浅谈燃气锅炉的节能运行控制

摘 要： 乌鲁木齐市2012年实施的规模空前的“煤改气”工程，目前正在积极的推进。如何提高燃气锅炉的使用效率和减少有害气体的排放有着重要的意义。在燃气锅炉的实际使用过程中，系统所需要的总热量时刻在发生着变化，就如何提高燃气锅炉效率，对其节能运行控制优化进行研究。

关键词： 燃气锅炉；节能运行；优化控制

0 引言

近几年伴随着社会经济的发展和环保要求的提高，锅炉的燃料也在呈现多种多样的形式。其中燃气锅炉的高效、环保、节能的优势得到了越来越多的重视。2012年乌鲁木齐市实施了的规模空前的“煤改气”工程，为了这项工程，乌鲁木齐市2012年投入近38亿元。38亿元的投资使乌鲁木齐市新增天然气供热面积8013万平方米，占全市供热总面积的52.5%，主城区预计少烧燃煤500万吨。根据供热部门曾公布的一份数据换算，烟尘可减排约12万吨，二氧化碳可减排约8万吨，乌鲁木齐市的“煤改气”工程为国家环保、节能减排作出了重要的贡献。

燃气锅炉的体积要比燃煤锅炉小得多，而且可以更加容易的进行自动化控制。燃气锅炉在应用方面具有更加广阔的前景。锅炉控制系统的发展也是经历了从简单到复杂和逐渐向自动化控制不断迈进的过程。

1 燃气锅炉燃烧过程

机理和能量的转换为了实现燃烧，必须有可燃物质.有燃烧所需要的足够数量的氧气，工程实际中，氧气一般来自空气。有足够高的温度。换言之，燃烧的基本条件为：可燃物质按一定的比例与氧分子状态混合；参与反应的分子必须具有一定的能量贮备，即具有一定的温度，以克服分子间的内力，即当分子碰撞时能够破坏起始物质的键，而后结合成稳定的新键，最后导致反应产物的生成；需要有一定的时间，以保证反应进行完毕。

从能量守恒角度分析，进入锅炉系统的燃气释放的总能量q应该等于从锅炉系统流出的总能量，包括炉水吸热量q1，循坏水吸热量q2，不完全燃烧损失q3，散热q4，排烟q5。即q=ql+q2+q3+q4+q5当回水温度或设定出口温度设定值（根据外界温度而变化）变化时，循环水的吸热量相应变化，需要的总热量值也随之变化。因此，根据所需总热量的变化，适当调整燃气和空气进气量，可以使锅炉更经济有效地运行。

2 燃气锅炉的运行控制要点

2.1 控制最优过量

空气系数标准状态下1m3气体燃料按燃烧反应计量方程式完全燃烧所需要的空气量（指干空气）称为气体燃料的理论空气量（m3/m3），用v0表示，可以根据气体燃料的成分计算出来。实际送入锅炉的空气量v（m3/m3，气体燃料）称为实际空气量，用v表示，其值一般大于理论空气量。比理论空气量多出的这一部分空气称为过量空气。因而实际空气量是理论空气量与过量空气量之和。实际空气量与燃气量的比值称为空/燃比，它在数值上等于实际空气量。实际空气量与理论空气量的比值称为过量空气系数，用α表示，即α=v/v0。过量空气系数α是一个影响锅炉燃烧工况及运行经济性的非常重要的指标。α偏小时，炉内不完全燃烧损失便增大；α偏大时，锅炉的排烟热损失又增多。因此，控制最优过量空气系数是非常重要的手段之一。

2.2 锅炉出水温度控制

锅炉燃烧过程中，工况会时时发生变化，因此根据所需总热量的变化，适当调整燃气和空气进气量，可以使锅炉更经济有效地运行。我公司使用的是带电子比例调节的低氮燃烧器，对于比调式燃烧器，出水温度控制是单回路PID控制，根据出水温度的设定值与实际出水温度检测值的差值，调节燃料阀开度，配风由机械连杆自动匹配。为使燃烧效果达到最佳状态，可以引入烟气含氧量作为鼓风量的调节参数指标。

此外，燃烧控制算法带有人工指导功能，用户可以设定从启炉点火到满负荷的时间。因此，在不同温度状态下，一旦操作人员输入了启动-满负荷的时间要求，燃烧控制软件将根据实际的出水温度进行负荷控制，在温差较大的情况下，采用全开式燃烧；在接近满负荷状态时，智能化软件根据动态的PID参数对燃烧风门进行调节，保证满负荷状态的平稳到达，减少超调，以达到最佳控制效果，完全满足不同温度状态下从启动到满负荷的运行要求。

2.3 燃气锅炉

燃烧过程中烟气氧含量闭环控制燃气锅炉燃烧控制中加入了烟气氧含量的一个控制回路。这是一个以烟道中氧含量为控制目标的燃烧流量与空气流量的变比值控制系统，也称烟气氧含量的闭环控制系统。这一控制系统可以保证锅炉最经济燃烧。在整个生产过程中保证最经济的燃烧，必须使得燃料和空气流量保证最优比值。在保证了燃料和空气的比值关系，但并不能保证燃料的完全燃烧控制。因为，其一，在不同的负荷下，两流量的最优比值不同；其二，燃料的成分（如含水量、甲烷等）有可能会变化；其三，流量测量的不准确。这些因素都会不同程度地影响到燃料的不完全燃烧或空气的过量，造成锅炉的热效应下降，这就是燃烧流量和空气流量定比值的缺点。为了改善这一情况，最简单的方法是有一个指标来闭环修整两流量的比值。目前，最常用的是烟气中的含氧量。

3 结束语

燃气锅炉采用的是清洁的能源，对保护大气环境，减少污染物的排放和保护人们的身体健康有着重要的意义。随着我市“煤改气”进程的不断加快，对燃气锅炉的需求也将会进入快速增长的阶段。燃气锅炉在节能运行控制上的不断创新和进步也将带动自身的发展。