電廠鍋爐的燃燒優化和運行調整分析

張紀春

【摘 ?要】在鍋爐的運行中，時常發生鍋爐偏離最佳工況的現象，所以須根據實際情況討論鍋爐燃燒系統的優化控制運行問題。電廠鍋爐運行時要保證滿足外界負荷對鍋爐蒸發量和蒸汽參數的要求，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化，有利于提高電廠的生產效率，降低電廠的生產成本，從而提高電廠的經濟效益。本文主要通過討論燃燒優化的目的和意義，從而指出其存在的問題，并提出鍋爐燃料量控制調整，鍋爐燃燒送風量的調整，引風控制系統優化，以及燃用劣質煙煤的調整等優化和運行調整的方法。

【關鍵詞】電廠鍋爐;燃燒優化;運行調整

當前我國經濟開始向集約型方向發展，這也對電廠鍋爐燃燒的安全性、經濟性和環保性提出了更高的要求。鍋爐燃燒過程中，燃料在爐膛中燃燒會釋放大量的熱能，這些熱能經過金屬壁面傳熱使鍋爐中的水轉化為過熱蒸汽，這些蒸汽被送入到汽輪機中，從而驅動汽輪機進行發電。通過對鍋爐燃燒運行進行優化，可以有效的提高鍋爐燃燒的效率，降低鍋爐燃燒過程中所帶來的污染，實現節能減排的目標。

1 燃燒優化的目的和意義

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化為蒸汽的熱能。鍋爐效率是其能量轉換的重要經濟性指標，一般來說，對于大型火力發電機組，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的燃燒工況密切相關，組織好爐內的燃燒，可以有效地提高鍋爐效率，實現機組的高效運行。

鍋爐燃燒優化控制系統的最終目的是在保持鍋爐自身設備運行參數的情況下，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整各項參數，來降低含碳量和再熱器超溫問題。因此建立適應現代化的電站鍋爐燃燒優化控制系統，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，對于提升電廠經濟效益意義重大。

2 鍋爐燃燒調整存在的問題

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據。在線測量煤粉濃度和流速的裝置，由于設備質量本身問題，不能準確標定，得到的測量結果有波動，測量數據異常。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、灰的參數進行有效測量，運行人員只能憑借多年的工作經驗，調整數據，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化控制系統以改善上述問題。

3 電廠鍋爐燃燒優化和運行調整的方法

3.1 鍋爐燃料量控制調整

鍋爐燃料量控制調整是鍋爐燃燒控制系統中最重要的子系統，其主要作用是維持主蒸汽壓力穩定，并同時根據機組負荷的變化來調節進入鍋爐爐膛的給煤量，燃料量控制系統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中，充分結合現代控制理論和智能控制理論的優點，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，消除系統純滯后的影響。

3.2 鍋爐燃燒送風量的調整

當鍋爐燃燒系統剛開始運轉時，當空氣量偏多，會引起鍋爐內部結焦，達不到規定溫度;當空氣量不足，會引起不完全燃燒。

針對現有鍋爐燃燒現場的二次風量無法反映實際風量的問題，送風量控制系統設計采用煙氣含氧量法。以煙氣含氧量為校正參數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，此時調節器輸出增加，即送風修正系數增大，總風量信號增大，使送風調節器輸入偏差為負，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 引風控制系統優化

引風系統的主要任務是保證爐膛負壓維持在一定的范圍內，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，控制爐膛負壓穩定。因為爐膛負壓嚴重制約于鍋爐負荷控制，同時引風系統還有一定的滯后時間，所以優化策略是在系統開發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，當采取是負荷發生擾動時，給粉環節的適時調整的改變排粉機擋板開度大小，可以通過前饋補償系數來消除一次風對爐膛負壓造成的強干擾。

3.4 燃用劣質煙煤的調整

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。燃用劣質煙煤時，二次風的調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。

三是適當降低三次風量。燃用劣質煙煤時，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、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：減少制粉系統漏風、提高制粉干燥劑溫度、提高三次風再循環風量比例等。

4 結束語

電廠鍋爐是火力電廠的三大主機設備之一，在當前的運用中，由于設備本身質量及操作管理不善等方面的原因，致使其存在熱效率低、耗煤高等問題，嚴重影響了電廠生產的高效進行，節約煤炭資源，提高電廠鍋爐的熱效率，已成為新時期火電廠發展的趨勢。鍋爐燃燒運行是一項十分復雜和系統性的工作，需要在實際鍋爐運行過程中，采取先進的燃燒優化措施，對燃燒過程中的各項參數進行精確，實現鍋爐燃燒的優化運行，全面提升煤炭的燃燒效率，為鍋爐安全、高效及環保運行奠定良好的基礎。

參考文獻：

[1]趙永強.關于電站鍋爐燃燒優化技術的研究[J].價值工程，2013，（25）：290-291.

[2]孟桂祥，王偉，馬化杰等.330MW鍋爐燃燒調整實驗及優化運行分析[J].電廠系統工程，2014（06）.

[3]高勇.電廠鍋爐低氮燃燒改造及運行優化調整探析[J].硅谷，2014（22）

（作者單位：淮滬煤電田集發電廠）