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摘要：锅炉热工过程先进控制理论的研究工作已经为其在电站中的应用奠定了应有的理论基础。控制计算机的普及与提高也为先进控制的应用提供了强有力的硬件和软件平台。本文主要围绕先进控制技术在锅炉热工过程中的应用方面进行了探讨研究。
关键词：蒸汽锅炉；热工调节；热工燃烧；自动控制
锅炉热工系统由给水系统、蒸汽系统、烟气系统、风系统等部分组成。工业锅炉热工燃烧控制系统实质是针对这几个系统的运行过程进行自动控制。近年来，锅炉热工过程先进控制理论的研究工作已经为其在电站中的应用奠定了应有的理论基础。控制计算机的普及与提高也为先进控制的应用提供了强有力的硬件和软件平台。
1锅炉热工控制研究现状
1.1实际控制工程中，要求控制器简单，计算时间短，而目前研究的先进控制策略往往结构复杂，计算时间长，且大部分研究成果仍处于实验室仿真阶段，如何将其推向热工控制实际应用是今后的努力方向。
1.2目前的先进控制策略大都是从某一热工过程出发，满足这一过程的特殊控制要求，没有考虑对其他过程，乃至全局的影响。因此电厂单元机组控制的进一步整体化、智能化研究十分重要。如何在先进控制策略的基础上，将生产调度、计划、优化经营管理与决策等内容加入到控制与优化系统中，是今后的研究方向。
1.3优化监控系统以状态计算、分析和诊断为基础，涉及电厂的安全和经济两个方面，包括机组偏差能损分析，优化燃烧，锅炉、汽机及其辅机故障诊断等，应积极开发先进的优化监控软件和系统。
1.4针对锅炉设备和热工过程的特点，开发锅炉成套专用控制软件和装置，具有良好的产业化前景和广阔的市场容量，是国内外自动化高技术的发展方向之一。
1.5先进控制策略能否成功地应用到实际，关键在于对现场运行情况的深入了解及在理论上的提升。因此，应加强电站锅炉运行过程理论建模以及基于运行数据库的非参数建模，把专家经验和知识应用于先进控制策略。
2锅炉热工与燃煤控制环节注意事项
2.1汽包水位自动锅炉调节。汽包锅炉给水自动调节的主要任务是维持汽包水位在允许范围内变化。引起水位变化的因素很多，但主要是锅炉的蒸发量、给水流量和燃烧率等。为保证锅炉运行安全，给水自动调节系统应选用可靠性较高的仪表和自动调节系统。当蒸汽流量信号高于30%时高低值监视器动作控制继电器使之由单冲量调节系统切换到三冲量调节系统。装有三冲量给水自动调节装置的锅炉在运行时，由于引进了蒸汽流量和给水流量的调节信号，调节系统动作及时，抗干扰能力强，当蒸汽负荷突然发生变化，蒸汽流量信号使给水调节阀一开始就向正确方向动作。例如：在江苏淮安电厂4×300MW电泵改造为汽泵，在机组试运行时，在投给水流量自动时，给水流量时大时小，造成汽包水位波动很大，电厂技术人员一时没找到原因，电厂值长决定机组停机。理论知识和工作经验，分析造成给水流量不稳的原因，作何认为有可能流量变送器造成的，根据实际处理情况验证了我的分析。变送器在安装过程中，热控安装人员没能把仪表管吹扫干净，在投变送器时没排污，造成汽泡在仪表管内不停波动，所以造成汽包水位不稳。
2.2锅炉燃烧调节。容量较大的锅炉，根据节能和自动化水平的需要以及维护水平和投资允许时，可设置锅炉燃烧自动调节系统。锅炉燃烧系统自动调节的基本任务，是使燃料燃烧所产生的热量，适应蒸汽负荷的需要，同时还要保证经济燃烧和锅炉的安全运行。调节的内容有三个，即维持蒸汽母管压力不变；保持锅炉燃烧的经济性；维持炉膛负压在一定范围内。这三项调节任务是相互关联的，它们可以通过调节燃料量、送风量和引风量来完成。对于燃烧过程自动调节在负荷稳定时，应使燃烧量、送风量和引风量各自保持不变，及时地补偿系统内的内部扰动，这些内部的扰动包括燃料的质量变化，以及由于电网频率变化引起燃料量、送风量、引风量的变化等。在负荷变化的外扰作用时，则应使燃料量、送风量和引风量成比例的改变，既要适应负荷要求，又要使三个被调量：蒸汽压力、炉壁负压和燃烧经济性指标保持在允许的范围内。
2.3锅炉燃烧控制。维持汽压稳定，保证燃烧过程的经济性和炉膛负压的稳定，控制系统可分为三个回路：燃料量、送风和引风。燃料流量包括焦炉煤气与高炉煤气。燃料与空气采取比值控制方式和氧量校正方案，并用烟气含氧量进行微调，风/煤交叉联锁逻辑保证锅炉在任何负荷时都处于安全燃烧的“富氧”工况。即控制任何燃烧工况下的锅炉奉均大于燃料量。在静态时，风量指令为锅炉指令和锅炉燃料总量的高选信号；而燃料指令为锅炉指令与总风量的低选信号。在负荷变化时，则通过先加风，后加燃料；先减燃料，后减风来实现动态补偿。过剩空气系数校正回路也保证了锅炉在任何负荷时，都处于安全燃烧的“富氧”工况。在低负荷试，为了保证稳定燃烧，过剩空气系数较大。在高负荷时，为了获得较高的燃烧经济性，必须维持较低的过剩空气系数。
2.4锅炉风量的调节。当外界负荷变化需要调节锅炉出力时，随着燃料量的改变，对锅炉的风量也需做相应的调解。在实际运行中，从运行的经济方面来看，在一定的范围内，随着炉内过剩空气系数的增加，可以改变燃料与空气的接触和混合，有利于完全燃烧，使化学未完全燃烧损失和机械未完全燃烧损失降低。但是，当过剩空气系数过大时，则炉膛温度的降低和燃烧时间的缩短（由于烟气流速加快），可能使不完全燃烧损失反而有所增加。而排烟带走的热损失则总是随着过剩空气系数的增大而增加，所以当过剩空气过大时，总的热损失就要增加。此外，随着炉内过剩空气系数的增大，使烟气容积也相应增大，烟气流速也提高，因而使送、引风机的耗电量也增加。此外，过剩空气系数增大时，由于过剩氧量的相应增加，將使燃料中的硫分易于形成三氧化硫，烟气露点温度响应提高，从而使尾部烟道的空气预热器遭到腐蚀。
2.5锅炉燃烧系统应用。为完成锅炉燃烧自动调节系统的三个任务，锅炉的DCS调节系统采用了综合自动调节方案，即：根据出口压力调节送风机变频控制器频率，从而改变送风量，并且汽包压力及蒸汽流量换算的热量信号进行精调，为保证出口蒸汽计算准确，引进了温度和压力补偿；根据最佳风煤比调节燃烧煤的进煤量和进风量的比值，改变锅炉燃烧的发热量进而改变了锅炉的蒸发量，并用氧化锆测量残氧（剩余空气含氧量）信号加以修正，使锅炉母管压力保持在一定值内，还根据炉膛负压调节引风机变频控制器频率，从而改变引风量，用微分信号进行超前调节。DCS监控系统是以计算机为核心组成的监视和控制系统。它有很强的信息处理能力，运算速度快，实时性好，具有记忆比较判断等逻辑功能，以及控制方法灵活等特点。它主要实现对汽包水位、给水流量、给水压力、省煤器进出口水温、引送风风量、蒸汽流量、空气预热器出口烟压、蒸汽压力、蒸汽温度、炉膛温度、炉膛负压、给煤量、含氧量等现场信号通过卡件进行数据采集与处理，CRT屏幕显示，制表打印及事故追忆，性能计算等。对机组的启停和预防或处理事故进行指导。
3结束语
锅炉热工燃烧自动控制系统投运后，由于锅炉系统的热惯性大，负荷变化剧烈，操作人员只凭感观参数控制锅炉运行，难以保证锅炉运行的最佳状态，在管理中只有减少人工手动方法控制锅炉运行造成的能源浪费，才能降低运行成本，提高了热工与燃煤控制效率。
关键词：蒸汽锅炉；热工调节；热工燃烧；自动控制
锅炉热工系统由给水系统、蒸汽系统、烟气系统、风系统等部分组成。工业锅炉热工燃烧控制系统实质是针对这几个系统的运行过程进行自动控制。近年来，锅炉热工过程先进控制理论的研究工作已经为其在电站中的应用奠定了应有的理论基础。控制计算机的普及与提高也为先进控制的应用提供了强有力的硬件和软件平台。
1锅炉热工控制研究现状
1.1实际控制工程中，要求控制器简单，计算时间短，而目前研究的先进控制策略往往结构复杂，计算时间长，且大部分研究成果仍处于实验室仿真阶段，如何将其推向热工控制实际应用是今后的努力方向。
1.2目前的先进控制策略大都是从某一热工过程出发，满足这一过程的特殊控制要求，没有考虑对其他过程，乃至全局的影响。因此电厂单元机组控制的进一步整体化、智能化研究十分重要。如何在先进控制策略的基础上，将生产调度、计划、优化经营管理与决策等内容加入到控制与优化系统中，是今后的研究方向。
1.3优化监控系统以状态计算、分析和诊断为基础，涉及电厂的安全和经济两个方面，包括机组偏差能损分析，优化燃烧，锅炉、汽机及其辅机故障诊断等，应积极开发先进的优化监控软件和系统。
1.4针对锅炉设备和热工过程的特点，开发锅炉成套专用控制软件和装置，具有良好的产业化前景和广阔的市场容量，是国内外自动化高技术的发展方向之一。
1.5先进控制策略能否成功地应用到实际，关键在于对现场运行情况的深入了解及在理论上的提升。因此，应加强电站锅炉运行过程理论建模以及基于运行数据库的非参数建模，把专家经验和知识应用于先进控制策略。
2锅炉热工与燃煤控制环节注意事项
2.1汽包水位自动锅炉调节。汽包锅炉给水自动调节的主要任务是维持汽包水位在允许范围内变化。引起水位变化的因素很多，但主要是锅炉的蒸发量、给水流量和燃烧率等。为保证锅炉运行安全，给水自动调节系统应选用可靠性较高的仪表和自动调节系统。当蒸汽流量信号高于30%时高低值监视器动作控制继电器使之由单冲量调节系统切换到三冲量调节系统。装有三冲量给水自动调节装置的锅炉在运行时，由于引进了蒸汽流量和给水流量的调节信号，调节系统动作及时，抗干扰能力强，当蒸汽负荷突然发生变化，蒸汽流量信号使给水调节阀一开始就向正确方向动作。例如：在江苏淮安电厂4×300MW电泵改造为汽泵，在机组试运行时，在投给水流量自动时，给水流量时大时小，造成汽包水位波动很大，电厂技术人员一时没找到原因，电厂值长决定机组停机。理论知识和工作经验，分析造成给水流量不稳的原因，作何认为有可能流量变送器造成的，根据实际处理情况验证了我的分析。变送器在安装过程中，热控安装人员没能把仪表管吹扫干净，在投变送器时没排污，造成汽泡在仪表管内不停波动，所以造成汽包水位不稳。
2.2锅炉燃烧调节。容量较大的锅炉，根据节能和自动化水平的需要以及维护水平和投资允许时，可设置锅炉燃烧自动调节系统。锅炉燃烧系统自动调节的基本任务，是使燃料燃烧所产生的热量，适应蒸汽负荷的需要，同时还要保证经济燃烧和锅炉的安全运行。调节的内容有三个，即维持蒸汽母管压力不变；保持锅炉燃烧的经济性；维持炉膛负压在一定范围内。这三项调节任务是相互关联的，它们可以通过调节燃料量、送风量和引风量来完成。对于燃烧过程自动调节在负荷稳定时，应使燃烧量、送风量和引风量各自保持不变，及时地补偿系统内的内部扰动，这些内部的扰动包括燃料的质量变化，以及由于电网频率变化引起燃料量、送风量、引风量的变化等。在负荷变化的外扰作用时，则应使燃料量、送风量和引风量成比例的改变，既要适应负荷要求，又要使三个被调量：蒸汽压力、炉壁负压和燃烧经济性指标保持在允许的范围内。
2.3锅炉燃烧控制。维持汽压稳定，保证燃烧过程的经济性和炉膛负压的稳定，控制系统可分为三个回路：燃料量、送风和引风。燃料流量包括焦炉煤气与高炉煤气。燃料与空气采取比值控制方式和氧量校正方案，并用烟气含氧量进行微调，风/煤交叉联锁逻辑保证锅炉在任何负荷时都处于安全燃烧的“富氧”工况。即控制任何燃烧工况下的锅炉奉均大于燃料量。在静态时，风量指令为锅炉指令和锅炉燃料总量的高选信号；而燃料指令为锅炉指令与总风量的低选信号。在负荷变化时，则通过先加风，后加燃料；先减燃料，后减风来实现动态补偿。过剩空气系数校正回路也保证了锅炉在任何负荷时，都处于安全燃烧的“富氧”工况。在低负荷试，为了保证稳定燃烧，过剩空气系数较大。在高负荷时，为了获得较高的燃烧经济性，必须维持较低的过剩空气系数。
2.4锅炉风量的调节。当外界负荷变化需要调节锅炉出力时，随着燃料量的改变，对锅炉的风量也需做相应的调解。在实际运行中，从运行的经济方面来看，在一定的范围内，随着炉内过剩空气系数的增加，可以改变燃料与空气的接触和混合，有利于完全燃烧，使化学未完全燃烧损失和机械未完全燃烧损失降低。但是，当过剩空气系数过大时，则炉膛温度的降低和燃烧时间的缩短（由于烟气流速加快），可能使不完全燃烧损失反而有所增加。而排烟带走的热损失则总是随着过剩空气系数的增大而增加，所以当过剩空气过大时，总的热损失就要增加。此外，随着炉内过剩空气系数的增大，使烟气容积也相应增大，烟气流速也提高，因而使送、引风机的耗电量也增加。此外，过剩空气系数增大时，由于过剩氧量的相应增加，將使燃料中的硫分易于形成三氧化硫，烟气露点温度响应提高，从而使尾部烟道的空气预热器遭到腐蚀。
2.5锅炉燃烧系统应用。为完成锅炉燃烧自动调节系统的三个任务，锅炉的DCS调节系统采用了综合自动调节方案，即：根据出口压力调节送风机变频控制器频率，从而改变送风量，并且汽包压力及蒸汽流量换算的热量信号进行精调，为保证出口蒸汽计算准确，引进了温度和压力补偿；根据最佳风煤比调节燃烧煤的进煤量和进风量的比值，改变锅炉燃烧的发热量进而改变了锅炉的蒸发量，并用氧化锆测量残氧（剩余空气含氧量）信号加以修正，使锅炉母管压力保持在一定值内，还根据炉膛负压调节引风机变频控制器频率，从而改变引风量，用微分信号进行超前调节。DCS监控系统是以计算机为核心组成的监视和控制系统。它有很强的信息处理能力，运算速度快，实时性好，具有记忆比较判断等逻辑功能，以及控制方法灵活等特点。它主要实现对汽包水位、给水流量、给水压力、省煤器进出口水温、引送风风量、蒸汽流量、空气预热器出口烟压、蒸汽压力、蒸汽温度、炉膛温度、炉膛负压、给煤量、含氧量等现场信号通过卡件进行数据采集与处理，CRT屏幕显示，制表打印及事故追忆，性能计算等。对机组的启停和预防或处理事故进行指导。
3结束语
锅炉热工燃烧自动控制系统投运后，由于锅炉系统的热惯性大，负荷变化剧烈，操作人员只凭感观参数控制锅炉运行，难以保证锅炉运行的最佳状态，在管理中只有减少人工手动方法控制锅炉运行造成的能源浪费，才能降低运行成本，提高了热工与燃煤控制效率。