基于智能算法的锅炉控制技术探讨

基于智能算法的锅炉控制技术探讨
刘继文;常青;陈琼;张义伟;王建军
【摘要】研究影响锅炉燃烧热效率的因素方面,主要针对风煤比的作用,通过智能算法-遗传算法(GA)在解决多目标优化问题上的显著特点[1],着重在锅炉控制系统模型上应用GA的寻优方式去寻找在保持给煤量不变的情况下锅炉热效率燃烧对应的最佳送分风量,并在不同负荷运行下进行测试,实现节能目的.%In this paper, the study on the influencing factors of combustion thermal efficiency of the boiler is mainly about the effect of the ratio of air to coal. Through the obvious features of intelligent algorithm-genetic algorithm(GA)in terms of solving the multi-objective optimization, the optimization method of GA is applied in boiler control system to find the best air-sending quantity, which corresponds to thermal efficiency combustion of the boiler, under the condition of same coal quantity, and test it in different load operation, so as to achieve the purpose of saving energy.
【期刊名称】《河北建筑工程学院学报》
【年(卷),期】2017(035)004
【总页数】4页(P82-85)
【关键词】智能算法;锅炉;节能;控制
【作者】刘继文;常青;陈琼;张义伟;王建军
【作者单位】河北建筑工程学院, 河北张家口 075000;河北建筑工程学院, 河北张家口 075000;河北建筑工程学院, 河北张家口 075000;河北建筑工程学院, 河北张家口 075000;河北建筑工程学院, 河北张家口 075000
【正文语种】中文
【中图分类】TP13
0 前言
在经济日益繁荣，城乡建设越来越好的时代下，锅炉供暖在人们的日常生活中发挥越来越重要的作用.燃煤锅炉能源消耗非常大，煤炭消费每年有数亿吨，占我国煤炭生产总量的三分之一以上，提高其能源的节约，具有良好的经济效益和环境意义.燃煤锅炉的效率和能效受到多方面的影响，通过提高锅炉的自动控制技术，提高锅炉的效率和节能效果是目前需要研究和解决的难题.
本文从研究锅炉的燃烧效率问题入手，建立锅炉燃烧效率取得最大值时对应的风煤比—最佳风煤比，利用GA的寻优方式得出在給煤量一定的情况下必然对应着最佳送风量，并在锅炉不同的负荷运行下进行测试，达到节能目的[2].
1 锅炉燃烧效率分析
影响锅炉热效率的因素为：
燃煤锅炉热效率η=(100-∑q)%
∑q=q2+q3+q4+q5+q6(%)
q2―为排烟热损失(%)
q3―为燃煤没有充分燃烧的热损失(%)
q4―为机械没有充分燃烧的热损失(%)
q5―为散热损失(%)
q6―为燃料物理热损失(%)
根据理论与实际可知燃煤锅炉的产生的灰量很少，所以q6可以近似为0，而固体燃料燃烧时，一般不存在气体没有充分燃烧的现象，q4=0.所以影响燃煤锅炉热效率的主要因素为q2、q3、q5.
实际应用中,热损失主要由q2、q3、q5组成，令q1=100-∑q为锅炉的有效利用热量，所以，锅炉热效率为：
η=q1/(q1+q)×%
锅炉热损失可以受燃料的质量,引风量，送风量等因素的影响,伴随着这些因素的变化,热损失的最值也会发生改变移动,因此，在实际应用程序中,系统可以不断地进行最佳过量空气系数的寻优.通过对上述情况的分析可知，当锅炉燃烧热效率为最大值时，必然对应着最佳的送风量、引风量和给煤量，本文假定给煤量一定，通过寻找其对应的送风量，也是最佳送风量，从而对锅炉燃烧热效率最大值进行寻优.
2 GA及其参数优化
2.1 GA求解步骤
GA是基于种群之间的差异不同而衍生的一种算法，是一个编码真实性非常高的优化算法，它的过程包括生成初始种群、计算适应度、交叉、变异操作的选择优化[3].
其一般步骤如下：
(1)编码和初始种群生成；
(2)计算个体适应度；
(3)通过选择，杂交，变异的方式使父代得以产生新一代；
(4)终止条件的比较语句，满足，继续程序，不满足，继续循环；GA流程图如图1所示：
图1 GA流程
2.2 参数优化
图2 控制流程图
一旦改变送风量的大小，锅炉的燃烧状况肯定会发生相应的改变.抵制这种变化，
就必须对耗煤量和送风量的大小进行调整.考虑到负荷变化滞后于耗煤量，采用调
节送风量参数的方法，进行送风量的优化控制来应对负荷的变化.送风控制的作用
是使燃料充分燃烧，达到锅炉最大燃烧效率.最佳热效率，与风煤比成正比.当耗煤
量对应不变时，送风量也就是系统对应的最佳值.因此，对最佳送风量的寻优就是
锅炉燃烧系统的寻优控制的本质.控制流程如图2所示.
3 系统测试
该锅炉进行技术改造后,设备安装完毕，先将编好的程序写入PLC并调试成功，设定变频器参数，检查电气部分并逐级通电调试；投入试运行时，先空载调试，然后带负荷调试，同时检测各点工作状况达到较理想状况.测试间隔每八小时作为一组，并记录数据，规定负荷±0.01 t/h作为空气流量设定值，1.05±0.01 Mpa作为压
力范围，锅炉在运行的开始阶段，让锅炉处在空载状态，然后分别带75%负荷调
试和带95%负荷调试，得到如下结果：
(1)锅炉95%运行测试结果.
图3 改造前后鼓风机电流比较图4 改造前后引风机电流比较
图5 改造前后给水泵电流比较
(2)锅炉75%运行测试结果.
图6 改造前后鼓风机电流比较图7 改造前后引风机电流比较
图8 改造前后给水泵电流比较
以动态智能控制理论为基础，采用GA寻优，从而对系统进行调节，实现燃烧效率
最大化.同时减少了人为因素的影响，优化了系统的运行质量.与未进行技改工业锅炉系统相比，在满足负荷需求的前提下，实现了节能目的.
4 结束语
通过技术改造，该锅炉年耗煤量为2022060 m3，年节煤量达到9%，通过技术改造后的锅炉全年运行期间节约的资金数量相当可观.实践证明，这种方法不仅提高了锅炉系统的效率，同时也实现了节能、环保、安全、经济运行.
参考文献
【相关文献】
[1]周昊.基于遗传算法的燃煤锅炉热效率优化[J].中国电机工程学报,2002(7):125～128
[2]刘松.锅炉智能化控制系统研究与应用[J].科海故事博览.科技探索，2010(9)：146～147
[3]忻龙彪，张荣江.锅炉燃烧系统数学模型的差异演化算法求解[J].现代建筑电气，2010(10)：5～8。