018燃煤锅炉经济燃烧控制策略综述

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1、燃煤锅炉经济燃烧控制策略综述哈尔滨工业大学市政环境工程学院王培培王昭俊姜永成方修睦赵加宁摘要煤炭是中国最主要的能源资源，工业锅炉是主要的煤炭用户，但很多工业锅炉效率偏低。本文分析了燃煤锅炉效率的影响因素，指出风煤比是影响锅炉效率的重要因素。分析了锅炉运行效率的经济区、高效区。针对风煤比与锅炉效率在燃烧过程中所表现出的变化特点，综述及评价了燃煤锅炉经济燃烧控制策略的研究现状，并给出了未来研究发展的方向性的指导，指出应考虑热计量后我国集中供热系统的变化特点来研究与之相适应的燃煤锅炉经济运行控制策略。关键词燃

2、煤锅炉；运行效率；风煤比；最优控制；经济燃烧0引言目前，全球能源H益紧张，节约能源刻不容缓。煤炭是我国最主要的能源资源，在全国所有的化石燃料的储量中占95%⑴。在我国北方，采暖锅炉应用广泛，类型繁多，且用能量巨人。现今我国五十多力台工业锅炉装机总量屮绝人部分都是燃煤锅炉，每年消耗燃煤将近全国总煤耗的30%。然而，我国的T业锅炉能源效率仅相当于西方发达国家的80%⑵，这是我国能源消耗强度（能耗/1000美元GDP）居高不下、环境污染严重的重要原因之一，特别是用于供热的工业锅炉效率很低。由于锅炉自身质量不佳

3、、炉体配风不合理、控制水平低、缺乏完善的测量控制手段、还有负荷变化人、煤质的不稳定、运行人员操作水平不高等原因，导致燃煤锅炉的实际运行效率普遍低于设计工况下的效率，燃煤锅炉的平均运行效率仅为60%〜70%⑶。为了冇效地利用能源，必须提高采暖锅炉的运行效率。锅炉是一个复杂的调节对彖，它存在较大的不确定性、复杂性、不稳定性，以及较大的滞后性⑷。锅炉燃烧控制系统的目标是稳定锅炉出水温度、保持经济燃烧、维持炉膛负压在一定范围内。其中，燃烧过程的被控量主要是给煤量、送风量和引风量。在影响燃煤锅炉效率的诸多因素中，

4、空气与煤量的比例（风煤比）是否合适，即“风煤比”授优化问题，则是影响燃烧效率的关键因素。因此，研究燃煤锅炉经济燃烧控制方法具有1-分垂要的意义。1燃煤锅炉效率的影响因素由锅炉燃烧理论可知，燃煤锅炉热效率的反平衡计算中，对热效率影响较人、且可变的热损失主要有排烟热损失卬，机械不完全燃烧热损失q2,和化学不完全燃烧热损失①。与卬、q2、q：,密切相关且可控的因素是过量空气系数a（实际供应的空气量与理论空气量之比）。为了充分燃烧，烟气中应该含有一定的过量空气，u同燃烧效率的关系如图1所示⑸。在某一工况下，通过

5、调节a,使得各项热损失之和为最小，此时锅炉热效率达到最高。一般认为，当Q落在S的附近的一个区域内（。厂02）时，为最佳燃烧区，对于一燉的工业锅炉，a控制在1.3-1.5较为理想⑸。不同工况卜•的最佳过量空气系数a是不同的。负荷较大时，最佳过量空气系数a相对较小；负荷较小时，最佳过量空气系数a相对较大。排烟损失最佳燃烧区工况1工况2图1过剩空气系数a与热效率n、热损失关系2燃煤锅炉经济燃烧控制策略为了保证锅炉高效运行，目前国内外学者根据燃煤锅炉燃烧特点，采用了各种控制方案，如直接的热效率自寻优、风煤比自寻

6、优或间接的炉膛温度自寻优、烟气含氧景自寻优及相结合的方式等等,并采用鼓风机、引风机变频调速来实现风量调节。2.1自寻优模型及寻优指标的确定2.1.1比值调节方式日前被广泛使用的-•种简单易行的方法是风煤比固定的比值调节方式，即燃料最随负荷变化，而空气流量通过风煤比按一定的比例跟随燃料量变化。这种方法要求准确的测量燃料量、燃料屮的可燃物和风量，且不具备判断实际风煤比是否合理的能力，更不能随着锅炉负荷以及煤质等因素的变化而进行动态修正，所以，不能始终保持锅炉燃烧的最佳和经济性。2.1.2基于烟气氧量校止的控

7、制基于烟气氧量校止的控制方法在实际中应用较多。即利用锅炉燃烧效率与烟气含氧量0,［或过量空气系数a=21/(21-02)］的关系，在比值控制方式下的送风调节回路增加烟气含氧量反馈校止环节的控制思想，也是实现高效燃烧的一种重要控制方法之一。然而，此种方法不够准确。其一，禽氧量测量值只能代表烟道中的某一点的含氧暈，不代表平均含氧量；其二，在燃烧不充分时，烟气中会有大量的C0,单靠氧含量不能准确判断工作点是否最佳;此外，测量含氧量会由于炉体、烟道等漏风产生较大波动的测量误差，不利于反馈控制，滞后时间长、维护成

8、本高，因此，不能使锅炉的热效率始终保持在较高水平。另外，传感器氧化佶价格昂贵，且容易烧坏，使用寿命短，需及时更换，否则锅炉燃烧控制便失去意义。''吊国科学技术大学的算美盛筹提出了一种基于锅炉负荷调整烟气氧含量设定值，再进行风煤比寻优的工业燃煤锅炉在线燃烧优化方案⑹。即由蒸汽流量设定含氧量的设定值，由炉膛温度设定风煤比的上下限、炉排转速的上限，根据含氧量偏差改变风煤比的设定值。该方案中还引入了炉膛温度作为判断燃烧状态的参量。但是由于上述烟气含