火電廠鍋爐燃燒優(yōu)化分析

任新生

摘要：目前大型電站鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中普遍存在著效率低、耗煤高等問(wèn)題，燃燒優(yōu)化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電站鍋爐高效燃燒和污染物控制的最經(jīng)濟(jì)、最有效的方法之一。通過(guò)在對(duì)國(guó)內(nèi)外電站鍋爐燃燒優(yōu)化技術(shù)研究現(xiàn)狀綜述的基礎(chǔ)上，還對(duì)燃燒技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：電站鍋爐；燃燒優(yōu)化

火力發(fā)電企業(yè)是能源消耗大戶，也是我國(guó)節(jié)能降耗工作的重中之重。在火力發(fā)電廠中，燃料煤的成本占發(fā)電成本的70%，而我國(guó)火力發(fā)電平均煤耗與世界先進(jìn)水平仍有不小的差距。火力發(fā)電廠在消耗大量煤炭生產(chǎn)電能的同時(shí)，也帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。所以必須在管理上提高運(yùn)行人員水平，在技術(shù)上提高機(jī)組發(fā)電效率，采取技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理、符合環(huán)保要求的措施，減少各環(huán)節(jié)的損失和能源浪費(fèi)，控制污染物的排放[1]。

電站燃煤鍋爐的燃燒優(yōu)化技術(shù)是以最優(yōu)化理論為指導(dǎo)，依據(jù)鍋爐及其他設(shè)備運(yùn)行狀況，使鍋爐能在設(shè)計(jì)負(fù)荷范圍內(nèi)保持最佳的燃燒狀態(tài)。

1.鍋爐燃燒優(yōu)化技術(shù)的分類

從鍋爐燃燒優(yōu)化技術(shù)角度看，鍋爐燃燒優(yōu)化技術(shù)可以分為三類：

第一類通過(guò)在線檢測(cè)鍋爐燃燒的重要參數(shù)，指導(dǎo)運(yùn)行人員調(diào)節(jié)鍋爐燃燒，這類燃燒優(yōu)化技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)占據(jù)著主導(dǎo)地位。

第二類燃燒優(yōu)化技術(shù)是在DCS的基礎(chǔ)上，作為鍋爐運(yùn)行的監(jiān)督控制系統(tǒng)，通過(guò)采用先進(jìn)的控制邏輯、控制算法或人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鍋爐的燃燒優(yōu)化。隨著先進(jìn)控制和人工智能技術(shù)的逐步成熟和在工業(yè)上成功的應(yīng)用，這類燃燒優(yōu)化技術(shù)發(fā)展迅猛。

第三類燃燒優(yōu)化技術(shù)在設(shè)備層面，通過(guò)對(duì)燃燒器、受熱面等的改造實(shí)現(xiàn)鍋爐的燃燒優(yōu)化調(diào)整。

2.對(duì)鍋爐運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化

隨著鍋爐技術(shù)的不斷發(fā)展，在鍋爐蒸汽參數(shù)提高和鍋爐容量增加的同時(shí)，其結(jié)構(gòu)也會(huì)因此而逐漸復(fù)雜化，致使其在安全和經(jīng)濟(jì)方面，都對(duì)鍋爐的運(yùn)行及調(diào)節(jié)提出了更高的要求，其運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)是保證正常運(yùn)行的關(guān)鍵，所以，掌握參數(shù)的變化過(guò)程就顯得極為重要，實(shí)際運(yùn)用中，鍋爐的運(yùn)行參數(shù)囊括了鍋爐蒸發(fā)量、主蒸汽壓力溫度、再熱蒸汽壓力溫度、燃料量、給水溫度、風(fēng)溫風(fēng)量風(fēng)壓、煙溫?zé)焿?、爐膛壓力等，其變化情況也較為復(fù)雜，在實(shí)際的運(yùn)用中具有運(yùn)行工況的不穩(wěn)定性現(xiàn)狀，所以對(duì)鍋爐的運(yùn)行調(diào)節(jié)應(yīng)當(dāng)從以下方面來(lái)進(jìn)行[2]。

首先，要保證鍋爐的安全運(yùn)行，保證蒸汽品質(zhì)以及汽包的正常水位，使得鍋爐的主蒸汽壓力及汽溫保持在額定范圍，與此同時(shí)，也要消除各種異常，對(duì)鍋爐的實(shí)際操作和變化規(guī)律進(jìn)行及時(shí)的掌握，全面調(diào)整相關(guān)性能摸底試驗(yàn)得出的參數(shù)值，并在此形勢(shì)下，找到最佳運(yùn)行基數(shù)值；其次，要采用冷空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)，在實(shí)施此試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)先確定設(shè)備優(yōu)化的目標(biāo)，繼而依據(jù)其尋找鍋爐調(diào)整范圍和運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化；最后，依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析不同負(fù)荷下的鍋爐情況，進(jìn)而達(dá)到對(duì)最佳運(yùn)行方式的選擇，以求達(dá)到最佳的運(yùn)行基準(zhǔn)值，完善其運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化。

3.對(duì)鍋爐燃燒控制系統(tǒng) DCS的優(yōu)化

在火電廠的運(yùn)行中，對(duì)鍋爐燃燒中控制系統(tǒng)地優(yōu)化改造，是有效促使燃燒效率提高的主要基礎(chǔ)，經(jīng)筆者研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前火電廠中的對(duì)鍋爐的改造，大多是通過(guò)對(duì)DCS系統(tǒng)的優(yōu)化改造來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主要的措施是提高DCS結(jié)構(gòu)構(gòu)成方式和組成模式，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐燃燒中存在問(wèn)題的綜合控制，以達(dá)到提高鍋爐燃燒效率的目的。

該類型燃燒優(yōu)化不需要對(duì)鍋爐設(shè)備進(jìn)行任何改造，能夠充分利用鍋爐的運(yùn)行數(shù)據(jù)，在控制的基礎(chǔ)上，通過(guò)先進(jìn)建模、優(yōu)化、控制技術(shù)的應(yīng)用，直接提高鍋爐運(yùn)行效率，降低NOx排放，具有投資少、風(fēng)險(xiǎn)小、效果明顯的優(yōu)點(diǎn)，因而成為很多電廠首選的燃燒優(yōu)化技術(shù)。但在實(shí)際運(yùn)用上因可靠性不是很高，嚴(yán)重影響了均衡燃燒控制系統(tǒng)的實(shí)際使用效果和廣泛推廣，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

3.1測(cè)量問(wèn)題

測(cè)量是鍋爐效率計(jì)算的關(guān)鍵點(diǎn)，但目前國(guó)內(nèi)的此類設(shè)備的測(cè)量滯后比較大，導(dǎo)致在線計(jì)算的鍋爐效率不準(zhǔn)確，成為鍋爐運(yùn)行優(yōu)化控制的一大障礙。要實(shí)現(xiàn)NOx的閉環(huán)控制，同樣也要求NOx的精確和快速測(cè)量，這種煙氣分析儀表雖然技術(shù)和應(yīng)用都比較成熟，但是設(shè)備的價(jià)格比較貴，運(yùn)行維護(hù)工作量大，成為燃燒優(yōu)化控制的又一個(gè)難題。現(xiàn)場(chǎng)一般都安裝了氧化鋯氧量計(jì)來(lái)進(jìn)行煙氣含氧量的實(shí)時(shí)測(cè)量，但是普遍存在測(cè)量誤差大、短時(shí)間內(nèi)波動(dòng)大的問(wèn)題，這嚴(yán)重影響了鍋爐效率計(jì)算的準(zhǔn)確性和閉環(huán)控制的效果。

3.2自適應(yīng)建模

入爐煤種的不穩(wěn)定，再加上鍋爐檢修、積灰、結(jié)渣等因素的影響，使得在性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上建立的鍋爐模型失配嚴(yán)重，所以如何利用最新的燃燒數(shù)據(jù)進(jìn)行模型的在線自適應(yīng)修正顯得格外重要。

3.3如何保證燃燒穩(wěn)定下實(shí)現(xiàn)最大范圍的尋優(yōu)

燃燒優(yōu)化控制的尋優(yōu)范圍太窄，優(yōu)化后效果可能會(huì)不明顯，尋優(yōu)范圍太廣，將可能影響燃燒的穩(wěn)定性。由于近年煤炭資源的緊缺，煤質(zhì)經(jīng)常得不到保證，因此燃燒穩(wěn)定性往往被優(yōu)先考慮。這使得燃燒優(yōu)化控制軟件需要對(duì)燃燒的穩(wěn)定性進(jìn)行充分考慮，而不只是簡(jiǎn)單的性能目標(biāo)的尋優(yōu)問(wèn)題[3]。

4.對(duì)鍋爐燃燒設(shè)備的優(yōu)化

4.1優(yōu)化鍋爐燃燒器

隨著鍋爐燃燒技術(shù)的進(jìn)步，燃燒器也在進(jìn)行著更新?lián)Q代，國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格，越來(lái)越多的火電企業(yè)將燃燒器更換至低NOx燃燒器。在優(yōu)化改造時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合鍋爐實(shí)際，選擇合適的燃燒器，此外，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況，綜合分析和研究的基礎(chǔ)上，提出燃燒器的改造方案。

4.2鍋爐靜態(tài)燃燒優(yōu)化

對(duì)電廠鍋爐進(jìn)行改造的過(guò)程中，進(jìn)行靜態(tài)燃燒優(yōu)化。所謂靜態(tài)燃燒優(yōu)化，即以鍋爐燃燒調(diào)整試驗(yàn)為基礎(chǔ)，來(lái)確定燃燒系統(tǒng)的最佳運(yùn)行參數(shù)，有針對(duì)地針對(duì)進(jìn)行優(yōu)化，從而達(dá)到優(yōu)化鍋爐燃燒運(yùn)行的目的。具體的實(shí)施過(guò)程中，結(jié)合調(diào)整實(shí)驗(yàn)條件與工況要求、鍋爐效率的計(jì)算與修正、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量與采樣，以及試驗(yàn)過(guò)程的優(yōu)化和試驗(yàn)工況的擬定，并最終達(dá)到對(duì)鍋爐燃燒運(yùn)行靜態(tài)的優(yōu)化[4]。

5.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，鍋爐高效穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)電廠的運(yùn)行發(fā)展意義重大，在保障機(jī)組安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，筆者從三方面闡述進(jìn)行鍋爐燃燒優(yōu)化，以便能達(dá)到提高鍋爐效率，希望能為我國(guó)電廠鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行提供有益的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉海峰.電站燃煤鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng)研究[D].華北電力大學(xué)，2013.

[2]武志飛.超（超）臨界鍋爐燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型與運(yùn)行優(yōu)化[D].河北聯(lián)合大學(xué)，2012.

[3]孔亮，張毅，丁艷軍，吳占松，電站鍋爐燃燒優(yōu)化控制技術(shù)綜述，電力設(shè)備，Vol.7，No.2，2006年。

[4]蔣子陽(yáng)，呼鈺雙，金茜，劉勇，于喜歡.探討電廠鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 黑龍江科技信息，2012，25：22.