論燃?xì)忮仩t的運(yùn)行控制

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摘要：我國目前在積極的推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展和綠色環(huán)保的發(fā)展戰(zhàn)略。如何提高燃?xì)忮仩t的使用效率和減少有害氣體的排放有著重要的意義。在燃?xì)忮仩t的實(shí)際使用過程中，系統(tǒng)所需要的總熱量時(shí)刻在發(fā)生著變化，本為就如何提高燃?xì)忮仩t效率，對其運(yùn)行控制展開了研究。 

關(guān)鍵字：燃?xì)忮仩t；運(yùn)行控制；優(yōu)化  中圖分類號(hào)：tk223文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：  1 引言  我國的能源事業(yè)的不斷發(fā)展為經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出了重要的貢獻(xiàn)，但是在很長的一段時(shí)間內(nèi)我國的鍋爐都是采用煤炭作為主要的燃燒物。煤炭在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量的有害氣體，對環(huán)境造成較大的污染。另外目前我國大多數(shù)的燃煤鍋爐的生產(chǎn)效率和控制自動(dòng)化水平普遍不高。近幾年伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，鍋爐的燃料也在呈現(xiàn)多種多樣的形式。其中燃?xì)忮仩t的高效、環(huán)保、節(jié)能的優(yōu)勢得到了越來越多的重視。燃?xì)忮仩t的體積要比燃煤鍋爐小得多，而且可以更加容易的進(jìn)行自動(dòng)化控制。燃?xì)忮仩t在應(yīng)用方面具有更加廣闊的前景。鍋爐控制系統(tǒng)的發(fā)展也是經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜和逐漸向自動(dòng)化控制不斷邁進(jìn)的過程。  2 燃?xì)忮仩t燃燒過程機(jī)理和能量的轉(zhuǎn)換  為了實(shí)現(xiàn)燃燒，必須有可燃物質(zhì).有燃燒所需要的足夠數(shù)量的氧氣;工程實(shí)際中，氧氣一般來自空氣。有足夠高的溫度。換言之，燃燒的基本條件為:可燃物質(zhì)按一定的比例與氧分子狀態(tài)混合;參與反應(yīng)的分子必須具有一定的能量貯備，即具有一定的溫度，以克服分子間的內(nèi)力，即當(dāng)分子碰撞時(shí)能夠破壞起始物質(zhì)的鍵，而后結(jié)合成穩(wěn)定的新鍵，最后導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)物的生成;需要有一定的時(shí)間，以保證反應(yīng)進(jìn)行完畢.  從能量守恒角度分析，進(jìn)入鍋爐系統(tǒng)的燃?xì)忉尫诺目偰芰縬應(yīng)該等于從鍋爐系統(tǒng)流出的總能量，包括爐水吸熱量q1，循壞水吸熱量q2，不完全燃燒損失q3，散熱q4，排煙q5。即  q=ql+q2+q3+q4+q5  當(dāng)回水溫度或設(shè)定出口溫度設(shè)定值(根據(jù)外界溫度而變化)變化時(shí)，循環(huán)水的吸熱量相應(yīng)變化，需要的總熱量值也隨之變化。因此，根據(jù)所需總熱量的變化，適當(dāng)調(diào)整燃?xì)夂涂諝膺M(jìn)氣量，可以使鍋爐更經(jīng)濟(jì)有效地運(yùn)行。  3 燃?xì)忮仩t的運(yùn)行控制要點(diǎn)  3.1 控制最優(yōu)過量空氣系數(shù)  標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1 m3氣體燃料按燃燒反應(yīng)計(jì)量方程式完全燃燒所需要的空氣量（指干空氣）稱為氣體燃料的理論空氣量（m3 /m3），用v0表示，可以根據(jù)氣體燃料的成分計(jì)算出來。實(shí)際送入鍋爐的空氣量v（m3 /m3，氣體燃料）稱為實(shí)際空氣量，用v表示，其值一般大于理論空氣量。比理論空氣量多出的這一部分空氣稱為過量空氣。因而實(shí)際空氣量是理論空氣量與過量空氣量之和。實(shí)際空氣量與燃?xì)饬康谋戎捣Q為空/燃比，它在數(shù)值上等于實(shí)際空氣量。實(shí)際空氣量與理論空氣量的比值稱為過量空氣系數(shù)，用α表示，即  過量空氣系數(shù)α是一個(gè)影響鍋爐燃燒工況及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的非常重要的指標(biāo)。α偏小時(shí)，爐內(nèi)不完全燃燒損失便增大；α偏大時(shí)，鍋爐的排煙熱損失又增多。  3.2 鍋爐汽包水位控制  汽包水位是鍋爐運(yùn)行的主要指標(biāo)，是一個(gè)非常重要的被控變量，維持水位在一定范圍內(nèi)是保證鍋爐安全運(yùn)行的首要條件，這是因?yàn)?水位過高，則會(huì)影響汽包內(nèi)汽水分離，飽和水蒸汽帶水過多，會(huì)使過熱器管壁結(jié)垢導(dǎo)致?lián)p壞，同時(shí)過熱蒸汽溫度急劇下降；水位過低，則由于汽包內(nèi)的水較少，而負(fù)荷較大時(shí)，水的汽化速度加快，因而汽包內(nèi)的水量變化速度很快，導(dǎo)致鍋爐燒壞，甚至引起爆炸。  鍋爐汽包水位的控制系統(tǒng)中，被控變量為汽包水位，操縱變量是給水流量。主要的干擾變量有以下四個(gè)來源：1）給水方面的干擾。例如，給水壓力、減溫器控制閥開度變化等；2）蒸汽用量的干擾。包括管路阻力變化和負(fù)荷設(shè)備控制閥開度變化等；3）燃料量的干擾。包括燃料熱值、燃料壓力、含水量等。4）汽包壓力變化。通過汽包內(nèi)部汽水系統(tǒng)在壓力升高時(shí)的“自凝結(jié)”和壓力降低時(shí)的“自蒸發(fā)”影響水位。  根據(jù)經(jīng)典的控制理論得知:單沖量和雙沖量控制系統(tǒng)都不能很好的滿足汽包水位的控制目標(biāo)。雙沖量控制系統(tǒng)主要的弱點(diǎn)，一是控制閥的工作特性要做到靜態(tài)補(bǔ)償比較困難;二是對于給水系統(tǒng)的干擾不能克服。為此，將給水流量信號(hào)引入，構(gòu)成三沖量控制系統(tǒng)。  3.3 鍋爐熱負(fù)荷的調(diào)整  鍋爐燃燒過程中，工況會(huì)時(shí)時(shí)發(fā)生變化，因此根據(jù)所需總熱量的變化，適當(dāng)調(diào)整燃?xì)夂涂諝膺M(jìn)氣量，可以使鍋爐更經(jīng)濟(jì)有效地運(yùn)行]。空/燃?xì)獗壤{(diào)節(jié)閥安放在燃?xì)鈧?cè)，所以燃?xì)馐潜粍?dòng)調(diào)節(jié)，空氣就是主動(dòng)調(diào)節(jié)。  在調(diào)整燃?xì)饬繒r(shí)，要使燃?xì)饬靠焖贉?zhǔn)確地調(diào)整到設(shè)定值，必須選擇合適的控制算法。控制算法的選擇對鍋爐有非常大的影響。工業(yè)鍋爐是一個(gè)典型的多輸入、多輸出、多變量互相耦合的復(fù)雜非線性被控對象。對于鍋爐燃燒過程，其具有時(shí)變性和不確定性，而鍋爐換熱過程是大延時(shí)、純滯后過程，因此，很難建立既有足夠精度又便于系統(tǒng)控制的數(shù)學(xué)模型。鑒于鍋爐燃燒過程的復(fù)雜性和控制難點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)既提高鍋爐的熱效率，又滿足用戶負(fù)荷要求，并保證運(yùn)行安全，其控制算法與決策的參考因素必須是多元的，控制算法應(yīng)根據(jù)多個(gè)工藝參量的現(xiàn)行值和歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合分析、推理和計(jì)算。  3.4 燃?xì)忮仩t燃燒過程中煙氣氧含量閉環(huán)控制  燃?xì)忮仩t燃燒控制中加入了煙道氣氧含量的一個(gè)控制回路。這是一個(gè)以煙道中氧含量為控制目標(biāo)的燃燒流量與空氣流量的變比值控制系統(tǒng)，也稱煙氣氧含量的閉環(huán)控制系統(tǒng)。這一控制系統(tǒng)可以保證鍋爐最經(jīng)濟(jì)燃燒。在整個(gè)生產(chǎn)過程中保證最經(jīng)濟(jì)的燃燒，必須使得燃料和空氣流量保證最優(yōu)比值。在保證了燃料和空氣的比值關(guān)系，但并不能保證燃料的完全燃燒控制。因?yàn)?，其一，在不同的?fù)荷下，兩流量的最優(yōu)比值不同;其二，燃料的成分(如含水量、甲烷等)有可能會(huì)變化;其三，流量測量的不準(zhǔn)確。這些因素都會(huì)不同程度地影響到燃料的不完全燃燒或空氣的過量，造成鍋爐的熱效應(yīng)下降，這就是燃燒流量和空氣流量定比值的缺點(diǎn)。為了改善這一情況，最簡單的方法是有一個(gè)指標(biāo)來閉環(huán)修整兩流量的比值。目前，最常用的是煙氣中的含氧量。  3.5 蒸汽過熱系統(tǒng)的控制  蒸汽過熱系統(tǒng)包括一級過熱器、減溫器、二級過熱器。蒸汽過熱系統(tǒng)自動(dòng)控制的任務(wù)是使過熱器出口溫度維持在允許范圍內(nèi)，并且保護(hù)過熱器使管壁溫度不超過允許的工作溫度。  過熱氣溫是鍋爐汽水通道中溫度最高的地方。過熱器正常運(yùn)行時(shí)的溫度一般接近材料所允許的最高溫度。如果過熱蒸汽溫度過高，則過熱器容易損壞，也會(huì)  使汽輪機(jī)內(nèi)部引起過度熱膨脹，嚴(yán)重影響運(yùn)行安全。若過熱蒸汽溫度過低，則設(shè)備的效率降低，同時(shí)使通過汽輪機(jī)最后幾級的蒸汽濕度增加，引起頁片磨損。因此對過熱器出口蒸汽溫度應(yīng)加以控制，使它不超出規(guī)定范圍。  影響過熱器出口溫度的因素有很多，例如蒸汽流量、燃燒工況、引入過熱器的蒸汽熱焙(減溫水量)、流經(jīng)過熱器的煙氣溫度和流速等。在各種擾動(dòng)下，過熱器出口溫度的各個(gè)動(dòng)態(tài)特性都有較大的時(shí)滯和慣性，因此選擇合適的操縱變量和合理的控制方案對于控制系統(tǒng)滿足工藝要求是十分必要。目前廣泛選用減溫水流量作為操縱變量，過熱器出口溫度作為被控變量，組成單回路控制系統(tǒng)。但是控制通道的時(shí)滯和時(shí)間常數(shù)都較大，此單回路控制系統(tǒng)往往不能滿足要求。因此可以引入減溫器出口溫度為副被控變量，組成串級控制系統(tǒng)，  結(jié)語  燃?xì)忮仩t采用的是清潔的能源，對保護(hù)大氣環(huán)境，減少污染物的排放和保護(hù)人們的身體健康有著重要的意義。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，對燃?xì)忮仩t的需求也將會(huì)進(jìn)入快速增長的階段。燃?xì)忮仩t在運(yùn)行控制上的不斷創(chuàng)新和進(jìn)步也必將其自身的發(fā)展。  參考文獻(xiàn)：  [1] 劉福仁. 燃?xì)夤┡仩t的經(jīng)濟(jì)與安全. 北京市計(jì)劃勞動(dòng)管理干部學(xué)院學(xué)報(bào). 2004，12(2)  [2] 秦家偉，沈國民.熱水鍋爐供暖的智能控制技術(shù).建筑熱能通風(fēng)空調(diào).2001，（6）  [3] 馬文妹，自鳳臣.燃油燃?xì)忮仩t市場發(fā)展預(yù)測.電站系統(tǒng)鍋爐.2000，16(4)  注：文章內(nèi)所有公式及圖表請用pdf形式查看。