京能集团山西漳山发电有限责任公司 046021
摘要：近年来，火电厂锅炉机组越来越向大容量、高参数、高效率的方向发展，对锅炉燃烧控制系统控制品质的要求也随之提高。燃烧控制系统是电厂热工控制的重要组成部分，锅炉的燃烧控制对整个发电过程的安全性与经济性起着重要的作用。本文笔者根据自己的工作实践，对电厂锅炉燃烧控制系统的相关问题进行了探析。
关键词：电厂；锅炉；燃烧控制系统；优化
一、电厂锅炉的基本结构和工作原理
电厂锅炉是利用燃料燃烧所释放的热能或其它热能，加热给水或其它工质，以获得规定参数（温度、压力）和品质的蒸汽、热水或其它工质的设备。锅炉由以下主要部分组成：汽包、燃烧设备、过热器、再热器、减温器、省煤器、空气预热器等。其中燃烧部分：由原煤仓落下的原煤经给煤机送入磨煤机磨制成煤粉。在原煤磨制过程中，需要热空气对煤进行加热和干燥，因此外界冷空气通过送风机送入锅炉尾部烟道的空气预热器中，被烟气加热成为热空气进入热风管道。其中一部分热空气经排粉机送入磨煤机中，对煤进行加热和干燥，同时这部分空气也是输送煤粉的介质；另一部分热空气直接经燃烧器进入炉膛参与煤粉的燃烧。从磨煤机排出的煤粉和空气的混合物经燃烧器进入炉膛内燃烧。煤粉在炉膛内迅速燃烧后放出大量的热量，炉膛四周内壁布置有许多的水冷壁管，炉膛顶部布置着顶棚过热器及炉膛上方布置着屏式过热器等受热面。水冷壁和顶棚过热器等是炉膛的辐射受热面，其内部的工质在吸收炉膛辐射热的同时，使火焰温度降低，保护炉墙不致被烧坏。高温烟气经炉膛上部出口离开炉膛进入水平烟道，与布置在水平烟道的过热器进行热量交换，然后进入尾部烟道，并与再热器、省煤器、和空气预热器等受热面进行热量交换，使烟气不断放出热量而逐渐冷却下来，低温烟气再经过除尘器除去大量的飞灰，最后只有少量的细微灰粒随烟气由引风机送入烟囱排入大气。
二、电厂锅炉燃烧控制系统的调节任务
在锅炉燃烧过程中，锅炉燃烧控制系统的价值就在于确保整个燃烧过程的安全性，保证发热量，以达到蒸汽的负荷标准，锅炉自动控制系统的主要有以下任务：
第一，实现热负荷控制或是汽压控制，简单来说，就是通过对燃料量的控制与调节来稳定蒸汽压力；第二，为了降低燃烧成本，使风量与燃料达到均衡状态，该系统必须对送风量进行调节与控制，这一过程也叫做热效率的控制以及燃烧经济性。在实践过程中，要测量热效率是很困难的，只能进行一些简单的验证。这一状况直接反映出了锅炉自动控制系统的发展程度，同时也是锅炉燃烧中不可或缺的环节；第三，控制好锅炉的负压，要落实好这一控制工作，就必须协调好引风量和送风量之同的比例，不过操作起来相对比较复杂，但总的来说，要确保整个锅炉的安全性，就必须要将锅炉炉膛负压维持在–20～+40帕这个标准负压范围之内。值得注意的是，外界负荷与锅炉设备之间的关系主要是靠燃料量控制回路来维系的，同时我们也要重视送风量对热效率的影响，而且，我们可以把引风量看作是保证锅炉燃烧负压稳定性的一个参数。总而言之，上述三个控制子回路之间是相辅相成，缺一不可的。
三、电厂锅炉燃烧控制系统的优化
1、锅炉燃料量控制系统的设计与优化
煤粉管道中的煤粉和空气混合物的速度应保持在一定范围内（约在20-30M/S左右），流速太低会使煤粉沉积在管道内，也会造成煤粉溢出。
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我们可以设计燃料量控制系统。此系统是锅炉燃烧控制系统中最重要的子系统，其主要作用是维持主蒸汽压力稳定，并同时根据机组负荷的变化来调节进入锅炉炉膛的给煤量，燃料量控制系统设计要求锅炉粉仓要保持煤粉储量一定，当汽轮机负荷改变时，一次风机的入口挡板跟着改变，使通过一次送风量的改变满足煤粉使用量，使负荷响应得到有效快速提高。
在锅炉燃料量控制系统中，充分结合现代控制理论和智能控制理论的优点，一起来减少主蒸汽压力的变化。由于预测控制和模糊控制都是针对不确定系统进行的有效控制法，所以两种方法的结合将会大大提高控制效果，消除系统纯滞后的影响。
2、锅炉燃烧送风量系统设计与优化
当锅炉燃烧系统刚开始运转时，当空气量偏多，会引起锅炉内部结焦，达不到规定温度；当空气量不足，会引起不完全燃烧。
针对现有锅炉燃烧现场的二次风量无法反映实际风量的问题，可以设计送风量控制系统，此子系统设计采用烟气含氧量法。以烟气含氧量为校正参数对二次风门的开度进行控制，机组要求含氧量范围为0-10%。当含氧量大于最佳值时，说明此时送风量偏大，此时调节器输出增加，即送风修正系数增大，总风量信号增大，使送风调节器输入偏差为负，关小送风机挡板开度以减少送风量；当含氧量小于最佳值时，控制系统动作，开大送风机挡板开度以增加送风量。
根据锅炉额定蒸发量的大小配置相应的风机，为锅炉正常运行提供所需空气。风量大小通过风门挡板的开度或变频器的转速进行控制，风机提供的风量经预热后，分别以一次风、二次风两路送入炉膛，有时根据需要还设置一路三次风。
（1）一次风控制策略。一次风控制策略是把经预热器加热后的风通过一次分风门控制，按需求送到各给粉机，经过调节控制后的热风吹送煤粉经各个送粉管路进入炉膛燃烧。
（2）二次风控制策略。二次风控制是将送风机出来的风经两级空预器加热后，由4个总风门分别控制再分别送给16个二次风门，将二次风通过上下四层分布的风门送入炉膛，这部分风量大概占锅炉燃烧总风量的75-85%，当锅炉制粉系统开始运行时，其所占的比例会更高。同时二次风控制策略是为充分的燃料燃烧提供足够的空气，其目的就是使燃料充分的混合燃烧，二次风同时起着冷却燃烧器喷嘴的作用，来预防着火点距离太近而烧毁喷嘴。二次风必须保证合适的风量，合适的风速，二者必须兼顾，因为它对锅炉的安全运行影响很大。
3、锅炉燃烧引风量控制系统设计与优化
燃烧引风量控制系统在运行时，如果机组负荷改变，产生的直接后果就是燃料量和一次风量及二次风量的改变，最后也会导致产生的烟气改变。当炉膛压力过高，内部火焰想外喷出，存在安全隐患；当炉膛压力过低，内部漏风严重，甚至熄火。所以，炉膛压力须维持在可控范围内。
因为炉膛负压严重制约于锅炉负荷控制，同时引风系统还有一定的滞后时间，所以优化策略是在系统开发中引入送风信号作为前馈信号，并通过计算机的相关的控制模型计算出燃烧时燃料变化比，在给粉的实际控制中，必须保持引风与送风成比例，送风挡板的开度和排粉机挡板开度是比较明显的两个信号标志。其控制的难点在于送粉启/停的过程中，当采取是负荷发生扰动时，给粉环节的适时调整的改变排粉机挡板开度大小，可以通过前馈补偿系数来消除一次风对炉膛负压造成的强干扰。
结束语：
以上本文阐述了电厂锅炉的基本结构和工作原理，提出了锅炉燃烧控制系统的调节任务，并从锅炉燃料量控制系统、燃烧送风量系统、燃烧引风量控制系统三方面探讨了锅炉燃烧控制系统的优化。在以后工作中，我们应该根据锅炉燃烧控制系统的的特点，将一些先进控制策略应用到控制回路当中，如自适应控制、预测控制等，进一步提高控制系统的动态响应品质。
参考文献
[1]吕剑虹，王建武.电厂锅炉燃烧控制系统优化[J].中国电力，2001，34（10）
[2]赵朝栋.电厂锅炉燃烧控制系统浅析[J].工程技术，2016（11）：
论文作者:白治权,赵艳秋
论文发表刊物:《电力技术》2016年第12期
论文发表时间:2017/3/1
标签：锅炉论文; 炉膛论文; 控制系统论文; 风量论文; 燃料论文; 电厂论文; 烟气论文; 《电力技术》2016年第12期论文;