锅炉燃烧风/煤(燃)比自寻优控制

文章来源: 作者: 发布时间:2009年10月12日 点击数:

1.技术概述

1.1性能指标

1.1.1 提高系统的可靠性

传统的燃烧控制方式均采用炉膛出口处安装氧化锆传感器测量烟气中的含氧量来实现风煤比的控制,以获得最佳燃烧。其可靠性差,一方面,烟气含氧量是根据经验人为设定的,而煤的燃烧是一个非常复杂的过程,受炉膛结构、煤的粒度、煤的含碳量、煤的含水量等诸多因素影响;另一方面,炉膛漏风对烟气含氧量影响较大,故其可靠性差。

1.1.2提高系统的稳定性

传统的燃烧控制方法均采用炉膛出口处安装氧化锆传感器测量烟气中的含氧量来实现风煤比的控制,以获得最佳燃烧,氧化锆一般安装在炉膛烟气出口处,温度高,易氧化,测量误差大,故稳定性差。

1.1.3实现全自动化控制

实现锅炉控制系统100%的自动投入率,即实现100%的自动控制。

1.1.4有利于环保

锅炉燃烧风/煤(燃)比自寻优控制,使煤在炉内燃烧处于最佳工作点,即风煤比为最佳,大大减少机械与化学不完全燃烧损失,煤在炉内基本上能实现完全燃烧,减少了烟囱冒黑烟对大气和周围环境的烟尘污染,从而解决了当前锅炉使用单位日益迫切的环保压力问题。

1.1.5.降低系统运行成本

锅炉燃烧风/煤(燃)比自寻优控制不需要氧化锆传感器,氧化锆传感器价格昂贵(国产的需5000-8000/个,进口的需要几万元),易于烧坏,需经常更换,属消耗品,运行成本高。

1.1.6实现节能降耗

锅炉燃烧风/煤(燃)比自寻优控制,可提高锅炉燃烧效率,节煤率一般可达5%-8%

1.2技术(或产品)特点

1.2.1主要测量量

1)      给煤量的测量

对小型锅炉,在给煤煤层高度固定时,一般用给煤机的转速来表示;如系统有给煤量皮带秤,用给煤量皮带秤的信号来表示;对燃油或燃气锅炉,用对应的流量计信号来表示。

2)      热量信号的测量

需要测量省煤器的进水温度、锅炉出水温度以及锅炉的水流量,根据以上几个测量值,即可计算出锅炉的即时热量变化值。

3)      风压的测量

由压力传感器采集炉膛压力,其控制参数是炉膛压力,保证炉膛压力略低于大气压力。

1.2.2硬件特点

锅炉燃烧风/煤(燃气)比自寻优控制采用了DCS集散控制系统来实现,硬件具有如下功能:

    1)上位机的冗余(双机热备)功能,IO现场通讯总线冗余,是全面冗余设计的系统,确保用户设备安全可靠连续运行;

2)所有的部件都可在线更换;

3)可根据客户要求选择控制器和上位机的冗余功能。

1.2.3.软件特点

锅炉燃烧风/煤(燃气)比自寻优控制采用了DCS集散控制系统来实现,软件具有如下功能:

1)有图形化、模块化的可视编程方法;

2)可实现回路调节、逻辑控制、 顺序控制 、数据采集和管理、 先进控制、MMI画面、历史记录、报表生成、用户管理等功能;

3)有高级编程语言接口,可实现用户自定义的控制,实现各种高级控制;

4)具有水(或蒸汽)热力计算所需要的功能块;

5)有查表式模糊控制器;

6MMI提供丰富的组态调试工具,包括数据库生成工具,流程图生成工具,CSM组态调试工具,MMI提供趋势、报警记录、自检等功能;

7)采用成熟的复杂回路智能控制策略: 规则模型加差量控制。

该软件系统可采用规则模型加差量控制,规则模型加差量控制的重点在控制对象的规则模型的建立,规则模型的建立主要应由过程控制专家或系统的设计人员来提供,或由控制对象的历史运行数据分析得来,比如锅炉的减温水流量与锅炉负荷的函数关系应由锅炉的性能设计人员来提供。

规则模型加差量控制中的差量(设定值与测量值之差)控制,主要用于在系统运行时在线调整规则模型内的参数(调整哪些参数由过程控制专家或系统的设计人员定),使规则模型更接近真实系统。

差量控制方法的选择:对大滞后系统用模糊控制法,一般系统可采用常规PID方法。

规则模型加差量控制方法可用于多输入多输出复杂系统。

规则模型加差量控制的特点:有自学习功能(对被调整参数的记忆),对操作人员的经验依赖性不强,控制精度高,响应快,抗干扰能力强。

2 适用范围和应用条件

1)  对于大中型工业锅炉房,由于基本上都已经采用了PLC或类似的自控系统,鼓、引风机及链条炉排实现了变频控制,因此实现锅炉燃烧风/煤(燃气)比自寻优控制比较容易实现。

2)  对于中小型燃煤锅炉房,由于自控水平比较低,在进行锅炉的自动控制系统改造工程的同时,实现锅炉燃烧风/煤(燃气)比自寻优控制系统,达到节能增效节能减排的目标。

2 发展现状及水平

2.1 锅炉自控现状及水平

传统的锅炉送风调节系统采用直接保持燃料量与送风量成比例关系的比值调节方式,简单易行,但不具备判断实际风/煤比是否合理的能力,更不能对其进行动态修正,加之国产中小型电站锅炉煤种多样,成分不稳定,直接影响锅炉燃烧状况,所以保持燃料量与送风量为固定比例的送风调节方式并不能始终确保锅炉燃烧过程的最佳经济性。利用锅炉的燃烧效率与烟气含氧量或过量空气系数的关系,在传统比值控制方式下对送风调节回路增加氧量反馈校正环节是实现锅炉高效燃烧的一种重要方法。然而,当负荷大幅变化或煤种改变或对于不同炉型,合适的过剩空气率有很大变化;同时由于氧气测量波动特性大,不利于反馈控制,且非配比空气漏入烟道引起误差,故很难获得较为精确的实际过剩空气率,可见基于烟气氧量较正的控制方法也不能从根本上解决提高燃烧效率的问题。所以风/煤比在线自寻优控制就显得更加必要,且优势明显。

3 应用情况

从目前使用情况看,该控制系统已在众多大型电站、工业锅炉中使用,以替代原有利用测量烟气含氧量的过量空气系数法,从使用情况看,效果不错,节能、节约及环保效益明显。

1)燃烧控制不需要氧化锆传感器

传统的燃烧控制方法均采用炉膛出口处安装氧化锆传感器测量烟气中的含氧量来实现风煤比的控制,以获得最佳燃烧。但氧化锆价格昂贵,易于烧坏,不但造成运行成本增加,而且控制的可靠性和稳定性差。采用燃烧风/煤比自寻优控制系统,可确保燃烧处于最佳状态,不但降低了运行成本,而且大大提高了控制系统的稳定性和可靠性。

2)节能效果显著、改善环保条件

采用燃烧风/煤比自寻优控制系统,由于煤在炉内燃烧处于最佳工作点(也就是风煤比为最佳),不但能减少机械与化学不完全燃烧损失,而且也减少了排烟损失,比人工司炉热效率提高1-3%,节约煤5%-8%,有利于节能增效;由于燃烧处于最佳风煤比,煤在炉内实现完全燃烧,大大减少了烟囱排烟中的含碳量,减少了烟囱冒出黑烟对大气和周围环境的烟尘污染。解决了当前锅炉使用单位日益迫切的环保压力问题。

3)可实现煤种发热量的在线测定

本系统在煤进入炉内燃烧时,能在线检测和显示煤种的低位发热量值。改变了过去抽样测试,不能成批定量检测煤种的低位发热量的值的弊病。这不但有利于炉内燃烧的控制,为煤种采购提供可靠的现场数据,为优劣煤种掺烧配比的合理性提供现场实时数据指导,而且有利于厂方对煤质的管理,通过对煤的采购的控制,达到降低生产成本的目的。

4经济效益分析

采用锅炉燃烧风/煤(燃气)自寻优控制系统后,因锅炉燃料基本上在最优的情况下实现燃烧,因此可以有效降低机械不完全燃烧损失和化学不完全燃烧损失,根据统计结果表明,可以提高锅炉热效率3%左右,节约燃煤量5%左右。

因此燃煤锅炉的节约如下(以燃烧4500大卡/千克的原煤,按锅炉燃煤节约率5%,每年运行300天,煤价以480/吨计算):

一台10t/h锅炉,每年可减少燃煤约500吨,可节约燃料费用约24万元;

一台35t/h锅炉,每年可节约原煤1500多吨,可节约燃料费用约72万多元;

一台75t/h的锅炉,每年可节省原煤3100吨,可节约燃料费用约150万元。

总之,锅炉吨位越大,锅炉运行处在部分负荷时,在采用风/煤比自寻优等自动控制系统后,节煤效果就越显著。

5技术发展前景

据统计,我国到目前为止,共有各类锅炉约5060万台,其中约80%左右为燃煤锅炉。除占比例很少的大中型锅炉房采用了先进的自动控制和管理措施,因而锅炉效率较高外,其余有相当部分的锅炉还只停留在机械运行的水平上,锅炉效率低下,污染物排放超标严重。由于我国近年来安装的燃油燃气锅炉的燃烧器基本上都是引进的技术和产品,辅机、控制系统和燃烧器也比较匹配,锅炉整体效率比较高,因此数量庞大的燃煤锅炉最具潜力,推广应用锅炉燃烧风/煤比自寻优控制技术不仅可以提高现有锅炉的自控水平和锅炉效率,还能为企业节约大量燃煤,并降低污染物的排放,符合国家节能降耗、节能减排的政策,具有显著的经济效益和社会效益。

我国中小燃煤锅炉房数量众多,锅炉的型号、规格多,燃煤的种类多且差异大,各种锅炉房的操作和管理水平相差巨大,因此开发出适应我国当前情况下的锅炉房自控的硬件和软件是发展的趋势,该类产品须性能可靠、功能齐全、价格合理。