锅炉燃烧优化系统的应用

摘 要:“锅炉燃烧优化系统”的应用,目的是保证机组运行参数、提高机组运行效率、降低厂用电率、节水、节油、加强燃料管理等,对综合供电煤耗率、综合厂用电率、锅炉飞灰含碳率、电网调度爬坡率、排烟温度等多个主要生产指标设定了优化目标。

关键词:锅炉燃烧优化 提高锅炉机组运行效率 节能降耗 经济运行

发电厂为巩固管理节能降耗成果,进一步降低发电成本,提高经济效益,减少烟气排放,针对机组运行指标现状和存在的差距,启动了“锅炉燃烧优化系统工程”。目的是保证机组运行参数、提高机组运行效率、降低厂用电率、节水、节油、加强燃料管理等,对综合供电煤耗率、综合厂用电率、锅炉飞灰含碳率、电网调度爬坡率、排烟温度等多个主要生产指标设定了优化目标。按照全面开展、热工人员全程参与、系统规划及指标与管理兼备的原则,推动“锅炉燃烧优化系统工程”工作向纵深发展。

1 优化控制系统的总体结构

锅炉燃烧控制系统的基本任务是既要提供适当的热量以适应蒸气负荷的需要,又要保证燃烧的经济性和运行的安全性。为此,燃烧过程控制系统有3个控制任务:

(1)维持主气压以保证运行的品质;

(2)维持最佳的空燃比以保证燃烧的经济性;

(3)维持炉膛内具有一定的负压以及保证运行的安全性。

因此,燃烧控制系统包括以下几个部分:燃料量控制系统,磨煤机控制系统,风量控制系统,炉膛负压控制系统。

上述方案可以通过合理地调整燃料量和送风量来抑制蒸汽压力因负荷变化所带来的扰动,进而保证供汽系统的稳定,但在实际运行中,由于供风和给煤调节对抑制蒸汽压力的波动存在着一定的纯滞后时间,加之过程对象本身的时间常数又较大,故现场实施中往往表现出严重的调节滞后,控制效果并不理想

2 改进的燃烧控制系统方案

为了较好地解决锅炉燃烧系统的控制问题,设法减小调节通道的大纯滞后是至关重要的。由热力学理论中的斯蒂芬波兹曼定律可知,在锅炉燃烧系统中,燃料燃烧释放出的全部能量与炉膛温度有单值对应的数量关系。若选取炉膛温度T作为被调参数,则该单值关系为超前预测由炉温引起的蒸汽压力变化提供了理论依据按照这种设想,本方案设计了以蒸汽压力为主调,炉膛温度为副调的串级控制系统,其框图如图2l所示

由框图可以看到,该方案依据炉温变化来调节燃料流量及供风流量,可以明显减少调节通道的时间滞后,从而大大提高系统的响应速度,改善了调节品质。实际的运行结果表明,由于这种方案建立了以炉膛温度为被调参数的副环回路,故对于炉膛回路的各种干扰量如供风、炉膛压力、给煤量等有较强的抑制作用,从而可以保证炉温在一定程度上的稳定,并可进一步保证负荷变化情况下蒸汽压力的稳定。考虑到现场中媒料品种、燃料温度等工况条件经常变化,副环回路PID调节器的参数整定有时不能满足大范围对象特性的变化要求,为进一步改善调节效果,本方案在上述方案的副环回路中采用了一种带死区的非线性微分控制算式,该算式对解决长滞后大惯性对象的控制问题有明显效果,它可用如下的分段函数表示:

式中ΔT=TS-Tτ,TS为炉膛温度给定值,Tτ测量值,ΔT为两者之差,ε为死区参数,该参数可根据不同的炉型和吨位随时调整,ξ为阀门系数,ΔP为供风阀门的变化量。

可以用如图2-2图形表示该函数的运作规则。

由图可知.当T>TS+ε或T0.则控制器输出使阀门以正比于dT1/dt的速度向关的方向运动:若炉温为T1下降状态,即dT1/dt<0.则控制器输出使阀门以正比于dT1/dt的速度向开的方向运动,而当炉温T1在所设死区范围内时,控制器输出不变。显然.这种控制模式是断续的,只有在炉膛温度超过设定的死区范围后,系统才以微分形式迅速克服被调参数的波动。另外.为了跟据负荷的变化合理控制给煤量,本方案在采取上述措施的同时,又以相应的空/燃比对供煤炉排的转速提供了一个跟踪信号,其目的是保持一定的火床长度,这在链条炉排式工业锅炉上尤为实际,可以取得令人满意的效果。

3 锅炉燃烧系统优化目标:

·在机组安全运行的基础上,提高锅炉机组运行效率,至少降低锅炉燃烧煤耗0.5%,(采用相同的煤,煤热值差异在200BTU/lbm以内);

·通过优化磨煤机运行方式,至少降低锅炉飞灰含碳率(LOI)10%;

·根据模糊控制逻辑提供智能吹灰;

·电网调度爬坡率提高100%,升降速率至少能实现4%MCR/min(采用相同煤下,且不停止磨煤机);

·在保证上述目标同时,也要实现:

·进一步稳定蒸汽运行温度,在升降速率为4%MCR/min的条件下,主蒸汽温度动态偏差不超过±5℃(采用相同煤下,且不停止磨煤机),再热蒸汽温度动态偏差不超过±8℃;

·在机组经济安全运行的同时,NOX排放至少降低5%,实现环保目标;

4 结束语

上海瑞周自动化系统有限公司专家在发电厂初步进行了系统软件安装、主要数据采集,以及未来工作计划地制定,“锅炉燃烧优化系统工程”正式启动。

参考文献:

1.李文学,李慧,张德江,许春光.电厂锅炉燃烧优化控制系统的设计.长春:光学精密工程,2004.

2.周以琳戚淑芬高蒙.锅炉燃烧系统优化控制及实现方法.西安:工业仪表与自动化装置,1998.

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