【正文】 he excess amount of air and oxygen content of the AO, CO, and boiler efficiency由圖25可以看出，當(dāng)過剩空氣量增加時(shí)，CO含量下降，說明燃料趨向于充分燃燒，鍋爐的效率提升。但是，隨著過?？諝饬康脑黾?，燃料已經(jīng)完全燃燒，不完全燃燒的損失降為零，如果繼續(xù)增加過剩空氣量，就會(huì)造成煙氣熱損失的繼續(xù)增加，從而使得總能量損失增加。當(dāng)不完全燃燒的損失的減小量大于燃?xì)鉄釗p失的增加量時(shí)，總能量損失是減小的，在0%~20%的范圍內(nèi)，成為最高效率區(qū)。圖示如下：圖24過?？諝饬颗c能量損失的關(guān)系Figure 24 Amounts of excess air and energy loss由圖24，總能量損失=不完全燃燒的損失+煙氣熱損失。適量的過剩空氣量能夠保證燃料量完全燃燒，但是當(dāng)過剩空氣量增多時(shí)，一方面會(huì)吸收熱量，使?fàn)t膛的溫度降低，另一方面也會(huì)使煙氣損失增加。而在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于燃料和空氣不完全混合等原因，燃料完全燃燒所需的空氣量大于理論空氣量，設(shè)為QP。設(shè)煙氣中的含氧量為AO。以上幾個(gè)因素都會(huì)不同程度地影響到燃料的不完全燃燒或空氣的過量，造成鍋爐的熱效應(yīng)下降，這主要是因?yàn)槿剂狭髁亢涂諝饬髁恐g是定比值造成的。這是一個(gè)以煙道中氧含量為控制目標(biāo)的燃燒流量與空氣流量的變比值控制系統(tǒng)[10]。在整個(gè)生產(chǎn)過程中保證最經(jīng)濟(jì)地燃燒，必須是的燃料和空氣流量保證最優(yōu)比值。此方案中，燃料量與送風(fēng)量的比值關(guān)系是通過燃料控制器和送風(fēng)調(diào)節(jié)器的正確動(dòng)作間接保證的，該方案能夠保證蒸汽壓力恒定。方案一能夠確保燃料量與空氣量的比值關(guān)系，當(dāng)燃料量變化時(shí)，送風(fēng)量能夠跟蹤燃料量的變化，但送入的空氣量滯后于燃料量的變化。因此，可以根據(jù)燃料燃燒的方程式，來確定需氧量的大小，同時(shí)根據(jù)含氧量來確定送風(fēng)量的流速。蒸汽負(fù)荷變化的時(shí)候，燃料流量也會(huì)隨之變動(dòng)，因此燃料流量為主流量，如圖21圖21方案一Figure 21 Option One要使燃燒過程經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，就是要使進(jìn)入的空氣中含氧量充分，能夠是燃料充分燃燒。當(dāng)兩者的變動(dòng)都較小時(shí)，可以采用利用蒸汽壓力來調(diào)節(jié)燃料量的單回路控制系統(tǒng)。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)燃料量使之穩(wěn)定。2 方案討論鍋爐燃燒過程的控制任務(wù)有很多，主要有以下幾個(gè)：使鍋爐出口蒸汽壓力穩(wěn)定；保證燃料燃燒良好，促進(jìn)燃燒過程的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；保持爐膛負(fù)壓不變；維持燃燒嘴的背壓，保障系統(tǒng)安全。 本文要研究的內(nèi)容本文首先研究鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的整體方案，之后分蒸汽壓力控制和燃料與空氣比值控制系統(tǒng)、煙氣含氧量的閉環(huán)控制系統(tǒng)、爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)、防止回火的連鎖控制系統(tǒng)、防止脫火的選擇控制系統(tǒng)以及燃料量限速控制系統(tǒng)進(jìn)行討論。鍋爐的控制系統(tǒng)在鍋爐的燃燒過程當(dāng)中具有十分重要的意義。這些都與我國節(jié)能減排的政策相悖，不僅消耗了大量的能源，而且容易造成環(huán)境污染。國家“十二五規(guī)劃”明確提出了節(jié)能減排的目標(biāo)，即到2015年，單位GDP二氧化碳排放降低17%；單位GDP能耗下降16%；，%%；主要污染物排放總量減少8到10%的目標(biāo)。由圖中可以看到，下位機(jī)與上位機(jī)擔(dān)負(fù)著不同的作用，數(shù)據(jù)的采集，控制程序的執(zhí)行，輸出控制等任務(wù)都是由下位機(jī)實(shí)現(xiàn)的；整個(gè)系統(tǒng)的記錄，檢測，報(bào)警燈等任務(wù)則是由上位機(jī)利用組態(tài)軟件進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。下位機(jī)和上位機(jī)兩部分構(gòu)成了系統(tǒng)的微機(jī)。故這種形式的控制應(yīng)用的范圍也是有限的，當(dāng)前也就部分中小型鍋爐采用。此形式雖然實(shí)現(xiàn)了控制的自動(dòng)化，但是缺乏監(jiān)測，無法進(jìn)行控制效果反饋。目前，這種控制系統(tǒng)在我國鍋爐控制領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)非常少見，一般用在流量小于10t/h的非工業(yè)的小型鍋爐上；(2）微機(jī)不但進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)擔(dān)負(fù)著控制的作用。在智能控制時(shí)期，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)和控制算法不能解決的問題，得到了有效解決，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的過程控制提出了一個(gè)新的方向，同時(shí)具有非常好的效果，但是，智能控制的算法比較復(fù)雜，并且要求速度非常高的主控制器。（4）智能控制階段現(xiàn)代控制理論的發(fā)展及其在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，同時(shí)，諸如IPC，PAC，智能變頻器，現(xiàn)場顯示設(shè)備，各種數(shù)據(jù)采集卡板等控制領(lǐng)域硬件的迅猛發(fā)展，使得鍋爐控制系統(tǒng)發(fā)展到了智能控制時(shí)期。自本世紀(jì)80年代末，中國已經(jīng)陸續(xù)出現(xiàn)了各式各樣、種類繁多的鍋爐微機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)大大提高了工業(yè)鍋爐運(yùn)行效率。但是，利用儀表繼電器，需要依靠硬件實(shí)現(xiàn)控制功能，這樣可靠性比較低，同時(shí)精度比較低僅僅能夠完成比較簡單的控制，不能實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制技術(shù)和算法，控制的效果依然達(dá)不到要求。到了60年代的中后期，我國引進(jìn)了國外全自動(dòng)的燃油鍋爐的控制系統(tǒng)；到了上個(gè)世紀(jì)的70年代末，我國逐漸自主研發(fā)了一些工業(yè)鍋爐的自動(dòng)化儀器，同時(shí)，在工業(yè)鍋爐的控制系統(tǒng)方面也在逐步推廣應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)。（2）儀器繼電器控制階段隨著科技的不斷進(jìn)步，自動(dòng)化技術(shù)以及電力電子技術(shù)快速提高，國內(nèi)外以繼電器為基礎(chǔ)的自動(dòng)化儀表工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)也得到發(fā)展，并且廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)過程。這種控制方法，要求進(jìn)行控制的操作工人依靠他們的經(jīng)驗(yàn)決定送風(fēng)量，引風(fēng)量，給煤量的多少，然后利用手動(dòng)的操作工具等操控鍋爐，該方法控制的程度完全取決于操作工人的經(jīng)驗(yàn)。而鍋爐燃燒過程中的效率問題、安全問題一直是大眾關(guān)注的重要方面。工業(yè)過程中對(duì)于鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的要求是非常高的，要求鍋爐燃燒控制系統(tǒng)必須滿足控制精度高，響應(yīng)速度快[1]。1 緒論改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，生產(chǎn)力水平不斷提高，在生產(chǎn)中，鍋爐起著十分重要的作用，尤其是在火力發(fā)電中發(fā)揮重要作用的工業(yè)鍋爐，是提供能源動(dòng)力的主要設(shè)備之一。鍋爐產(chǎn)生的蒸汽可以作為蒸餾，干燥，反應(yīng)，加熱等各過程的熱源，另外也可以作為動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)動(dòng)力設(shè)備。 作為一個(gè)非常復(fù)雜的設(shè)備，鍋爐同時(shí)具有了數(shù)十個(gè)包括了擾動(dòng)、測量、控制在內(nèi)的參數(shù)，參數(shù)之間有著復(fù)雜的關(guān)系，并且相互關(guān)聯(lián)[2]。對(duì)于鍋爐燃燒的控制，已經(jīng)經(jīng)歷了四個(gè)階段[3~5](1）手動(dòng)控制階段因?yàn)?0世紀(jì)60年代以前，電力電子技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)還沒有得到完全發(fā)展，技術(shù)尚不成熟，因此，這個(gè)時(shí)期工業(yè)人員的自動(dòng)化意識(shí)不強(qiáng)，鍋爐燃燒的控制方式一般多采用純手動(dòng)的方法。因此，要求操作工人必須具有非常豐富的經(jīng)驗(yàn)，這樣無疑大大提高了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，由十人的主觀意識(shí)，所以事故率非常大，同時(shí)，也不能保證鍋爐高效穩(wěn)定的運(yùn)行。在上個(gè)世紀(jì)60年代前期，我國鍋爐的控制系統(tǒng)開始得到迅速發(fā)展。在儀表繼電器控制階段，鍋爐的熱效率得到了提高，并且大幅度的降低了鍋爐的事故率。（3）計(jì)算機(jī)控制階段電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，成本低、可靠性強(qiáng)、集成度高的微機(jī)、工控機(jī)和PLC系統(tǒng)等被廣泛應(yīng)用于工業(yè)的生產(chǎn)過程，同時(shí)，也為鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的發(fā)展提供了一個(gè)新的途徑。計(jì)算機(jī)控制時(shí)期，依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)可開發(fā)自動(dòng)化程度高的工業(yè)鍋爐系統(tǒng)，該系統(tǒng)相比儀表繼電器控制系統(tǒng)，性能得到了非常大的提高，但是受環(huán)境和外界干擾的影響較大，因此，還不是特別的完善。智能控制系統(tǒng)主要包括了自學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)，模糊控制系統(tǒng)，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，防人智能控制系統(tǒng)等控制系統(tǒng)，以及同傳統(tǒng)的控制形式相結(jié)合的控制方案，譬如以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)自整定為基礎(chǔ)的PID控制系統(tǒng)以及模糊PID控制系統(tǒng)等。目前，我國工業(yè)鍋爐，特別是電力行業(yè)的鍋爐，多數(shù)處于微機(jī)控制階段，同時(shí)增加了改進(jìn)的智能控制算法，根據(jù)控制系統(tǒng)中微機(jī)的作用不同，可以分為以下幾個(gè)控制形式[6~9]：（1）數(shù)據(jù)的采集，檢測和指導(dǎo)通過微機(jī)進(jìn)行操作，在這種形式下，控制器僅僅對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集，盡管在內(nèi)部仍然運(yùn)行著一定的控制算法，但是輸出并沒有控制元件起作用，只是對(duì)操作人員的操作起著指導(dǎo)的作用。這種形式里，控制器一方面實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)輸出直接可以作用在系統(tǒng)的電磁閥，繼電器，變頻器等控制元器件上，這種形式的控制實(shí)際上是一種閉環(huán)控制，即常規(guī)意義上的自動(dòng)化。因此，在此狀況下，會(huì)出現(xiàn)操作人員因不了解自動(dòng)控制的效果，不能根據(jù)控制的效果進(jìn)行適當(dāng)?shù)氖謩?dòng)控制或者一些緊急停爐的操作，而造成事故或危害的發(fā)生。（3）微機(jī)同時(shí)起著監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集和控制二重作用，形式大多采用分布式控制系統(tǒng)，即分級(jí)控制系統(tǒng)。圖11分級(jí)控制系統(tǒng)簡要結(jié)構(gòu)圖Figure 11 Hierarchical control system summary structure在上圖中，一般采用單片機(jī)，PAC, PLC等作為下位機(jī)，IPC(即工業(yè)計(jì)算機(jī))作為上位機(jī)。利用這種形式能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，可以同時(shí)對(duì)多臺(tái)鍋爐進(jìn)行監(jiān)控，因此，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的管控一體化的目標(biāo)，是我國工業(yè)生產(chǎn)過程中的廣泛應(yīng)用的控制形式。據(jù)研究表明，我國工業(yè)鍋爐每年耗用原煤約占年總產(chǎn)量的1/3 ，排放 CO2 達(dá) 6 億多噸，排放 SO2 500 ~ 600 萬噸，占全國排放總量的 21 % 。而由于客觀條件的限制，在工業(yè)生產(chǎn)中大規(guī)模淘汰工業(yè)鍋爐顯然是不太現(xiàn)實(shí)的。一個(gè)好的