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宣钢全燃气锅炉燃烧优化控制的创新与实践 摘要：煤气综合单耗是锅炉的一项重要技术指标，降低煤气使用量，提高机组热效率是一项重要的研究课题。本文分析了宣钢6#、7#、8#全燃气锅炉运行现状，通过BCS系统的应用，自动化地控制燃气锅炉，最终降低锅炉的能耗。 关键词：BCS，空燃比优化，控制回路优化 宣钢6#、7#、8#全燃气锅炉担负着为汽轮鼓风机和汽轮发电机提供动力蒸汽的任务。目前6#、7#、8#全燃气锅炉在燃烧过程中基本上都是手动操作，操作过程中会产生调节不及时，控制精度不高，配风不合理，各类消耗高，蒸汽温度及压力控制不稳定等问题。为合理配置资源，降低机组单耗，提高经济效益，决定对6#、7#、8#全燃气锅炉进行自动燃烧改造优化[1]。 1　现状分析 6#、7#、8#燃气锅炉控制系统除了给水回路实现了自动化外，其他各项回路都是手动操作控制的。在生产过程中，经常会出现气量不足、压力波动大、热值变化快等不同工况。由于是手动操作控制，运行参数无法随着工况的变化进行及时调整，进而使得锅炉运行效率低下，能耗居高不下。 现有控制技术缺点如下：（1）水位/主汽温度无法实现精准控制。（2）炉膛压力控制两台风机分开控制，在负荷变化较大时，需要手动干预，而且另一回路需要根据经验设定好，对于操作经验不足的操作工，是有一定难度的[2]。 2　优化控制的思路 （1）BCS优化控制系统技术原理。BCS作为最基本的测控仪表，它是相关燃烧装置的连接点，通过集合安全控制、软件测量、软件接口、数据统计等多项先进技术，实现各种燃烧装置高效地配合，从而使得设备运行更加安全稳定、经济性高。 （2）燃烧现象与燃烧效率模型。燃烧作为物质转变成能量的重要方式，其效率直接影响着经济效益，而燃烧效率高低的重要影响因素就是其空气量，具体如下图所示。 图1　空气量与燃烧效率的关系 （3）BCS技术的理论依据。BCS技术的理论依据是通过优化各种燃烧装置的操作、工艺，实现燃烧效率η最大化。具体热平衡方程式如下：Qr=Q1+Q2+Q3+Q5 燃烧效率η（%）=（Qr-Q3）/Qr； 热效率ηf（%）=100-（Q2+Q3+Q5）%。 其中：Qr—1m3煤气带入燃烧装置的热量（KJ/m3）；Q1—燃烧装置有效利用热量（KJ/m3）；Q2—排出烟气所带走的热量（KJ/m3）；Q3—气体不完全燃烧热损失（KJ/m3）；Q5—燃烧装置的散热损失（KJ/m3）；一般视为常数[1]。 通过上述公式可知，要提升燃烧效率，就要实施燃烧优化。 3　优化控制措施的实施 （1）优化燃烧控制系统。通过燃烧控制和BCS算法的优化模块，实现燃气锅炉优化燃烧控制，并利用空燃比优化控制器和先进的智能软伺服系统接口技术，使燃气锅炉达到最优空燃比。 优化模块有三个初始化参数：EOP、SOP、TOP。这三个参数控制着优化的精度、速度和稳定性，优化风量增量和最合适风燃比是该优化模型的两个输出，输出的结果使得系统能保持动态平衡。 图2　BCS燃烧优化技术模块示意图 图3　燃气锅炉优化燃烧控制示意图 在煤气压力波动较大时，目前的控制回路无法精确稳定地控制空气、煤气流量。而实现空气量和煤气量比例的合理调整，可以有效地抵抗外界干扰，促进燃气锅炉高效运行[2]。 最佳空燃比是通过空燃比优化控制器的小幅度多频次改变空燃比，监控燃气锅炉运行情况，直至最佳。 （2）优化汽包水位控制回路。汽包水位优化控制原理为：通过汽包液位和汽水偏差的串联作用，调节给水阀门开度，从而实现汽包水位的优化调节。汽包液位设定器、汽包液位调节器、汽水偏差调节器是汽包水位控制回路里的三个重要器件，目标汽包液位会通过汽包液位设定器来确定，并将实际汽包液位和目标汽包液位值的差值，输入给汽包液位调节器，汽包液位调节器根据差值生成汽水偏差补偿值。汽水偏差调节器根据实际汽水偏差与目标汽水偏差的差值，控制主/旁路给水阀的开度。 图4　汽包水位控制回路示意图 汽包水位坏值处理，解决测量信号突然出现问题的情况发生。并且在常规的汽包水位三冲量控制的基础上增加了负荷一水位模型和水位扰动观测模型，使得水位控制点在合理范围内浮动。根据锅炉负荷的情况改变目标汽包水位，实现负荷大小与汽包蒸汽容积大小同步浮动，而结合汽包水位的变化趋势、幅度等，水位扰动观测器模型输出给水调整量，增强水位的稳定性。 （3）优化主汽温度控制回路。主汽温度优化控制的核心部件为主汽温度设定器和调节器。主汽温度设定器设定目标主汽温度值，主汽温度调节器根据实际主汽温度值与目标主汽温度值的差值，并结合气温智能控制补偿值，调整减温水阀的开度。 主汽温度的变化趋势是扰动观测模型的输入，通过调整减温水，从而增强主汽温度的精度和稳定性。燃气锅炉燃烧运行强度的变化是高过温度前馈算法的输入，燃烧运行强度的变化使得烟温变化，从而引起主汽温度变化。 图