1．目的及意义

随着人类社会的迅猛发展，能源问题和环境问题己经成为世界范围内共同关注的焦点。就我国而言，独有的能源结构和社会条件决定我国在当今乃至今后很长一段时期内电力工业都以燃煤火电为主。目前，我国每年用于锅炉燃烧的煤炭约有9000万吨，约占总产量 的7%。锅炉是工业生产中普遍使用的动力设备,是能源转换的重要设备。面对日趋减少的有限煤炭资源和日益增长的供热、供电市场需求之间的矛盾, 采用先进的锅炉燃烧控制技术,提高锅炉换能效率成为摆在致力于热力生产研究的众多学者面前的艰巨任务。

长期以来,人们对锅炉自动控制在国民经济中的地位认识不足、资金投入不够,致使其工艺设备研究发展缓慢、管理手段陈旧、自动化水平停滞,甚至多数部门仍停留在二十世纪五、六十年代的手工经验操作的水平上,乃至于目前我国的工业锅炉能源效率仅相当于西方发达国家的80%。我国的燃煤锅炉,特别是用于供热的工业锅炉效率低下是不争的事实。如能在短时间内把我国的锅炉效率提高到西方发达国家的水平,仅供热行业一项,每年将有数百亿元的经济效益,不仅经济效益巨大,而且也为实现国民经济的可持续发展战略提供了必要支撑,具有巨大的社会效益。

锅炉燃烧系统的自动化控制经历了人工手动控制、三十到四十年代单参数仪表控制,四十到五十年代单元组合仪表、综合参数仪表控制,直至六十年代兴起的计算机过程控制几个阶段。尤其是近一、二十年来,随着先进控制理论和计算机技术的飞速发展加之计算机各种性能的不断增强,价格的人幅度下降,使锅炉应用计算机控制很快得到了普及和应用。

在国外,锅炉的控制己实现了计算机全程自动化控制,在控制方法上采用了现代控制理论中最优控制、多变量频域控制、模糊控制、人工神经网络控制等方法,因此,锅炉的热效率很高、锅炉运行平稳,而且减少了对环境的污染。自1975年,世界上第一个分布式控制系统美国Honeywell公司的TDC-2000问世以来,发达国家已研制出许多先进的工业锅炉计算机控制系统,从而逐步取代常规仪表而进入工业锅炉控制行业。

在国内,由于经济、技术条件的限制,我国中小企业锅炉设备水平一直比较落后,大多数中小型锅炉水平基本上停留在手工和简单仪表操作的水平。90年代中后期,随着先进的控制技术引入我国的锅炉控制以来,锅炉的计算机控制得到了很大的发展。锅炉的自动化控制己成为一个热门领域,利用单片机、可编程序控制器、工业计算机以及引进的国外控制设备开发的各种控制系统,己逐渐用于对原有锅炉的技术改造中,并向与新建炉体配套的方向发展,许多新的控制方法的最新成果也在锅炉自动控制系统中得到了尝试和应用。

近年来,随着能源与环保意识的增强,我国锅炉生产现状已经引起一些致力于行业发展的有关学者和部门的高度重视,工业锅炉燃烧过程控制的理论与应用研究,己成为能源和控制领域的热点课题。有关锅炉燃烧过程控制研究的课题,国家“十五”攻关和自然科学基金重点项目均有主题立项。

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2. 研究的基本内容与方案

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燃烧控制系统是锅炉控制的重要组成部分。它是一个耦合严重、具有严重非线性、时变特性、扰动变化激烈且幅值大的多变量系统,其中送风量、引风量、给煤量、热网负荷、环境温度等参数的变化都将对燃烧系统产生直接扰动,当波动较大时,就会造成整个燃烧系统出现振荡现象,严重影响锅炉的安全运行同时,锅炉燃烧效率的高低将直接关系到锅炉煤烟的排放质量,关系到是否会对环境造成污染。因此,燃烧不仅直接影响锅炉供热工况的稳定,而且对节能降耗,保护环境,提高锅炉的热效率有着重要的意义。

锅炉燃烧控制系统的基本任务是使燃料燃烧所产生的热量能够适应负荷的需要,同时还要保证锅炉运行的经济性和安全性。锅炉燃烧控制的具体内容及控制系统的设计因燃料种类、燃烧方式以及锅炉的运行方式的不同而有所区别,就本课题所研究的煤粉燃烧锅炉而言,概括来看主要有以下几个方面的控制要求。