一．选题的目的及意义
目的：本课题的展开，主要针对目前我国锅炉自动控制水平不高的问题，以变频调速技术为龙头，实施自动控制系统的革新，以提高燃烧效率，实现供汽量与用户用汽量的自动即时匹配作为主要工业目标展开。本论文以燃煤蒸汽锅炉为控制对象，对锅炉的燃烧控制系统进行了详细的仿真研究，主要分为三个部分：主汽压控制、烟气含氧量控制（燃烧的经济性控制）和炉膛负压控制。主汽压控制采用模糊控制的方法，燃烧的经济性采用自寻优控制，炉膛负压控制采用PID控制。并且与传统的PID控制进行比较，通过比较仿真结果来判定优劣。
意义：工业锅炉是我国目前应用面宽，数量多的耗用一次能源的重要设备。每年消耗原煤二亿七千万吨[7]。锅炉运行的好坏，对于节约能源，保护环境等有着重大的社会经济效益。我国中小型工业锅炉广泛使用链条炉排，锅炉实际运行效率远低于设计效率，这与工业锅炉上没有建立一套合理的实际可行的燃烧控制系统有很大关系。由于燃煤工业锅炉（特别是链条炉）有不同于燃气、燃油锅炉的特点，所以，在当前国外对燃气、燃油锅炉有较好的控制方法时，燃煤工业锅炉还存在着许多问题要解决，这要求人们认真地研究和探索。现代控制技术的发展，微型计算机的普及，为更好地控制工业锅炉打下了良好的基础。热电厂提供的能源主要是以电能和热能的形式出现的，通常是利用锅炉生成蒸汽，然后将其中一部分提供给汽机发电，提供电力能源，另一部分作为热源直接供给用户。无论最后提供的能源形式是何种方式，锅炉负荷总是变化的。负荷既包含电力负荷也包含热能负苛。近年来，为解决锅炉燃烧过程的优化控制问题，国内外采取了多种控制手段。尽管它们在一定程序上提高了热效率，但不能彻底解决锅炉燃烧的控制问题，因为难于建立被控对象的精确数学模型[1～2],仍需要根据负荷变化，人工调控锅炉运行，才能使锅炉燃烧过程更多时间处于相对平衡状态，提高燃烧效率。
二．课题研究现状
中国的锅炉产业，它既不是“朝阳产业”，也不是“夕阳产业”，而是与人类共存的永恒产业。伴随我国国民经济的蓬勃发展，近年来工业锅炉制造业取得了长足的进步。其突出成效是：行业标准日益规范，技术水平逐步提高，产品品种不断增加，经济规模显著扩大。我国锅炉行业是一个不断发展的产业，同时锅炉行业和企业也面临着各种挑战。锅炉行业必须坚持市场导向战略，紧紧依靠科技进步，依靠科技创新，在国家能源和环保政策的引导下，调整企业结构和产品结构，制造销售符合市场需求的锅炉才能在激烈的市场竞争中占有一席之地。未来燃油、燃气锅炉等采用清洁燃烧技术的锅炉在大中城市将得到较快的发展。燃气锅炉将会有长足的进步，燃用生活垃圾和生物质的锅炉市场潜力较大，蓄热式电热锅炉系统随着电力工业改革和发展其市场将进一步拓宽。采用清洁燃料和洁净燃烧技术的高效、节能、低污染锅炉将是锅炉产品发展的趋势，并向高端和高附加值的产品市场发展。中国是现如今世界上制造锅炉以及使用锅炉最多的国家，但是国内锅炉研究起步较晚，中国锅炉行业的新盛主要始于改革开放以后，目前已有千余家可以生产不同等级锅炉的企业，我国锅炉行业的发展趋势是向着高端市场发展，并且大中城市的小容量锅炉量会减少，但国内主流产品集中在中低端产品部分。最近几年，欧美国家对锅炉的需求量一直稳定不变，但是对于无毒无害环保标准的要求略有提高，所以其主流产品在中高端产品部分。为了达到提高燃烧效率这个目的，采用HoneywellS9000系统构建集散控制系统，建立一个锅炉、汽机和电网、热网的监控系统，对系统中状态实施全面监测，无疑是一个很好的解决办法。该系统可将监测数据存入管理数据库，以便操作人员快速准确地了解系统运行状态，同时也使得管理人员能够分析运行情况，做出生产管理决策。通过对一些主要的过程变量实施自动控制，使得整个系统通史完全、有效地运行。在此基础上，对节能影响很大的锅炉燃烧系统建立稳态参数优化模型，并求得锅炉燃烧稳态优化模型参数。在这个优化结果的指导下，便可进行锅炉燃烧优化控制。在这个优化模型中，主蒸汽压力和送风量、引风量、给煤量以及主蒸汽流量之间的关系是一个非线性关系，使用一个四层的前馈神经网络来描述。而当优化出决策变量，求得最佳氧含量和炉膛负压之值时，也需要构造一个神经网络，通过建立氧含量和送风量、引风量、给煤量以及主蒸汽流量之间的关系，炉膛负压之值时，也需要构造一个神经网络，通过建立氧含量和送风量、引风量、给煤量以及主蒸汽流量之间的关系，炉膛负压送风量、引负量、给煤量以及主蒸汽流量之间的关系来进步求得它们的最佳值。
三、课题研究内容介绍
因为中小型工业锅炉允许有较大偏差，传统的的自控调节品质指标却偏偏去追求其“稳定”，而限制其投入率，或不能达到良好的燃烧，这是不合适的。因此，我们的目标函数和传统的自控系统不一样，对中小型工业锅炉其燃烧控制的目标是节能，是优化燃烧，其实一切手段应围绕达到此目的，控制方案也必须以此展开节能指标是中小型工业锅炉控制系统的考核标准，而燃烧调整中，调节品质不能完全代表节能指标，因为，它不能表明燃烧是否处于优化状态。同时，更不能为追求调节品质来限制用户的供气特点，相反，应该在适用用户供汽特点，相反，应该在适应用户供汽要求情况下，使自控投运条件宽松化，在大扰动时，在燃烧仍具备优化调整性能。作为节能指标，我们引进了“优化率”概念，采用“燃烧优化系统”它与调节品质指标，是两种不同的目标函数，至于“燃烧优化系统”和传统“自控系统”，在保持压力稳定之间采用的手段的联系和差别。锅炉燃烧系统的状态好坏直接决定了能源利用率的高低，而锅炉稳态运行是否处在优化状化，对燃烧系统来说具有重要的作用。为保证系统能够高效运行，可以采取两方面的措施：一是采用自动控制系统保证系统长时间稳定地运行；另一是保证系统稳态的最优状态，对锅炉燃烧系统稳态运行参数进行优化。在优化程序中，使用主蒸汽压力和送风量、引风量、给煤量以及主蒸汽流量之间的关系模型作为一个结束参加优化。同时在获得了模型的优化结果以后，为了同底层控制系统连接，通过建立含量和送风量、引风量、给煤量以及主蒸汽流量之间的关系模型，炉膛负压和给煤量、引风量、送风量以及主蒸汽流量之间的关系模型获得底层控制系统的给定值。这两个模型也是使用同样的神经网络模型来表示的。算法完成一样，仅仅是输入输出数据不一样，训练出来的模型表示了不同的关系。为了保证系统长期稳定运行，燃烧控制采用模糊控制律。系统框图如图1所示。主蒸汽压力控制采用压控制方式；送风量控制保证空气预热后送风压力在一定范围内，在送风压力允许的条件下，按照风煤比偏差调节送风量，维持烟气氧含量在一定的范围内，风煤比根据负荷的变化而变化，实现经济燃烧；引风量控制使炉膛负压保持常值。其中，随负荷变化的最优风煤比是通过锅炉稳态优化程序计算再加上实际经验得到的。
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