电站锅炉燃烧器配风控制逻辑策略分析

严晖，刘姝含

（1.国电电力邯郸热电厂，河北 邯郸 056004；2.华北电力大学控制与计算机工程学院，北京 102206）

在火力发电站中，加强锅炉燃烧器的配风控制非常重要，只有确保锅炉配风的合理性，才能改善锅炉的燃烧状态，提高燃料的利用率，降低污染的同时，增强火力发电生产水平。

1 电站锅炉燃烧器配风控制逻辑研究的必要性

在我国工业发展进程中，电力行业是非常重要的工作组成部分。近年来，随着我国节能减排力度的不断增加，很多小型火电机组被陆续关停，以风力、核能、水力等为主的可再生清洁能源发电得以迅猛发展。但受客观的技术水平、自然地域条件限制等因素的影响，上述清洁能源发电无法得到大范围的应用推广普及，在未来一段时间内，以煤炭火力为主的发电方式依然是我国主要的发电方式。

在火力发电的过程中，锅炉是一种不可或缺的设备。锅炉本身能够存储巨大的热量，在内部的换热器中，蒸汽处于一种高温高压状态，一旦锅炉运行发生故障问题，很容易引发严重的安全事故。与此同时，锅炉本身容量较大，实际运行需要消耗大量的燃料，因此要保证其始终处于良好状态，才能提高燃料的利用率与发电效率。而锅炉主要以煤炭作为燃料，本身会排出很多氮氧化物污染物，不仅污染环境，还会加重温室效应。

通过保证锅炉配风的合理性，能够有效改善锅炉的燃烧状态，且起到的作用能够有效避免上述问题的出现。比如，通过锅炉合理配风，能够让煤炭燃烧更加充分稳定，减少烟热损失与飞含量，提高锅炉燃烧效率。不仅如此，还能够降低氮氧化物的排放，减轻环境污染。最后，通过加强锅炉燃烧器的配风控制，合理调整一、二次风能，还有利于准确调整锅炉内同层火焰的中心位置，避免水冷壁局部过热，发生结焦现象。同时，还能够降低锅炉炉膛出口位置处的烟温偏差，避免发生管道爆漏等安全问题。

当下，我国火力发电站在锅炉燃烧控制水平方面依然有着较大的提升空间，特别是在配风控制方面，在实际控制时，操作人员一般只会结合相应运行仪表，采用手动调节方式进行配风控制，很容易受操作失误的影响，或者存在控制操作滞后的问题，无法跟上锅炉最新燃烧动态，严重影响了配风控制效果，不利于锅炉燃烧效率提升。基于此，有必要加强对锅炉燃烧器配风控制逻辑的研究，改善锅炉燃烧配风控制方式，提高控制效果，有效解决上述问题。

2 电站锅炉燃烧器配风控制策略

2.1 助燃风风门开度调整对炉膛出口氧量的影响

锅炉二次风量主要由三部分组成，一是助燃风，占比为60%；二是SOFA风（电站锅炉燃烧末端补入的助燃风），占比30%。三是周界风，占比10%，主要由一次风门状态来决定。因此可以先计算助燃风门开度变化，对锅炉炉膛出口氧会带来哪些影响。本文以锅炉低负荷180MW工况为例，表示的是该工况下不同风门开度情况下的氧气摩尔浓度。其中在风门开度为-5%情况下，锅炉炉膛出口含氧量为2.59%；风门开度为标准开度的情况下，锅炉炉膛出口含氧量为4.89%，风门开度为+5%工况下，锅炉炉膛出口含氧量为6.92%。在180MW低负荷工况下，助燃区的含量量分配非常充足，因此，助燃风门开度的变化，对炉膛上方含氧量变化有着非常大的影响。助燃风调节控制范围在±5%以内，能够满足±2出口氧调节的需求。在实际进行配风控制逻辑设计时，关于风门开度的控制，可将出口氧量合理范围设置为±0.5%。而在180MW负荷工况下，炉膛出口氧标准含量值为5%，因此炉膛出口氧含量合理范围是4.5%～5.5%。

2.2 高负荷工况下二次风门开度调整对炉膛出口氧量的影响

在锅炉高负荷的情况下，并且炉膛出口氧量较小，可以通过调整SOFA风与助燃风风门开度，同提高炉膛上方氧含量。在具体进行负荷二次风量调节时，应先调整SOFA风风门，不断增大其房门开度值，如果其风门开度值达到100%时，依然无法满足锅炉炉膛上方含氧量的需要，则可以继续调整助燃风风门开度。例如，在330MW负荷工况下，如果发现锅炉炉膛的出口氧量较低，可以选择提高SOFA风门开度。在正常情况下，处于330MW负荷的锅炉，下SOFA风门开度的初始值为87%，因此在达到最大值100%时，仅有13%的开度调节量。然后，通过结合这一数值进行计算。在标准开度下，锅炉炉膛膛出口氧量为3.3%；在SOFA风门开度-13%下，锅炉炉膛膛出口氧量为1.72%。在现有SOFA风门开度－13%基础上，再降低助燃风风门开度5%，此时，锅炉炉膛膛出口氧量为1.14%。而在实际配风控制过程中，通过将SOFA风与助燃风进行配合调节，能够使锅炉炉膛的氧量变化量在2%以上。

2.3 控制逻辑设计与GUI构建

按照前文叙述，开展配风控制逻辑程序编写，实现锅炉配风的自动控制。在电站锅炉实际运行的过程中，针对负荷小范围变化，可不进行考虑。因此，针对部分低负荷工况，也没有进行相应的计算，可以采用线性插值方式，代替计算获得。而在实际进行配风控制时，需要考虑控制精度问题，因此，在实际进行程序编写时，针对风门开度的数值，可进行四舍五入取整处理。在呈现编写内容方面，以锅炉负荷与炉膛出口氧量作为输入量，而可变输出量为助燃风与SOFA风风门开度。

（1）程序在运行时，会不断地读取锅炉负荷，其中初次读取负荷用Q1表示，后续读取的负荷用Qn表示。如果初次读取负荷与后续读取负荷差值在10MW以内，则表明这种负荷变化属于小负荷变化，程序自动忽略，不作配风控制调整；反之，程序会从读取负荷变化开始大于10MW的位置开始，重新运行，并定义为Q1，然后对负荷进行取整计算。

（2）以负荷变化为依据，对一次风、二次风、周界风等参数进行调整，同时，将助燃风与SOFA风调整至标准开度。

（3）等待一段时间后，炉内燃烧状态逐渐趋于稳定，此时，读取炉膛出口处传感器氧气浓度具体数值。如果该数值在合理范围内，则保持现有风门开度不变。一直到后续随着锅炉燃烧，氧气浓度发生变化。

（4）如果氧含量不合理，程序会自动调整二次风门开度。在具体调整的过程中，如果是氧含量偏高，可减小助燃风门开度；反之，又分为两种情况：①含氧量偏低，且负荷在280MW以内，可通过增大助燃风门开度进行调整；②含氧量偏低，且负荷属于高负荷，则先选择增加SOFA风门开度，在该风门开度增加至100%后，如果含氧量依然无法满足需求，则再进行燃风门开度增加调整。

（5）如果在经过上述调整后，依然无法满足要求，则需要结合实际，实施多次调整。每进行一次调整，都要以上次调整对出口氧量影响为依据，直至将含氧量调整至合理范围。

（6）当存在以下几种情况时，则需要操作人员进行手动辅助调整。①助燃风门调整量在10%以上；②SOFA风风门调整量在30%以上；③炉膛出口氧量与该负荷氧量标准值差值超出了2%；④在程序控制下，完成率自动化调整后，锅炉炉膛出口氧量出现了反向变化现象。

基于上述程序设计，完成GUI可视化窗口构建。界面包含两项输入内容，一是锅炉负荷变化量，二是炉膛出口氧含量。包括两项基本参数，一是一次风开口参数，二是炉膛进煤量。除此之外，还包括两项风门开度信息，一是SOFA风风门开度参数，二是助燃风风门开度参数。在该程序界面中，还设置了多个按键，用于替代在锅炉实际燃烧时，从初次燃烧一直到趋于燃烧稳定的过程。在具体程序运行运用时，先输入锅炉负荷，然后，点击“初始状态”，程序会自动显示锅炉运行的基本参数与初始门开度。随后，输入氧含量，点击“风门调整”按键，程序会自动计算分析，如果发现输入氧量合理，则不会对风门开度进行调整，否则，会自动结合不同情况，作出相应自动化调整，确保锅炉配风控制始终处于科学合理的范围内。

3 结语

综上所述，在火力发电站中，锅炉燃烧效率的高低对整体发电效率的高低有着直接的影响。基于此，为有效提高锅炉的燃烧效率，需要加强对锅炉燃烧器配风控制逻辑研究，提高其自动化控制性能，从而让锅炉内的燃料充分燃烧，提高燃烧效率，降低污染，有效提升火力发电生产质量水平。