和隆BCS 优化在锅炉变频系统中的应用

周春兰 朱强 张景慧

（ 烟台巨力精细化工股份有限公司 山东烟台 265202）

引言

BCS 是“通用燃烧优化控制技术”的英文缩写。BCS 是基于先进的、高可靠性的DCS 系统或高端PLC产品及国际通用的OPC 标准通讯协议，立足于各种燃烧器最基本的测控仪表，采用先进的软测量技术、过程优化控制技术与大系统协调优化技术、安全控制技术、先进的软件接口技术及科学的运行数据挖掘、处理与统计技术来实现燃烧器及多燃烧器系统的全自动协调优化控制，从而达到其安全运行、稳定运行和经济运行的所有目标;下图为BCS 技术与各种燃烧器的关系图：

BCS 是集科学性、通用性、先进性、实用性、安全性与经济性于一身的燃烧优化控制技术。

一、锅炉优化目标

1. 在保证当前负荷和当前的风煤配比下寻找最少的煤量。2. 在当前负荷下寻找最佳一次风和二次风风量，使进入炉中燃煤的燃烧效率最大。

二、BCS 技术的理论根据

BCS 技术立足于各种燃烧器现有的工艺、设备、操作条件下，通过实施优化控制来使其燃烧效率η 最大。其理论根据：

能量平衡与热量平衡

固体燃料的热平衡方程式如下：

其中：

Qr：1kg 燃料带入锅炉的热量（KJ/kg）；

Q1：锅炉有效利用热量（KJ/kg）；

Q2：排出烟气所带走的热量（KJ/kg）；

Q3：气体不完全燃烧热损失（KJ/kg）；

Q4：固体不完全燃烧热损失（KJ/kg）；

Q5：锅炉的散热损失（KJ/kg）；

Q6：灰渣带走的物理热量（KJ/kg）。

如果想使锅炉燃烧效率最大，我们必须让Q2、Q3、Q4、Q5、Q6 五项损失最小，而Q2、Q3、Q4 三项占了锅炉损失的绝大部分份额并与燃烧效果有着密不可分的因果关系。很显然如果空气过量会造成Q2 增大，空气欠量会使Q3+Q4 增大。

因此我们的工作重点是：通过实施燃烧优化策略来实现--Q2+Q3+Q4——>min

三、BCS 优化模块设计说明

1. BCS 的燃烧优化算法模块的外部特性描述如下图:

优化模块中的三个初始化参数TOP（优化计算周期）、SOP（优化步长）和EOP（优化精度）是决定优化模块能否正常工作、能否达到最理想优化效果的关键。不同的炉型、不同的燃料、不同的规模，这三个数据的大小会有所不同，正常投运后他们一般就固定了，这三个参数决定了优化的速度、精度和系统的稳定性。“过程输入变量”指的是进入循环流化床锅炉的煤、水、风、电等物料、能量的测控参数；“过程内循环变量”指的是炉膛、汽包、返料系统等过程内的测控参数；“过程输出变量”指的是锅炉系统的各种输出物料如蒸汽、废气、灰渣等的测控参数。不同的燃烧器这三类过程测控参数的多少、种类都不是固定的，也可以不是准确的，只要控制变量与测量变量能正确相关即可。本模型最大的一个特点就是它可以根据工况的趋势决定操作的趋势，所以本模型用于没有空气、燃料测量的其他锅炉上如链条炉等可同样使其燃烧状态达到最好也就不难理解了。模型的输出“优化煤量增量”、“优化风量增量”是每一个TOP 结束后都比前一个周期增加或减少了一个SOP，它是在每一个周期都对燃烧系统施加的一个影响，代表向最大点前进的一步。每次优化结束后，优化增量便进行整理—改变相应控制回路的控制点后清零；“最优空燃比”则是优化结束后而滚动优化运行下去的最优结果，直至工况有了大的改变使燃烧偏移了最佳点且超过允许的偏移量EOP。

2. DCS 与和隆优化控制系统以及和隆优化远程服务支持系统之间的关系图：

3. 通讯技术

BCS 系统的通讯共包含两部分：一是BCS 系统与DCS 系统间的通讯，采用国际标准的OPC 通讯协议，完成两系统间的双向数据交换；二是BCS 系统与我公司远程服务系统（HeroRTS）间的通讯，基于3G 网络和DTU设备，采用虚拟VPN 数据传输技术，完成我公司对优化控制系统的实时远程服务功能如图：

注：每台优化站只控制一台锅炉（优化站包含一套BCS 优化控制软件及相应的硬件平台及其它设施等）请特别注意以下几点：

（1）原DCS 系统具有稳定可靠的OPC 双向通讯功能。

（2）必须保证锅炉基本测量仪表的有效性 ——尽管BCS 技术不要求仪表绝对精确，但其趋势必须正确。

（3）一次风机、二次风机和引风机能力要足够。如果锅炉燃烧系统采用的是挡板控制，则当锅炉运行在额定负荷下其开度要小于70%。如果是变频器则可以到90%。在有些场合，如果二次风能力已达上限，也可以只通过优化一次风来达到经济运行。

（4）变频器控制的精度应优于1%，挡板控制的精度应尽可能优于2%。

三、运行效果

此系统已运行3 年，和隆BCS 变频优化系统成功应用于我公司锅炉ABB-DCS 自控系统中，效果显著，操作人员可根据经验设定一组某负荷下的煤量、一次风量、二次风量、氧量、床温、炉膛负压等运行参数，它们可以是不准确的，无论仪表的精度有多差，其零点漂移有多严重，只要启动了燃烧优化模型，它都会在最短的时间里把煤量、风量、氧含量、风煤比等参数调整到最优。另外，对于经验特别丰富的操作人员，可以在全自动模式下的人工优化功能，该功能可把好的人工经验有效地施加到系统中。

四、结束语

非常灵活的BCS 优化手段，保证了各种工况下的全自动优化燃烧，使常规方案、优化方案和人的有益经验非常协调地统一到一起，从而既能让燃烧达到最好的效果，又同时具有很强的抗干扰能力；明显降低工人的劳动强度；节约了原材物料，即保证了锅炉生产系统安全、稳定、可靠、连续运行，又实现了公司经济效益最大化。

[1]茅建波,王磊,陈勤根.燃烧优化闭环控制系统在燃煤电厂的应用[A]. 2008 中国可持续发展论坛论文集（3）[C]. 2008

[2]吴剑恒,陈文强,高瑞峰,于现军.燃烧优化控制技术在循环流化床锅炉上的应用与效果[J]. 工业锅炉. 2010(01)