负荷波动下热电厂燃煤单耗的自适应控制策略研究

一、引言

热电厂日常运行中负荷波动常见且难避免，自备发电厂因需同时满足供汽与发电需求，受影响更突出。作为运行值长，我深知负荷波动对燃煤单耗影响显著。燃煤锅炉需为公司生产设备提供稳定蒸汽，但车间用汽量常因生产班次调整等大幅波动。若波动未有效控制，会使锅炉燃烧工况不稳定，导致燃煤单耗升高、成本增加。因此，研究制定适用于负荷波动的自适应控制策略，对降低热电厂燃煤单耗、提高效益有重要现实意义。本研究结合自备发电厂实际，探讨负荷波动与燃煤单耗的关联，设计可行的自适应控制策略，为热电厂节能运行提供参考。

二、负荷波动与燃煤单耗的关联机制

（一）典型负荷波动的特征

在实际运行的时候，负荷波动呈现出多种多样的特点。依据其变化的形式以及产生的缘由，大体上能够归纳出如下几种典型的模式：（1）阶梯式上升：此模式多见于生产车间启动阶段。随着生产设备的逐步投入运行，用汽量逐渐增加，呈现出阶梯式的上升趋势，且这种波动会持续一段时间。（2）脉冲式波动：主要源于生产过程中的工艺切换，例如，部分设备会临时进行启停操作或者生产参数方面有所调整，如此一来，导致用汽量在短时间内出现反复的小幅震荡。（3）断崖式下跌：通常是由突发的设备故障所引发，例如，关键辅助设备出现意外停机的情况，进而致使用汽需求在很短的时间内便急剧下降。

（二）负荷波动对燃煤单耗的影响

负荷出现波动时会对锅炉的燃烧状态产生影响，进而使得燃煤单耗发生相应的变化。当负荷开始上升时，为了能够满足蒸汽方面的需求，那就得相应地增加燃煤的量以及供风的量。若调整不够及时或者方式不太恰当，那么就会致使燃料没办法充分地燃烧，如此一来，燃煤单耗自然而然就会上升。与之相反，当负荷出现下降时，倘若燃煤的量没有能够及时地减少，那么就会使得过量空气系数有所增大，热量的损失也会随之增加，同样会使燃煤单耗升高。在负荷保持稳定的状态下，锅炉能够维持比较理想的燃烧工况，此时燃煤单耗也就处于相对来讲比较低的一个水平。不过，要是负荷波动的幅度比较大的话，那么燃烧工况就会受到一定程度的干扰，燃煤单耗也就会呈现出显著上升的态势。

（三）燃煤单耗升高的主要原因

从运行调节的角度分析，负荷波动导致燃煤单耗升高主要源于以下几方面原因：（1）空燃比失衡：负荷急剧变化时，司炉人员可能先调燃煤量、再调风量，短时间使空燃比失衡，燃料无法充分燃烧，导致燃煤消耗量增加。（2）排污量增加：负荷波动时，汽包压力不稳定，若压力波动超出范围，为保证蒸汽品质，需加大连续排污量，蒸汽损失间接导致燃煤单耗上升。（3）辅机电耗上升：为维持锅炉运行参数正常，考虑炉膛负压等情况，需常调整引风机、送风机等辅助设备挡板，使辅机能耗增加，影响整体燃煤单耗。

三、自适应控制策略的设计

（一）三级响应机制

根据负荷波动幅度，设计三级响应机制精准控制不同程度波动：（1）微波动控制：负荷小幅波动时，启用 PID 参数自整定功能，自动调节给煤机转速和二次风门开度，维持锅炉燃烧稳定，保证燃煤单耗合理波动。（2）中波动控制：中等幅度负荷波动时，启动串级控制模式，联动一次风温调节与给煤量调整，协调控制使燃烧工况快速适应负荷变化，避免单耗升高。（3）大波动控制：负荷大幅波动时，触发蓄热器缓冲调节，调度人员及时与上游生产车间沟通，减缓负荷变化速率，为锅炉燃烧调整争取时间，降低单耗上升幅度。

（二）关键参数的动态调节

依据长时间积累的运行实践经验以及相关试验研究所取得的成果，确定不同负荷区间下的关键运行参数的合理范围，进而制定出动态调节表，为司炉人员的操作行为给予相应的指导。这些关键参数包括最佳空燃比、炉膛负压、一次风温以及飞灰含碳量目标等。司炉人员能够依据当下实际的负荷具体情况，参照这个动态调节表，适时地去调整各项相关的参数，确保锅炉可以一直维持在较为理想的燃烧状态当中，进而切实有效地对燃煤单耗加以控制。

（三）人机协同的闭环流程

构建“预判 - 执行 - 反馈”人机协同闭环流程，旨在提升控制策略的有效性与适应性。预判阶段，调度人员定期从生产调度部门获取生产计划、用汽需求信息，并录入负荷曲线，为调节控制提供依据。执行阶段，系统依负荷预测提前制定预调整方案，司炉人员按方案操作并结合实际灵活调整。反馈阶段，运行班组定期统计分析实际运行参数和燃煤单耗，将实际值与理论值偏差反馈给系统，优化控制模型与调节方案。通过闭环流程，不断增强控制策略的准确性与适应性，更好应对负荷波动。

四、自适应控制策略的应用与效果

（一）系统改造与实施

为落实自适应控制策略，针对锅炉控制系统展开了与之相应的改造以及优化。新增了必要的检测测点，如此一来，便能让参数检测的及时性以及准确性得以提升。还对给煤机等相关设备实施了变频改造，这一举措使得调节精度得到了提高。其次，还专门开发出了预警以及操作指导界面，方便司炉人员及时掌握负荷变化情况并进行操作调整。凭借这些改造措施，为自适应控制策略的施行给予了较为优质的硬件以及软件方面的支撑，进而确保各项控制措施可以顺利地加以执行。

（二）对燃煤单耗的改善

自适应控制策略应用之后，在出现负荷波动这样的情形下，燃煤单耗方面呈现出较为明显的改善态势。借助于及时且精准的调节控制举措，锅炉燃烧工况的稳定程度得以提升，燃料在燃烧过程中也变得更加彻底，如此一来便减少了那些不必要的能源方面的浪费情况。尤其是在像脉冲式波动这类对单耗有着较大影响的工况环境当中，该控制策略所取得的效果尤为突出，切实有效地降低了因为频繁做出调整而致使能耗有所增加的状况。

（三）运行稳定性的提升

自适应控制策略的应用，除了能使燃煤单耗得以降低之外，还让锅炉运行的稳定性获得了颇为显著的提升。其中，像蒸汽压力这类关键参数的波动范围明显缩小，如此一来便满足了生产设备针对蒸汽品质所提出的要求，并且也减少了因为参数出现超标情况而引发的非计划停机次数。与此司炉人员在操作方面所面临的强度也有所降低，其操作的准确性以及及时性都得到了相应的提高，进一步保障了锅炉的安全稳定运行。

结论

本研究设计的自适应控制策略，结合三级响应机制、关键参数动态调节和人机协同闭环流程，能有效应对负荷波动对热电厂燃煤单耗的影响。实践表明，该策略在降低燃煤单耗、提高运行稳定性上效果较好，实用性和可操作性强。未来，可进一步优化自适应控制算法，提高系统对复杂负荷波动的适应能力；加强与上游生产车间协同，提高负荷预测准确性，减少负荷波动；尝试结合智能化技术与自适应控制策略，实现精准高效自动控制，挖掘节能潜力，为热电厂绿色高效运行提供支持。

参考文献：

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