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徐志輝
1 引言
我國現有大量的電站鍋爐和供熱鍋爐，每年耗煤量占原煤產量的比例相當驚人，但大多數工業鍋爐處于能耗高、浪費大、環境污染等嚴重的生產狀態。提高熱效率，降低耗煤量，是一件具有深遠意義的工作。采用鍋爐現代控制技術可取得最佳的“風煤”比，“負荷/燃料”比，使煤得到充分燃燒，提高熱效率，使負荷和燃料的協調達到最理想狀態，從而節約大量燃料和電能，并使鍋爐壽命延長，減輕了對大氣污染，真正達到了環保的目的。另外，鍋爐現代控制技術可保證鍋爐運行的安全、穩定，減輕操作人員的勞動強度。
2 硬件系統構成
系統上位機采用兩臺工控計算機的冗余設計，兩臺上位機為對等關系，當一臺主機出現故障時，另一臺照樣運行，不受影響。下位機采用山武公司的DMC50多回路調節器進行數據采集和控制。上位機監控組態軟件采用力控組態軟件組態。本系統采用局域網CAN總線設計。CAN通信控制器中集成了CAN協議的物理層和數據線路層功能，可完成對通信數據的成幀處理。它是以通信數據進行編碼這種編碼方式可使不同的節點同時接受到相同數據，在分布式系統中非常有用。較短的數據段在總線上傳輸的時間較短，從而保證了通信的實時性。CAN協議采用CRC檢驗并提供了相應的錯誤處理功能。因此又保證了數據通信的可靠性。系統結構如圖1所示。
圖1 系統結構圖
DMC50多回路調節器，是通用智能演算分布式調節器，可用來控制溫度、壓力、流量、液位、pH等，具有控制精度高、穩定性高等特點。DMC50具有4路模擬量輸入，2路模擬量輸出；12路數字量輸入，16路數字量輸出。輸入、輸出端口可擴展。通過山武公司的通訊控制器與網絡連接、通訊。
3 控制系統實現
3.1 鍋爐燃燒控制方案選擇
鍋爐的實際運行中，現有的燃燒設備難以保證燃料和空氣的徹底混合，為保證完全燃燒必須提供過量空氣量。實際空氣量（V）與理論空氣量（V0）的比值稱為過量空氣系數（用α表示）即： 
，α實質上是反映燃料和空氣配比的一項指標。α過大，一方面鍋爐排煙熱損失增加，送引風機電耗增大，另一方面造成爐內燃燒不穩定，有滅火危險；反之，α太小無法保證燃料完全燃燒。選擇合適的α是降低鍋爐熱損失，提高熱效率的重要手段。鍋爐效率的計算方法有兩種：一種是正平衡法。此法必須直接測定燃料消耗量及總有效利用熱量，公式為：
(1)
式中
為總有效利用熱量/每小時；
為進入過路的總熱量/每小時。
由于煤粉量無法在線準確測量，故直接通過公式1無法得到效率
，通常利用反平衡法來計算鍋爐熱效率，公式為：
(2)
式中
為排煙熱損失；
為氣體不完全燃燒損失；
為固體不完全燃燒熱損失；
為散熱損失；
為灰渣物理熱損失。
圖2 風/煤比與鍋爐熱損失及效率曲線
即通過測定鍋爐各項熱損失來計算 。在一般鍋爐控制中，均取送風量與給煤量的比值β來代替過量空氣系數α0，因此風/煤比與α0等價。圖2表示風/煤比與鍋爐熱損失及效率關系間的關系。
熱效率曲線為單峰向上凸的極值曲線，在煤質、爐體等工況發生改變時，熱效率曲線的極值點在α附近―最佳燃燒區漂移，為實時保證鍋爐的最佳燃燒效率，需要不斷尋找這個最佳工作點。
傳統的送風調節系統采用直接保持燃料量與送風量成比例關系的比值調節方式，但不能對其進行動態修正，由于燃煤質量等外界因素的不確定性，保持風/煤比固定方式不能始終確保鍋爐燃燒過程的最佳經濟性。基于煙氣氧量矯正的控制方法雖然可實現鍋爐高效燃燒，但當負荷大幅變化或過剩空氣率變化很大時，很難有效提高燃燒率。因此選用風/煤比自尋優控制方法。
3.2 鍋爐效率自尋優控制方法
(1) 鍋爐效率尋優指標
由于鍋爐每小時的總有效利用熱量
越高其效率也越高，而可以在線計算，故實際控制中采用來代替作為經濟指標。的計算公式如(3)，
(3)
式中，
為產生過熱蒸汽所需要的熱量；
為排污水帶走的總熱量；
為再熱蒸汽帶走的總熱量；
為其它利用的總熱量。
通過對過熱蒸汽、排污水等焓值隨溫度變化規律的分析，可得到鍋爐熱效率尋優指標表達式(4)，
(4)
(2) 自尋優控制設計思想
如果上次風機擋板開度變化與本次熱量信號的符號同為正向，則下次擋板開度變化為正；如果上次風機擋板開度變化與本次熱量信號的符號同為反向，則下次擋板開度變化取為原來的反向；如果上次風機擋板開度變化為反向，本次熱量信號為正向，說明鍋爐效率處于反向增大階段，則下次風機擋板開度變化繼續取反；如果上次風機擋板開度變化為正向，本次熱量信號為反向，鍋爐效率正在下降，則下次風機擋板開度變化繼續取反向。經過以上分析可得：如果本次熱量信號為正，則保持原來風機擋板變化方向不變；如果本次熱量信號為負，則改變原來風機擋板變化方向不變。當負荷作微小擾動時，
不頻繁改變送風量；當
，
時表示已搜索到最佳工作點，鍋爐運行在最佳燃燒狀態。
4 系統功能
(1) 監控功能
系統在運行過程中，上位機將下位機采集上來的鍋爐運行數據和熱力站傳送上來的運行參數進行實時處理，實現對現場溫度、壓力、液位、流量等工藝過程參數的模擬動態顯示。通過下位機的反饋至上位機的信號實現對現場儀表、風機、水泵及上煤系統運行狀態的監控。
(2) 調節功能
通過控制軟件實現燃燒的最優控制。
(3) 報警功能
系統具有故障報警（風機、水泵、上煤系統等的啟、停故障等）和超限報警（高、低液位、壓力、流量、溫度報警等）。
(4) 數據查詢、報表記錄功能
可根據用戶的要求，對各類數據進行查詢、打印、形成報表匯總。
(5) 曲線功能
對用戶關心的溫度、流量等信號，系統以實時、歷史趨勢曲線的形式直觀地表示出來。
5 結語
本系統采用DMC50智能調節器進行控制，系統功能完善，結構先進合理，便于維護，可靠性高，使鍋爐熱效率有很大提高，尤其是鍋爐低負荷運行時，效率提高顯著。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號