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火力发电厂锅炉节能降耗策略探讨论文

摘要：火力发电厂锅炉是耗能大户，做好节能降耗能够有效缓解我国资源紧缺现象，并降低企业生产成本，提高发电厂经济效益。本文通过概括火力发电厂节能减排的意义，对节能降耗过程中存在的问题进行分析，为节能降耗提供一些建议，以提高企业节能降耗的效率。

关键词：火力发电；节能降耗；资源

1、引言

我国是资源大国，也是人口大国。随着经济社会的发展进步和我国人口的不断增多，我国人均资源占有量不断减少，资源总量逐渐减少对资源节约型和环境友好型社会提出更高要求。火力发电厂作为资源消耗大户，其节能减排对建设节约型社会具有重要意义。有效提高能源的利用效率，降低环境污染，提高低碳生产效率，对我国可持续发展具有重要意义。在发电过程中，减少能耗，特别是锅炉的资源能耗，能够有效降低火力发电厂生产效率，提高经济效益，同时对我国资源供需矛盾的解决具有重要意义。

2、火力发电厂锅炉节能降耗意义

节能降耗是国家可持续发展战略的重要体现，其不仅符合我国国家经济发展方向和政策，对企业的长远发展也具有重要意义，企业应倡导并运用这一思想。随着我国经济社会的发展和城市化进程的加快，资源消耗不断增大，如何有效进行提高资源使用效率，降低能耗成为火力发电厂考虑的重点问题。我国能源资源对国外进口的依赖性越来大，因此，降低作为耗能大户的火力发电厂锅炉能耗能够有效缓解我国资源供需矛盾，一定程度上减轻我国能源进口负担，降低企业生产成本。火力发电厂锅炉燃烧的能源大多为不可再生，节能减排能够缓解我国出现能源危机，提高社会发展效率。

3、火力发电厂节能降耗中存在的问题

火力发电厂锅炉作为企业核心机器，使用寿命较长，在长时间的使用过程中，难免存在一些节能问题，具体表现在以下几个方面：第一，锅炉在能源燃烧过程中，产生较多的飞灰，这些飞灰可燃性较大，对锅炉使用产生一定影响；第二，锅炉运行过程中，需要参与系统调峰的次数较多，不仅影响锅炉生产效率，还增加锅炉能耗，不利于节能减排的进行；第三，运行时间厂，锅炉不断老化，使用过程中耗能较多，在同样的资源消耗情况下效率较低，从另一个角度来说，生产同样的电量需要更多能耗；第四，锅炉的频繁启动和停机过程中能源消耗量；第五，锅炉机组经过长年累月地使用，老化现象所引起的其他部位功能降低，如尾部烟道漏风，从而导致吸风机出力增大，进而使耗电量增加，不利于锅炉热传递效果，降低其热经济性能。

4、火力发电厂锅炉节能降耗措施分析

4.1调整锅炉燃烧

在实际生产环境中，调整锅炉燃烧对锅炉的生产效率和节能降耗具有重要作用。对火力发电厂锅炉进行有效、全面地调整，能够便于锅炉整体燃烧比率的匹配，实现锅炉的充分燃烧，进而促进节能降耗工作的进行。火力发电厂锅炉进行调整时，需考虑风量对节能的效果，对风量进行研究，判断其配比比例，提高配比的合理性和科学性。风量的配比调整有利于调整锅炉内空气系数的控制，对此系数进行有效控制能够提高燃烧效率，使得燃料进行充分燃烧，保证锅炉燃烧的最佳状态。在进行调整的过程，应注意以下事项：当锅炉处于正常运行状态时，出现负荷增加的情况，需增加风量，且增加燃料燃烧量；出现负荷降低的情况，则需减少风量，降低燃料燃烧量。根据负荷情况调整风量，有利于实现锅炉燃料的充分燃烧，提高燃烧效率，降低能耗，实现生产成本的降低。

4.2清除锅炉灰质

锅炉使用过程中，容易产生可燃灰质，因此需要在其运行时进行受热面吹灰，以增加锅炉生产效率，利于节能降耗工作的开展。锅炉运行过程中难免发生热损失，热损失量与锅炉运行过程中排烟温度密切相关，排烟温度越高，热损失量越大，资源消耗也就越大，不利于企业生产的长期发展。因此，在锅炉运行过程中必须对其受热面进行定期清理，以减少因受热面灰尘和杂质等杂物对受热面的传热能力所造成的影响。另外，还需对锅炉进行定期保养，以降低受热面清理过程中的耗能量；清理是注重在锅炉运行的最佳状态下进行，对清理次数进行科学合理的安排，最大限度地降低锅炉运行过程中的耗能。

4.3防止锅炉漏风

锅炉运行情况与发电有效性有重要关系，在使用过程中锅炉存在漏洞将增加锅炉运行能耗。在常见的几种情况中，锅炉漏风是导致能耗增加的典型情况。锅炉出现漏风现象时，锅炉中气体体积容易增大，这种情况会引起锅炉排烟时热损失量的.增大，还会引起吸风机用电量的增加。此外，风机电耗增加容易导致空预器烟温进一步降低，造成二次风温的大幅度降低。在锅炉运行过程中，需加强对锅炉运行状况的检测，针对问题进行维修和养护，同时，定期进行检修，做好常规性保养工作，确保锅炉正常运行的同时降低能耗。

4.4减少汽水损失

在进行检修过程中，由于不够全面，质量水平较低等原因，锅炉使用时疏水及排污不畅，容易导致汽水的损失，从而引起一系列不良状况的发生，进而导致锅炉能耗的增加。要减少锅炉出现汽水损失的现象，降低能耗，需要做到以下几点：第一，保证锅炉供水质量，并进行严格控制。锅炉给水的质量好，则能够保证其锅水浓缩倍率下排污率的降低。第二，监督汽水分离设备的安装质量，确保其检修质量，以便锅炉正常投入使用，通过这种方式能够有效提高汽水分离的效率，从而实现汽水分离过程中能耗的降低。第三，保证锅炉运行过程中各项参数的稳定性，将锅炉的负荷、气压和水位等参数控制在稳定的范围内，确保锅炉工作效率。第四，若锅炉出现突然启动或紧急停机的现象，则应及时进行疏水和排污，检查锅炉是否存在泄漏现象，根据实际情况进行处理，减少锅炉运行过程中不必要的损失。

5、结束语

火力发电厂锅炉机组作为能耗较大的机械设备，对其降低耗能策略进行研究，不仅能够提高发电效率，还能带来良好的社会效益。通过对锅炉进行有效调整，提高燃烧效率，对锅炉受热面进行吹灰，减少热量损失，防止锅炉漏风，确保锅炉正常运行，通过多种途径减少汽水损失现象的发生，以达到降低能耗的作用。

参考文献：

[1]李云平.火力发电厂锅炉的节能降耗策略分析[J].经营管理者.2015(17)

[2]陆叶,刘庆威.火力发电厂锅炉的节能降耗策略[J].科技致富向导.2014(17)

锅炉温度控制策略的应用研究 摘要:针对锅炉汽温控制的特点,设计了过热汽温串级模糊控制系统,介绍了系统的构成、原理 及该系统的优越性,并利用MATLAB仿真软件进行了仿真分析。 关键词:汽温;串级模糊控制;系统仿真 0 引言 过热蒸汽温度是衡量锅炉能否正常运行的重要 指标。假如过热蒸汽温度过高,若超过了设备部件 (如过热器管、蒸气管道、阀门、汽轮机的喷嘴、叶片 等)的允许工作温度,将使钢材加速蠕变,从而降低 使用寿命。严重的超温甚至会使管子过热而爆破。 可能造成过热器、蒸汽管道和汽轮机的高压部分损 坏。过热蒸汽温度过低,会引起热耗上升,引起汽轮 机末级蒸汽湿度增加,从而降低汽轮机的内效率,加 剧对叶片的侵蚀。因此在锅炉运行中,必须保持过 热汽温稳定在规定值附近。通常允许变化范围为额 定值±5℃。目前对锅炉过热汽温调节大都采用导 前汽温的微分作为补充信号的系统。其系统原理如 图1所示。 系统针对过热汽温调节对象调节通道惯性延迟 大、被调量反馈慢的特点,从对象调节通道找出一个 比被调量反应快的中间信号θ1作为调节器的补充 信号,以改善对象调节通道的动态特性。动态时调 节器根据θ1的微分和θ2这两个信号而动作。但在 静态时(调节过程结束后)θ1不再变化,则dθ1/dt= 0,这时过热器汽温必然恢复到给定值。实际使用 中,中间信号θ1的引入在一定程度上确实改善了控 制系统的动态特性,但是,影响蒸汽温度的因素很 多,除减温水流量的扰动外,负荷的变化,工况的不 稳定,过剩空气系数等都会导致蒸汽θ2温度发生波 动。这些波动是无法预知的,无法用精确的数学模 型来描述。由于模糊控制不依赖被控对象的精确数 学模型,它主要是根据人的思维方式,总结人的操作 经验,完成控制作用,特别适合于大滞后、时变、非线 性场合,因此该文提出一种锅炉过热气温的串级模 糊控制系统。 1 控制方案的研究设计 串级调节系统是改善大惯性、纯滞后系统调节 质量的最有效方法之一,所以设计的控制方案采用 串级模糊控制,其控制系统如图2所示。 图2中F为减温水流量调节阀。P为副调节 器,采用比例调节;FC为主调节器,采用混合模糊控 制器,即一个二维模糊控制器和常规PI调节器并联 而成,除能够尽快消除副环外的扰动之外还可以校 正汽温偏差,保证汽温控制的精度。 汽温调节对象由减温器和过热器组成,减温水 流量Wj为对象调节通道的输入信号,过热器出口汽 温θ2为输出信号。为了改善调节品质,系统中采用 减温器出口处汽温θ1作为辅助调节信号(称为导前 汽温信号)。当调节机构动作(喷水量变化)后,导 前汽温信号θ1的反应显然要比被调量信号θ2早很 多。由于从调节对象中引出了θ1信号,对象调节通 道的动态特性可以看成由两部分构成:①以减温水 流量Wj作为输入信号,减温器出口处温度θ1作为 输出信号的通道,这部分调节通道称为导前区,传递 函数为G01(s);②以减温器出口处汽温θ1作为输入 信号,过热器出口汽温θ2为输出信号的通道,这部 分调节通道称为惰性区,传递函数为G02(s),显然 导前区G01(s)的延迟和惯性要比惰性区G02(s)小 很多。系统结构如图3所示。 图3中有两个闭合的调节回路:①由对象调节 通道的惰性区G02(s)、副控制器Gc2(s)、副检测变送 器Gm2(s)组成的副调节回路;②由对象调节的导前 区G01(s)、主控制器(PI+混合模糊控制器)、主检 测变送器Gm1(s)以及副调节回路组成的主回路。 引入θ1负反馈而构成的副回路起到了稳定θ1的作 用,从而使过热汽温保持基本不变,因此可以认为副 回路起着粗调过热汽温θ2的作用。而过热汽温的 给定值,主要由主控制器(PI+混合模糊控制器)来 严格保持。只要θ2不等于给定值,主控制器就会不 断改变其输出信号σ2,并通过副调节器去不断改变 减温水流量,直到θ2恢复到等于给定值为止。可 见,主调节器的输出信号σ2相当于副调节器的可变 给定值。稳态时,过热汽温等于给定值,而导前汽温 θ1则不一定等于主调节器输出值σ2。 当扰动发生在副回路内,例如当减温水流量发 生自发性波动(可能是减温水压力或蒸汽压力改 变),由于有副回路的存在,而且导前区的惯性又很 小,副调节器将能及时动作,快速消除其自发性波 动,从而使过热汽温基本不变。当扰动发生在副回 路以外,引起过热汽温偏离给定值时,串级系统首先 由主调节器(PI+混合模糊控制器)迅速改变其输 出校正信号σ2,通过副调节回路去改变减温水流 量,使过热汽温恢复到给定值。由于主调节器(PI+ 混合模糊控制器)的惯性迟延小,故反应迅速。 因此在串级模糊蒸汽温度控制系统中,副回路 的任务是尽快消除减温水流量的自发性扰动和其他 进入副回路的各种扰动,对过热汽温的稳定起粗调 作用。主调节器的任务是保持过热汽温等于给定 值。系统在主控制器的设计上将模糊控制与常规的 PI调节器相结合,使控制系统既具有模糊控制响应 快、适应性强的优点,又具有PI控制精度高的特点。 2 模糊控制器的设计 模糊控制是一种基于规则的控制,在设计中不 需要建立被控对象的精确的数学模型。 2.1 模糊控制器的结构设计 该系统以过热蒸汽的实际温度T与设定值Td 之间的误差E=Td-T和误差变化DE作为输入语 言变量,系统控制值U为输出语言变量,构成一个 二维模糊控制器。其结构如图4所示。 Ku为模糊控制器比例因子,Ke,Kec为量化因子。 Ke:在输入量化等级确定之后,算法中改变误差 输入论域大小即改变了Ke的值,Ke增大,相当于缩 小误差的基本论域,起增大误差变量的控制作用。 若Ke选择较大,则上升时间变短,但会使系统产生 较大超调,从而过渡过程变长;Ke很小,则系统上升 较慢,快速性差。同时它还直接影响模糊控制系统 的稳态品质。 Kec:Kec选择较大时,超调量减小,但系统的响应 速度变慢,Kec对超调的抑制作用十分明显。但在 Ke,Kec和Ku中,系统对Kec的变化最不敏感,一般Kec 可调整范围较宽,其鲁棒性较好,给实际调试带来很 大方便。 Ku:比例因子Ku实质上是模糊控制器总的增益, 它的大小对系统输出的影响较大。Ku增大,系统超 调量随之增大,动态过程加快;反之,Ku减小,系统超 调量减小,动态过程变慢;Ku选择过大将会导致系统 震荡。由于Ku的敏感性,故可调范围较小。 模糊控制器可调参数Ke,Kec和Ku对系统性能 的影响各不相同,改变这3个参数可使控制器适用 于不同系统的性能要求。 2.2 模糊概念的确定及模糊化过程 对输入变量E进行模糊化,选择语言集为{负 大(NB),负中(NM),负小(NS),零(ZE),正小 (PS),正中(PM),正大(PB)},模糊论域选择如下 [-n,-n-1,…,-1,0,1,…, n-1, n],E的实际 变化范围为[-x,x],则量化因子为Ke=n /x。对偏 差变化率DE进行模糊化,选择合适的模糊论域和 偏差变化率范围,同理可以计算出相应的模糊量化 因子Kec,在这里为了方便起见,选择偏差e、偏差变 化率DE具有相同模糊论域。 对于输出量U,调节范围为[-R,R],语言集为 {负大(NB),负中(NM),负小(NS),零(ZE),正小 (PS),正中(PM),正大(PB)},模糊论域选择为[- m,-m-1,…,-1,0,1,…,m-1,m ],输出比例 因子为Ku=R /m。 在设计过程中,选取各变量的模糊论域,E= {-3,-2,-1,0,1,2,3};DE={-3,-2,-1,0,1, 2,3};U={-3,-2,-1,0,1,2,3},输入量E,DE 及输出量U模糊集的隶属函数选择为三角形,如图 5所示。 2.3 模糊规则的确定 模糊决策一般都采用“选择从属度大”的规则, 在过热蒸汽温度调节过程中,当系统的偏差较大时, 系统的快速性为主要矛盾,系统的稳定性控制精度 却是次要的,这时应使系统快速减小偏差;而当系统 偏差较小时,则要求以保证系统的稳定性及控制精 度为主。因而模糊控制规律应遵循:过热汽温上升 速度快,汽温偏高,则汽温的控制量应向下浮动;过 热汽温下降速度快,汽温偏低,则汽温的控制量应向 上浮动。因此采用的模糊控制器的模糊控制规则具 有以下的形式: if {E=AiandDE=Bi}thenU=Ci, i=1, 2,...,n 其中Ai, Bi以及Ci分别为E, EC、和U的模糊子 集。控制规则的多少可视输入输出物理量数目及所 需的控制精度而定。由于模糊控制器采用两个输入 E, EC,每个输入分为7级共有49条规则。 按模糊数学推理法则选则表1所示控制规则。 2.4 逆模糊化过程 文中采用的模糊推理方式是常用的Mamdani 的Min-Max-COA法,即前项取小,多规则取大合 成结论,然后取重心得出非模糊化结论的算法。在 上述规则中,Ai,Bi, Ci分别为论域E,DE,U的模糊 子集,根据上述规则可推出模糊关系Ri=ExDE,这 里采用的最小运算规则,在按最大—最小合成(max -min composition)推理算法求得控制器输出的模糊 子集为U=(ExDE)·Ri,其中“·”为合成运算,非 模糊化后的结论即为输出U的修正值。逆模糊化 方法采用重心平均法(centroid of area)。 3 系统仿真 为了说明串级模糊控制系统在锅炉过热蒸汽温 度的控制上有更好的调节效果,分别搭建具有导前 微分信号控制系统和串级模糊控制系统的仿真框 图。在保持相同输入信号条件下设置两系统被控对 象为相同的参数,以利于比较。 考虑到在实际应用中,各种随机扰动的影响及 过程的复杂性,被控对象有着大惯性、纯滞后的特 性,设系统的主副被控对象的数学模型分别为: 两系统仿真方框图搭建分别如图6、图7所示; 过热汽温响应曲线分别如图8、图9所示。 从仿真曲线可以很清楚的看到:串级模糊控制 系统应用在锅炉过热蒸汽温度控制上能够获得比具 有导前微分信号控制系统更好的调节效果。具有导 前微分信号的控制系统仿真曲线有振荡,有超调,动 态过渡时间长,误差大。而串级模糊控制系统仿真 曲线基本无振荡,无超调,动态过渡时间短,误差小, 有较好的控制品质。 根据现场锅炉运行情况,为了能 更好地说明问题,在保持两个系统中 各调节器、控制器参数不变的情况下, 同时改变两个系统的被控对象的参 数。 W02=e-5s12s+1 观察仿真曲线,如图10、图11所 示。 由于被控对象在电厂中各种设备复杂的运行环 境下,一直处于波动状态,改变主被控对象参数后而 其他参数保持不变时,具有导前微分信号的控制系