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行過程中普遍存在著效率低、耗煤高等問題，燃燒優(yōu)化技術(shù)是實現(xiàn)電站鍋爐高效燃燒和污染物控制的最經(jīng)濟、最有效的方法之一。通過在對國內(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，還對燃燒技術(shù)的發(fā)展趨勢進行了展望。

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%，而我國火力發(fā)電平均煤耗與世界先進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，也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。所以必須在管理上提高運行人員水平，在技術(shù)上提高機組發(fā)電效率，采取技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理、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，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)備運行狀況，使鍋爐能在設(shè)計負(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：

第一類通過在線檢測鍋爐燃燒的重要參數(shù)，指導(dǎo)運行人員調(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，作為鍋爐運行的監(jiān)督控制系統(tǒng)，通過采用先進的控制邏輯、控制算法或人工智能技術(shù)，實現(xiàn)鍋爐的燃燒優(yōu)化。隨著先進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，通過對燃燒器、受熱面等的改造實現(xiàn)鍋爐的燃燒優(yōu)化調(diào)整。

2.對鍋爐運行參數(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，其結(jié)構(gòu)也會因此而逐漸復(fù)雜化，致使其在安全和經(jīng)濟方面，都對鍋爐的運行及調(diào)節(jié)提出了更高的要求，其運行的各項參數(shù)是保證正常運行的關(guān)鍵，所以，掌握參數(shù)的變化過程就顯得極為重要，實際運用中，鍋爐的運行參數(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)焿骸t膛壓力等，其變化情況也較為復(fù)雜，在實際的運用中具有運行工況的不穩(wěn)定性現(xiàn)狀，所以對鍋爐的運行調(diào)節(jié)應(yīng)當(dāng)從以下方面來進行[2]。

首先，要保證鍋爐的安全運行，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，也要消除各種異常，對鍋爐的實際操作和變化規(guī)律進行及時的掌握，全面調(diào)整相關(guān)性能摸底試驗得出的參數(shù)值，并在此形勢下，找到最佳運行基數(shù)值；其次，要采用冷空氣動力場試驗，在實施此試驗時，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)整范圍和運行方式，實現(xiàn)對鍋爐運行參數(shù)的優(yōu)化；最后，依據(jù)實驗結(jié)果分析不同負(fù)荷下的鍋爐情況，進而達到對最佳運行方式的選擇，以求達到最佳的運行基準(zhǔn)值，完善其運行參數(shù)的優(yōu)化。

3.對鍋爐燃燒控制系統(tǒng) DCS的優(yōu)化

在火電廠的運行中，對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)前火電廠中的對鍋爐的改造，大多是通過對DCS系統(tǒng)的優(yōu)化改造來實現(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，進而實現(xiàn)對鍋爐燃燒中存在問題的綜合控制，以達到提高鍋爐燃燒效率的目的。

該類型燃燒優(yōu)化不需要對鍋爐設(shè)備進行任何改造，能夠充分利用鍋爐的運行數(shù)據(jù)，在控制的基礎(chǔ)上，通過先進建模、優(yōu)化、控制技術(shù)的應(yīng)用，直接提高鍋爐運行效率，降低NOx排放，具有投資少、風(fēng)險小、效果明顯的優(yōu)點，因而成為很多電廠首選的燃燒優(yōu)化技術(shù)。但在實際運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)的實際使用效果和廣泛推廣，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

3.1測量問題

測量是鍋爐效率計算的關(guān)鍵點，但目前國內(nèi)的此類設(shè)備的測量滯后比較大，導(dǎo)致在線計算的鍋爐效率不準(zhǔn)確，成為鍋爐運行優(yōu)化控制的一大障礙。要實現(xiàn)NOx的閉環(huán)控制，同樣也要求NOx的精確和快速測量，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)備的價格比較貴，運行維護工作量大，成為燃燒優(yōu)化控制的又一個難題。現(xiàn)場一般都安裝了氧化鋯氧量計來進行煙氣含氧量的實時測量，但是普遍存在測量誤差大、短時間內(nèi)波動大的問題，這嚴(yán)重影響了鍋爐效率計算的準(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)化控制軟件需要對燃燒的穩(wěn)定性進行充分考慮，而不只是簡單的性能目標(biāo)的尋優(yōu)問題[3]。

4.對鍋爐燃燒設(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)的進步，燃燒器也在進行著更新?lián)Q代，國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，越來越多的火電企業(yè)將燃燒器更換至低NOx燃燒器。在優(yōu)化改造時，應(yīng)當(dāng)結(jié)合鍋爐實際，選擇合適的燃燒器，此外，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合實際應(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

對電廠鍋爐進行改造的過程中，進行靜態(tài)燃燒優(yōu)化。所謂靜態(tài)燃燒優(yōu)化，即以鍋爐燃燒調(diào)整試驗為基礎(chǔ)，來確定燃燒系統(tǒng)的最佳運行參數(shù)，有針對地針對進行優(yōu)化，從而達到優(yōu)化鍋爐燃燒運行的目的。具體的實施過程中，結(jié)合調(diào)整實驗條件與工況要求、鍋爐效率的計算與修正、實驗數(shù)據(jù)的測量與采樣，以及試驗過程的優(yōu)化和試驗工況的擬定，并最終達到對鍋爐燃燒運行靜態(tài)的優(yōu)化[4]。

5.結(jié)束語

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

參考文獻：

[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)計選型與運行優(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，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[J]. 黑龍江科技信息，2012，25：22.