基于炉膛温度可视化燃烧优化控制 

火电机组没计、制造、运行、监测和控制技术已取得长足的进步，但在实际运行过程中，机组运行的安全性、经济性和清洁性的进一步改善仍受到—些关键技术的制约，突出的有两个方面。首先是缺乏完善的大型炉内燃烧三维工况实时监测技术。当锅炉炉内燃烧过程出现火焰中心偏斜、刷墙、火焰中心上移等偏离优化丁况现象时，依靠现有的燃烧监测技术，包括可靠性不很高的火焰检测器、缺乏定量信息处理能力的全炉膛看火电视监视系统、有限的炉膛出IJ烟温测点、过热器和再热器壁温测点，以及锅炉运行参数等，并不能迅速有效地加以识别，也就无法及时采取相应的燃烧调整和控制措施加以克服，易导致水冷壁结焦、爆管、过热器超温和爆管等降低安全性和经济性的运行故障和事故。

其次是缺乏充分考虑炉内燃烧及水冷壁和过热器/再热器传热过程特性的机组负荷控制新技术。目前先进的机组协调控制策略——DEB(Direct EnergyBalance，直接能量平衡)——仅仅考虑锅炉出口、汽机进口蒸汽携带的能量和机组发电负荷需求之间的平衡，没有亢分考虑燃烧过程放热和将其传递给汽水系统阶段的时间延迟，导致机组负荷控制性能难以进一步提高。由于火电机组是一个多级能量转换系统，主要包括从燃料进入炉膛到释放出辐射能量(快)、通过导热、对流等方式将辐射能量进一步传递到锅炉出口蒸汽(慢)、蒸汽进入汽轮机并带动发电机发出电力(快)的过程，可看作是两头快、中间慢的过程。现行的机组负荷控制策略还没有有效的办法克服中间慢的过程的影响，导致机组变负荷运行能力和机组运行热经济性的提高受到制约。

从燃料量变化到蒸汽压力响应是一个纯延迟、大滞后的对象，虽然试图通过热量信号(蒸汽流量和汽包压力随时间变化率的加权利)来快速反映入炉燃料量的变化，但热量信号本质上仍然属于锅炉汽水侧的参数，其滞后特性并没有根本变化，实际检测结果也说明汽包压力和土汽压力几乎同时变化。因此热量信号并不能作为快速消除燃料侧扰动的有效手段。已有研究将动态矩阵预估控制方法、大林算法、模型参考适应算法、H∞控制、神经网络、智能控制、鲁棒控制、自主控制、基于模糊模型的控制、预见控制等，应用到锅炉汽轮发电机组及锅炉燃烧控制系统中，但始终没有也无法回避纯延迟、大滞后特性的存在。

燃料在炉内燃烧时立即释放出能量，这个过程是很快的，例如，煤粉炉内煤粉在炉膛内的停留时间一般在2s左右，以炉膛温度信号为中间被调量进行燃料控制，对锅炉燃烧控制有积极意义。而且，燃烧优化控制不仅仅局限于单纯提高燃烧经济性，污染物排放控制，特别是氮氧化物减排的控制，也是燃烧优化控制的重要目标之一。对于燃烧优化控制，必须从机组负荷控制的角度考虑燃烧控制问题，不能“头痛医头”；其次，必须从全炉膛燃烧工况优化分布的角度考虑燃烧优化控制，不能仅仅考虑燃料总量、风量总量及其配比的优化控制。因为大型电站锅炉炉内燃料是被分给多个燃烧器、从不同位置和角度送入的，一旦炉内燃烧工况组织得不好，炉内温度场发生严重偏斜，导致火焰刷墙，甚至发生严重事故，引起停炉检修，经济性的损失是显而易见的；全炉膛三维燃烧温度分布的优化控制对于抑制氮氧化物的排放的作用也是明显的。

利用燃烧温度场可视化信息，实时反映炉膛燃烧率的变化，参与机组负荷控制，将直接能量平衡的概念提前到燃烧过程释放的能量和机组负荷平衡，可望提高机组负荷响应速度和锅炉汽轮机热力参数的稳定性，提高机组负荷调节的能力。