電廠鍋爐的燃燒優(yōu)化和運行調(diào)整探微

劉強

摘 要：討論了燃燒優(yōu)化的目的和意義和指出了存在的問題，提出了鍋爐燃料量控制調(diào)整，鍋爐燃燒送風量的調(diào)整，引風控制系統(tǒng)優(yōu)化，以及燃用劣質(zhì)煙煤的調(diào)整等優(yōu)化和運行調(diào)整的方法。

關鍵詞：電廠鍋爐；燃燒優(yōu)化；運行調(diào)整

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.140

在鍋爐的運行中，時常發(fā)生鍋爐偏離最佳工況的現(xiàn)象，所以須根據(jù)實際情況討論鍋爐燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化控制運行問題。電廠鍋爐運行時要保證滿足外界負荷對鍋爐蒸發(fā)量和蒸汽參數(shù)的要求，同時保護鍋爐本體及附屬設備不受損壞。因此，加強電廠鍋爐設備運行與維護管理，不斷對鍋爐的燃燒進行優(yōu)化，有利于提高電廠的生產(chǎn)效率，降低電廠的生產(chǎn)成本，從而提高電廠的經(jīng)濟效益。

1 燃燒優(yōu)化的目的和意義

煤粉燃燒在我國大型電廠鍋爐上的應用十分廣泛。燃燒優(yōu)化實際上就是在滿足安全運行和外界負荷要求的前提，提高燃燒效率、減少鍋爐熱損失，同時減少污染物的排放。鍋爐通過燃燒和傳熱將燃料的化學能轉(zhuǎn)化為蒸汽的熱能。鍋爐效率是其能量轉(zhuǎn)換的重要經(jīng)濟性指標，一般來說，對于大型火力發(fā)電機組，鍋爐效率每提高1%，整套機組的效率可以提高0.3-0.4%，供電煤耗可以降低0.7-1%。而鍋爐效率又與爐內(nèi)的燃燒工況密切相關，組織好爐內(nèi)的燃燒，可以有效地提高鍋爐效率，實現(xiàn)機組的高效運行。

鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)的最終目的是在保持鍋爐自身設備運行參數(shù)的情況下，使鍋爐燃燒處于最佳運行工況，降低熱量損失，提高熱能效率，并通過運行人員在線實時的調(diào)整各項參數(shù)，來降低含碳量和再熱器超溫問題。因此建立適應現(xiàn)代化的電站鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，使得鍋爐燃燒過程在不同負荷、不同工況、不同擾動的條件下都能保證處于最佳狀態(tài)，對于提升電廠經(jīng)濟效益意義重大。

2 鍋爐燃燒調(diào)整存在的問題

當前，鍋爐在燃燒過程中存在的問題主要有以下幾種：

（1）由于現(xiàn)場條件，燃燒器之間煤粉分配不均。當鍋爐燃燒的風速偏差達到20m/s 以上，煤粉濃度偏差則達到 22%。在同一層的各支管，風速偏差也達到了23m/s，濃度偏差達到了18%。煤粉分配不均主要原因是風量分布不均造成的。

（2）風、粉、灰缺少有效的測量手段。飛灰含碳在線測量裝置，無法提供實時的測量數(shù)據(jù)。 在線測量煤粉濃度和流速的裝置，由于設備質(zhì)量本身問題，不能準確標定，得到的測量結果有波動，測量數(shù)據(jù)異常。二次風量測量裝置，隨著使用年限的增加，傳感器部分磨損嚴重，測量數(shù)值波動異常，維護量增大。

（3）鍋爐運行時，隨著負荷改變，燃料量、送風量及爐膛壓力均受到影響，跟著改變。

綜合上述問題，鍋爐燃燒過程中無法對鍋爐風、粉、灰的參數(shù)進行有效測量，運行人員只能憑借多年的工作經(jīng)驗，調(diào)整數(shù)據(jù)，使其最小程度的偏離最佳工況。因此，迫切需要設計鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)以改善上述問題。

3 電廠鍋爐燃燒優(yōu)化和運行調(diào)整的方法

3.1 鍋爐燃料量控制調(diào)整

鍋爐燃料量控制調(diào)整是鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中最重要的子系統(tǒng)，其主要作用是維持主蒸汽壓力穩(wěn)定，并同時根據(jù)機組負荷的變化來調(diào)節(jié)進入鍋爐爐膛的給煤量，燃料量控制系統(tǒng)設計要求鍋爐粉倉要保持煤粉儲量一定，當汽輪機負荷改變時，一次風機的入口擋板跟著改變，使通過一次送風量的改變滿足煤粉使用量，使負荷響應得到有效快速提高。在鍋爐燃料量控制系統(tǒng)中，充分結合現(xiàn)代控制理論和智能控制理論的優(yōu)點，一起來減少主蒸汽壓力的變化。由于預測控制和模糊控制都是針對不確定系統(tǒng)進行的有效控制法，所以兩種方法的結合將會大大提高控制效果，消除系統(tǒng)純滯后的影響。

3.2 鍋爐燃燒送風量的調(diào)整

當鍋爐燃燒系統(tǒng)剛開始運轉(zhuǎn)時，當空氣量偏多，會引起鍋爐內(nèi)部結焦，達不到規(guī)定溫度；當空氣量不足，會引起不完全燃燒。

針對現(xiàn)有鍋爐燃燒現(xiàn)場的二次風量無法反映實際風量的問題，送風量控制系統(tǒng)設計采用煙氣含氧量法。以煙氣含氧量為校正參數(shù)對二次風門的開度進行控制，機組要求含氧量范圍為0-10%。當含氧量大于最佳值時，說明此時送風量偏大，此時調(diào)節(jié)器輸出增加，即送風修正系數(shù)增大，總風量信號增大，使送風調(diào)節(jié)器輸入偏差為負，關小送風機擋板開度以減少送風量；當含氧量小于最佳值時，控制系統(tǒng)動作，開大送風機擋板開度以增加送風量。

3.3 引風控制系統(tǒng)優(yōu)化

引風系統(tǒng)的主要任務是保證爐膛負壓維持在一定的范圍內(nèi)，而引風機主要作用是為避免送風變化而引起爐膛負壓的波動，控制爐膛負壓穩(wěn)定。因為爐膛負壓嚴重制約于鍋爐負荷控制，同時引風系統(tǒng)還有一定的滯后時間，所以優(yōu)化策略是在系統(tǒng)開發(fā)中引入送風信號作為前饋信號，并通過計算機的相關的控制模型計算出燃燒時燃料變化比，在給粉的實際控制中，必須保持引風與送風成比例，送風擋板的開度和排粉機擋板開度是比較明顯的兩個信號標志。其控制的難點在于送粉啟/停的過程中，當采取是負荷發(fā)生擾動時，給粉環(huán)節(jié)的適時調(diào)整的改變排粉機擋板開度大小，可以通過前饋補償系數(shù)來消除一次風對爐膛負壓造成的強干擾。

3.4 燃用劣質(zhì)煙煤的調(diào)整

一是采用合適的一次風率和一次風速。一次風速過高也會推遲著火，引起燃燒不穩(wěn)定，一次風速過低，又會造成一次風管氣粉分層、氣粉分布不均、堵管等，如果煤的揮發(fā)份較高，還會因著火點距離噴口太近而造成燃燒器燒壞。所以燃燒劣質(zhì)煙煤時，一次風速過高和過低都是不合適的，一般選取24m/s-28m/s。

二是采用合適的二次風速。燃用劣質(zhì)煙煤時，二次風的調(diào)整對燃燒的影響很大。一般在著火、燃燒工況允許的條件下，最好能保證一、二次風的動量比為1.4-2.0，二次風速控制在40m/s-50m/s的范圍內(nèi)。

三是適當降低三次風量。燃用劣質(zhì)煙煤時，由于水分和灰分較高，熱值較低，使得三次風風量和風速往往比設計值高得多，容易擾亂爐內(nèi)正常的空氣動力場，使火焰延長，造成爐膛上部火焰溫度降低、燃燒不穩(wěn)、受熱面結渣、飛灰可燃物增加、爐膛出口煙溫及過熱汽溫升高等諸多問題。降低三次風量的措施主要有：減少制粉系統(tǒng)漏風、提高制粉干燥劑溫度、提高三次風再循環(huán)風量比例等。

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