1 引言

　　我國是世界上少數幾個(gè)以煤為主要能源的國家之一，目前每年煤炭消費量約12億噸，其中80%通過(guò)燃燒被利用智能化，供暖鍋爐 然而，燃燒設備陳舊、效率低、排放無(wú)控制造成了能源和環(huán)境污染嚴重，能源節約與環(huán)境保護已成為現有燃煤技術(shù)所需解決的主要問(wèn)題智能化，供暖鍋爐 我國現有大量的電站鍋爐和供熱鍋爐，每年耗煤量占我國原煤產(chǎn)量的比例相當驚人，但大多數工業(yè)鍋爐處于能耗高、浪費大、環(huán)境污染等嚴重的生產(chǎn)狀態(tài)智能化，供暖鍋爐 故提高熱效率，降低耗煤量是一件具有深遠意義的工作。

　　國外燃煤鍋爐自動(dòng)控制，隨著(zhù)現代工業(yè)的發(fā)展主要經(jīng)歷了初創(chuàng )、成熟、擴展幾個(gè)時(shí)期，而燃燒系統的控制，始終作為燃煤鍋爐自動(dòng)控制的重點(diǎn)課題。美國的FOXBORO公司在推出I/A SERIS智能鍋爐自動(dòng)控制系統，德國德萊斯勒燃燒器公司,以及英國海威燃燒工程公司研制出的鍋爐控制系統，其燃燒系統的控制都在一定條件下，達到了較好的控制效果；而鍋爐燃燒系統控制采用的模型算法的發(fā)展趨勢，基本上都是采用智能控制、專(zhuān)家系統、模糊控制以及常規控制集成到系統中。

　　我國燃煤鍋爐自動(dòng)控制系統經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，正在走向成熟。有代表性的為：大連海運學(xué)院的DMC鍋爐控制系統，重慶鋼鐵公司的工業(yè)爐窯模糊控制自動(dòng)化系統，湖南康通信息技術(shù)有限公司的鍋爐智能控制系統。與國外同類(lèi)系統相比，國內鍋爐控制系統正處在不斷完善、逐步走向成熟階段。雖然我國燃煤鍋爐燃燒系統的控制模型算法發(fā)展趨勢向國際前沿靠攏，但是結合燃煤供暖鍋爐運行實(shí)際，燃煤鍋爐燃燒控制系統的運行效果一直不很理想。主要表現在不能夠有效的滿(mǎn)足負荷需求，熱效率不能夠得到有效的提高，投運時(shí)過(guò)于依賴(lài)有經(jīng)驗的操作人員，數據化控制不強。如何結合燃煤鍋爐運行實(shí)際，設計行之有效的鍋爐燃燒系統控制模型，是燃煤鍋爐控制系統中一個(gè)迫切需要解決的課題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們在哈市某供暖小區采用日本OMRON公司的CS1控制系統而研制開(kāi)發(fā)了鍋爐智能尋優(yōu)自動(dòng)控制系統，保證鍋爐安全、穩定、經(jīng)濟運行的同時(shí)，實(shí)現了鍋爐智能化、自動(dòng)尋優(yōu)控制，達到了保護環(huán)境，大大提高鍋爐燃燒效率，節約能源的目的。

　　2 控制系統設計及實(shí)現

　　2、1鍋爐系統運行結構分析

　　供暖鍋爐系統是一個(gè)多容系統。每臺爐的熱負荷用給煤、送風(fēng)、引風(fēng)調節，作為內部燃燒系統控制；給水控制的任務(wù)主要是控制供水流量和回水流量 ,從而間接地影響回水溫度和供回水溫差。單臺鍋爐內部燃燒系統的給煤、送風(fēng)調節耦合性強；且燃燒控制與給水控制及采暖也有復雜的耦合關(guān)系。同時(shí)，各爐并網(wǎng)運行時(shí)各爐之間也相互耦合，特別是取暖負荷變化較大時(shí)，各爐間耦合更為突出；而取暖負荷本身的調節又是一個(gè)帶純滯后的非線(xiàn)性過(guò)程；為了解決相互間耦合、過(guò)程滯后及非線(xiàn)性過(guò)程所帶來(lái)的系統不穩定等，前臺程序用Visual Basic語(yǔ)言來(lái)實(shí)現自動(dòng)尋優(yōu)、組織運行算法等，通過(guò)動(dòng)態(tài)數據交換與KINGVIEW上位機軟件通訊，實(shí)現監測、控制。

　　2、2 燃燒效率曲線(xiàn)

　　大多數工業(yè)鍋爐處于能耗高、浪費大、環(huán)境污染等因素，與燃燒有直接關(guān)系，從各種燃燒裝置的實(shí)際運行都可知道：如果空氣量不足，燃燒不充分，燃燒效率低；但空氣過(guò)多也會(huì )使排煙帶走的熱量增加，同樣也是不經(jīng)濟的。根據以上分析知有以下曲線(xiàn)：

圖一　燃燒效率曲線(xiàn)

　　關(guān)于燃燒問(wèn)題存在一個(gè)普遍的燃燒效率山頂現象，即熱效率對空燃比來(lái)說(shuō)都有一個(gè)最大值，可以肯定燃燒效率η是空燃比k的上單峰函數，這是在燃燒系統進(jìn)行優(yōu)化控制的基礎。[1]可記作：η=f(k)，根據此函數可得燃燒效率與空燃比之間的函數關(guān)系，達到最佳燃燒值點(diǎn)，提高效率，節約能源。

2、3 專(zhuān)家系統自尋優(yōu)算法模型
設η=f(k)在約束條件a≤k≤b下是一個(gè)上單峰函數，則用改進(jìn)的極值搜索法設計的自尋優(yōu)算法模型計算過(guò)程如下：

圖二　自尋優(yōu)算法模型框圖

　　尋優(yōu)步長(cháng) SOP;計數器 n;

　　專(zhuān)家系統模型具有兩個(gè)獨特鮮明的特點(diǎn)：

　?、倬哂兄悄苄?，無(wú)論尋優(yōu)的起始點(diǎn)在最大值的哪邊，它都可以迅速找對優(yōu)化的方向；
　?、谒梢赃_到任何所要求的尋優(yōu)精度[2]。

　　2、4 鍋爐燃燒效率公式

　　　　η=Q1/Q η燃燒熱效率;Q1鍋爐供熱量;Q鍋爐給熱量
　　　　Q1=G*ΔT G總循環(huán)水量; ΔT供回水溫差
　　　　Q=T*Qnet T鍋爐耗煤量; Qnet煤低位發(fā)熱值

　　通過(guò)以上計算公式與鍋爐自尋優(yōu)算法調配風(fēng)煤比相結合,可降低鍋爐耗煤量,大大提高熱效率。

　　3 軟件設計

　　根據控制方案及用戶(hù)要求，計算機控制系統主要完成下列功能：工藝參數顯示功能、參數的修改與設置、輸出量的控制、事故記錄的報警及保存、報表數據查詢(xún)打印等。我們選用Visual Basic 作為前臺程序設計語(yǔ)言[3]，實(shí)現自動(dòng)尋優(yōu)算法，與亞控公司的KINGVIEW軟件進(jìn)行數據交換，Microsoft Access 作為后臺數據庫系統，用于保存故障、報警等數據。軟件編制主要包括上位機流程圖與下位機控制程序。

　　4 鍋爐智能控制的設計

　　由取暖小區需求供熱量、鍋爐系統實(shí)際總供熱量和取暖小區實(shí)際消耗熱量，以及能量損失等數據組成檢測知識庫。來(lái)實(shí)現檢測點(diǎn)數據的識別、數據格式的轉換、熱效率計算、燃燒狀況的測定等推理操作；經(jīng)數據過(guò)濾、分類(lèi)、分析等數據處理后，送鍋爐系統信息數據庫。
由時(shí)變非線(xiàn)性負荷給定模型形成供暖鍋爐組的控制知識庫，即形成滿(mǎn)負荷運行爐、幫燒調節爐、停燒爐及其運行時(shí)間等控制知識庫的規則[1]。由控制推理機來(lái)實(shí)現燃燒系統的負荷給定和優(yōu)化燃燒，且得到隨負荷變化的負壓給定。

　　結合鍋爐工藝運行，實(shí)施推理規則為：用給煤、鼓風(fēng)、引風(fēng)粗調負荷后使系統燃燒滿(mǎn)足負荷需求且爐膛燃燒趨于穩定，再采用熱效率尋優(yōu)模型細調風(fēng)煤比尋優(yōu)，可有效完成鍋爐系統運行達到熱效率極大值點(diǎn)，實(shí)現經(jīng)濟燃燒的目的。

圖三 供暖鍋爐專(zhuān)家智能控制系統

　　由取暖小區需求供熱量、鍋爐系統實(shí)際總供熱量和取暖小區實(shí)際消耗熱量，以及能量損失等數據組成檢測知識庫，由檢測推理機來(lái)實(shí)現檢測點(diǎn)數據的識別、數據格式的轉換、熱效率計算、燃燒狀況的測定等推理操作，經(jīng)數據過(guò)濾、分類(lèi)、分析等數據處理后，送鍋爐系統信息數據庫。

　　上述小區供暖鍋爐智能控制系統運行成功的關(guān)鍵問(wèn)題，是鍋爐燃燒控制知識庫的規則獲取。我們考慮控制規則可以來(lái)自于四個(gè)方面：鍋爐燃燒過(guò)程運行理論，運行專(zhuān)家的操作經(jīng)驗，工業(yè)現場(chǎng)實(shí)際經(jīng)驗的摸索，運行過(guò)程中的不斷完善。

　　專(zhuān)家智能控制系統是用前臺語(yǔ)言Visual Basic實(shí)現的，上位機KINGVIEW軟件將鍋爐實(shí)時(shí)運行的數據存入數據庫，表中可清晰了解鍋爐每小時(shí)運行數據，供、回水溫度、爐溫、溫差、供熱量、給熱量、耗煤量、室外溫度，包括鍋爐的熱效率和負荷率。鍋爐運行情況、節煤情況等一目了然，提高了管理水平。

　　專(zhuān)家智能控制系統另外一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)是，組織運行策略，計算機了解室外平均溫度后，可自動(dòng)根據組織運行策略，自動(dòng)起機、自動(dòng)燃燒、自動(dòng)尋優(yōu)、自動(dòng)停爐，按時(shí)打印報表，全自動(dòng)運行。

　　燃燒系統的負荷和燃料的協(xié)調達到最理想狀態(tài)，從而節約大量燃料和電能，并使鍋爐壽命延長(cháng)。減輕了對大氣污染，真正達到了環(huán)保的目的。另外，自動(dòng)化的管理模式保證鍋爐運行的安全、穩定，減輕操作人員的勞動(dòng)強度。

　　5 結束語(yǔ)

　　本文根據智能自動(dòng)化的系統理論，設計這一供暖鍋爐智能專(zhuān)家控制系統；通過(guò)供暖鍋爐控制系統的運行環(huán)境的取暖需求模型，作為建立專(zhuān)家智能系統的關(guān)鍵，強調供暖運行效果；采用一種面向應用對象功能實(shí)現的自尋優(yōu)算法模型，克服多回路耦合和煤質(zhì)干擾，很好的解決了鍋爐燃燒控制難題，自動(dòng)化程度及控制精度都較高，主要技術(shù)指標有爐膛負壓控制精度：士2Pa；空氣過(guò)剩系統：小于1.8；渣含碳量：小于15%；熱效率比手動(dòng)控制提高：4%；變頻調速節電：30%；節煤：每臺鍋爐（以20噸每小時(shí)為例）年節煤2000噸。本套鍋爐系統具有人工智能、全自動(dòng)運行，提高效率等優(yōu)點(diǎn)，為國家大大節約能源，在國內各類(lèi)型鍋爐中具有很好的推廣價(jià)值。