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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(chǎn)量的比例相當驚人，但大多數工業(yè)鍋爐處于能耗高、浪費大、環(huán)境污染等嚴重的生產(chǎn)狀態(tài)。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(shù)可取得最佳的“風(fēng)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(xié)調達到最理想狀態(tài)，從而節約大量燃料和電能，并使鍋爐壽命延長(cháng)，減輕了對大氣污染，真正達到了環(huán)保的目的。另外，鍋爐現代控制技術(shù)可保證鍋爐運行的安全、穩定，減輕操作人員的勞動(dòng)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(guān)系，當一臺主機出現故障時(shí)，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(jìn)行數據采集和控制。上位機監控組態(tài)軟件采用力控組態(tài)軟件組態(tài)。本系統采用局域網(wǎng)CAN總線(xiàn)設計。CAN通信控制器中集成了CAN協(xié)議的物理層和數據線(xiàn)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(jìn)行編碼這種編碼方式可使不同的節點(diǎn)同時(shí)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(xiàn)上傳輸的時(shí)間較短，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。CAN協(xié)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(lái)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(diǎn)。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(guò)山武公司的通訊控制器與網(wǎng)絡(luò )連接、通訊。
3 控制系統實(shí)現
3.1 鍋爐燃燒控制方案選擇
鍋爐的實(shí)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(guò)量空氣量。實(shí)際空氣量（V）與理論空氣量（V0）的比值稱(chēng)為過(guò)量空氣系數（用α表示）即： 
，α實(shí)質(zhì)上是反映燃料和空氣配比的一項指標。α過(guò)大，一方面鍋爐排煙熱損失增加，送引風(fēng)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(wú)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(shí)；
為進(jìn)入過(guò)路的總熱量/每小時(shí)。
由于煤粉量無(wú)法在線(xiàn)準確測量，故直接通過(guò)公式1無(wú)法得到效率
，通常利用反平衡法來(lái)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(fēng)/煤比與鍋爐熱損失及效率曲線(xiàn)
即通過(guò)測定鍋爐各項熱損失來(lái)計算 。在一般鍋爐控制中，均取送風(fēng)量與給煤量的比值β來(lái)代替過(guò)量空氣系數α0，因此風(fēng)/煤比與α0等價(jià)。圖2表示風(fēng)/煤比與鍋爐熱損失及效率關(guān)系間的關(guān)系。
熱效率曲線(xiàn)為單峰向上凸的極值曲線(xiàn)，在煤質(zhì)、爐體等工況發(fā)生改變時(shí)，熱效率曲線(xiàn)的極值點(diǎn)在α附近―最佳燃燒區漂移，為實(shí)時(shí)保證鍋爐的最佳燃燒效率，需要不斷尋找這個(gè)最佳工作點(diǎn)。
傳統的送風(fēng)調節系統采用直接保持燃料量與送風(fēng)量成比例關(guān)系的比值調節方式，但不能對其進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正，由于燃煤質(zhì)量等外界因素的不確定性，保持風(fēng)/煤比固定方式不能始終確保鍋爐燃燒過(guò)程的最佳經(jīng)濟性?；跓煔庋趿砍C正的控制方法雖然可實(shí)現鍋爐高效燃燒，但當負荷大幅變化或過(guò)?？諝饴首兓艽髸r(shí)，很難有效提高燃燒率。因此選用風(fēng)/煤比自尋優(yōu)控制方法。
3.2 鍋爐效率自尋優(yōu)控制方法
(1) 鍋爐效率尋優(yōu)指標
由于鍋爐每小時(shí)的總有效利用熱量
越高其效率也越高，而可以在線(xiàn)計算，故實(shí)際控制中采用來(lái)代替作為經(jīng)濟指標。的計算公式如(3)，
(3)
式中，
為產(chǎn)生過(guò)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(guò)對過(guò)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(yōu)指標表達式(4)，
(4)
(2) 自尋優(yōu)控制設計思想
如果上次風(fēng)機擋板開(kāi)度變化與本次熱量信號的符號同為正向，則下次擋板開(kāi)度變化為正；如果上次風(fēng)機擋板開(kāi)度變化與本次熱量信號的符號同為反向，則下次擋板開(kāi)度變化取為原來(lái)的反向；如果上次風(fēng)機擋板開(kāi)度變化為反向，本次熱量信號為正向，說(shuō)明鍋爐效率處于反向增大階段，則下次風(fēng)機擋板開(kāi)度變化繼續取反；如果上次風(fēng)機擋板開(kāi)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(fēng)機擋板開(kāi)度變化繼續取反向。經(jīng)過(guò)以上分析可得：如果本次熱量信號為正，則保持原來(lái)風(fēng)機擋板變化方向不變；如果本次熱量信號為負，則改變原來(lái)風(fēng)機擋板變化方向不變。當負荷作微小擾動(dòng)時(shí)，
不頻繁改變送風(fēng)量；當
，
時(shí)表示已搜索到最佳工作點(diǎn)，鍋爐運行在最佳燃燒狀態(tài)。
4 系統功能
(1) 監控功能
系統在運行過(guò)程中，上位機將下位機采集上來(lái)的鍋爐運行數據和熱力站傳送上來(lái)的運行參數進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，實(shí)現對現場(chǎng)溫度、壓力、液位、流量等工藝過(guò)程參數的模擬動(dòng)態(tài)顯示。通過(guò)下位機的反饋至上位機的信號實(shí)現對現場(chǎng)儀表、風(fēng)機、水泵及上煤系統運行狀態(tài)的監控。
(2) 調節功能
通過(guò)控制軟件實(shí)現燃燒的最優(yōu)控制。
(3) 報警功能
系統具有故障報警（風(fēng)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(xún)、報表記錄功能
可根據用戶(hù)的要求，對各類(lèi)數據進(jìn)行查詢(xún)、打印、形成報表匯總。
(5) 曲線(xiàn)功能
對用戶(hù)關(guān)心的溫度、流量等信號，系統以實(shí)時(shí)、歷史趨勢曲線(xiàn)的形式直觀(guān)地表示出來(lái)。
5 結語(yǔ)
本系統采用DMC50智能調節器進(jìn)行控制，系統功能完善，結構先進(jìn)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(shí)，效率提高顯著(zhù)。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號