加熱爐爐效軟測量與優(yōu)化控制

馮玉國, 鄭國鋒

（金川集團股份有限公司，甘肅 金昌 737100）

軟測量是解決在實際現(xiàn)場中直接測量困難、危險系數(shù)高、費用昂貴等問題的一種經(jīng)濟有效的方法。在生產(chǎn)過程中一些測量（被控量）無法進行在線測量，而在線分析儀價格昂貴，不易維修，而且分析一般軍純在滯后，那么在以這些參數(shù)為指標(biāo)進行控制時就無法構(gòu)成反饋回路，而不能保證對其有很好得控制。

近年來，在電廠中越來越多的測量方式使用了軟測量，主要針對在鍋爐運行過程中難以直接測量的相關(guān)參數(shù)，例如在鍋爐效率計算中，如果用直接測量和計算需要有效利用的熱量和送入鍋爐的總熱量，但是這種方法在電廠現(xiàn)場是很困難的，所以需要通過間接地方法測量和計算爐效，即通過各部分的熱損失和總熱量，那么就可以相對準(zhǔn)確地計算出鍋爐效率。

本文將介紹一種由西安艾貝爾科技發(fā)展有限公司研發(fā)的鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用軟測量計算出鍋爐效率，在優(yōu)化過程中，針對于燃燒優(yōu)化、配風(fēng)優(yōu)化、效率計算三個方面對電廠的鍋爐燃燒進行優(yōu)化，分別通過對主要參數(shù)、燃盡風(fēng)開度、一次風(fēng)速、實時配風(fēng)方式、優(yōu)化配風(fēng)進行設(shè)置。

1 鍋爐效率計算原理

反平衡法鍋爐熱效率按下式計算：

式中：η——鍋爐熱效率，%；

Q2——每千克燃料的排煙損失熱量，kJ/kg；

Q3——每千克燃料的可燃?xì)怏w未完全燃燒損失熱量，kJ/kg；

Q4——每千克燃料的固體不完全燃燒損失熱量，kJ/kg；

Q5——每千克燃料的鍋爐散熱損失熱量，kJ/kg；

Q6——每千克燃料的灰渣物理顯熱損失熱量，kJ/kg；

q_22——排煙熱損失百分率，%；

q3——可燃?xì)怏w未完全燃燒熱損失百分率，%；

q4——固體未完全燃燒熱損失百分率，%；

q5——鍋爐散熱損失百分率，%；

q6——灰渣物理熱損失百分率，%。

2 優(yōu)化控制

2.1 控制回路自動

（1）通過對送風(fēng)、氧量控制系統(tǒng)的優(yōu)化，使原來一直手動控制的送風(fēng)、氧量系統(tǒng)能正常投入自動運行，調(diào)節(jié)品質(zhì)良好；

（2）通過對汽包水位控制系統(tǒng)的優(yōu)化，解決了升負(fù)荷時，汽包水位的擾動大問題，顯著提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

（3）通過對協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化，完善了鍋爐主控直接能量平衡（DEB）回路的計算功能，解決了機爐協(xié)調(diào)（CCS）投入問題，提高了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)變負(fù)荷能力，使AGC方式下的機組變負(fù)荷速率能滿足電網(wǎng)要求；

（4）通過對DEH系統(tǒng)和一次調(diào)頻功能的優(yōu)化，提高了一次調(diào)頻的控制品質(zhì)，達到了電網(wǎng)對一次調(diào)頻的考核要求；

（5）通過對減溫水控制優(yōu)化，提高了主汽溫度、再熱溫度控制品質(zhì)；

2.2 燃燒優(yōu)化控制

通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量給出預(yù)測鍋爐燃燒效率，預(yù)測NOX，通過國標(biāo)爐效公式計算出最佳實時鍋爐燃燒效率，通過熱態(tài)試驗配風(fēng)卡，及負(fù)荷-氧量對照表，給出DCS側(cè)各負(fù)荷點最佳氧量，通過最佳鍋爐燃燒效率（國標(biāo)爐效EXCEL公式計算）與預(yù)測鍋爐燃燒效率差值加應(yīng)的二次風(fēng)門增量加上熱態(tài)試驗二次風(fēng)層操開度基值（基于鍋爐配風(fēng)卡），對二次風(fēng)層操進行自動控制。爐效低，氧量高情況下減小二次風(fēng)門開度，爐效低，氧量低的情況下增加二次風(fēng)門開度。

2.3 飛灰含碳量優(yōu)化

試驗期間針對1、2號爐進行了精細(xì)的熱態(tài)燃燒調(diào)整試驗。通過調(diào)整及數(shù)據(jù)分析：1#鍋爐飛灰含碳量由試驗之前的7.2%～7.8%下降至試驗之后的6.2%～7%，在優(yōu)化站運行期間，配合較好的二次風(fēng)配風(fēng)方式及煤質(zhì)，最低值可以達到5.5%。綜合考慮現(xiàn)場負(fù)荷及煤質(zhì)的變化，2#鍋爐飛灰含碳量由試驗之前的9.6%～10.6%下降至試驗之后的8%，后期由于煤質(zhì)的變化和優(yōu)化站的運行，飛灰含碳量數(shù)據(jù)進一步下降，達到6.5%左右；考慮到煤質(zhì)的變化，1#、2#鍋爐的飛灰下降值分別為1.5%和0.9%，效果顯著。

2.4 鍋爐燃燒效率測試及優(yōu)化

1#鍋爐優(yōu)化前原運行狀態(tài)優(yōu)于2#鍋爐，摸底工況得到鍋爐進行調(diào)整前的運行爐效為90.35%。通過氧量、配風(fēng)及燃盡風(fēng)等調(diào)試優(yōu)化，試驗期間最終可達到最佳鍋爐效率可達到91.31%?？紤]鍋爐的負(fù)荷及煤質(zhì)狀態(tài)實時變化，綜合考慮煤質(zhì)及負(fù)荷變化，鍋爐燃燒效率提升在0.6%以上。

2#鍋爐試驗前進行摸底試驗熱態(tài)工況一測得鍋爐原運行效率為88.76%。通過氧量、配風(fēng)及燃盡風(fēng)等調(diào)試優(yōu)化，試驗期間最終可達到最佳鍋爐燃燒效率可達到90.12%?？紤]鍋爐的負(fù)荷及煤質(zhì)狀態(tài)實時變化，綜合考慮煤質(zhì)及負(fù)荷變化，鍋爐燃燒效率提升在0.9%以上。

3 性能試驗

冷態(tài)試驗結(jié)果：停爐下完成鍋爐冷態(tài)調(diào)整試驗，針對調(diào)試及項目內(nèi)容主要完成二次風(fēng)門特性試驗：完成二次擋板靜態(tài)檢查、給出了二次風(fēng)門開度——風(fēng)量對照表，針對不同的開度試驗完成擋板特性曲線、同時解決部分二次風(fēng)門非線性問題，指導(dǎo)運行人員調(diào)節(jié)。表盤風(fēng)量測量總體趨勢符合開度的變化。當(dāng)二次風(fēng)擋板開度≤40%時，表盤（DCS）風(fēng)量數(shù)據(jù)大于實際風(fēng)量，當(dāng)二次風(fēng)擋板開度＞40%并逐漸開大時，表盤（DCS）風(fēng)量數(shù)據(jù)小于實際風(fēng)量。通過本次冷態(tài)二次風(fēng)擋板特性試驗，得到了較為精細(xì)的二次風(fēng)開度與風(fēng)量間的線性關(guān)系，為后續(xù)熱態(tài)試驗的細(xì)化調(diào)整和燃燒優(yōu)化系統(tǒng)調(diào)試提供了調(diào)整依據(jù)和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，曲線的擬合可以幫助優(yōu)化站對二次風(fēng)門的操作更為精確，保證鍋爐安全高效的運行。

熱態(tài)試驗結(jié)果：通過不同負(fù)荷下的氧量調(diào)整試驗，給出了機組最佳氧量-負(fù)荷曲線，通過二次風(fēng)配風(fēng)及燃盡風(fēng)調(diào)整試驗，給出了適合鍋爐運行調(diào)整的二次風(fēng)配風(fēng)方式；同時提出適合鍋爐的操作意見和優(yōu)化建議。試驗大幅降低了鍋爐飛灰含碳量數(shù)據(jù)，同時提升鍋爐運行爐效（燃燒效率）。為后續(xù)燃燒優(yōu)化系統(tǒng)調(diào)試提供了調(diào)整依據(jù)和數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)，保證鍋爐安全高效的運行。

4 實際應(yīng)用

4.1 技術(shù)效果

1 號機組修改后的一次調(diào)頻曲線

2 號機組修改后的一次調(diào)頻曲線

表1 2016年發(fā)電量及原煤消耗量統(tǒng)計總表

（1）一次調(diào)頻優(yōu)化曲線

（2）飛灰含碳量下降

飛灰含碳值：每次采樣兩份，實時在線值與化驗室試驗值比對，誤差在允許范圍內(nèi)。（數(shù)據(jù)來源：煤質(zhì)化驗單，優(yōu)化站歷史數(shù)據(jù)庫及裝置調(diào)試人員）

1#爐由燃燒優(yōu)化調(diào)試前約7.2%～7.8%下降為約6.2%～7%

2#爐由燃燒優(yōu)化調(diào)試前約9.6%～10.6%下降為約6.5%

（優(yōu)化前數(shù)值參考現(xiàn)場化驗室取樣化驗數(shù)據(jù)，優(yōu)化后值參考化驗值與飛灰裝置運行歷史曲線）

4.2 經(jīng)濟效益

項目自2017年開始實施、期間分別進行AGC及一次調(diào)頻控制優(yōu)化、鍋爐燃燒調(diào)整試驗優(yōu)化、燃燒控制自動控制系統(tǒng)優(yōu)化；統(tǒng)計2016年全年12個月的燃煤發(fā)電量數(shù)據(jù)及2017年項目實施后4～10月燃煤發(fā)電量數(shù)據(jù)，進行發(fā)電煤耗數(shù)據(jù)計算及效益對比。統(tǒng)計及計算結(jié)果見表1及表2：

表2 2017年發(fā)電量及原煤消耗量統(tǒng)計總表

表3 發(fā)電煤耗計算對比

發(fā)電煤耗計算結(jié)果見表3。

η=（321.49-319.37）/321.49=0.659% ；

對比2016與2017年發(fā)電煤耗數(shù)據(jù)，鍋爐效率整體提升約為0.66%，達到預(yù)期目標(biāo)。以2016年發(fā)電標(biāo)煤消耗42萬噸計算，全年可以節(jié)約燃煤約2700t。

通過計算，本次鍋爐控制及燃燒優(yōu)化項目可帶來的節(jié)煤效益約為2700t/年，項目經(jīng)濟效益可觀。

5 結(jié)語

金川集團熱電二車間鍋爐控制與燃燒優(yōu)化系統(tǒng)項目經(jīng)過近1年的優(yōu)化工作，結(jié)果表明：控制系統(tǒng)安全可靠，主汽壓力控制穩(wěn)定，穩(wěn)態(tài)偏差＜±0.5MPa、煙氣含氧量穩(wěn)態(tài)控制偏差＜1%、爐膛負(fù)壓穩(wěn)態(tài)控制偏差＜±80Pa、汽包水位穩(wěn)態(tài)控制偏差＜±25mm，在燃燒控制方式下鍋爐效率比優(yōu)化之前鍋爐效率提高約0.947%。

鍋爐控制與燃燒優(yōu)化系統(tǒng)不僅提高了鍋爐控制自動化水平，簡化了生產(chǎn)操作，減輕操作人員勞動強度；并優(yōu)化鍋爐運行水平，提高鍋爐效率同時保證鍋爐安全、穩(wěn)定燃燒，具有良好的經(jīng)濟效益和技術(shù)效益。