摘要：电力生产是技术高度密集型产业，伴随着科学技术及电力工业的发展，以过程控制系统为核心的自动化控制系统已成为与主设备机、锅炉、电同等重要的组成部分。现代化电力生产也朝着“大容量、高参数、高自动化的方向迅速发展”。工业锅炉是一种重要的耗能设备，提高工业锅炉的热效率，降低能源消耗，实现其自动化节能，是人们关注已久的课题。
关键词：燃烧控制系统；锅炉；DCS
1.锅炉控制系统概述
锅炉控制系统，一般有燃烧、水位等控制系统。燃烧控制实质上是能量平衡系统，它以蒸汽压力作为能量平衡指标，量出而入不断根据用汽量与压力的变化成比例地调整燃料量与送风量，同时保证燃料的充分燃烧及热量的充分利用，其中保持合适的“空燃比”是一个重要因素。“空燃比”是指燃烧中空气量与燃烧量的比值系数。
2. 锅炉控制系统的现状
一般来说供热锅炉的出厂效率都是较高的，但在实际运行过程中，大多数燃煤锅炉的运行负荷、运行参数与燃用煤种由于经常变动，以及锅炉运行流量存在不合理，因此导致其实际运行效率往往很低，通常要比鉴定热效率低10%～15%以上。燃煤供热锅炉的总体平均运行热效率基本低于65%，与锅炉设计效率80%相差较大，造成能源浪费严重。
此外，供热规划与调度的不合理，缺乏必要的计量手段等诸多因素也制约着热源锅炉在供热运行过程中大多达不到其经济运行功率，从而不能实现高效运行。
锅炉综合运行效率低直接造成供热成本的升高，对于采用集中锅炉房作为热源的供热公司而言，是一个普遍性难题。
3.燃烧系统基本工作原理
3.1 锅炉炉膛
炉膛作为燃烧室，是保证炉膛正常运行的先决条件之一。燃烧煤粉时，对炉膛的要求是：
3.1.1 创造良好的着火、稳燃条件，并使燃料在炉内完全燃尽；
3.1.2 炉膛受热面不结渣；
3.1.3 布置足够的蒸发受热面，并不发生传热恶化；
3.1.4 尽可能减少污染物的生成量；
3.1 对煤质和负荷复合有较宽的适应性能，以及连续运行的可靠性。
4.燃烧控制系统
锅炉的燃烧系统主要由锅炉的燃烧室（即炉膛）、送风装置，送煤（或油、天然气）装置、灰渣排放装置等组成。主要功能是完成燃料的燃烧过程，将燃料所含能量以热能形式释放出来，用于加热锅炉里的水。主要流程有烟气流程、通风流程、排灰出渣流程等。对燃烧系统的基本要求是：尽量做到完全燃烧，使锅炉效率≥90%；排灰符合标准规定。燃烧过程控制的根本任务是使燃料所提供的热量适应锅炉蒸汽负荷的要求，保证锅炉安全运行。燃烧过程控制的具体任务及其控制策略因燃料种类，制粉系统，燃烧设备及锅炉的运行方式的不同而有所区别。
燃烧控制的基本任务可归纳为以下几点：
4.1 维持蒸汽压力稳定
锅炉蒸汽压力作为表征锅炉运行状态的重要参数，不仅关系到锅炉设备的安全运行，而且其是否稳定反映了燃烧过程中能量供求关系。
4.2 保证燃烧过程的经济性
保证燃烧过程的经济性是提高锅炉效率的重要方面，它是通过维持进入炉膛的燃料量与送风量的最佳比值来实现，即在有足够的风量使燃料得以充分燃烧的同时，其标志是蒸汽压力的稳定。
4.3 维持炉膛压力稳定
锅炉炉膛负压是否稳定反映了燃烧过程中炉膛的风量与流出炉膛的烟气量之间的工质平衡关系。若送风量大于引风量，炉膛负压升高，太高的压力会造成炉膛向外喷火；反之，送风量小于引风量，炉膛压力下降，过低的压力会造成漏风而使炉膛温度降低，影响炉内燃烧工况，经济性下降。所以说，炉膛负压是否在允许范围内变化，关系得到炉膛的安全经济运行。
锅炉燃烧过程的上述三项控制任务是不可分开的，它的三个被控参数蒸汽压力，过剩蒸汽系数或最佳含氧量，炉膛压力与三个调节量燃料量、送风量、引风量间存在着关联。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此燃烧控制系统内各子系统应协调运作，共同完成其控制任务。
4.4 双交叉限幅燃烧自动控制系统
双交叉限幅燃烧自动控制系统。双交叉燃烧控制是以维持合适的空气、燃烧比值为手段，达到燃烧时始终维持低过剩空气系数，从而保证了较高的燃烧效率，同时减少了排烟对环境的污染。双交叉燃烧控制实际上是以炉压调节为主回路，以燃烧流量和空气流量调节并列为副回路的串级调节系统，加上高、低信号选择器、高低信号限制器组成的带有逻辑功能的比值调节系统。它的主要作用是当炉子负荷变化，以维持炉压在给定值上，而且使燃烧工况始终处于低过剩空气系数的经济合理状况。由空气流量测量值F2和负偏置（1（2）确定燃料流量的下限值B；由空气流量测量值F2和正偏置（k1）确定燃料流量的上限值c；由燃料流量的测量值Fl和正偏置k4确定了空气流量（折合到燃料流量当量）的上限值B’；由燃料流量的测量值F1和负偏置（k3）确定了空气流量（折合到燃料流量当量）的下限值c’。
下面分三种情况进行讨论：
当稳定工况时：
当系统稳定工作时，炉温稳定在给定值上，炉压调节器的输出信号经过高低限模块HLM，uM后，又分别通过燃料调节系统的高、低选模块HSEl、LSEl和空气调节系统的HSE2，LSE2，相应地加到燃料流量调节器FCl和空气流量调节器FC2作为它们的给定值，使燃料流量和空气流量自动调节到正常数值上，从而保证汽压维持在给定值上。在稳定工况下，所有高选、低选和高限、低限模块，对主控制信号不起限制作用。
当炉负荷A急剧下降时，A信号与B在高值选择器HSl比较后，取大信号B，然后B与信号c在低值选择器LSl比较选择其中的小信号B作为燃料流量设定值，即燃料量取下限值；与此同时，A与信号B’在低值选择器LS2比较选择其中的小信号A，然后A与c’在高值选择器HS2比较选择其中大信号c’，作为空气流量设定值，做到燃料量领先减小，空气流量也减小而又不会冒黑烟。由于空气流量设定值在动态过程中按信号c’变化，但信号c’大于A，因而限制了负荷急剧下降时剩余空气系数的上限值。
当炉负荷急剧上升时，A信号增大，与信号B’通过低选择器IS2比较选择较小的信号B’，B’与c‘在高选择器HS2比较后，选择大的信号B’，即空气流量取按燃料流量确定的上限值，使空气流量领先增加，但不超过上限值；与此同时，A与信号B在高选择器HSl比较，选择较大的信号A，然后A与c通过低选器LSl比较选择小者c（按空气流量确定的燃料流量的上限值）作为燃煤流量的给定值。但注意到一般选择kl实践结果表明，k1～k4的取值与系统的负荷响应性能和节能效果有关。从节能的观点着想，k1和k2的值愈小愈好，但这样一来会恶化系统负荷响应的性能。此外，由于燃料、空气流量测量系统中测量值的随机波动是不可避免的，为了防止由此而引起的高低值选择器不必要的频繁切换给系统带来的扰动，因此系统必须设置相应的死区，即需有相应的k3和k4值。所以K1～k4的值要根据实际情况和控制要求在调试中确定。一般取k1=k3，k2=k4。设炉子在额定工作状态下，空气过剩系数μ为设定值μs。若μs=1.05，取k1=0.03，k3=0.05，则1.02≤μ≤1.10，即在最佳燃烧区，这就是说，双交叉限幅控制能够既在静态又在动态过程中始终保持空燃比在最佳范围内，无论负荷如何变化，剩余空气系数总能控制在确定的范围内，在最佳的低氧燃烧区。
4.5烟气含氧量的闭环控制系统
在双交叉限幅燃烧控制系统中，加入了烟道气氧含量的一个控制回路。这是一个以烟道中氧含量为控制目标的燃烧流量与空气流量的变比值控制系统，也称烟气氧含量的闭环控制系统。这一控制系统可以保证锅炉最经济燃烧。
在整个生产过程中保证最经济的燃烧，必须使得燃料和空气流量保证最优比值。上述方案中保证了燃料和空气的比值关系，但并不能保证燃料的完全燃烧控制。因为，其一，在不同的负荷下，两流量的最优比值不同；其二，燃料的成分（如含水量、灰分等）有可能会变化；其三，流量测量的不准确。这些因素都会不同程度地影响到燃料的不完全燃烧或空气的过量，造成锅炉的热效应下降，这就是燃烧流量和空气流量定比值的缺点。为了改善这一情况，最简单的方法是有一个指标来闭环修整两流量的比值。目前，最常用的是烟气中的含氧量。
5. 优化策略
该策略是在传统控制模式的基础上，采用自学习、自寻优控制模式。
随着燃烧工况的变化，自动进行最佳风煤比的寻优。基于锅炉最佳热效率目标，实施相应的动态调节。控制核心思路是通过建立一种模糊式控制表格，即锅炉控制系统自学习表格，对被控对象进行寻优操作，从而达到其最优化性能指标；同时在每一次的寻优运行过程中，自动记录各相关匹配参数，完成一次自学习记录，作为下一次运行操作的参考。自学习、自寻优控制模式具有较强的抗干扰性，实现了锅炉自动优化燃烧和变负荷运行，提高了锅炉运行效率。
6.结论
综上所述，锅炉控制系统在工业生产的一系列过程中发挥着重要的作用，其以提供充分的高效热能来保障工业的正常生产，进而保障工厂生产的高效益、高利润。锅炉控制系统是工业生产中的热能动力装置。作为一种热力设备，其是将热能转化成为机械能，在动力的作用下对工业生产实施能提供有效的控制。
论文作者:张君
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/18
标签：锅炉论文; 燃料论文; 流量论文; 炉膛论文; 空气论文; 控制系统论文; 信号论文; 《电力设备》2017年第28期论文;