摘要：随着国家“十二五”规划的深入进行，以“绿色发展、建设资源节约型、环境友好型社会”的口号被提出。燃气锅炉在我国锅炉行业中已占主流地位，它通过煤气等燃料的燃烧过程释放出热能，并通过传热设备把热量传递给水，将水转变为过热蒸汽，过热蒸汽直接供给工业生产中所需要的热能。
关键词：优化控制系统；发电燃气锅炉；
锅炉控制系统分为燃烧系统、汽水系统、烟风系统及减温减压系统，控制系统主要完成设备操作、设备状态及生产参数的监控功能，汽包水位自动控制调节功能，炉膛负压控制调节功能，锅炉送风风量控制调节功能及热风烧嘴和煤气烧嘴控制调节功能，锅炉上位系统实现了画面显示、设备操作、报警、历史趋势记录及报表打印等功能。
一、燃气锅炉燃烧控制系统分析
发电燃气锅炉的输入包括燃气量、送风量，输出包括供水温度、烟气含氧量及压力等，其中燃气品质和负荷变化也是系统中不可忽视的因素。因此，燃气量、送风量、燃气品质及负荷变化等因素的改变都会导致供水温度和烟气温度的改变。控制器控制鼓风机、燃气比例阀以保证空燃比。出水温度控制主要通过调节输入燃料量和送风量来实现；氧含量的控制主要通过调节空气和燃料成适当配比来实现。同时显示操作单元和上位机分别用来就地显示数据、输入控制变量、上传数据及监控等。燃气锅炉是一个多变量控制系统，以往都是把它当做一个整体来控制，有些控制因素被忽略，控制效果并不好。现在把它作为多个单变量系统来控制，既能将每个因素考虑在内，又简化了整个系统的复杂程度，并且控制更有条理，使控制效果得到提升。燃料控制系统的目的是根据设定的供水温度，调节燃气比例阀开度，进而改变燃气量。当负荷增加，燃气比例阀的开度应该增加，以增加给气量，从而提高供水温度。当负荷减少，燃气比例阀的开度应该减小，以减少给气量，从而降低供水温度。燃料控制系统是一个串级控制系统。主回路是对供水温度控制，起到细调作用；副回路对燃气比例阀控制，起到粗调作用。送风控制系统的目的在于根据燃气量的变化，调节鼓风机变频器的频率，进而改变送风量，维持燃烧过程中适当的空燃比，使燃烧效率最高，减少热量损失。送风控制系统通过氧化锆氧量分析仪来检测烟道的含氧量，与之前设定值做差并经过控制器来修正送风量，维持最佳空燃比。烟气含氧量很容易受到燃气量和送风量变化的影响。送风控制系统是一个串级控制系统，主回路对含氧量进行控制，起到细调的作用；副回路对鼓风机变频器进行控制，起到粗调的作用。当通过氧量分析仪测得的烟气含氧量超过设定值时，氧量校正调节器发出校正信号，修正送风控制系统的设定值，使鼓风机调节器减少送风量，从而降低燃烧后的剩余含氧量，最终使含氧量测量值与设定值一致。
二、优化控制系统在发电燃气锅炉上的技术应用
1.模糊自整定控制分析。虽然PID控制在工业生产中具有非常广泛的应用，也起到了重要作用，但还是无法掩盖PID控制的缺陷。实际工业生产过程具有多变量、非线性、时变性、滞后性、大惯性，而常规PID控制效果并不好，常常也因此而导致了安全和环境问题。模糊控制对被控对象数学模型要求不高，只要有现场操作人员的经验知识和操作数据，就能实现常规PID无法实现的控制，但是模糊控制无法消除稳态误差。因此把常规PID控制和模糊控制进行组合，实现两者的优势，弥补两者的劣势，得到一种更加智能化的新算法—模糊自整定PID算法。模糊自整定PID能够检测外部环境变化的因素，通过模糊推理的方法对PID的3个参数在线整定，得到最佳的PID参数，使系统的控制达到最好。
控制器采用两输入三输出的二维模糊控制器，将锅炉的实际供水温度与设定供水温度的偏差和偏差的变化率作为控制器的输入，经过模糊化、模糊推理和清晰化处理，得出被调量并与之前参数进行结合，以实现对常规PID参数的在线实时调整。由于燃料控制系统是对供水温度进行控制，它具有大惯性、滞后性等特点，对控制效果的要求较高，因此燃料控制系统中采用控制效果更佳的模糊自整定PID控制器；而送风控制系统采用常规PID便能得到良好的控制效果，设计了燃料控制系统，主回路采用模糊自整定PID控制和副回路采用PI控制的仿真模型。以送风控制主回路采用常规PID控制和副回路采用PI控制的仿真模型，通过对比常规PID与模糊自整定PID的仿真结果发现，后者在燃气锅炉控制系统中的控制效果更佳，使得燃气锅炉的燃烧效率得到大幅提高，更减少了环境污染。
2.燃气锅炉优化燃烧控制系统关键核心技术。由于燃气锅炉控制设备系统的复杂，耦合性、时变性和非线性严重，执行机构性能差等原因，常规PID算法是无法让人满意的。扰动观测器模型将被控变量的变化趋势、幅度以及干扰来源进行智能计算，作为智能控制器的前馈输入而很好地提高了控制品质。安全的控制技术方法体现在先进的智能优化控制技术系统中，由安全运行区间设定及故障诊断与预警技术方案、智能语音报警方案等。控制思想会根据具体情况进行智能调整。本系统可以给燃烧器设定一个安全的运行空间，在运行过程中可以将各种故障语音报警定位于点，如煤气压力异常，应注意汽机负荷。本技术集常规PID系统、模糊自整定系统、预测系统、非线性系统于一体，全面克服了燃气锅炉设备系统本身的时变性、纯滞后和非线性及电动执行机构液耦（磁耦）等所存在的调节精度不高、死区较大、空行程大等诸多问题造成的控制精度与抗干扰能力的矛盾，延长了执行机构的使用寿命。多炉多机大系统之间的影响和相互制约的问题能得到解决是由于采用了大系统协调智能化优化控制技术与多变量解耦技术。通过多炉多机协调技术使各炉运行状态和负荷得到及时的优化调整，从而实现了多炉多机大系统经济和安全稳定运行的目标。先进的智能优化系统对进来的测控信号能进行多次处理和利用，以便形成很多优化数据、管理数据和安全运行数据。这些数据使燃气锅炉系统抗干扰能力得到加强，优化效果更明显，为评价现场运行人员操作技能的运行效果提供了更科学的手段。
3.系统的现场调试。在模拟中有很多人为因素，有时会出现顾此失彼的现象。所以必须有一个现场调试阶段。从系统的顺利运行方面来考虑，在整体上对程序进行逐步调试以及最后确认。系统在调试之前，要做好以下几个方面准备工作：现场调试阶段是一个比较集中、复杂的调试过程。各单位之间互不了解而又相互关联，所以必须做好组织工作，做到统一指挥。现场的信号检测和施工要准确统运行时，各个参数都是在实际生产的条件下取得的，这就要求我们对模拟量进行校正，消除各个方面的误差；对开关量做到信号准确无误。由于现场环境的影响，要按规章制度建立巡检和维护，定期对水位变送器进行排污，并应确保正压管中的水柱高度恒定，这样我们才能得到正确的差压值。
锅炉的控制系统一直是工业生产的一个重要的典型控制系统。由于工业燃料的来源问题，燃烧用煤气的压力和热值都是不太稳定，所以燃气锅炉的控制系统更是比较复杂。根据对控制理论的研究和企业实际生产中应用情况的分析，保证了企业的正常生产，并具有技术先进、操作简便和经济实用等特点。今后，可根据生产的具体情况和出现的问题，进一步总结经验，为提出更好的燃气锅炉控制系统做好准备。
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