BCS 技術在煤粉爐上的應用
高瑞峰 于現軍
( 北京和隆優化科技股份有限公司)
摘要 BCS 是應用于燃燒過程的通用優化控制技術，已成功應用于鏈條爐、CFB 鍋爐、高爐熱風爐、軋鋼加熱爐等多種爐型。在此基礎上，BCS 首次在某熱電廠3 臺65t /h 煤粉爐上得到應用，并取得了良好的運行效果。
關鍵詞 BCS；優化；煤粉爐；控制
煤粉爐是火力發電廠的主力機組設備，他的發電量占火力發電總量的90% 左右，煤粉爐運行狀況會直接影響火力發電行業的經濟技術指標，因此，對提高煤粉爐控制應用水平的研究一直是國、內外鍋爐制造商、相關科研單位和工程公司重點研究的課題。國外公司( 包括美國Ultramax公司、Pegasus 公司以及西屋公司等) 做了大量的研究和實際應用，其中Ultramax 公司的燃燒優化系統采用了貝葉斯統計和加權非線性回歸分析相結合的建模方法，可快速精確地辨識出鍋爐的運行特性，并在最優化原理指導下快速找到最佳的控制量組合; Pegasus 公司的NeuSIGHT和Power Perfecter 系統利用DCS 本身具有的數據庫的數據作為基礎，經過神經網絡模型在線分析，迅速得出運行參數的最優值，然后輸出到DCS，DCS 系統通過控制偏移量實現NeuSIGHT對鍋爐燃燒的優化控制。這些優化控制技術產品都取得了不錯的節能減排效果。此外，國內還有清華大學、西安熱工院等機構，也開展了對煤粉爐燃燒控制的應用研究，但一般是給出指導性的操作方向，較少實現閉環控制［1］。
現有國內、外的燃燒優化技術一般都是基于變參數實驗取得大量數據，采用神經網絡建模取得原始模型，該項工作花費時間較長( 2 ～ 4周) 。然而入爐煤種的不穩定，再加上鍋爐檢修、積灰、結渣等因素的影響，使得在性能試驗數據基礎上建立的鍋爐模型經過一段時間后出現模型失配的問題，造成優化效果降低甚至失效。同時，現有的燃燒優化技術需要配置大量性能可靠的分析儀表，對于目前我國大多數企業來說是承受不起的，也無法保證這類儀表運行的可靠性。所以，研究一種基于中國國情、簡單易用、長期高可靠性的智能燃燒優化技術，以降低燃煤消耗、實現節能減排和降低工人勞動強度是非常必要和迫切的［2］。
1 BCS 技術介紹
1. 1 BCS 技術概述
BCS 是“通用燃燒優化控制技術”( 以下簡稱BCS) 的英文縮寫。BCS 是基于國內絕大多數工業現場普遍存在的、最基本的測控儀表配置及其性能狀況，采用先進的燃燒效果軟測量技術、最佳運行工況的自尋優及滾動優化技術、多爐多機大系統協調優化技術、故障診斷與容錯的安全控制技術、先進的軟件接口技術及科學的運行數據挖掘、處理與統計技術來實現燃燒過程的全自動協調優化控制，從而達到其安全運行、穩定運行和經濟運行的所有目標［3］。
1. 2 BCS 技術的理論根據
BCS 技術立足于各種燃燒裝置現有的工藝、設備、操作條件下，通過實施優化控制來使其熱效率η 最大。
固體燃料的熱平衡方程式如下:
Qr = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6
式中: Qr為燃料帶入鍋爐的熱量，kJ /kg; Q1為鍋爐有效利用熱量，kJ /kg; Q2為排出煙氣所帶走的熱，kJ /kg; Q3為氣體不完全燃燒熱損失，kJ /kg; Q4為固體不完全燃燒熱損失，kJ /kg;Q5為鍋爐的散熱損失，kJ /kg; Q6為灰渣帶走的物理熱量，kJ /kg。
固體燃料的熱效率如下:
η = Q1 /Qr =［Qr － ( Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6) ］/Qr× 100%可見，如果想使鍋爐熱效率最大，必須讓Q2、Q3、Q4、Q5、Q6五項損失最小。而Q2、Q3、Q4三項占了鍋爐熱損失的絕大部分，并與操作水平有著密不可分的直接關系，需要通過實施燃燒優化策略來使其趨于最小，且空氣過量會使Q2增大，空氣欠量會使Q3 + Q4增大。
2 BCS 在煤粉鍋爐的應用
2. 1 項目介紹
某廠現有3 臺65t /h 四角切圓噴燃式中儲式煤粉爐，已有DCS 控制系統，但是長期處于手動控制狀態，以供熱為主發電為輔，由于受用戶使用蒸汽的波動影響，負荷波動較大，煤耗較高，工人的勞動強度非常大。故決定采用BCS技術對該鍋爐進行優化改造，以達到降低煤耗、控制指標平穩、減輕工人勞動強度的目的。
2. 2 BCS 與DCS 之間的通訊建立
BCS 與DCS 之間通過OPC 通訊協議建立連接，并由DCS 完成BCS 所需測點的傳送同時接收BCS 送回的控制指令，為了實現DCS 與BCS系統之間無擾的切換，需要對原DCS 系統組態稍作修改，切換框圖如圖1 所示。
2. 3 自動和優化功能的實現
鍋爐熱效率與煙氣含氧量有密不可分的關系，最佳燃燒效率下的煙氣含氧量與負荷、煤種有關，由于煤質無法在線測量，為保證最佳鍋爐熱效率而尋找不同煤質下負荷對應的氧量就成為了優化的目標。BCS 優化技術的特征是采用自尋優來完成優化，即采用華羅庚《優選學》中的“瞎子爬山法”來尋找氧含量合理值，獲得鍋爐最佳熱效率，具體方法如圖2 所示。
其中，鍋爐實時等效熱效率采用正平衡法進行計算，氧含量設定值為負荷－ 氧量設定器的輸出與氧含量優化控制器的輸出之和。通過氧含量調節器輸出控制送風閥，實現燃燒過程的優化和閉環控制。
2. 4 項目投入的全自動優化控制回路及技術
基本控制回路。帶專家算法的汽包水位三沖量控制回路; 帶專家前饋算法的主汽溫度控制回路。
鍋爐燃燒優化控制。給粉優化控制回路; 送風優化控制回路; 爐膛負壓優化控制回路。
安全控制技術。安全限幅、智能語音報警等。鍋爐經濟運行統計技術。
3 運行效果分析
3. 1 控制參數的波動范圍明顯縮小
汽包水位控制范圍由原來的控制點± 50mm變為控制點± 10mm; 主汽溫度由原來的控制點± 10℃變為控制點± 5℃。
3. 2 運行統計功能
將該功能與單位的考核結合起來( 比如超溫、超壓、超水位等考核參數根據實際進行設置) ，系統會根據設置好的參數自動進行統計，一方面對操作質量進行評價，給考核人員提供直接的數據，并進行曲線記錄; 另外一方面可以對上班的產汽量、用煤量等參數進行統計，給本班的操作人員以借鑒。
3. 3 節能效果明顯
該項目于2011 年12 月投入全自動優化運行，將運行5 個月的數據與2011 年全年的數據進行比較，如表1 所示，節能率為2. 4%。
按該廠每年消耗12 萬tce，節煤率2. 4% 計算，每年可節約2880tce，每噸標煤價格800 元，則每年的節能效益可達230 多萬元，經濟效益明顯。
4 結語
BCS 技術在該廠的實施，極大地減輕了操作人員的勞動強度，使得鍋爐運行參數得以提高，節煤率為2. 4%，年節能效益達230 多萬元，給企業帶來巨大的經濟效益。
參考文獻
［1］ 于現軍等．自尋優算法在高爐熱風爐燃燒系統中的應用［J］.世界自動化與儀表，2003，7 ( 6) : 21－ 24.
［2］ 李濤． 中壓煤粉爐改燃高爐煤氣改造設計［J］．冶金能源，2012，31 ( 3) : 29 － 30.
［3］ 于現軍． 基于BCS的鏈條爐燃燒優化控制系統［J］.氯堿工業，2005，( 4) : 39 － 43.