电力锅炉燃烧优化策略探讨

厉恩启

摘 要：锅炉是火电企业的关键生产设备，目前火电锅炉能耗约占全国总能耗的20%，锅炉运行的经济稳定关乎发电企业的竞争力和我国能源的安全。随着工程化水平的提高，在火电生产行业中，对电站锅炉的应用水平已经发展到了一个新的历史高度，电力锅炉的燃烧优化问题有重要的研究价值和工程应用价值。基于目前广泛使用的控制系统，本文开展针对电厂锅炉燃烧过程中控制策略的优化问题探讨。

关键词：电力锅炉；自动化技术；控制技术；优化技术

0 引言

电力锅炉燃烧效率关乎我国能源战略的发展。随着自动控制技术的引入，现代电力锅炉的送风量和送粉量实现优化配置，提高电力锅炉的燃烧效率从而实现成本优化和减少碳排放。因此，如何实现电力锅炉燃烧的最优控制，具有重要的研究价值。火电锅炉是一种复杂的参数时变非线性系统，同时受到燃煤品质等众多外部因素的影响，导致控制技术很难实现电力锅炉燃烧过程的实时最优控制。

1 电力锅炉燃烧控制的研究现状

现代工业发展迅速，国家电网已经进入智能电网时代，能够实现发电自动控制，电网频率、电压自动控制和变电站无人值守等高度自动化的功能。与之对应，作为电力生产设别的电站锅炉的要求也越来越高。在欧美发达国家，锅炉燃烧的自动化控制已经获得了加大的应用和推广，近几年来，通过合理的技术引入和国产技术的研究，我国大型锅炉的燃烧优化控制已经获得了长足进步并取得了大量成果。

我过电力锅炉的热效率在70%～80%之间，当参与电网削峰填谷需求时，锅炉在非额定负荷下工作，各项参数偏离最优值，不但造成效率下降，成本增加，而且会产生意外停机的隐患。随着计算机技术的高速发展，计算机控制技术获得广泛应用，火电锅炉的控制系统研究主要包括系统网络、工程师站和操作员站、组态语言和图形界面。控制系统利用现场总线技术并利用各种先进的控制策略，实现过程控制自动化和信息管理自动化的结合。其中控制策略主要包括PID控制和模糊控制两个方面。

2 我国电力锅炉燃烧控制的不足

量测设备固有的量测误差和通信过程及数模接口处的误码、延迟，关键量测数据（如：飞灰含碳量、排烟温度和烟气含氧量等）误差偏大或者滞后，导致风、煤调节失准，燃烧过程恶化，效率降低；此外，这些关键参数间的交互影响和作为调节盘踞的理论依据缺乏深入研究。

无论是国产控制系统还是进口控制系统，大多采用PID控制器，PID控制器的原理简单，速度较快，可以有效处理简单系统的控制问题。但是锅炉燃烧系统属于动态多输入多输出系统，且包含大量非线性、死区和滞后等特性的元件，无法建立精确的数学模型。利用单一的控制器，法有效的实现锅炉燃烧过程的有效控制，即使在某些事件断面可以实现稳定运行，但只要出现扰动或者参数变化，控制策略就会失效。

控制系统中各种参数都是按照稳态运行时进行整定的离线参数，缺乏自适应能力，而实际运行工况多变，单一控制策略无法满足锅炉内部扰动、外部扰动、暂态和稳态等多变的运行状况。如常规主汽压力控制参数按照稳态过程设置，当电网负荷侧出现打扰动时发电机需要提高发电量，此时锅炉燃烧的调节速度滞后，会出现压力越线的问题。

实际发电厂有多组锅炉和多组发电机并行运行，共用一个主蒸汽母管的情况。为保证母管压力的稳定，传统的控制策略是由调压炉单独承担调压任务，其他锅炉保证稳态运行；但当某一时间段母管压力出现大幅震荡时，单一锅炉无法实现调压任务，此时可能会导致母管压力的失稳。

3 监测系统节能工作中的改进

量测信号的优化。电力系统PMU量测等具有同步量测和高精度的量测设施可以有效解决量测信息的同步问题。通过对锅炉量测信号添加时标，实现量测信息的同步，可以有效避免量测信号的时间误差导致的精度问题。同时，利用量测信号的冗余度，对量测生数据进行合理的滤波处理，剔除错误数据，滤除误差信息，有效提高量测数据的精度。

控制技术和控制策略的优化。控制技术包括积分微分（PID）控制、模糊控制和预测控制等。不同的控制技术有各自的优缺点，单一的使用某一个方法无法实现锅炉燃烧过程的有效控制。通过分析锅炉系统中不同子系统的特点和不同控制方法的优缺点，对不同的子系统选择或者研发出理的控制方法实现针对性控制；对于更复杂的情况，利用不同控制方法融合技术，如模糊PID控制、模糊预测控制等，实现对燃烧系统的复合优化控制。

燃烧系统的协调优化和复合控制。锅炉燃烧控制系统主要包括：送风控制系统、炉膛压力控制系统和燃料量控制系统。进行上述系统的控制进行协调优化，可能会导致子系统非最优控制，但可以实现整个燃烧系统的最优控制，保证燃烧系统的最优运行。

燃烧优化系统顶层设计优化。优化系统可以分为5部分，包括原始信号的校准、信号的构建、控制系统优化、锅炉燃烧状态的评估和燃烧优化方案的反馈改进。通过改进优化设计的顶层结构，明确各功能模块的职责，构建合理的软件平台、采用相应的技术手段和新能评价指标进行现场调试，保证锅炉燃烧优化系统功能的有效性。

4 总结与展望

电力锅炉燃烧过程的优化控制，保证锅炉运行各项指标的最优化，实现经济燃烧和绿色燃烧。但由于电力锅炉燃烧过程建模的复杂性，以及实际运行各项指标参数间的复杂关系，各种理论和方法目前还不够完善。电力锅炉的分析计算模型，锅炉运行中的各种优化控制方法和参数都需要进一步的深入研究和不断提高，为提高火电厂的经济运行以及电力企业的整体运行进行技术性指导。

参考文献：

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