先进控制在锅炉生产中提高热效率的应用

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摘要：分析了母管制煤粉锅炉燃烧过程自动控制和母管蒸汽压力控制中存在的问题，提出了一种应用模糊自寻优控制和协调控制技术以实现母管制煤粉锅炉燃烧过程自动控制、锅炉负荷协调及其母管蒸汽压力自动控制的方法。在大庆石化公司热电厂现场应用表明：该控制方法提高了母管蒸汽压力和温度的控制精度，提高了锅炉生产热效率。

关键词：母管压力；协调控制

中图分类号：

TB

文献标识码：A

文章编号：1672.3198（2013）03.0191.01

1概述

大庆石化公司热电厂共有6台410t/h煤粉锅炉，采用母管制并列运行方式，向大气石化公司乙烯化工装置提供蒸汽，并上网发电。对于母管制运行热电厂，母管蒸汽压力的稳定对于提高发电机组热效率和外供蒸汽品质具有重要意义。因此，提高母管压力控制精度，并尽量接近额定压力运行，即“靠上限”运行，最大限度地提高发电机组运行的安全性、稳定性和经济性。

2煤粉锅炉燃烧过程自动控制及母管压力协调策略

锅炉负荷协调控制的前提是参与协调控制的锅炉已经实现了全自动控制，包括燃烧系统（燃料调节、送风调节和引风调节）、蒸汽系统和水系统的自动控制，并且具有良好的调节品质。

2.1燃烧系统自动控制

锅炉燃烧系统自动控制是稳定母管压力的基础，只有单台锅炉能够根据负荷需求及时调整自身负荷，才能保证母管压力稳定。

2.1.1燃料量控制

燃料量控制系统的任务是维持锅炉出口蒸汽压力或出口蒸汽流量的稳定。汽压过高、过低或者急剧变化，对锅炉以及整个电厂运行都是很不利的。因此，本项目首先分析锅炉暂态、稳态、内扰、外扰的特点，然后基于多模式切换控制技术建立了锅炉四种运行模式的在线分析方法、各种运行模式下不同控制策略以及自适应切换原则。

2.1.2送风量控制

以中储粉仓式煤粉锅炉为例，送风机提供的总风量经空气预热器后，分三路（一次风、二次风、三次风）送入炉膛。本项目全面研究了一次风、二次风、三次风的作用原理和相互关系、并提出了相应的控制方法。

2.1.3引风量控制

锅炉运行过程中，引风必须与送风协调，送风、引风协调控制及其在引风自动控制回路中采用PID与FUZZY相结合的控制策略，克服了因炉膛漏风变化引起的送、引风系统难以控制问题，实现了送风、引风系统的长期、稳定自动运行。

2.2母管蒸汽压力协调控制

2.2.1锅炉负荷优化协调

并列运行锅炉的特性差别很大，负荷优化协调控制技术在满足蒸汽母管负荷总需求的同时在锅炉之间优化分配负荷，尽量使特性好、煤耗低的锅炉多带负荷，从而使总的耗煤量降低。

锅炉负荷优化协调的核心是根据锅炉煤耗特性的不同，利用等微增率法进行锅炉间负荷的优化协调，再将优化结果做为给粉量控制器的给定值下达至各调压炉，从而在实现母管蒸汽压力自动控制的同时兼顾机组经济性。

2.2.2母管蒸汽压力协调控制

根据母管系统中的总负荷、运行锅炉数量、各台锅炉状况，制定母管制锅炉运行规划，即确定哪些锅炉负责调压，哪些锅炉定负荷。以母管压力为调节目标，设置母管压力调节器，计算母管中参与调压的所有锅炉的总负荷给定值，即各台锅炉负荷给定值之和。各炉负荷按一定比例将母管中的总负荷需求分配给各台调压锅炉和定负荷锅炉。

3效益分析

（1）锅炉燃烧系统投入自动后，可使锅炉的过剩空气系数维持在最佳值，保证有较好的燃料和空气的配合比例，从而提高了锅炉的效率。

从设备的使用寿命来看，正常运行时汽包水位基本围绕设定值画直线，波动很小，汽温汽压运行稳定，水循环的可靠性及蒸汽水量均得到了保证，由此可大大延长水冷壁、过热器的使用寿命，由此节省的设备更新、检修维护费用也非常可规。

（2）提高了机组热效率。汽轮机的供汽压力和供汽温度越高，汽轮机的效率也越高。

（3）提高了电厂运行的稳定性。锅炉运行过程实现全自动调节后，锅炉的各种运行参数都处于最佳状态，可有效防止局部过热、超温、超压等威胁锅炉安全运行的事故发生，从而减少锅炉非正常停炉次数；提高了运行的稳定性。

（4）减缓了设备老化、疲劳速度。负荷协调自动投运后，母管压力稳定，可有效防止水冷壁、过热器等高压容器部件的超压现象，减缓了设备老化及金属疲劳速度。

（5）减轻了运行人员的劳动强度。自动控制投运后，运行人员的手动调节操作减少了90%以上，明显减轻了运行人员的工作量。

4结论

大庆石化热电厂采用先进控制方案后，锅炉燃烧过程自动控制运行良好，母管压力协调控制系统运行稳定，自动投入率较高，锅炉的抗外扰能力增强，机组运行稳定性、安全性和经济性显著提高。锅炉工艺参数运行稳定，蒸汽母管运行指标、锅炉自动化水平达到了国内同类电厂领先水平。