燃烧优化控制系统在电厂中的应用

束 军，龚伟山，赵 华，章雁平

（马钢能环部，安徽马鞍山 243000）

引言

现代钢铁企业在冶炼过程中，会产生大量富余的高炉、转炉及焦炉煤气。为充分利用这部分能源，避免煤气被迫放散，造成煤气资源浪费，各钢铁企业根据自身特点建立能源调度中心、高转焦煤气柜和电厂等。煤气柜中的大量煤气可以通过管道输送到电厂里消耗，进行发电，给钢铁厂带来部分经济效益，同时，解决钢铁厂里面的自身用电损耗，对富余煤气的利用率提高，降低不必要放散浪费，为钢铁厂的持续发展起到良好作用。

以马钢电厂60 MW 机组是高转焦煤气混合燃烧的单元制机组为例，采用人工根据各参数的变化手动的调节控制。燃烧控制系统的难以稳定运行大多数情况是因煤气流量的时常变化导致的，通过对智能优化控制系统以锅炉主控的煤气量为对象进行优化及试验，验证了引入智能优化控制系统对锅炉参数的自动调节具有更好的准确性和稳定性。

1 智能优化控制的思想以及未来发展

多数电厂生产依然采用人工手动的控制方式，人工通过观察被控对象的反馈参数，在人脑中进行思考过后，决策需不需要进行手动调整输入的过程，以此来达到生产过程稳定运行的目的。其中，对一些刚开始学习手动调节的人来说，由于经验的不足，对被控对象不停的调整，导致被控对象参数忽上忽下的大幅度变化，关系着整个的生产的稳定性和安全性，极大降低设备运行的效率，同时，参数的大幅度变化对设备的损耗是巨大的，直接影响设备的使用寿命。智能优化控制系统使用带有控制算法的控制器，间接的代替人脑的想法，实现对被控对象的实际值与设定值的偏差综合比较，控制器得出一个精确的输出信号，相当于人工平时的经验调整，传递给各种执行机构去作用，提高被控参数的平稳性。

智能优化控制系统是将PLC 控制器与组态软件相结合，其中PLC 控制器都结合现场的实际情况，应用多种改进的控制算法［1］，实现对燃气锅炉燃烧过程的自动控制，以提高锅炉的热效率，降低人工的劳动强度，促进钢铁厂的信息化建设。

智能优化控制系统的主要功能是根据主汽压力的变化趋势，通过PLC 控制器内部的控制算法自动调节高转焦煤气的流量、主汽温度、炉膛负压和汽包水位等，确保在各种工况下安全稳定运行。如图1所示。

图1 智能优化控制系统流程

智能优化控制系统把锅炉作为一个整体来进行控制，克服内外扰动所造成的参数波动，同时根据高转焦煤气的变化情况，快速调节锅炉之间的能量平衡，保证主汽压力、主汽温度的平稳，使整个单元机组处于安全、稳定、快速响应的运行状态。

2 智能优化控制系统介绍以及实际应用

2.1 智能优化控制系统优化原理

智能优化控制系统采用先进的控制理论，解耦、软伺服、过程对象预测和智能调节等技术［2］，原理是在兼顾设备运行状态和控制质量的前提下，通过对各种运行参数的变化趋势做出预判，实现对高转焦煤气流量、主汽温度、炉膛负压、炉膛内部氧含量和汽包水位等进行平衡，及时、高效地进行实时调节以此来稳定锅炉的负荷［3］。同时，锅炉燃烧时煤气和空气自动配比优化控制，使煤气充分燃烧达到最佳状态，降低烟气中一氧化碳的含量，从而减少对大气的碳排放。

智能控制系统使用的领域越发广泛，比如汽机的ETS、锅炉的MFT 和化工的ESD 等等，极大程度上降低了一线操作员工的实际工作量，不断优化企业的生产模式［4］。

2.2 智能优化控制系统现场应用的可行性

智能优化控制系统主要与原控制系统OPC/MODBUS 通讯方式连接起来实现数据传输，通过智能优化程序内部运行实现燃气锅炉优化控制技术［5］。高转焦煤气流量受钢厂冶炼环节影响较大，且燃气锅炉人工控制操作强度大，控制效果受人工经验影响。

该系统采用OPC 协议与科远DCS 系统进行通讯联接，利用现场的在线监测仪表及控制阀门，读取所需的运行数据并通过智能控制系统调节相关参数，保证DCS 系统的所有功能，并设计双机无扰切换和一键切换功能，以保证两套系统之间可以自由相互切换，当智能控制系统发生故障时自动无扰切换回DCS 系统控制，确保不影响用户原控制系统的正常操作。

智能优化控制系统在工业领域运用广泛，例如转动设备在线监测系统，通过现场转动设备振动数据上传分析智能诊断故障原因；智慧电厂管控系统，将生产运行数据通过OPC 协议联接至智慧管控平台，实现运程办公。

3 智能优化控制系统优化效果

为了验证智能优化控制系统的性能，以马钢60 MW 机组作为实验对象，通过智能优化控制系统的调节，记录锅炉各回路的趋势变化见图2、3、4 所示。图中虚线左侧为手动控制，右侧为自动控制。

图2 水位控制效果图

通过虚线左右两边手自动趋势图对比发现，投入自动控制后的锅炉汽包水位、主汽温度和氧量曲线有明显的改善，智能优化控制系统的引入方案合理可行，智能优化控制系统既有良好的优化能力，又能保证各回路参数的稳定。

4 智能优化系统的意义

根据马钢电厂燃煤气锅炉改造工程实例，通过对锅炉燃烧系统进行有优化改造，使电厂锅炉主参数具有更高的调节性能，降低了锅炉由于厂区燃气流量时常变化而对机组运行产生的影响。充分对煤气进行燃烧，减少环境污染的同时又节省能源，降低能耗，保证供热蒸汽的供应。智能优化控制系统不仅能够实现人力资源的优化，也能够避免人工操作可能产生的偏差，这对于人力成本的节约和工作效率的提升具有重要的意义。

图3 主汽温度控制效果图

图4 氧量控制效果图