宋健哲 薛 彤

（哈爾濱鍋爐廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱150000）

燃燒優(yōu)化系統(tǒng)通過調(diào)整所有參數(shù)來控制爐膛中燃料和空氣的分布已達到鍋爐最優(yōu)的運行情況。借助錄入系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)以及鍋爐實時運行情況，調(diào)整如燃燒器偏角、磨煤機出力等設(shè)置，最終實現(xiàn)降低氮氧化物排放量，提高效率等優(yōu)化目標。在整個優(yōu)化過程中，不再需要人為操作干預(yù)，系統(tǒng)將全面接管優(yōu)化控制過程，甚至可以基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器不斷提高控制效率。

1 鍋爐燃燒優(yōu)化智能控制技術(shù)的發(fā)展

1.1 高級應(yīng)用

對于電廠燃燒的智能控制在1999 年已經(jīng)投入使用，從最初的單獨的燃燒器控制到后續(xù)逐漸發(fā)展優(yōu)化到對整體鍋爐的控制?，F(xiàn)在新的應(yīng)用重點仍是不斷擴大智能控制的范圍，提供更多、更具體的解決方案，例如通過在磨煤機增加音量傳感器，在不影響鍋爐運行的同時降低磨煤機噪音，并可以通過對噪音的監(jiān)控輔助分析磨煤機的磨損情況；在系統(tǒng)中增加“結(jié)焦指數(shù)”，通過對受熱面?zhèn)鞲衅鳒囟茸兓皻v史數(shù)據(jù)的收集，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模綜合分結(jié)焦情況，在最合適的時間啟動吹灰器；還可以引入更高級的傳感器，如激光傳感器等其他新出現(xiàn)的或后續(xù)出現(xiàn)的更先進適用的傳感器以實現(xiàn)更精確的切圓控制。同時，還可以通過對每個煤粉管到中的煤粉量及一、二次風室風量進行精確控制，優(yōu)化噴嘴氣流，實現(xiàn)對氮氧化物、一氧化碳和、出口煙溫計氧量的精確控制。

1.2 混合技術(shù)方法

鍋爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)化的廣大前景是促使混合技術(shù)應(yīng)用于智能控制的最大因素，同時混合技術(shù)的使用也將極大提高優(yōu)化效果的上限。過去有兩種不同的鍋爐燃燒優(yōu)化技術(shù)：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模型預(yù)測控制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非線性的、多變量的穩(wěn)態(tài)模型，用于識別變量在不同條件下的最佳組合。模型預(yù)測控制使用動態(tài)模型來預(yù)測未來的變化，并預(yù)測擾動和未來變化的影響。這兩種智能控制方法都有好處和局限性?；旌霞夹g(shù)方法創(chuàng)造了一種混合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模型預(yù)測控制優(yōu)化系統(tǒng)。今天，這些技術(shù)和其他技術(shù)正在結(jié)合起來。在鍋爐燃燒優(yōu)化方法中，神經(jīng)模型可隨時間調(diào)整以平衡燃燒單元運行的操縱變量，而模型預(yù)測主要用于空氣控制，這些控制必須根據(jù)鍋爐邊界條件做出快速反應(yīng)。此外，基于規(guī)則的燃燒優(yōu)化也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。啟發(fā)式模型植根于人工智能的編碼系統(tǒng)方面，這些規(guī)則可以由推理機系統(tǒng)地應(yīng)用，它提供了一種在給定條件的情況下對一組可能的燃燒操作進行排序的方法，解決鍋爐燃燒傳統(tǒng)技術(shù)的長期離散變化，例如在使用中自動將最近訓(xùn)練過的模型替換為特定的磨煤機組合，或者在基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和直接控制的燃燒方案之間切換。這種日益復(fù)雜的做法使智能控制技術(shù)能夠從對鍋爐的燃燒有密切了解并編碼在軟件中提取出來，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等其他方法無縫集成，形成更先進的混合算法，是應(yīng)用于鍋爐燃燒優(yōu)化問題的最佳組合。

1.3 可視化研究

早期智能控制技術(shù)在鍋爐燃燒優(yōu)化方面本質(zhì)上是“黑匣子”系統(tǒng)，在幾乎沒有人理解的情況下，在閉環(huán)中進行控制。隨著行業(yè)的發(fā)展，用戶智能控制界面的重要性已經(jīng)上升到了最前沿。鍋爐燃燒優(yōu)化需要智能控制來完成更多的任務(wù)，同時也需要系統(tǒng)提供對優(yōu)化問題的可視化。智能控制致力于解決燃燒困難的問題，并經(jīng)常做出權(quán)衡，以平衡在嚴格約束下的電站鍋爐參數(shù)。即使是最具經(jīng)驗的操作者，這些平衡的權(quán)重值也難以理解。現(xiàn)在的圖形用戶界面和分析工具能夠準確地了解智能控制應(yīng)該做什么以及流程是如何響應(yīng)的。能夠以直觀的看到各項參數(shù)及過程，重點顯示主要參數(shù)以及參數(shù)間的聯(lián)動影響，而不被復(fù)雜的理論和軟件操作所干擾，是可視化的關(guān)鍵原則，這對于智能控制系統(tǒng)的是很重要的。這種可視化提高了鍋爐燃燒優(yōu)化的性能，提高了用戶組織內(nèi)部的有效性。盡管智能控制的基準測試在定義鍋爐過程的復(fù)雜多變量環(huán)境中具有挑戰(zhàn)性，但是應(yīng)用一些實際的可視化分析來判斷鍋爐燃燒的問題將改善很多。新出現(xiàn)的智能控制工具現(xiàn)在能夠跨越原因、干擾和目標對鍋爐燃燒優(yōu)化度量，形成對復(fù)雜過程變化的一致理解。操作者可以使用條件限值范圍的任意組合，快速選擇、篩選、清理和查看鍋爐燃燒優(yōu)化目標變量的數(shù)據(jù)。結(jié)果可以并排比較，以研究變化模式，并相對容易地檢驗燃燒因果假設(shè)。市場也推動了智能控制對優(yōu)化鍋爐效率進行可視化改進，對于優(yōu)化來說，在任何時候知道確切鍋爐相對其他數(shù)據(jù)變化要重要得多。如果調(diào)整之后鍋爐效率相對變化在方向上是有效的，此調(diào)整即可用于鍋爐燃燒優(yōu)化。

2 智能控制在鍋爐燃燒優(yōu)化中的應(yīng)用

2.1 發(fā)電系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理

對發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行智能測試與驗證，優(yōu)化鍋爐燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)顯示出每年節(jié)省數(shù)百萬元燃料成本的潛力。熱電廠數(shù)據(jù)800 兆瓦額定燃燒機組都安裝了智能控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以提高燃油經(jīng)濟性。通過實施數(shù)據(jù)處理的鍋爐燃燒器管理系統(tǒng)，發(fā)電廠可以在鍋爐的運行壽命期間節(jié)省數(shù)百萬元的成本。基于智能控制的系統(tǒng)在提高燃燒效率的同時降低燃油消耗和成本。發(fā)電系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理來源于鍋爐和發(fā)電機在運行過程中產(chǎn)生的大量實時數(shù)據(jù)，分析大量數(shù)據(jù)并對其采取行動的智能控制超出了操作人員的能力。智能控制電子系統(tǒng)設(shè)計，以管理和控制鍋爐燃燒過程，減少人工干預(yù)的不足。鍋爐燃燒器自動化技術(shù)已經(jīng)運行了幾十年，但它們?nèi)匀粺o法處理燃燒系統(tǒng)產(chǎn)生的運行數(shù)據(jù)水平。然而智能控制能夠克服海量數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)，創(chuàng)建優(yōu)化的鍋爐燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)變量如何影響鍋爐的輸出，例如熱值較低，智能控制則必須適應(yīng)以保持限制水平，提高燃燒效率。由于維護、儀器校準和燃料變化的狀態(tài)一直在進行，操作者并不能很好地工作。智能控制系統(tǒng)的自適應(yīng)特性使它們更有效地處理諸如溫度、燃料的供給率和進氣阻尼器位置等物理參數(shù)的實時變化。一個燃料供應(yīng)變化將幾乎瞬間改變進氣阻尼器的位置，智能控制調(diào)整正確的阻尼器位置，以補償燃料的變化。

2.2 鍋爐燃燒污染控制

鍋爐燃燒本身就是一個產(chǎn)生污染的過程，而有關(guān)環(huán)境保護法嚴格限制了排放到大氣中的二氧化硫、氮氧化物和PM2.5 等的濃度，而且隨著社會發(fā)展相關(guān)要求日益嚴格。智能控制可以有效改善現(xiàn)有鍋爐設(shè)計和減少污染技術(shù)，使電廠能夠以合理的成本提供熱能或電力的同時符合環(huán)境法規(guī)。燃煤鍋爐污染的智能控制可以應(yīng)用在燃燒過程的各個階段。鍋爐燃燒燃料的選擇是減少煙氣污染物的第一步，例如，天然氣燃燒比燃料油、醫(yī)療廢物或生物質(zhì)更清潔，并且在其煙氣中產(chǎn)生的污染物最少。當然，國內(nèi)鍋爐大多無法選擇燃料，智能控制系統(tǒng)可以根據(jù)入爐燃料的工業(yè)分析等綜合調(diào)整各層燃燒器的燃料、風量配比，以降低污染。智能控制鍋爐燃燒也可以減少氮氧化物的產(chǎn)生，鍋爐中燃料從點燃到燃盡每個過程都可以通過計算及數(shù)據(jù)分析給出一個最合理的空氣配比。對于煙氣再循環(huán)的鍋爐，通過智能控制系統(tǒng)調(diào)整被送回燃燒室的煙氣量，可以更好的空盒子空氣的氧量，降低核心火焰溫度。

2.3 降低鍋爐結(jié)渣傾向

智能控制鍋爐燃燒空氣再分配是通過關(guān)閉中心罩，以迫使更多的空氣到兩側(cè)，因為鍋爐燃燒有一個共同的風箱和風罩處于最大開放狀態(tài)。智能控制燃燒平衡可使爐內(nèi)氧氣耗盡區(qū)和溫度點最小化，有效降低鍋爐結(jié)渣傾向。通過智能控制提高磨煤機的進料率，增加燃料輸送到較底層的燃燒器，這為鍋爐燃燒燃盡前獲得更多的停留時間，并將煙氣溫度保持在灰熔溫度以下，以盡量減少結(jié)渣的可能性。

3 結(jié)論

電廠鍋爐優(yōu)化最初的重點是減少氮氧化物的產(chǎn)生，降低在火電機組燃燒過程中產(chǎn)生的排放量，這是一個很難預(yù)測和控制的復(fù)雜、高度可變的過程。鍋爐優(yōu)化的定義已經(jīng)擴大，曾經(jīng)是改進爐燃料和空氣混合，現(xiàn)在指的是燃燒和吹灰過程的綜合優(yōu)化，包括鍋爐的爐膛和回程區(qū)域。鍋爐清潔度對燃燒強度和傾斜位置有顯著影響，燃燒化學(xué)計量和溫度影響灰分積累、結(jié)焦和結(jié)渣。由于燃燒和傳熱過程是高度相互關(guān)聯(lián)的，因此，智能控制在鍋爐燃燒優(yōu)化中的應(yīng)用至關(guān)重要。隨著時代的發(fā)展，智能控制將不斷擴大參數(shù)的輸入范圍，加強神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的應(yīng)用，在越來越多的輸入方案中，通過各種傳感器對鍋爐整體進行監(jiān)控，獲得最佳的運行參數(shù)及最快的運行調(diào)整，而且隨著時間的推移，這個調(diào)整的過程時間還會不斷縮短。