宋健哲 薛 彤

（哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)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(dá)到鍋爐最優(yōu)的運(yùn)行情況。借助錄入系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)以及鍋爐實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，調(diào)整如燃燒器偏角、磨煤機(jī)出力等設(shè)置，最終實(shí)現(xiàn)降低氮氧化物排放量，提高效率等優(yōu)化目標(biāo)。在整個(gè)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(jí)應(yīng)用

對(duì)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(dú)的燃燒器控制到后續(xù)逐漸發(fā)展優(yōu)化到對(duì)整體鍋爐的控制?，F(xiàn)在新的應(yīng)用重點(diǎn)仍是不斷擴(kuò)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(jī)增加音量傳感器，在不影響鍋爐運(yùn)行的同時(shí)降低磨煤機(jī)噪音，并可以通過對(duì)噪音的監(jiān)控輔助分析磨煤機(jī)的磨損情況；在系統(tǒng)中增加“結(jié)焦指數(shù)”，通過對(duì)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(shí)間啟動(dòng)吹灰器；還可以引入更高級(jí)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(jìn)適用的傳感器以實(shí)現(xiàn)更精確的切圓控制。同時(shí)，還可以通過對(duì)每個(gè)煤粉管到中的煤粉量及一、二次風(fēng)室風(fēng)量進(jìn)行精確控制，優(yōu)化噴嘴氣流，實(shí)現(xiàn)對(duì)氮氧化物、一氧化碳和、出口煙溫計(jì)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(shí)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(cè)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(shí)別變量在不同條件下的最佳組合。模型預(yù)測(cè)控制使用動(dòng)態(tài)模型來預(yù)測(cè)未來的變化，并預(yù)測(cè)擾動(dòng)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。混合技術(shù)方法創(chuàng)造了一種混合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模型預(yù)測(cè)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(shí)間調(diào)整以平衡燃燒單元運(yùn)行的操縱變量，而模型預(yù)測(cè)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(jī)系統(tǒng)地應(yīng)用，它提供了一種在給定條件的情況下對(duì)一組可能的燃燒操作進(jìn)行排序的方法，解決鍋爐燃燒傳統(tǒng)技術(shù)的長(zhǎng)期離散變化，例如在使用中自動(dòng)將最近訓(xùn)練過的模型替換為特定的磨煤機(jī)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(duì)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(jìn)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(jìn)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(shí)也需要系統(tǒng)提供對(duì)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(yán)格約束下的電站鍋爐參數(shù)。即使是最具經(jīng)驗(yàn)的操作者，這些平衡的權(quán)重值也難以理解?，F(xiàn)在的圖形用戶界面和分析工具能夠準(zhǔn)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(xiàng)參數(shù)及過程，重點(diǎn)顯示主要參數(shù)以及參數(shù)間的聯(lián)動(dòng)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(duì)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(zhǔn)測(cè)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(shí)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(biāo)對(duì)鍋爐燃燒優(yōu)化度量，形成對(duì)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(biāo)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(duì)容易地檢驗(yàn)燃燒因果假設(shè)。市場(chǎng)也推動(dòng)了智能控制對(duì)優(yōu)化鍋爐效率進(jìn)行可視化改進(jìn)，對(duì)于優(yōu)化來說，在任何時(shí)候知道確切鍋爐相對(duì)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(duì)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(duì)發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能測(cè)試與驗(yàn)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(jī)組都安裝了智能控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以提高燃油經(jīng)濟(jì)性。通過實(shí)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(yùn)行壽命期間節(jié)省數(shù)百萬元的成本?；谥悄芸刂频南到y(tǒng)在提高燃燒效率的同時(shí)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(jī)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，分析大量數(shù)據(jù)并對(duì)其采取行動(dòng)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(jì)，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(dòng)化技術(shù)已經(jīng)運(yùn)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(yùn)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(hù)、儀器校準(zhǔn)和燃料變化的狀態(tài)一直在進(jìn)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(jìn)氣阻尼器位置等物理參數(shù)的實(shí)時(shí)變化。一個(gè)燃料供應(yīng)變化將幾乎瞬間改變進(jìn)氣阻尼器的位置，智能控制調(diào)整正確的阻尼器位置，以補(bǔ)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(gè)產(chǎn)生污染的過程，而有關(guān)環(huán)境保護(hù)法嚴(yán)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(huì)發(fā)展相關(guān)要求日益嚴(yán)格。智能控制可以有效改善現(xiàn)有鍋爐設(shè)計(jì)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(shí)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(gè)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(dāng)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(fēng)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(diǎn)燃到燃盡每個(gè)過程都可以通過計(jì)算及數(shù)據(jù)分析給出一個(gè)最合理的空氣配比。對(duì)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?yàn)殄仩t燃燒有一個(gè)共同的風(fēng)箱和風(fēng)罩處于最大開放狀態(tài)。智能控制燃燒平衡可使?fàn)t內(nèi)氧氣耗盡區(qū)和溫度點(diǎn)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(jī)的進(jìn)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(shí)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(diǎn)是減少氮氧化物的產(chǎn)生，降低在火電機(jī)組燃燒過程中產(chǎn)生的排放量，這是一個(gè)很難預(yù)測(cè)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(kuò)大，曾經(jīng)是改進(jìn)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(duì)燃燒強(qiáng)度和傾斜位置有顯著影響，燃燒化學(xué)計(jì)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(shí)代的發(fā)展，智能控制將不斷擴(kuò)大參數(shù)的輸入范圍，加強(qiáng)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(duì)鍋爐整體進(jìn)行監(jiān)控，獲得最佳的運(yùn)行參數(shù)及最快的運(yùn)行調(diào)整，而且隨著時(shí)間的推移，這個(gè)調(diào)整的過程時(shí)間還會(huì)不斷縮短。