1 引言

　　我國是世界上少數幾個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、排放無控制造成了能源和環境污染嚴重，能源節約與環境保護已成為現有燃煤技術所需解決的主要問題智能化，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量的比例相當驚人，但大多數工業鍋爐處于能耗高、浪費大、環境污染等嚴重的生產狀態智能化，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。

　　國外燃煤鍋爐自動控制，隨著現代工業的發展主要經歷了初創、成熟、擴展幾個時期，而燃燒系統的控制，始終作為燃煤鍋爐自動控制的重點課題。美國的FOXBORO公司在推出I/A SERIS智能鍋爐自動控制系統，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展趨勢，基本上都是采用智能控制、專家系統、模糊控制以及常規控制集成到系統中。

　　我國燃煤鍋爐自動控制系統經過十幾年的發展，正在走向成熟。有代表性的為：大連海運學院的DMC鍋爐控制系統，重慶鋼鐵公司的工業爐窯模糊控制自動化系統，湖南康通信息技術有限公司的鍋爐智能控制系統。與國外同類系統相比，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展趨勢向國際前沿靠攏，但是結合燃煤供暖鍋爐運行實際，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足負荷需求，熱效率不能夠得到有效的提高，投運時過于依賴有經驗的操作人員，數據化控制不強。如何結合燃煤鍋爐運行實際，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迫切需要解決的課題。為了解決這個問題，我們在哈市某供暖小區采用日本OMRON公司的CS1控制系統而研制開發了鍋爐智能尋優自動控制系統，保證鍋爐安全、穩定、經濟運行的同時，實現了鍋爐智能化、自動尋優控制，達到了保護環境，大大提高鍋爐燃燒效率，節約能源的目的。

　　2 控制系統設計及實現

　　2、1鍋爐系統運行結構分析

　　供暖鍋爐系統是一個多容系統。每臺爐的熱負荷用給煤、送風、引風調節，作為內部燃燒系統控制；給水控制的任務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系。同時，各爐并網運行時各爐之間也相互耦合，特別是取暖負荷變化較大時，各爐間耦合更為突出；而取暖負荷本身的調節又是一個帶純滯后的非線性過程；為了解決相互間耦合、過程滯后及非線性過程所帶來的系統不穩定等，前臺程序用Visual Basic語言來實現自動尋優、組織運行算法等，通過動態數據交換與KINGVIEW上位機軟件通訊，實現監測、控制。

　　2、2 燃燒效率曲線

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

圖一　燃燒效率曲線

　　關于燃燒問題存在一個普遍的燃燒效率山頂現象，即熱效率對空燃比來說都有一個最大值，可以肯定燃燒效率η是空燃比k的上單峰函數，這是在燃燒系統進行優化控制的基礎。[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系，達到最佳燃燒值點，提高效率，節約能源。

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

圖二　自尋優算法模型框圖

　　尋優步長 SOP;計數器 n;

　　專家系統模型具有兩個獨特鮮明的特點：

　　①具有智能性，無論尋優的起始點在最大值的哪邊，它都可以迅速找對優化的方向；
　　②它可以達到任何所要求的尋優精度[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總循環水量; ΔT供回水溫差
　　　　Q=T*Qnet T鍋爐耗煤量; Qnet煤低位發熱值

　　通過以上計算公式與鍋爐自尋優算法調配風煤比相結合,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、報表數據查詢打印等。我們選用Visual Basic 作為前臺程序設計語言[3]，實現自動尋優算法，與亞控公司的KINGVIEW軟件進行數據交換，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、鍋爐系統實際總供熱量和取暖小區實際消耗熱量，以及能量損失等數據組成檢測知識庫。來實現檢測點數據的識別、數據格式的轉換、熱效率計算、燃燒狀況的測定等推理操作；經數據過濾、分類、分析等數據處理后，送鍋爐系統信息數據庫。
由時變非線性負荷給定模型形成供暖鍋爐組的控制知識庫，即形成滿負荷運行爐、幫燒調節爐、停燒爐及其運行時間等控制知識庫的規則[1]。由控制推理機來實現燃燒系統的負荷給定和優化燃燒，且得到隨負荷變化的負壓給定。

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

圖三 供暖鍋爐專家智能控制系統

　　由取暖小區需求供熱量、鍋爐系統實際總供熱量和取暖小區實際消耗熱量，以及能量損失等數據組成檢測知識庫，由檢測推理機來實現檢測點數據的識別、數據格式的轉換、熱效率計算、燃燒狀況的測定等推理操作，經數據過濾、分類、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鍵問題，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自于四個方面：鍋爐燃燒過程運行理論，運行專家的操作經驗，工業現場實際經驗的摸索，運行過程中的不斷完善。

　　專家智能控制系統是用前臺語言Visual Basic實現的，上位機KINGVIEW軟件將鍋爐實時運行的數據存入數據庫，表中可清晰了解鍋爐每小時運行數據，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。

　　專家智能控制系統另外一個突出的優點是，組織運行策略，計算機了解室外平均溫度后，可自動根據組織運行策略，自動起機、自動燃燒、自動尋優、自動停爐，按時打印報表，全自動運行。

　　燃燒系統的負荷和燃料的協調達到最理想狀態，從而節約大量燃料和電能，并使鍋爐壽命延長。減輕了對大氣污染，真正達到了環保的目的。另外，自動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強度。

　　5 結束語

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