热电厂燃煤锅炉炉内燃烧温度模糊控制技术研究

李 越

（济南能源工程集团有限公司，山东济南 250000）

引言

近年来，电力资源的需求无论是在规模上，还是在质量上，均呈现出了稳定上升的趋势。针对此情况，对热电厂的发电效率进行有效控制成为了关系到诸多领域的重要研究内容之一。其中，燃煤锅炉炉内燃烧温度的控制就是非常重要的环节之一，对于热电厂燃煤锅炉管理而言，温度也是有效控制煤炭资源利用率的一个重要的物理参数。在某种程度上，煤炭的电能转化率受到温度的显著影响。在此基础上，对现阶段的燃煤锅炉炉内燃烧温度控制情况进行分析可以发现，其存在的最明显的不足就是稳定性偏低，针对炉内不同区域温度的控制缺乏针对性。

结合上述的分析，本文提出热电厂燃煤锅炉炉内燃烧温度模糊控制技术研究，并以实际的热电厂燃煤锅炉为基础，通过对比测试的方式分析了设计控制技术的实际应用价值。借助本文的设计与研究，希望能够为电力工业的发展提供助力，在节约能源的基础上，最大限度提高电能的产出率。

1 热电厂燃煤锅炉炉内燃烧温度模糊控制技术设计

1.1 燃煤锅炉炉膛出口烟温热力计算

热电厂燃煤锅炉炉内燃烧温度的控制，首先要保障燃烧区温度不低于设置温度阈值的上限，避免出现煤炭资源燃烧不完全的情况。其次要保障燃烧区温度不高于设置温度阈值的上限，避免出现煤炭资源过度燃烧，热能输出过于集中，能量转化装置无法实现对其的完整转化。最后，要控制燃尽区的稳定不高于设置温度阈值的上限，以此确保对于热能的有效利用率能够达到较高水平。

结合上述，本文首先对燃煤锅炉炉膛出口烟温热力计算，以此判断炉内不同区域温度状态。其中，在具体的执行过程中，本文以屏式过热器与烟气传热的规律为基础，反推炉膛出口烟温热力，炉膛出口烟温的热力计算方式可以表示为

其中，Q表示燃煤锅炉炉膛出口烟气温度参数，T表示燃煤锅炉的理论燃烧温度参数，M表示燃煤锅炉炉膛火焰中心位置系数，A表示燃煤锅炉炉膛的黑度参数，λ表示燃煤的平均热有效系数，f表示燃煤锅炉炉墙的总面积参数，K表示煤炭燃料的消耗量，q表示单位煤炭燃料带入炉内的热量，b 表示散热量。

通过上述公式获取燃煤锅炉炉膛出口烟温热力数据，为后续的燃煤锅炉炉内燃烧温度的控制提供执行基础。

1.2 燃煤锅炉炉内燃烧温度模糊控制

以1.1 部分对燃煤锅炉炉膛出口烟温的热力计算结果为基础，本文在对炉内燃烧温度进行控制时，将炉膛出口烟温的热力计算数据作为模糊控制的反馈数据，并且充分考虑了不同区域的温度控制要求，引入模糊控制实现燃煤锅炉炉内燃烧温度控制。温度模糊控制方式如图1所示。

图1 燃煤锅炉炉内燃烧温度模糊控制方式

按照图1 所示的方式，利用模糊器对炉内区域、以及单位升温效率和降温效率进行模糊化处理，通过这样的方式避免统一控制下的温度一体化问题。在此基础上，利用模糊器对燃烧器的控温装置进行控制，在此阶段，燃烧器也将其状态参数反馈至模糊器，以此校验燃煤锅炉炉内燃烧温度，进行循环控制，保障温度稳定在目标区间范围内。同时，在燃烧器反馈的同时，以1.1 章节获取的Q作为第二个反馈信息，模糊控制器综合考虑燃烧器反馈的信息和炉膛出口烟温反馈的信息，调整煤锅炉炉内燃烧温度，使其热电厂燃煤锅炉炉内燃烧温度控制更加准确。

2 应用测试与分析

2.1 测试环境

在分析本文设计电厂燃煤锅炉炉内燃烧温度模糊控制技术实际应用效果的过程中，本文开展了对比测试，以此更加客观地对设计技术作出评价。对于测试环境的设置，本文以HG-2042/28.25-HM 型超超临界锅炉设备作为具体的测试对象。表1 为HG-2042/28.25-HM锅炉设备的具体参数配置信息。

在具体的运行过程中，分别在四角布置煤粉燃烧器，对应的类型主要包括两种，分别为切向燃烧和摆动式燃烧器。在此基础上，为了实现有效控制炉内温度，6 层煤粉喷嘴按照由下至上的方式分布在燃烧器一侧，并间隔布置了二次风和一次风，使得锅炉能够以四角切圆燃烧的形式运行。在锅炉运行时，采用水温自控，变频加热的方式，锅炉的智能控制系统根据温度自动调整引风机的速度，结合实际运行要求实现封火，燃烧的状态调整。不仅如此，借助双层炉排设计，HG-2042/28.25-HM 锅炉设备最大限度保证煤充分燃烧不浪费，燃烧率在95%以上。燃烧室与换热室分离，延长燃烧的运行时间，保证换热率在82%以上。配置的超大储煤仓，每天加煤次数为2次。在锅炉的保温设计方面，采用了轮船及汽车钢板烤漆，结合重力除尘与水除尘方式，使得锅炉得到科学环保运行效果。

在此基础上，对测试锅炉开展温度控制，其中，对照组分别采用文献［1］和文献［2］提出的炉内燃烧温度控制技术。

2.2 测试结果与分析

在上述测试环境的基础上，对比分析了不同控制技术下，测试HG-2042/28.25-HM 锅炉设备的炉内燃烧温度发展情况，得到的数据结果如表2所示。

表2 不同温度控制技术测试结果对比表

结合表2 对三种不同温度控制技术的测试结果进行分析，可以发现其表现出了不同的特征。其中，在文献［1］控制技术的测试结果中，在11:00-12：00时间段内，燃烧区的温度达到了1600 ℃，从整体角度分析，控制效果相对理想，但是燃尽区的温度基本始终处于1300 ℃以上。因此，该方法的控制效果偏低。在文献［2］控制技术的测试结果中，在开展测试的8个小时内，仅11:00-13：00 时间段内燃烧区的温度稳定在理想温度区间范围内，且燃尽区的温度也在08:00-10:00时间段出现了超出理想范围上限的情况［3］［4］。在此基础上，对本文设计温度控制基础的测试结果进行分析，其中，燃烧区的温度始终稳定在1500 ℃-1600 ℃，燃尽区的温度始终稳定在1300 ℃-1200 ℃区间范围内，均处于理想温度区间范围内［5］［6］。综合上述测试结果可以得出结论，本文设计的热电厂燃煤锅炉炉内燃烧温度模糊控制技术可以保障锅炉炉内燃烧温度稳定在目标状态，具有良好的应用效果。

3 结论

对于热电厂而言，燃煤锅炉仍是最为主要的发电方式之一，但是炉内燃烧温度控制效果不佳，因此，为了通过炉内燃烧温度控制准确性［7］，设计了一种热电厂燃煤锅炉炉内燃烧温度模糊控制技术，该技术在传统技术的基础上，引入模糊控制，并且充分考虑了炉膛出口烟温，避免统一控制下的温度一体化问题，从而提高温度控制效果，保障对应的温度稳定在理想区间范围内［8］［9］。借助本文的设计与研究，希望能够为实际的燃煤锅炉管理提供参考价值，最大限度提高煤炭资源的有效利用率。