“如果不能实现燃烧的这种智能的精确的控制，实现火电厂智能化的电厂建设其实也是有根本性的缺陷的，包括我们现在对锅炉运行控制理念，风煤比、水煤比这些概念，连这些基本概念都束缚了我们根本提升锅炉控制水平技术的障碍。”华北电力大学能源动力与机械工程学院教授周怀春在2018智慧电厂论坛（第二期）分享了《炉内在线检测与燃烧智能优化控制》时表示。北极星电力网全程对会议进行直播，如需了解更多的会议直播，请联系微信号：13693626116

感谢曾经理为大家介绍了基于互联网+的安全生产管控系统。基于光学图像、光谱、激光、放射、电磁、以及声学、化学的各种先进检测机理的炉内测量技术实用化研究进展较快，在炉内温度测量、煤粉分配、煤种辨识、参数分布、排放分析等方面为多目标全局闭环优化控制创造了条件。同时随着计算机技术的快速发展，先进智能控制技术也逐步进入实用化阶段，伴随各类灵活可靠的优化控制平台载体的推广应用，电站控制参数的智能优化技术得到了快速的发展。接下来由我为大家分享“炉内在线检测与燃烧智能优化控制”来为我们进一步说明。

直播地址：2018年智慧电厂（第二期）

我自己这么多年主要做炉内的监测和燃烧控制，我在华中87—90年硕士做的课题“就是电站锅炉燃烧计算机控制系统研究”，80年代做这个题目实在是太超前的题目，那个时候开始我就解除合了解锅炉燃烧控制的问题，今天很高兴受组委会邀请来做这样一个专题的报告。这个专题报告我想这样个方面：

第一，从几个方面来说明，我们如果要实现智慧电厂的建设目标，就是我们要突破现有的哪些东西，理论上的、观念上的、技术上的，我认为是全面的突破，不是说我在现在的技术理念、我在现在的技术构架下放一个网络系统、放一个智能化我就变成了智能电厂，其实是对整个认识、整个技术细节我认为是根本性的变化。

我自己大概总结了四个方面，因为今天时间有限，每个方面可能不会展开说明，可以把这个说清楚。

1，智能电厂的建设是基于大量数据的应用。实际上从电厂的信息系统来讲数据是不缺乏的就是说对我们现在数据处理能力而言，现在的数据是过剩的，我们现场DCS每时、每刻积累的运行数据，可能有一年、两年的保存时间，大家想想我们什么时候把这些数据翻出来做过很详细的、很仔细的、很有成效的分析，除了有安全性的一些事故，我们要做事故分析，才可能把历史数据调过来看一下而已，所以现在现有的数据是没有充分利用的，现有的电厂数据加工方法没有建立。别看互联网AI的技术，包括其他领域的技术，是不是可以移植过来就可以使用？我认为没有这条路可走，不同问题特点是不一样的、手段也不一样。

2，不能要实现电厂的智能化。我是火电专业，还是侧重于锅炉燃烧这部分，锅炉燃烧是最复杂的过程，技术层面更是没办法驾驭，如果不能实现燃烧的这种智能的精确的控制，我想实现火电厂智能化的电厂建设其实也是有根本性的缺陷的，实际上我这里讲了一下，包括我们现在对锅炉运行控制理念，风煤比、水煤比这些概念，连这些基本概念都束缚了我们根本提升锅炉控制水平技术的障碍。

3，我们现在锅炉热供控制系统的构成基本模式。为什么要说这个东西呢？因为智能控制，智慧电厂肯定是智能控制，智能控制肯定是对现有控制方式革命性的提升，你说我现在控制方式都很好了，我控制方式都习以为常，如果有这个想法就别想做智能系统的控制化改进。现有的控制，以输出偏差反馈调解为主，什么意思呢？虽负荷的前位控制，但是不往往把这个作为我们控制设计的主要方法，我前控制不准确通过反馈控制调节，通过这个调节可以达到我控制的目标，如果这样一种模式根本不能提高它灵活性的水平。

4，我们现在电厂的信息，看起来足够多，都没有能力分析，但是从另外一个角度，现在的信息还不够，就是说对某些具体设备具体工作状况的了解，你就一个输入、输出，你就几个参数就能代表他工作的性能，实际上是远远不够的，这是我自己用了这么多年结合锅炉燃烧和控制所产生的一些思考、提出的疑问，看看我们怎么来回答或者解决这些疑问。

首先，我们看一看怎么利用现有的技术？从燃烧专业，我们也有燃烧优化，我们一说燃烧优化想到的是什么呢，我们要做很多很多运行的实验，锅炉运行的实验、燃烧调整的实验，我设置很多不同的实验条件，通过这些实验分析哪些条件下得到的工况是优化的，再总结这些优化的规律，把它反馈到调节的指导。实际上这种模式我认为很难行得通，为什么？因为影响锅炉运行的这些数字参数非常多，比如风，总风量、送风量、引风量等等，这才几个，看十几个、几十个就很头疼。基于现在的运行人为有意识的局部实验方法实际上是做不了优化的彻底的工作，AI领域里面我觉得有一个观念可以借鉴，到了后期，他不认为做有限局部的抽样是实现智能化的条件，而是完全抽样，全样本，没有说我局部拿来做代表的，我把我这个，比如说他识别某个图像，我图像要找出几十万、几百万、几千万张图片，能代表比如数字二所出现的可能的信息，我的计算机做深度分析，最后什么出来我都能应对，不是代表性的抽样。我们现在电厂立面实际上有这么多的数据，我们现在缺乏这种数据分析的方法，缺乏数据分析的方法可能不是数据方法本身的问题，我认为还有我们对热供过程本身认识的局限，我们一说到过度控制，风、煤、水相互关联，这个控制系统都是按照这个逻辑来实施的。我这里上面提了一个风、煤、水独立解耦，也就是说我们不太考虑他们之间相互的关系，独立解耦，然后直接前馈，负荷指令的精确的直接前馈，如果做到这点，我们就把三种介质的控制相互之间产生的干扰实际上是可以减低到最低的程度，这才是优化的，这才是快速灵活有效的。

这里我列了一个煤的热量的门捷列夫公式，为什么提这个东西呢？我们要考虑随负荷变化的燃料怎么控制，随负荷变化的风怎么控制，随负荷变化的水怎么控制，燃料变化最大，现在恰恰我们传统的控制方式是把风和水的控制都跟随燃料的控制，燃料本身就变化比较大，你这样是不是就变成一个你去跟随一个不太好控制的变量，使得本来控制好的参数控制不好，这就是我们现有控制思路的问题。

我这里做一个非常简单的推导，我说我们负荷控制，机组的控制是负荷控制，风场最高指令就是AGC指令，我为了满足不同的负荷需求，我们看看在不同负荷下面实际上燃烧的煤，锅炉因为产生相应的蒸汽、需要吸收相同的热量，如果吸收的相同热量是碳量产生的热量，碳就是恒定的，氧量是恒定的，一定的负荷对于确定的风量控制。不是说我风量的控制要随着煤的变化去调整，我这已经非常简单把这个逻辑关系给大家说清楚，后来我们最近有想写一篇文章，他告诉我，他说你看燃烧供热公司，威尔克BW公司，他出版的锅炉燃烧的著作立面都非常清楚的说明，不同的燃料，如果我们用计算它的理论供给量的话，如果你用燃料的质量来算，供给量相差很大，你用不同的煤具有相同的热量，这个标准来供给量，相差不大。意思就是说，如果用负荷控制理念来做，负荷变化的风量，风量主要是负荷变化，它倒不会太随我们燃烧过程的煤种变化而变化，我说的是总风量，就是说它是总热量。

你说我现在烧垃圾，可能改变的是炉场里面燃烧过程的快慢和早晚，只是不同阶段输入了多少风量而已，并不改变总风量输入的大小，这是我们辩证看这个问题。这样变成我们风和煤分开，水实际上是一个做工介质，更是属于负荷变化的控制量，我见到过超临界机组的控制系统，跟随偏差来调节水量。我们把风和水，是属于负荷直接的确定性的控制规律，这个控制规律怎么来？我们现在发明一套从运行的历史数据立面来看他属于负荷变化控制规律，定量的负荷变化的前馈控制规律就是从历史数据来的，这就是我们把我们的研究中心叫做热辐射育燃烧监控大数据解决中心，我们已经在大数据应用立面作出了小小的有应用价值的技术。这样就会是一个AGC的负荷指令准确的前馈准确调整锅炉的给水量、风量，以前我们在襄阳30万机组立面做的工作，从来都没有哪一个说我有一个随时控制的方法，没有的，就是个开放的，就是随着负荷的增加加大，负荷降低就减少，这种手动控制还说智慧电厂，不可能的，所以这个是负荷的优化控制。这里我们给的是我们这个技术建立的模型，在绿色发电功率的输出和实际机组的功率输出之间相差只有几个兆瓦，右面那个图是属于风能的定量负荷变化的曲线，有负荷指令就有风能直接可以到执行机构。

我们今年以来进一步考虑企稳的变化对锅炉优化运行的影响，这是湖北的荆门电厂，全年的企稳变化大概超过40摄氏度，湖北一天立面的气温变化会超过10度，就是说一天的气温变化幅度会达到一年气温变化的1/4以上，如果冬季和夏季燃烧优化有差异，一天之内都有差异，这是我们现在做出来的结果，右边是燃料量，横坐标从左到有是从地问道高温，就是从冬季到夏季，综坐标是低负荷到高负荷。同一个负荷上面，冬季到夏季锅炉燃料量消耗是降低的，就是说机组的积极性是高的。

这个是我们分析优化的送风量，在同一个高度，因为同一个高度是同一个负荷，从左到右是企稳的变化，从冬季到夏季锅炉优化的送风量显著增加，有人说这可能不是风量的变化，可能是气温变化以后空气密度不一样，我说有可能，这反映出表达的差别。这个分析方法可以分析所有的优化参数的相关规律，这个就是炉膛负压的变化，我想设定这个负压的设定值没有想到气温变化，气温从左到右，冬季的时候负压负80—负90，夏季的时候负130—140，这有显著的差别，和冬季、夏季总风量差异是相对应的。这个技术建立了一套所有锅炉的参量属于负荷和气温两个参量变化的定向规律，我只要把送风机风温采集进来，我这个数据库立面直接给出引风量、送风量、炉膛负压等多少数值。目前这个阶段我们是把我们的优化控制系统作为一个修正控制系统，就是对现有的DCS的控制信号做偏差校正，也可以说对它的指令进行校正，也可以对输出做校正。

对燃料，燃料波动比较大，实际上波动的是单位质量的燃料到炉膛立面燃烧放热能量的差异，炉膛里面燃烧放热的强度就是燃烧的负荷，而且现在的负荷把它输出值和兆瓦的单位，炉膛的燃烧负荷可以直接和负荷指令对比的，它不再影响风量控制，这样就变成了独立的控制系统。

我们进一步考虑热控系统的延迟，考虑随负荷变化灵活性的调峰控制，因为热供参数有延迟，把这个延迟的时间考虑到对负荷值提前的修正量立面去，今天因为时间关系不详细介绍，希望有机会去实验这样一种负荷控制方式，到底能提高负荷控制的爬坡水平能够提高多少。

刚才我讲基于现有的数据控制，从智能化电厂的设计来讲，现有的数据都不足，我举锅炉，那是我们自己专业的对象，有点王婆卖瓜的嫌疑，这么大的锅炉，我们对这么大锅炉立面整个燃烧过程，现在为止是没有很好的实时在线的检测方法的，包括可能后面刘总也会介绍这个工作，这个我认为是智能电厂或者智慧电厂要克服的一个关键难点。我们现在做什么东西呢？我们现在就用这种基于高温的热辐射呈现的方法做三维炉膛里面的温度监测，这是我之前就想做的课题，现在我们做到教授职业生涯的顶峰可能把这个基本能完成。

详细的技术原理我不介绍，就是说图像是三维的、非均匀的温度分布所代表的非均匀的热辐射放热量辐射的不均匀性，在照相机屏幕上面的投影，和机械的投影是一样，不会把机械的投影更复杂。从平面，从照相机的信息还原一个空间的温度上，大概就是还原了它能量的空间分布，这样就变成了温度上的分布。

这是60万的超临界和亚临界温度上的接口，温度高温区超过了汞的平面，燃烧区在下炉膛，下炉膛和燃尽和放热，这个温度朝上之后跟电厂所发现的，所以说警卫量偏多，现场得到的结果是一致的，这个结果实际上也有助于电厂最后对电厂燃烧系统做了一定的改进。我们现在这个技术后期发展的趋势，我们希望做一个完全透明的锅炉炉膛的系统，把燃料放热量方面是怎么样实时三维的分布，包括温度场。对于锅炉燃烧实时的操作和监控和优化，就有更加具体现实的这种可靠的信息来做依据，否则一个黑箱，你蒙着眼睛去操作控制，我想大家都没有这个把握。

最近我们做煤粉浓度的在线坚实。煤粉浓度反映在碳的浓度，对于煤粉颗粒物在炉膛上的三维分布，就是煤粉在炉膛立面的燃尽过程，这个最近会有积极结果。

这是我们两方面的技术，从2016年开始，在线燃烧的控制系统我们在湖北华电襄阳电厂2016年9月份做控制系统在线的投运控制，因为是闭环控制，就是人不在他能够正常的控制DCS系统一样的，也不太容易，包括还有参数波动的问题，但是到2017年9月份的时候，燃烧优化的系统按照电厂的要求投入80%、90%以上，达到非常可观的程度，做了“3天+3天”的正平衡的煤耗测试，我们现在电厂里面，比如国家要求火电厂310个发电煤耗，电厂集团老总说，我们集团早就达到了，说这没有问题，但是网上有言论在质疑这样一个东西，就是说我们所说的设计煤耗，我们所说的性能实现的煤耗，是不是代表平常的运行煤耗，甚至把财务煤耗拿出来，说你是不是发了一度电就只消耗了310克的标煤，这个账可以算的，事实上这个账可能拿不出来。实际上在运行过程中的煤耗比你新的煤耗，我估计高不止一个、两个百分点，我们就做了一个正平衡的比较。这是我们当时系统控制的后台，包括在DCS运行的前台，统计进入的煤量、采集煤样做热计测试，大概是当时的数据列表，这是当时的负荷曲线，从3天72个小时，原煤的美好优化前380个、优化后376.89个。当时我们把电厂热值数据做三天的平均，前三天和后三天的平均，电厂热值优化时段是下降的，我们感觉后三天运行，因为我们没有刻意控制煤的一致性，就是日常过程里面能不能比较差别。

按这个比较，煤值下降0.8%，煤量下降0.8%，这两个是叠加的，应该下降1.5%以上，如果这样算的话运行煤耗下降5克以上，这个数据我也很惊讶，但是说明我们在锅炉负荷过程里面，控制人员对锅炉的参数、包括燃料量、包括风能，实际上控制的不及时、不准确，带来燃料的消耗量的累计我们平常没有太去计量到底是多大的幅度，这个幅度有可能现场出现的幅度，不是说把锅炉运行性能改善，只是运行过程中每时每刻动态变化过程中，能够使得这个变化过程立面更能够随时贴近稳定的负荷、优化的工况所对应的运行条件，这就是它的差别。当然给我们提供的报告说煤耗下降1.48克，因为他们带过去的美好优化以后热值略有上升，那就算了，我说那就1.48克吧。

我们把这个数据比较一下，优化以前我们有氮氧化物的统计，我们都折算到30万的负荷下面，优化之后和优化之前实际上炉膛出口的氮氧化物还有下降，20几毫克，就是说在优化的运行系统作用下面，煤耗的下降和氮氧化物的排放下降，并不是绝对矛盾的事情，某些情况下可能两者都可以同时达到这样的效果。这项技术我们希望从理论上面突破现有的一些传统的，我们认为是天经地义的锅炉运行的基本概念，我们要突破这些东西，就是说他这个概念可能对于锅炉控制技术发展到现在，是起重要作用的，但是这个技术往后进一步的发展，我认为是障碍，而且我们觉得，你要实现更加灵活性的控制，你必须要做到负荷指令更加准确的控制，如果做到负荷指令更加准确的控制，才会不去看2分、3分众之后参数的输出说有偏差我反过来调节，调节以后怎么样呢？你说要拼命往前跑，看数字参数对不对还要回过头来看等等，就不能快速的变负荷。精确的前馈控制我认为是提升灵活性控制基本的一个途径，当然怎么实现灵活性？这么多参数的情况下，根据我们前面的分析，其实风和水之间没有那么大的耦合性，不是说完全没有耦合，只是说在我看来，我们把风随煤变化，水随煤变化的调节，过度的不该放大它的强度。

技术上，我们发明基于运行历史数据的优化运行的方法，加上炉内的监视系统来做燃烧负荷的监视，甚至把锅炉就作为一个燃料变化实时的实验仪器，如果这样子的话煤质的变化，我这个系统在炉内所有都可以测出来，就可以进一步的提升这样一个控制的系统控制。效果就是降低运行煤耗，我说降低运行煤耗1%，就是说话运行的煤耗高不止一个百分点，大家如果有兴趣我们可以一起对某些电厂测试。同时负荷控制是更主动的负荷直接的前馈控制，我相信能够更加显著提升现在所有的火电机组对于负荷变化指令的跟随能力，因为现有的控制能力是根本性制约这个控制的，因为更加准确的风和煤和水的控制，所以说在负荷过程立面不会因为相互之间增加了扰动或者干扰，造成参数的偏线、跃线或者参数的波动更大，如果提高参数的稳定性就进一步提高机组稳定的低负荷的运行水平。