳.工业锅炉智能控制系统的研究[D].河北:河北科技大学,2019.