淺談發電廠熱動系統運行優化管理

國家能源集團宿遷發電有限公司 馬士松 高紅雨 韓 翔 國能智深控制技術有限公司 杜 偉 王沛沛

1 發電廠熱動系統運行優化管理意義

1.1 有利于降低環境污染

當前，我國經濟發展迅速，但同時能源消耗也較大，尤其是對于發電廠來說，不僅能耗較大，而且在運行和生產過程中會產生大量的有毒有害物質，這些物質排放到生態環境中會造成嚴重的環境污染，破壞生態系統平衡的同時，也威脅到人類的生存。對于發電廠而言，熱動系統的能耗普遍較大，通過對熱動系統進行運行優化管理，使其在確保穩定運行的基礎上最大限度降低能耗[1]。

1.2 有利于減少成本投入

在社會生產過程中，行業發展普遍所使用的能源包括石油、煤炭以及天然氣等，這些都屬于不可再生能源，所以在實際生產當中雖然帶來了良好的經濟效益，但是也面臨著資源枯竭的嚴重威脅。在此背景下，不可再生能源的市場價格一直處于上漲趨勢，因此生產企業的成本投入不斷增加，這就導致自身生產經營獲取的經濟效益較低。在發電廠正常的運行和生產過程中，通過對熱動系統進行優化和改良，一方面可以實現系統節能降耗的理想效果，另一方面也能有效較少發電廠方面的成本投入，提升自身的經濟效益，最終確保發電廠穩定有效發展和經營[2-3]。

1.3 有利于實現技術升級

為了達到良好的節能降耗效果，在實際對發電廠熱動系統進行優化和改進過程中，需要運用到一系列的技術手段，對系統實施有效的改造和升級。通過運用相關的技術工藝，一方面可以達到降低能耗的作用效果，另一方面也能憑借先進技術提升熱動系統的運行效率。在實際的運行優化過程中，需要利用相關的技術獲取全面的數據信息，結合熱動系統的實際狀態，進行有針對性的改造和優化，如此一來不僅可以滿足熱動系統的運行發展需求，同時也實現了技術層面的升級和改進，為促進發電廠自身的健康有序發展奠定了堅實的技術基礎。

2 發電廠熱動系統運行優化管理

2.1 燃煤鍋爐運行參數檢測

發電廠燃煤鍋爐作為典型的熱動系統，其節能效果的顯著與否對于電廠運行管理質效影響較大。因此，在燃煤鍋爐系統運行過程中，相關的運行管理人員要定期檢查鍋爐系統的各項參數指標，然后結合實際情況進行運行方式優化或者系統運行優化設計及改造[4]。通常而言，負責電廠燃煤鍋爐運行管理的人員大都需要進行專業化培訓，在日常運行管理中，要格外注意鍋爐燃燒的各項節能性指標。在對燃煤鍋爐進行運行狀況檢查中，需要工作人員結合先進的技術手段，然后對鍋爐運行時的熱損耗進行檢測和計算。鍋爐熱損失會影響到鍋爐效率，鍋爐熱損失主要包括排煙熱損失、氣體不完全燃燒熱損失、固體不完全燃燒熱損失、鍋爐散熱損失、灰渣物理熱損失及其他熱損失。熱損失計算如公式（1）所示：

其中排煙熱損失用q2表示、氣體不完全燃燒熱損失用q3表示、固體不完全燃燒熱損失用q4表示、鍋爐散熱損失用q5表示、灰渣物理熱損失用q6表示、其他熱損失用q7表示。

在鍋爐所有的熱損失中，排煙熱損失是鍋爐排煙溫度越高，燃料中愈多的熱量被煙氣帶走并散失在大氣中，進而造成鍋爐排煙熱損失。結合鍋爐熱工性能試驗規程及鍋爐設計計算，燃煤鍋爐的排煙熱損失計算如公式2所示：

在上述公式中，m 代表的是計算系數，ap代表的是空預器出口過量空氣系數；tp代表的是排煙溫度；t1代表的是空預器入口冷空氣溫度。

由上述公式（2）可知，電廠燃煤鍋爐熱損耗問題的影響因素大致包括以下三方面，即ap、tp、t1，所以實際的鍋爐運行參數檢測應側重于以下幾個方面：第一，漏風率。一般而言，電廠燃煤鍋爐使用的是負壓燃燒的方式，當鍋爐觀察孔和煙道孔等位置的漏風率增加時，鍋爐排煙量隨之增加，這將導致排煙熱損失增大，因而在鍋爐運行參數檢查中要重點進行漏風率的檢測。第二，排煙溫度。排煙溫度是衡量燃煤鍋爐設計指標及鍋爐性能的重要指標。在實際運行過程中，運行管理人員的不規范操作會導致排煙溫度升高，影響鍋爐熱效率，進而造成較大的熱損耗。通常來說，電廠燃煤熱水鍋爐溫度處于150℃，而燃煤蒸汽鍋爐的溫度處于200℃，當排煙溫度比較高的情況下，會直接導致鍋爐運行效率降低，詳細見表1所示。第三，空預器進口空氣溫度。當空預器進口空氣溫度明顯高于設計數值時，會導致空氣預熱器傳熱溫差大幅度降低，從而影響傳熱效率，導致排煙溫度上升。

表1 不同條件下鍋爐排煙熱損失率

2.2 燃煤鍋爐優化改造

本文重點針對燃煤鍋爐的排煙熱損失問題進行分析，并設計了一種節能改造方案。改造方案的關鍵技術包括：湍流循環燃燒爐芯板技術和燃煤鍋爐自動監測控制技術。這項關鍵技術主要是通過控制過量空氣系數，降低排煙熱損失，同時增強爐膛內煙氣擾動，從而使得風煤充分混合，以確保煤粉充分燃燒，進而降低固體不完全燃燒熱損失[5-6]。

2.2.1 湍流循環燃燒爐芯板技術

通過在燃煤鍋爐爐膛的兩側設置帶有氣孔的專用爐芯板，在該爐芯板的作用下促使形成橫向煙氣氣流組織，增大爐膛內的煙氣擾流，進而增強煙氣換熱效果。與此同時，在燃煤鍋爐的引風機出口位置處設置一個煙氣管道，用以連接爐膛內爐芯板的下端，形成煙氣循環系統。鍋爐尾部煙氣經管道進入爐芯板下端，在爐膛負壓作用下進入燃燒室，在湍流擾動的影響下，二次循環的煙氣射流不斷卷吸火焰上方的可燃氣體，增強爐膛內的燃燒反應，促進可燃物在燃燒區域得到充分燃燒，放出更多的熱能，進而提升鍋爐燃燒效率。

2.2.2 鍋爐燃燒自動監測控制技術

考慮到排煙熱損失在各項熱損失中占比較高，同時為確保煤粉在爐膛內部的燃燒效率，本文設計了一種自動監測控制系統，其可以對燃煤鍋爐內部燃燒狀況進行監測和控制，同時還可以結合風煤比在線尋優，確保燃煤鍋爐一直處于最佳的運行狀況，最大限度降低排煙熱損失問題。風煤比在線尋優策略是通過對送風攝動信號的響應來判別當前數值是否合理，進而搜索最佳風煤比。即在穩定運行時，施以適當的送風攝動信號，若爐膛的煙溫升高，表明新的風煤比要比原來的好；否則再施加反向的攝動信號；若兩個方向都沒有取得更好的指標，則表明當前的風煤比是最佳的，該策略對負荷及煤種等條件的變化具有自適應性，該種控制原理如圖1所示。

圖1 鍋爐控制系統原理

2.3 優化改進結果分析

在開展實驗分析之前，選取參數已知的某660MW 機組鍋爐作為熱動系統原型。在明確熱動系統相關參數的基礎上，按上述要求對系統硬件和軟件進行優化設計，并且構建與之對應的實驗環境。對比改造前后燃煤鍋爐熱動系統的節能情況，其中改造后系統節煤率達到1%、節電率達到0.5%，詳細情況如表2所示。

表2 燃煤鍋爐優化前后的能耗對比

由表2可知，以660MW 超超臨界鍋爐為對象，發電廠燃煤鍋爐熱動系統在優化改進后，年節煤量可達17893.1t，按900元/t 的價格計算，年燃煤成本可節省1610萬元；廠用電年節電量可達437671 kWh，按0.39元/kWh 的價格計算，年節省電費可達17.1萬元，本次改造年節省費用合計可達1627.1萬元。同時，改造后煙塵和二氧化硫的排放量降低超過15%，說明本次改造同時具有環保效益，可以起到良好的環境保護作用效果。

3 發電廠熱動系統運行優化管理對策

3.1 樹立正確的運行生產理念

第一，轉變工作人員思想觀念，將節能減排、可持續發展等理念灌輸給員工，讓運行人員在日常工作中以此為基準開展作業；第二，在日常的培訓與教育工作中，將節能減排等理念融入其中，例如通過規范對系統的操作以及運行管理，達到降低能耗的效果；第三，通過規范人員對于系統的操作，一方面可以降低系統的能源消耗，另一方面也可以減少安全事故的發生，確保工作人員自身的生命安全；第四，建立完善的人員薪資待遇體系，將日常工作情況與薪資待遇相掛鉤，調動工作人員工作的積極性和主動性，為發電廠創造更高的經濟效益。

3.2 全面檢查熱動系統、嚴守規范流程

在熱工系統啟動之前，需要對鍋爐機組做到全面檢查，操作人員必須重視。針對不同關鍵環節進行精細化控制，包括設備、人員和安全。針對各個系統也要做到精細化控制，主要包括給水、減溫水、疏放水等過程。在實施具體檢查運行時，如給料情況和溫度在引風機啟動后的控制情況、為提升燃料利用效率而根據燃燒情況及溫度變化情況控制二次風機的開啟，上述過程均需要嚴格按照相關規范及流程。

3.3 建立健全系統應急管理機制

由于發電廠熱動系統運行管理過程中涉及多方面內容，實際當中要想達到節能優化的實質性效果，必須要建立健全完善的應急管理機制，詳細體現如下：

第一，結合發電廠實際運行情況進行機制的制定，確保符合發電廠運行管理實際需求。

第二，針對于發電廠熱動鍋爐緊急停爐問題，要執行停止進料、送風機以及關閉進風擋板等動作，此時如果熱動鍋爐在較短的時間內恢復正常運行，此時需要保持爐膛和煙道溫度符合標準，同時降低通風過程中造成的熱損失，在重新啟動裝置過程中要進行吹掃操作，并且在溫爐的基礎上實施啟動處理；而如果實際當中面臨長時間的停爐情況，為了確保熱動鍋爐裝置實現節能優化效果，必須要嚴格按照規定的流程和要求對承壓部件進行防水處理，同時還需要保持汽水系統足夠干燥，一般可以向系統內通入適量的氮氣，保持系統干燥的同時，也能起到維持設備安全運行的實質性目的。

第三，對于發電廠熱動鍋爐運行過程中可能存在的其他風險隱患，要結合大數據平臺及相關軟件進行識別、預測，然后制定行之有效的防范措施，確保后續出現問題可以及時消除隱患，提升熱動鍋爐系統運行的穩定性和可靠性。

綜上所述，本文設計一種基于節能降耗理念的發電廠熱動系統，從硬件和軟件兩個層面進行系統優化設計，通過仿真實驗分析，最終證明該系統可以發揮出理想的節能降耗效果。為了達到理想的運行優化效果，本文針對于發電廠熱動系統運行中存在的問題，制定了幾點優化管理對策，包括樹立正確的運行生產管理理念、全面檢查熱動系統且規范流程、建立健全系統應急管理機制等，實現發電廠熱動系統優化管理的同時，也為熱動系統節能降耗效果的充分發揮奠定堅實基礎。