燃煤锅炉工业自动控制技术调研报告

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概述

随着工业自动化技术的不断发展，燃煤锅炉的控制系统也经历了从手动控制到自动控制的转变。自动控制系统能够有效提高锅炉的燃烧效率、降低污染物排放、保障安全运行，对于实现节能减排和提高经济效益具有重要意义。

1. 20 世纪 40 年代计算机辅助制造 (CAM) 的出现，标志着技术与过程优化的结合迈上了一个新的台阶。CAM利用计算机软硬件进行生产计划、控制和管理，通过自动化生成详细的生产指令，CAM实现了更快、更准确的生产，简化了从设计到制造的过程。

2. 本报告将对燃煤锅炉的工业自动控制技术进行调研，重点关注历史寻优法及其他先进控制方法的应用现状和发展趋势。

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历史寻优法

2.1 原理

历史寻优法是一种基于经验的优化方法，它通过记录和分析锅炉在不同工况下的运行数据，寻找最佳的运行参数组合。该方法的核心思想是利用历史数据中的信息，找到最佳的控制策略，并将其应用于当前的运行环境。历史寻优法的工作原理可以理解为决策树的遍历过程，在这个过程中需要考虑三个关键问题：

●路径：即已经做出的选择，例如：在某个时间点，锅炉的负荷、蒸汽压力、温度等参数的设定值。

●选择列表：即当前可以做的选择，例如：可以调整的参数，如燃料量、风量、引风量等。

●结束条件：即到达决策树底层，无法再做选择的条件，例如：达到预设的目标值或超出安全运行范围。

2.2 优缺点

优点：

●简单易行，无需建立复杂的数学模型。

●利用历史数据进行优化，具有较强的实用性。

缺点：

●依赖于历史数据的质量和数量。

●难以适应工况变化，鲁棒性较差。

●优化结果可能陷入局部最优，难以找到全局最优解。

2.3 局限性

历史寻优法虽然简单易行，但由于其依赖于过去的数据，并且缺乏适应不断变化的环境的能力，因此其有效性可能不如现代方法。具体来说，历史寻优法存在以下局限性：

●对于非线性、时变性强的复杂系统，难以获得理想的控制效果。

●无法应对突发情况和未知工况。

●缺乏预测能力，难以实现前馈控制。

2.4 应用现状

目前，有限的公开资料表明，历史寻优法在燃煤锅炉控制领域的应用可能较为有限。一些资料表明，该方法在早期阶段可能被应用于锅炉的燃烧优化，但随着更先进控制方法的出现，其应用范围逐渐缩小 。一些企业可能仍在使用基于历史寻优的控制策略，但其效果和局限性需要进一步 评估。

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先进控制方法

为了克服历史寻优法的局限性，研究人员开发了多种先进的控制方法，例如：

3.1 模型预测控制 (MPC)

模型预测控制是一种基于模型的控制方法，它通过预测系统未来的行为，并根据预测结果优化控制策略。MPC在燃煤锅炉控制中的应用主要体现在以下方面：

●    提高锅炉的燃烧效率和稳定性。

●    降低NOx等污染物排放。

●    增强锅炉的灵活调峰能力。

在实际应用中，MPC通常采用两阶段优化方案：首先，解决多目标燃烧优化问题，以获得最佳的帕累托前沿，其中包含最低单位热率和最低NOx排放量的最佳解决方案；其次，在NOx排放限值和空气预热器硫酸氢铵沉积深度等约束条件下，获得锅炉、SCR系统和空气预热器的最佳运行 设置，以实现最低的运行成本。遗传算法常被用于求解 MPC优化问题，通过模拟生物进化过程，寻找最优控制策略。

3.2 模糊控制

模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，它能够处理不确定性和非线性问题。在燃煤锅炉控制中，模糊控制主要应用于：

●    优化燃烧过程，提高燃烧效率。

●    控制NOx 排放，降低环境污染。

●    提高锅炉运行的稳定性和可靠性。

3.3 神经网络控制

神经网络控制是一种基于人工神经网络的控制方法，它具有自学习和自适应能力。在燃煤锅炉控制中，神经网络控制主要应用于：

●    建立锅炉燃烧过程的模型，实现精确控制。

●    优化燃烧参数，提高燃烧效率。

●    预测 NOx 排放，实现精准控制。

3.4 其他先进控制算法

除了上述方法外，还有一些其他的先进控制算法被应用于燃煤锅炉控制，例如：

●    自适应控制：根据锅炉运行工况的变化，自动调整控制参数。

●    专家系统：利用专家知识和经验，实现智能控制。

●   遗传算法：通过模拟生物进化过程，寻找最优控制策略。

●    基于压力前馈的给煤控制：根据当前锅炉主蒸汽流量和消费流量变化量，预测锅炉的压力趋势，并据此调整给煤量，以维持锅炉压力稳定。

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燃煤锅炉控制技术发展趋势

随着对火电机组灵活调峰的需求骤增以及信息技术的飞速发展，火电企业正由传统运行及管理模式向更加清洁、高效、可靠的数字化及智能化方向发展。燃煤锅炉的控制技术发展趋势主要体现在以下几个方面：

智能化：将人工智能技术应用于锅炉控制，实现自主学习、自主决策和自主优化。例如，利用神经网络建立锅炉模型，并根据运行数据进行学习和优化，实现对锅炉的智能控制。

精准化：提高控制精度，实现对关键参数的精确控制。例如，利用模型预测控制技术，预测锅炉未来的运行状态，并根据预测结果进行精确控制，提高锅炉的运行效率和稳定性。

集成化：将多种控制方法结合起来，形成综合控制系统。例如，将模糊控制和神经网络控制结合起来，利用模糊控制处理不确定性问题，利用神经网络控制实现自学习和自适应能力，从而提高控制系统的鲁棒性和适应性。

网络化：实现锅炉控制系统的远程监控和远程维护。例如，通过互联网技术，实现对锅炉运行状态的远程监控，并进行远程故障诊断和维护，提高锅炉运行的可靠性和安全性。

数字化：利用数字技术，实现锅炉运行数据的采集、分析和处理。例如，利用传感器技术采集锅炉的各种运行数据，并利用计算机技术进行数据分析和处理，为锅炉的优化运行提供决策支持。

为了进一步提升燃煤锅炉的控制水平，需要关注以下关键问题和优化调整：

深度调峰：随着可再生能源的快速发展，燃煤锅炉需要具备更强的深度调峰能力，以适应电力系统的需求。

运行性能优化：通过优化燃料、制粉系统、燃烧器、炉内配风等方面，提高锅炉的燃烧效率和稳 定性。

污染物排放控制：采用先进的控制技术，精确控制 NOx 等污染物的排放，满足环保要求。

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总结

燃煤锅炉的工业自动控制技术正在朝着智能化、精准化、集成化、网络化和数字化的方向发展 。历史寻优法作为一种传统的控制方法，由于其局限性，逐渐被更先进的控制方法所取代。模型预测控制、模糊控制、神经网络控制等先进控制方法，能够有效提高锅炉的燃烧效率、降低污染物排放、保障安全运行，是未来燃煤锅炉控制技术发展的主要方向。

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结论

本报告对燃煤锅炉的工业自动控制技术进行了调研，分析了历史寻优法和先进控制方法的原理、优缺点、应用现状和发展趋势。历史寻优法由于其局限性，正逐渐被模型预测控制、模糊控制、神经网络控制等先进控制方法所取代。这些先进方法能够有效提高锅炉的燃烧效率、降低污染物排放、保障安全运行，是未来燃煤锅炉控制技术发展的主要方向。未来，随着人工智能、大数据等技术的不断发展，燃煤锅炉的控制技术将朝着更加智能化、精准化、集成化、网络化和数字化的方向发展，为实现节能减排和提高经济效益做出更大的贡献。