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基于智能模糊遗传算法的锅炉自动控制技术研究

摘要:锅炉燃烧过程是一个具有大惯性、大时延、变参数的多输

入多输出复杂过程,传统的锅炉燃烧控制多采用PID控制,但PID控制

是无法为具有大惯性、大时延和变参数的过程提供高质量的控制,本

文提出了基于遗传算法的模糊PID控制可以大大提高系统的控制质

量,以达到节能的目的。

关键词:锅炉燃烧控制PID控制模糊控制

锅炉是国民经济中重要的热能供应设备。目前,我国现有锅炉几

十万台,是国家的一个耗能大户。由于技术落后,设备陈旧,操作水平低,

目前大部分锅炉还存在着热效率低、能耗高的问题。锅炉燃烧过程是

一个具有大惯性、大时延、变参数的多输入多输出复杂过程,传统的

锅炉燃烧控制多采用PID控制,但PID控制无法为具有大惯性、大时

延和变参数的过程提供高质量的控制,解决此问题的方法是采用比

PID更为有效的控制技术。锅炉燃烧智能控制技术可以利用锅炉运行

数据和集散控制系统(DCS),通过一系列先进建模、优化和控制技术的

应用,提高锅炉运行效率,改善控制效果。这种技术投资少,能够充分提

高锅炉控制的自动化程度,使锅炉处于更理想的运行工况,提高锅炉运

行系统的安全性,因而受到广泛关注。

1锅炉燃烧的自动控制任务

燃煤蒸汽锅炉的生产任务是根据负荷设备的要求,生产具有一定

参数的蒸汽,为了满足负荷设备的要求,保证锅炉本身运行的安全性和

经济性,工业锅炉控制主要有下列自动调节任务:

(1)保持汽包水位范围。汽包水位是锅炉正常运行的主要指标,关

系着汽水分离的速度和生产蒸汽的质量,也是确保安全生产的重要参

数。水位过高会影响汽水分离,产生蒸汽带液现象;水位过低会影响汽

水循环,严重时会使个别上水管内的流动停滞,致使金属管壁局部过热

而爆管,导致重大事故。因此,必须对汽包水位进行自动调节,使水位严

格控制在规定范围内。

(2)维持蒸汽压力在预定值。蒸汽压力是衡量锅炉的蒸汽生产量

与负荷设备的蒸汽消耗量是否平衡的重要指标,是蒸汽锅炉的重要工

艺参数。蒸汽压力过低或过高,对于金属导管和负荷设备都是不利的。

压力过高,会加速金属的蠕变,导致锅炉受损;压力过低,就不可能提供

给负荷设备符合质量的蒸汽。在锅炉运行过程中,蒸汽压力降低,表明

负荷的蒸汽消耗量大于锅炉的蒸发量;蒸汽压力升高,说明负荷的蒸汽

消耗量小于锅炉的蒸发量。因此,控制蒸汽压力,是安全生产的需要,也

是保证燃烧经济性的需要。

2燃烧控制系统的回路特性分析

2.1汽包水位回路特性分析

蒸汽锅炉的汽包水位是锅炉正常运行的主要指标之一,也是一个

十分重要的被调参数,保持汽包水位在一定的范围内变化是保证锅炉

安全运行的重要条件。蒸汽锅炉汽包水位调节的任务是使给水量跟踪

锅炉的蒸发量并维持汽包中的水位在工艺允许的范围内。锅炉汽包中

的水位不仅受到给水量和蒸发量之间平衡关系的影响,还受到在汽水

循环管路中汽水混合物内汽水容积变化的影响。因为锅炉汽水中水位

值h不仅反映了汽包(包括水循环的管路)中的水容积,也反映了水面

下汽包的容积。水面下汽包的容积又与锅炉的负荷和蒸汽压力有关。

2.2蒸汽压力回路特性分析

锅炉汽包蒸汽压力是燃烧过程控制对象的主要被调量,在一般的

饱和蒸汽锅炉中,蒸汽压力是衡量储蓄在锅炉中能量大小的尺度,只有

当锅炉输入和输出的能量平衡时,压力才能保持稳定。引起蒸汽压力

变化的因素是很多的,如燃料量、送风量、引风量、给水量、蒸汽流

量以及各种使燃烧工况变化的原因。它的主要扰动是燃料量的改变

(称为内扰动)和蒸汽流量的改变(称为外扰动)。

2.3经济燃烧回路特性分析

锅炉燃烧控制要实现的一个主要功能是提高锅炉的燃烧经济性,

使锅炉运行在最高热效率状态下,以达到节约燃煤的目的。燃烧的效

率高低难以直接测量,常用烟气中的含氧量作为表示指标。风煤比是

影响锅炉热效率的一个重要因素,无论风煤比过高还是过低都将使锅

炉的热效率大大降低。在现行的各种控制方法中,广泛采用固定风煤

比调节加变氧量的校正方案,但节能效果并不理想。这是由于变氧量

调节规律中,最佳含氧量与蒸汽负荷的关系曲线一般由司炉人员凭经

验获得,带有一定的片面性;另外,含氧量测量可靠性不高,维护量大,难

以长时间稳定工作。

3锅炉燃烧智能控制算法

3.1模糊控制系统组成

模糊控制系统是一种自动控制系统,和其它的自动控