热电厂燃煤锅炉炉内燃烧温度模糊控制技术研究

前言

在全球电力行业飞速发展的背景下，燃煤锅炉技术水平对全球能源格局产生着越来越重要的影响。燃煤锅炉是热电厂的核心设备，控制炉内燃烧温度是其安全高效运行的关键。传统燃煤锅炉炉内温度控制考虑不全面，无法保证不同区域温度的稳定均匀性。利用模糊控制技术，有望弥补传统锅炉炉内温度控制的不足，确保炉内各区域温度均处于目标范围内。因此，研究热电厂燃煤锅炉炉内燃烧温度模糊控制技术具有非常重要的意义。

1 热电厂燃煤锅炉炉内燃烧温度模糊控制的必要性

模糊控制是依托模糊集合理论，利用计算机自适应控制算法代替人的模糊控制策略，实现有效控制的一种技术 [1]。在热电厂燃煤锅炉运行过程中，应用燃烧温度模糊控制技术，不仅是提升燃烧效率的需要，而且是增强系统环境自适应与稳定性的需要。

一方面，利用模糊控制优化锅炉炉内燃烧过程温度，可从根本上解决锅炉炉内燃烧不彻底问题，控制排烟氧含量，减少排烟热损失，促使锅炉整体热效率提升到更高的水平。

另一方面，利用模糊控制实时监测并调整锅炉炉内燃烧温度，可以自动适应炉况、煤质等变化，克服以往炉内温度调节滞后现象，提高温度控制精准性，确保温度长期稳定处于目标范围内。

2 热电厂燃煤锅炉炉内燃烧温度模糊控制技术的应用要点

2.1 搭建控制框架

模糊控制是基于模糊逻辑的控制方法，以模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础，因此，可根据模糊集合论，结合热电厂燃煤锅炉燃烧特点，搭建温度模糊控制框架，见图1。

由图1 可知，炉内温度模糊控制以模糊化 0-1 任意数值为输入，经模糊化资料、解模糊化完成推理，输出精确值。在整个框架中，根据实际控制系统和燃煤锅炉炉内温度控制要求，确定输入变量、输出变量分别为系统状态、控制指令，并为每一输入输出变量定义语言词，包括“零”“负小”“负大”“正大”“正小”等。紧接着，根据以往热电厂燃煤锅炉燃烧控制经验，以“如果－则”的形式，确定温度输入变量与输出变量之间的模糊控制规则，其一为：如果误差是负小，则输出为增大。在模糊控制器内，根据已确定的模糊控制规则，针对当前输入温度变量值 Kp（比例系数）、Ki（积分系数）、Kd（微分系数），开展基于 Mamdani 的模糊推理，以语言形式输出，并根据需要经质心法将输出进一步转化为确切温度控制数值。最终将温度控制数值传递给燃煤锅炉执行结构，实现对炉内燃烧过程温度的持续稳定控制。比如，在Kp 增大时，振荡次数加多，炉内温度调节时间加长，影响温度稳定性，需及时整定，确保炉内燃烧性能稳定。

2.2 整定模糊控制参数

在计算机技术的支持下，遵循连续时间的 PID（Proportional-Integral-Derivative，比例－积分－微分）控制方程标准形式（含增量形式），考虑采样周期，进行 Kp、Ki、Kd 的整定，实现炉内温度控制效果最佳[2]。基于热电厂燃煤锅炉燃烧特性，PID 模糊控制参数整定方法可选择扩充响应曲线法（或扩充临界比例度法），以炉内温度偏差、温度偏差变化为输入，以比例、积分、微分参数为输出控制量。具体整定期间，设定燃煤锅炉炉内温度模糊控制输入变量的基本论域为 [-1200,1200]，温度偏差变化的基本论域为[-15,15]，模糊子集均为[ 负大，负中，负小，零，正小，正中，正大 ]，状态论域均为 [-5,5]，利用三角形函数描述温度、温度偏差变量的隶属度，将输出变量论域的模糊集合标记为T（K）=[ 负大，负中，负小，零，正小，正中，正大]。确定模糊集合标记后，将 min-max 合成运算作为模糊控制规则实现方法。比如，燃煤锅炉炉内燃烧温度受比例参数过大、过小变化的直接影响，关联误差信号与模糊控制，在温度误差较大时取比例系数偏大值，反之取比例系数偏小值，促使炉内温度尽快恢复稳定。

2.3 优化模糊控制器

在模糊控制框架内，模糊控制器处于核心地位，关乎复杂炉内温度控制逻辑中理想控制效果的获得。在热电厂中，适用于燃煤锅炉炉内温度控制的模糊控制器为多变量系统，系统设计需要借助 MATLAB 软件自带模糊逻辑工具箱，新建一个 FIS 格式的快速加载文件，完成模糊控制器输入变量与输出变量的定义，并进行输入变量模糊子集与论域、模糊隶属度函数的设置。紧接着，在 Rule Editor 窗口下，以 if-then 的形式输入温度模糊控制规则，局部见表1。

在输入模糊控制规则后，借助 MATLAB 的 Simulink 完成模糊控制器的完整构建。在模糊控制器运行过程中，在线实时监测并纠正比例、积分、微分参数，确保燃煤锅炉炉内输出温度响应曲线符合要求。比如，在温度、温度偏差变化的和为正大时，输出量朝着偏离给定值方向变化，模糊控制器输出更大的比例系数，并将积分系数、微分系数设置为零，提高温度响应速度，规避炉内温度超调问题。

总结

综上所述，模糊控制不需建立精确数字模型，可以处理非线性系统，在燃煤锅炉炉内温度控制领域表现良好。因此，热电厂应主动应用模糊控制技术，构建集输入输出、推理机制、模糊化与解模糊为一体的模糊控制框架，在框架内统筹整定温度模糊控制参数，优化炉内温度模糊控制器，确保炉内温度在线自适应燃煤锅炉燃烧工况，实现燃煤锅炉的高

性能运行。

参考文献

[1] 孙家骥 , 张威 . 电厂燃煤热水锅炉燃烧温度模糊自寻优调峰控制 [J]. 资源节约与环保 ,2025,(04):118-122.

[2] 刘亚茜 , 张璐 . 基于 PSO- 模糊 PID 自整定的煤粉燃烧器温度控制 [J]. 山西冶金 ,2025,(05):78-79.