【導(dǎo)讀】燃料燃燒技術(shù)在國民經(jīng)濟的發(fā)展，尤其在能源工程中起著十分重要的作用。會對于能源的消耗，一直在穩(wěn)定的增長，現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，更明顯的刺激了能源的消耗。造成這種情況的原因是多方面的，燃燒設(shè)備的低效率是其中一個重要的因素。循環(huán)流化床鍋爐在汽溫控制和水位控制方面和煤粉鍋爐基本相同，而其燃燒系統(tǒng)與。床溫在一定的范圍內(nèi)，因此床溫控制系統(tǒng)和床壓控制系統(tǒng)是循環(huán)流化床鍋爐所特有的。鍋爐自動化水平做了有益的嘗試。同時利用MCGS組態(tài)軟件對自動控制系統(tǒng)進行監(jiān)控。

　　

【正文】 致性和獨立性。常用的知識表示方法有邏輯因果圖、產(chǎn)生式規(guī)則、語義網(wǎng)絡(luò)、框架理論、概念從屬等，尤以產(chǎn)生式規(guī)則構(gòu)成的產(chǎn)生式知識庫使用最多。產(chǎn)生式規(guī)則的一般形式是 if（前提） then（動作）。將規(guī)則與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)相匹配，一旦匹配成功，就執(zhí)行相應(yīng)動作或得出某個結(jié)論。 （ 3） 知識獲取：要保證知識庫能對應(yīng)用對象所有狀態(tài)的描述具有完備性和正確性，往往需要新知識的獲取。一方面是 將專家的知識和經(jīng)驗進行描述并寫入；另一方面是進行機器自學(xué)習(xí)，增添新知識。 （ 4） 數(shù)據(jù)庫：用以存貯表征應(yīng)用對象的特性數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、求解目標和中間狀態(tài)數(shù)據(jù)等，供推理機和解釋機構(gòu)使用。 （ 5） 解釋機構(gòu)：用以檢驗和解釋知識庫中相應(yīng)規(guī)則的條件部分，即用推理得到的中間結(jié)果對規(guī)則的條件部分中的變量加以約束，并將該規(guī)則所預(yù)言的變化（由動作引起）返回推理機。 （ 6） 推理機：承擔控制并執(zhí)行專家推理的過程。從數(shù)據(jù)庫來的數(shù)據(jù)經(jīng)過一定的推理和計算形成事實，然后與知識庫中的相應(yīng)規(guī)則進行匹配，找出可用的規(guī)則集，根據(jù)一定的優(yōu)先級別應(yīng)用各 條規(guī)則，同時執(zhí)行各規(guī)則的動作（或結(jié)論）部分，并更新數(shù)據(jù)庫。在整個推理過程中，如何快速查找并正確應(yīng)用可用規(guī)則，是決定推理速度和正確性的關(guān)鍵。推理方法又與知識描述方式密切相關(guān)，如對語義網(wǎng)絡(luò)知識庫用匹配和繼承推理方法，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識庫用模式識別推理方法，對產(chǎn)生式規(guī)則庫用鏈式邏輯推理方法。鏈式邏輯推理具體又分正向推理（數(shù)據(jù)驅(qū)動策略）、逆向 正反向混合推理三類方式。 （三）專家系統(tǒng)在自動化中的應(yīng)用 在過程控制中，專家系統(tǒng)能夠做的事情很多。但必須注意，過程控制是在現(xiàn)場實時進行的，因此對專家系統(tǒng)的實時性和可靠性有很高的要求 ，并希望有良好的開放性。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 16 在過程控制中，在一套計算機控制裝置處理的范圍內(nèi)，往往有成百上千個變量，系統(tǒng)很大，好在這些變量并非都是息息相關(guān)的，劃分為若干個子專家系統(tǒng)將方便得多。 專家系統(tǒng)在自動化中的應(yīng)用至少有三大方面： （ 1） 用于控制依據(jù)負荷、進料情況、環(huán)境條件和系統(tǒng)工作情況等因素，決定控制作用 U、 控制器參數(shù)、控制系統(tǒng)類型或結(jié)構(gòu)等。 （ 2） 用于工況監(jiān)測、故障診斷和區(qū)域優(yōu)化，這是診斷型任務(wù)，與控制型任務(wù)不同。依據(jù)系統(tǒng)工作情況和環(huán)境條件等因素，判定工況是否正常，判定工況不正常的根源，并判定如何使工作情況進入優(yōu)良區(qū)域 。 （ 3） 用于計劃和調(diào)度。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 人們一開始進行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，是想通過微電子技術(shù)來模擬人腦。盡管已有多年歷史，但人腦仿真依然是一個難題。從研究神經(jīng)元所得到的一些特性，導(dǎo)致了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ Artificial Neural Netwoth, ANN）的 誕生。到今天已有幾十種類型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在工程上的應(yīng)用，似乎已與 人腦 的設(shè)想 模擬 逐漸遠離，而是作為強有力的非線性函數(shù)轉(zhuǎn)換器來使用 。 （一）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 若干個神經(jīng)元連接起來，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自組織性、層次性和并行處理能力。在對其功能和特性抽象的 基礎(chǔ)上，開發(fā)了各種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。常用的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有反向傳播網(wǎng)絡(luò)（ BP）、 徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)（ RBF）、具有 RC 環(huán)節(jié)的 Hopfield 反饋網(wǎng)絡(luò)、動態(tài) 速歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ FNN）等。 （二）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在自動化中的應(yīng)用 由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強的非線性函數(shù)逼近能力并具有并行處理工作方式等特點，已在很多應(yīng)用領(lǐng)域受到了關(guān)注，在自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用主要有下列諸方面： （ 1）軟測量：應(yīng)用數(shù)學(xué)模型來間接測量一些成分和物性變量，為解決許多測量難題提供了可能性，近年來很受注意。除了采用非線性回歸模型外，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 作為軟測量模型有不少優(yōu)點，同樣或類似的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可用來描述變量完全不同、函數(shù)關(guān)系迥異的特性。 （ 2）故障檢測和診斷：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可被用作故障檢測和診斷的工具。不同的故障情況，會產(chǎn)生不同的現(xiàn)象?，F(xiàn)將反映現(xiàn)象的工況變量作為網(wǎng)絡(luò)輸入，并通過網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練，使網(wǎng)絡(luò)的各個輸出節(jié)點反映某種故障存在與否，例如各節(jié)點的輸出都接近于零，表內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 17 示不存在故障，第 i 個節(jié)點的輸出接近于 1 ，表示存在故障 i 。采用足夠數(shù)量的若干組因果關(guān)系數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練后，網(wǎng)絡(luò)將有很好的故障診斷功能。 （ 3） 用于控制： ①逆動態(tài)控制； ②基于模型的控制，像 內(nèi)模控制、模型參考自適應(yīng)控制和預(yù)測控制等都是基于模型的控制。它們在處理線性系統(tǒng)時，獲得了滿意的效果，但遇到非線性過程時，設(shè)計比較困難。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和非線性函數(shù)逼近能力作為模型，可以解決問題； ③神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可作為在線估計器的控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，也可用作包括非線性函數(shù)關(guān)系在內(nèi)的在線估計器。 （ 4） 用于優(yōu)化：利用 Hopfield 網(wǎng)絡(luò)在穩(wěn)態(tài)時其能量函數(shù)達極小值的性質(zhì)，可以求解有關(guān)優(yōu)化問題。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 18 第三章 循環(huán)流化床鍋爐 燃燒 控制 系統(tǒng) 循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展概況 火力發(fā)電為人類社會進步和發(fā)展做出了貢獻，同時也給人類的生存環(huán)境造成了嚴重的災(zāi)難。隨著各國對環(huán)境污染控制要求越來越嚴格，尋找新型的燃燒技術(shù)已經(jīng)為人們所廣泛關(guān)注。從 上 世紀 70 年代起，循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，它主要有燃燒污染低、燃料范圍廣、鍋爐效率高、燃燒效益好等優(yōu)點。因此，在近 三 十多年里，為了開發(fā)、完善循環(huán)流化床燃燒技術(shù)，世界上各工業(yè)國家技術(shù)，人力財力等各方面都作了大量投入，而走在世界前列的仍然是幾個比較發(fā)達的工業(yè)國家。以循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計結(jié)構(gòu)特點來區(qū)分，其中有代表性的有三種：芬蘭奧斯龍公司的（ Pyrolow）循環(huán)流化床鍋爐，德國魯奇公司的循環(huán)流化床鍋爐和美國福斯特．惠 勒公司的循環(huán)流化床鍋爐。 我國從七十年代開始一些大專院校和企業(yè)就研制出小容量的循環(huán)流化床鍋爐。迄今國內(nèi)部分 企業(yè)與 各大高校 合作共同研制的 35t/h~240t/h 循環(huán)流化床鍋爐，均投產(chǎn)運行。 循環(huán)流化床鍋爐簡介 循環(huán)流化床鍋爐定義 循環(huán)流化床鍋爐也是鍋爐的一種，是燃燒化石燃料來產(chǎn)生蒸汽的一種裝置。但是從燃料的成分與類型以及燃燒技術(shù)來區(qū)分，循環(huán)流化床鍋爐與傳統(tǒng)的煤粉爐等相比，有了很大的不同，循環(huán)流化床鍋爐正是從其工藝而得名。對于循環(huán)流化床的概念，可以把它的名稱分開來解釋，循環(huán)的意思是當鍋爐燃燒時， 物料在燃燒結(jié)束后，隨著尾部煙氣通過煙道進入旋風(fēng)分離器，沒有得到充分燃燒的物料會通過回料系統(tǒng)回到爐膛繼續(xù)參加燃燒。這樣不斷的循環(huán)能夠保證投入的物料得到充分的燃燒。流化床的概念為投入的物料在爐膛中燃燒時，不斷地上下流動，類似于液體沸騰時的狀態(tài)，因此稱為流化床。 循環(huán)流化床鍋爐脫硫是一種爐內(nèi)燃燒脫硫工藝，以石灰石為脫硫吸收劑，燃煤和石灰石自鍋爐燃燒室下部送入，一次風(fēng)從布風(fēng)板下部送入，二次風(fēng)從燃燒室中部送入。石灰石受熱分解為氧化鈣和二氧化碳。氣流使燃煤、石灰顆粒在燃燒室內(nèi)強烈擾動形成流化床，燃煤煙氣中的 2SO 與氧化鈣接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)被脫除。為了提高吸收劑的利用率，將未反應(yīng)的氧化鈣、脫硫產(chǎn)物及飛灰送回燃燒室參與循環(huán)利用。鈣硫比達到 2～ 2． 5 左右時，脫硫率可達 90％以上。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 19 流化床燃燒方式的特點是： 1．清潔燃燒，脫硫率可達 80％～ 95％， XNO 排放可減少 50％； 2．燃料適應(yīng)性強，特別適合中、低硫煤； ，可達 95％～ 99％； 4．負荷適應(yīng)性好 ， 負荷調(diào)節(jié)范圍 30％～ 100％。 循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu) 循環(huán)流化床鍋爐 的結(jié)構(gòu)如圖 所示： 圖 循環(huán)流化床鍋爐工作原理 循環(huán)流化床鍋爐的工作原理：床料成流態(tài)化后，通過噴燃器使其燃燒，同時啟動給煤機不斷投入燃料，使燃料在爐膛內(nèi)高溫燃燒，釋放大量的熱量完成熱交換。燃燒后煙氣通過尾部煙道，首先進入旋風(fēng)分離器，經(jīng)過分離器分離，使得沒有完全燃燒的物料從回料裝置回到爐膛內(nèi)繼續(xù)燃燒。剩余的尾氣就從煙道經(jīng)過引風(fēng)機抽取、除塵器除塵后從煙囪排往大氣。由于尾部煙氣含有大量的余熱，因此在尾部煙道中設(shè)置過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器，來利用尾煙中的余熱分別加熱 過熱蒸汽、給水、一次風(fēng)以及二次風(fēng)，從而達到進一步降低熱損失的功效。 燃燒過程的目的是為了完成熱交換，把熱能最終轉(zhuǎn)化為電能，在循環(huán)流化床鍋爐中，用來完成能量交換的介質(zhì)是水。經(jīng)過化學(xué)處理的純凈水由給水泵打進高壓加熱器加熱，再經(jīng)過省煤器回收一部分尾煙中的余熱后進入汽包。汽包的水在水冷壁中進行自然或強內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 20 制循環(huán)，不斷吸收爐膛輻射熱量，由此產(chǎn)生的飽和蒸汽由汽包頂部流出，再經(jīng)過多級加熱器進一步加熱成過熱蒸汽，這個具有一定壓力和溫度的過熱蒸汽就是鍋爐的產(chǎn)品。蒸汽的高溫和高壓是為了提高單元機組的熱效率。 燃燒過程有關(guān)參數(shù) 的影響 到目前為止，對燃燒機理的探討還不多。 1973 年 Avendesian 和 Daridson 應(yīng)用“兩相流化”及擴散燃燒的理論，提出了計算炭粒流化床燃燒燃盡時間的數(shù)學(xué)模型 。 1975年 Compbell 和 Daridson 對模型作了重要補充。同時， Gibb 也提出了一個物理模型，用來預(yù)計流化床的燃燒工況。循環(huán)流化床層內(nèi)的熱交換比較復(fù)雜，涉及許多因素，特別是氣、固兩相的流動和其復(fù)雜的相互作用。多年來，并未提出公認的理論和精確的計算公式。已發(fā)表的一些計算公式其結(jié)果彼此間有較大的差距，甚至矛盾。從最初的邊界層理論，到后來的 表面更新 — 穿透理論及二相流化理論，都有一些不能使人完全信服之處，都還不能應(yīng)用于實踐。 除了理論工作，人們對循環(huán)流化床燃燒的研究進行了大量的試驗工作，包括循環(huán)流化床爐研究的基礎(chǔ)實驗，先行機組試運行、實際運行總結(jié)等，掌握了一系列的定性和半定量知識，并建立了有關(guān)規(guī)程。下面我們結(jié)合控制調(diào)節(jié)和運行參數(shù)進行簡單的介紹（結(jié)構(gòu)因素影響從略），以期形成一些有關(guān)基本控制設(shè)計原則的討論。 循環(huán)流化床風(fēng)速和風(fēng)量 風(fēng)速影響床料流動性、氣泡直徑及床層內(nèi)燃燒率等，從而影響液化質(zhì)量和燃燒效率。是循環(huán)流化床運行的關(guān)鍵調(diào)節(jié)參數(shù)。 風(fēng)速 過小，不能正常流化，甚至結(jié)渣； 風(fēng)速 過大，則產(chǎn)生大量細顆粒帶出，增加固體不完全燃燒損失、排煙損失和風(fēng)機耗電量等，甚至使爐料不斷減少。 隨著風(fēng)流速度增加，傳熱系數(shù)變化趨勢是先增后減。循環(huán)流化床爐在良好循環(huán)流化床的運行風(fēng)速范圍內(nèi)所做的試驗表明，其傳熱系數(shù)的變化多處于隨氣流速度增加而下降的范圍。在考慮床層換熱時，人們通過機理性研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)速對傳熱系數(shù)的影響不是決定性的。 就風(fēng)速對燃燒效率的影響，通常可以認為，隨著表觀風(fēng)速增加，床溫降低，但燃燒效率僅有微弱的降低趨勢，因為這時氣相和細顆粒的停留時間都減小了。對高循環(huán) 倍率下的運行，可以認為風(fēng)速對燃燒效率沒有實質(zhì)性影響。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 21 循環(huán)流化床風(fēng)量與循環(huán)流化床風(fēng)速及空氣過剩量等有關(guān)。 在正常運行時，風(fēng)量變化可起到調(diào)節(jié)床溫的作用，這種調(diào)節(jié)手段是有一定限制的。下限要保證床料正常循環(huán)流化床，上限受風(fēng)機出力和床料揚析量的限制。送風(fēng)量對床溫變化有明顯影響。正常運行時可在這范圍內(nèi)改變風(fēng)量來微調(diào)床溫。當發(fā)現(xiàn)有超溫趨勢時，可開大送風(fēng)量，多帶走熱量，使床溫下降，能有效地防止循環(huán)流化床結(jié)焦。當發(fā)現(xiàn)有熄火趨勢時，關(guān)小風(fēng)量，可少帶走熱量，使床溫上升，能有效地防止循環(huán)流化床熄火。通常鼓風(fēng)量大小對床溫的影響，可 對具體的鍋爐結(jié)構(gòu)與運行條件和煤種變化，做一些定量分析，并通過運行試驗得到有關(guān)數(shù)據(jù)。另外，一旦突然中止給煤或給煤不均，小風(fēng)速運行的床層溫度將更容易保持在適宜的水平，而不致造成很快熄滅。 給煤 送進床料的熱量有兩部分：熱風(fēng)攜帶熱量和煤的燃燒放熱。熱風(fēng)的風(fēng)溫變化不大，所占熱量比例也小。影響大的是給煤量的變化。曾在某臺循環(huán)流化床爐上試驗，當風(fēng)煤比恰當，送進的煤都以一定的燃燒效率放出熱量，當給煤量比正常給煤量增減 10%，床溫將以 22℃ /min 的變化率增減。 通常所說給煤量來適應(yīng)鍋爐負荷（即沉浸受熱面內(nèi)工質(zhì)吸 熱 量）的變化，在循環(huán)流化床中就是通過給煤量變化→床溫變化→床溫與工質(zhì)溫度差變化（同時傳熱系數(shù)變化）→受熱面內(nèi)工質(zhì)吸熱量變化來達到。 給煤的變化，除了上述煤量變化外，運行中還會碰到煤質(zhì)（灰分、粒度、水分等）的變化。對一定的運行風(fēng)速、給料量及床料粒度決定了顆粒在床內(nèi)的行為。 粒度對燃燒效率的影響可從這樣的角度來分析：對于循環(huán)流化床鍋爐，在給料粒度分布和密度一定時，能夠飛出床層參加物料循環(huán)的顆粒尺寸由運行風(fēng)速決定，這樣，始終停留在床內(nèi)的大顆粒的燃燒效率將由床溫和床內(nèi)氧濃度決定，而小顆粒的燃燒效率則由分離效率等因素 決定。提高燃燒效率的關(guān)鍵在于提高那些一次通過爐膛時沒有燒盡，而循環(huán)次數(shù)又不多的顆粒的燃盡度。 燃料水分與粘著性有很大關(guān)系。特別是高水分細顆粒燃料流動性不好，用常規(guī)方法給料很容易導(dǎo)致碎煤機和給料機中的堵塞。水分增加時，由于蒸汽所吸的汽化潛熱增加，床溫將有可觀下降，但水分的存在對燃燒效率沒有不利影響，因為水分可以同時促進揮發(fā)分析出和焦炭燃燒，而扣除添加水分造成的排煙熱損失后，總 的鍋爐效率的變化取決于水分總量和所采用的燃燒方式。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 22 床料高度 循環(huán)流化床運行中要維持床料高度在適當?shù)臄?shù)值。太薄會發(fā)生吹穿，運行 不穩(wěn)定；太厚則增大風(fēng)機電耗，分層嚴重。床層膨脹將增加傳熱量。通過對不同的靜止料層高度的試驗，