火力發(fā)電廠鍋爐運(yùn)行優(yōu)化策略

劉翔

摘 要 火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程中，鍋爐是占據(jù)重要地位的生產(chǎn)設(shè)備，是獲取產(chǎn)能的關(guān)鍵?；诖?，企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對鍋爐運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)注，系統(tǒng)分析鍋爐運(yùn)行過程中存在的種種問題，并深入分析問題產(chǎn)生的原因，進(jìn)而施以相應(yīng)優(yōu)化策略確保鍋爐始終處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。本文介紹了火力發(fā)電廠鍋爐運(yùn)行原理及特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合目前火力發(fā)電廠鍋爐運(yùn)行中存在的諸多問題提出了相關(guān)運(yùn)行優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞 火力發(fā)電廠 鍋爐運(yùn)行 鍋爐設(shè)備 鍋爐蒸汽參數(shù)

中圖分類號：TM621.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）07-0067-03

對我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展而言，電力能源是推動(dòng)其不斷發(fā)展的重要能源之一，也是人們賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)?；鹆Πl(fā)電是獲取電力能源的一種重要方式，在我國能源緊缺、環(huán)境污染問題頻發(fā)背景下，如何優(yōu)化火力發(fā)電廠工作模式、提升發(fā)電廠運(yùn)行效率成為相關(guān)企業(yè)亟需思考的課題。眾所周知，火力發(fā)電具有能耗高的特點(diǎn)。鍋爐運(yùn)行過程中需要大量煤炭資源作為支撐，煤炭消耗量逐年增加的同時(shí)還帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。在科學(xué)進(jìn)步帶動(dòng)下，人們逐漸認(rèn)識到合理利用與保護(hù)不可再生資源的重要性和必要性。所以，在火力發(fā)電廠鍋爐運(yùn)行中還需優(yōu)先解決發(fā)電廠能耗高的問題，節(jié)約資源、降低能耗、提升工作效率等方面的工作迫在眉睫。

1 火力發(fā)電廠鍋爐運(yùn)行原理與特點(diǎn)

鍋爐、發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)及其它輔助設(shè)備等構(gòu)成了火力發(fā)電廠生產(chǎn)運(yùn)行的熱力系統(tǒng)。其中，鍋爐作為整個(gè)工作系統(tǒng)中一項(xiàng)重要的設(shè)備，其運(yùn)行狀況與火力發(fā)電廠綜合運(yùn)行效率之間具有密切關(guān)系，最終還會(huì)對發(fā)電效率產(chǎn)生很大影響。鍋爐作為火力發(fā)電廠能源動(dòng)力的主要供給者，也是能量輸出的窗口。首先，在鍋爐爐膛內(nèi)放入煤炭，使其充分燃燒完成化學(xué)能向熱能的轉(zhuǎn)換;其次，煤炭燃燒過程中煤炭中的碳物質(zhì)與雜質(zhì)會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，從而產(chǎn)生大量高溫?zé)煔馀c熱量在鍋爐中循環(huán)傳遞，并且熱量會(huì)通過屏式過熱器、高溫過熱器、內(nèi)水冷壁以及再熱器等部位逐漸傳遞。鍋爐內(nèi)的水再在熱能作用下產(chǎn)生足夠數(shù)量和一定質(zhì)量的過熱蒸汽，如此一來，熱能便轉(zhuǎn)化成為汽輪機(jī)提供動(dòng)力的機(jī)械能。簡言之，鍋爐運(yùn)行狀態(tài)至關(guān)重要，將會(huì)直接影響火力發(fā)電廠的運(yùn)營效果[1]。

在火力發(fā)電廠整個(gè)生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)中，鍋爐并不是一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的設(shè)備，它與其它設(shè)備連接在一起，無形之中增加了更多運(yùn)行干擾因素。受到內(nèi)外部諸多因素的干擾，鍋爐運(yùn)行參數(shù)的不穩(wěn)定性概率也隨之增加。一旦其中某一設(shè)備發(fā)生運(yùn)行故障，都會(huì)給鍋爐運(yùn)行帶來影響，進(jìn)而給電力能源的生產(chǎn)、供應(yīng)帶來影響。而且，對于大多數(shù)火力發(fā)電廠來說，他們并沒有安裝專業(yè)性較高的系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測設(shè)備，單純依靠人工監(jiān)測和維護(hù)還存在種種弊端。若運(yùn)行參數(shù)錯(cuò)誤糾正不及時(shí)、設(shè)備維護(hù)不及時(shí)很容易擴(kuò)大運(yùn)行問題影響的范圍，進(jìn)而給鍋爐運(yùn)行帶來更加嚴(yán)重的影響。此外，火力發(fā)電廠獲得電能的主要?jiǎng)恿碓匆揽棵禾康娜紵仩t內(nèi)部煤炭充分燃燒會(huì)產(chǎn)生大量熱能。與此同時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生許多雜質(zhì)。通過化學(xué)反應(yīng)熱能會(huì)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能為汽輪機(jī)提供能量，雜質(zhì)則會(huì)形成高溫?zé)煔獯偈瑰仩t內(nèi)部整體溫度增高，形成的蒸汽帶動(dòng)蒸汽汽輪運(yùn)行。然而，在實(shí)際設(shè)備運(yùn)行過程中，獲得的電力能源量并未達(dá)到預(yù)期效果，煤炭消耗量相較于電能獲得量反倒是呈現(xiàn)以倍數(shù)增長的趨勢。日趨增長的煤炭消耗對火力發(fā)電廠來說可謂是一筆較大的開銷，如何降低煤炭燃燒熱損耗也就成為優(yōu)化火力發(fā)電廠各個(gè)設(shè)備運(yùn)行中一項(xiàng)至關(guān)重要的內(nèi)容。

2 目前火力發(fā)電廠鍋爐運(yùn)行中存在的問題

2.1 鍋爐給水品質(zhì)給鍋爐使用效益帶來影響

鍋爐運(yùn)行是火力發(fā)電廠整體運(yùn)行的關(guān)鍵點(diǎn)，而對于鍋爐運(yùn)行來說，給水品質(zhì)又是鍋爐運(yùn)行的重中之重，直接關(guān)系到鍋爐運(yùn)行狀態(tài)是否良好。尤其是給水的pH值（酸堿度），水質(zhì)不同會(huì)產(chǎn)生不同水平的水蒸汽離子。如果水蒸汽離子含量較高，還會(huì)導(dǎo)致水蒸汽中出現(xiàn)大量雜質(zhì)，這時(shí)受到能量激發(fā)便會(huì)造成水蒸汽效率大大降低的現(xiàn)象，熱能集中不充分還會(huì)造成發(fā)電損耗。與此同時(shí)，鍋爐內(nèi)部會(huì)形成大量水垢，鍋爐的效率也會(huì)受到不同程度的影響，如傳熱能力下降、鍋爐溫度下降，最終會(huì)出現(xiàn)鍋爐煙囪溫度過高的現(xiàn)象。當(dāng)溫度上升到一定高度，鍋爐管很可能會(huì)爆裂，鍋爐設(shè)備遭到破壞勢必會(huì)影響鍋爐正常運(yùn)行。汽輪機(jī)循環(huán)部件上的污垢現(xiàn)象比較集中，還會(huì)導(dǎo)致蒸汽流量逐漸下滑。附著在汽輪機(jī)葉片上的污垢會(huì)使汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)阻力增大，嚴(yán)重威脅著鍋爐的安全運(yùn)行[2]。

2.2 煤質(zhì)不達(dá)標(biāo)使得鍋爐煤炭量相對較高

火力發(fā)電廠中鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)會(huì)受到煤炭質(zhì)量的影響，質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響著鍋爐運(yùn)行所產(chǎn)生的熱量多少，進(jìn)而對整個(gè)火力發(fā)電廠的發(fā)電效率帶來影響。煤炭來源是影響煤炭質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，含有較多雜質(zhì)或水分的煤炭資源，在燃燒過程中會(huì)出現(xiàn)生成的熱能被快速吸附的情況，最終導(dǎo)致熱量補(bǔ)給不充足?；诖?，相關(guān)企業(yè)應(yīng)重視煤炭質(zhì)量問題，明確煤炭質(zhì)量對鍋爐持續(xù)、正常運(yùn)行的重要性。由于煤炭燃燒是實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)的重要方式，所以想進(jìn)一步提升火力發(fā)電的效率，科學(xué)合理地運(yùn)用鍋爐設(shè)備尤為重要。

2.3 鍋爐設(shè)備缺乏保養(yǎng)

對火力發(fā)電廠而言，提供熱量的鍋爐是整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的核心設(shè)備。然而，鍋爐運(yùn)行時(shí)難免會(huì)出現(xiàn)鍋爐內(nèi)部泄壓、排氣管道積炭等問題。加之大多數(shù)企業(yè)過于追求企業(yè)效益，卻忽視了保養(yǎng)設(shè)備的必要性。如果忽視對鍋爐設(shè)備的日常保養(yǎng)，不僅無法進(jìn)行系統(tǒng)的智能化升級，還會(huì)使之產(chǎn)生各種應(yīng)用問題，比如，燃燒不充分、燃燒器氣路堵塞、鍋爐內(nèi)部泄壓等。一系列問題的出現(xiàn)都會(huì)給鍋爐運(yùn)行狀態(tài)與火力發(fā)電帶來不良影響，而且還會(huì)影響火力發(fā)電廠的生產(chǎn)成本與產(chǎn)能。

3 火力發(fā)電廠鍋爐運(yùn)行優(yōu)化策略

在火電廠鍋爐運(yùn)行過程中，所用的煤炭材料種類和性能、鍋爐基礎(chǔ)構(gòu)成以及各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)等都與火電廠鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與安全性有著十分密切的關(guān)系，同時(shí)也是鍋爐運(yùn)行優(yōu)化需要重點(diǎn)考量的內(nèi)容。火力發(fā)電廠鍋爐運(yùn)行時(shí)，由于其實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)之間并非完全一致，煤炭材料的質(zhì)量與種類也會(huì)存在誤差，這必然會(huì)造成火力發(fā)電廠鍋爐的實(shí)際效率值與設(shè)計(jì)值之間出現(xiàn)偏差。除此之外，鍋爐運(yùn)行過程中可能還會(huì)出現(xiàn)給水水質(zhì)與實(shí)際工作要求不相匹配的現(xiàn)象?；谏衔乃龇N種問題，火力發(fā)電廠鍋爐運(yùn)行時(shí)還需不斷探尋運(yùn)行優(yōu)化策略，為鍋爐持續(xù)安全運(yùn)行提供保障，同時(shí)也促使火力發(fā)電企業(yè)獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3.1 強(qiáng)化鍋爐給水品質(zhì)

火力發(fā)電廠鍋爐處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，對鍋爐給水的硬度、pH值（酸堿度）、電導(dǎo)率、溶解氧等各個(gè)參數(shù)均有著不同要求。簡言之，鍋爐給水品質(zhì)會(huì)給鍋爐運(yùn)行帶來相當(dāng)大的影響。因此，優(yōu)化鍋爐運(yùn)行的關(guān)鍵還在于需要不斷加強(qiáng)對給水品質(zhì)的要求，確保鍋爐進(jìn)水安全。一般而言，給水控制的主要方向是確保給水pH值（酸堿度）保持平衡。與此同時(shí)，為有效避免鍋爐內(nèi)部發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象，還需增加水蒸汽的含量，而且水蒸汽含量增加也有助于鍋爐熱能的增加。不同種類的鍋爐改進(jìn)方式方法也各不相同，這就需要結(jié)合鍋爐自身性能、鍋爐運(yùn)行原理等加以改進(jìn)和優(yōu)化[3]。在實(shí)際應(yīng)用中，要以鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況為依據(jù)，及時(shí)處理鍋爐內(nèi)的氣泡，以有效避免鍋爐內(nèi)蒸汽離子含量過高的狀況。如若控制不得到，抑或是沒有及時(shí)清理，很容易導(dǎo)致鍋爐內(nèi)部結(jié)垢，勢必會(huì)制約著鍋爐運(yùn)行效率的提升。

3.2 優(yōu)化鍋爐燃燒方式

火力發(fā)電廠電能的產(chǎn)出依托大量煤炭的燃燒。眾所周知，煤炭資源是三大化石能源中重要組成之一，也是一種不可再生的資源。此外，火力發(fā)電過程中會(huì)產(chǎn)生大量有害物質(zhì)，諸如：二氧化碳、二氧化硫、碳氧化合物等等，而未經(jīng)任何方式加以處理的有害物質(zhì)向大氣中直接排放會(huì)造成極為嚴(yán)重的大氣污染問題，空氣質(zhì)量也隨之大幅下降。所以，還需重視火力發(fā)電廠鍋爐內(nèi)部燃料的利用率是否達(dá)標(biāo)。對火力發(fā)電廠來說，節(jié)能減排是其永恒追求的目標(biāo)?？茖W(xué)合理的控制方式能夠推動(dòng)鍋爐節(jié)能降耗工作的持續(xù)開展，也能夠有效解決鍋爐運(yùn)行過程中資源過度浪費(fèi)的問題，以此為燃煤率提供保證。鍋爐燃燒和傳熱過程相對復(fù)雜，如果單純按照傳統(tǒng)方式進(jìn)行建模可有效控制能量轉(zhuǎn)換效率與運(yùn)行安全性，所以還需基于多目標(biāo)優(yōu)化控制技術(shù)以加強(qiáng)鍋爐燃燒方式的智能化控制。例如，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)技術(shù)構(gòu)建鍋爐燃燒模型，基于粒子群算法、遺傳算法等諸多智能化優(yōu)化算法，采用蟻群優(yōu)化算法等找出鍋爐燃燒系統(tǒng)各個(gè)輸入?yún)?shù)的最佳組合，并以此為依據(jù)進(jìn)行各層風(fēng)量配置，進(jìn)而為鍋爐燃燒提供優(yōu)化指導(dǎo)和實(shí)時(shí)控制服務(wù)。以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為依托，可以建立NOx排放和冷凝器背壓模型。除此之外，借助先進(jìn)的預(yù)測控制技術(shù)則可以精確控制噴氨量以及空冷風(fēng)機(jī)等[4]。

3.3 優(yōu)化鍋爐蒸汽參數(shù)

鍋爐運(yùn)行參數(shù)始終處于穩(wěn)定的數(shù)值狀態(tài)是確保火力發(fā)電廠鍋爐安全運(yùn)行的關(guān)鍵?；诖?，相關(guān)工作人員需時(shí)刻關(guān)注鍋爐參數(shù)是否處于正常值范圍，如有必要需采取有效措施準(zhǔn)確把控參數(shù)實(shí)時(shí)變化情況。在鍋爐運(yùn)行過程中，著重點(diǎn)還在于科學(xué)把控過熱蒸汽的溫度。一旦發(fā)生超高溫現(xiàn)象，鍋爐會(huì)處于超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，鍋爐的使用壽命將會(huì)大大縮減。而鍋爐蒸汽的含氧量增高，水蒸汽會(huì)呈現(xiàn)出弱酸性，經(jīng)過高溫加熱酸性被激活，造成爐內(nèi)金屬腐蝕，鍋爐的運(yùn)行效果、使用壽命都會(huì)受到不同程度的影響。為有效避免鍋爐溫度過高，就需要針對不同現(xiàn)象處理好相應(yīng)的溫度管理控制工作，詳細(xì)調(diào)查和記錄鍋爐運(yùn)行的參數(shù)，還可以運(yùn)用包括ASPEN在內(nèi)的專業(yè)優(yōu)化軟件整體優(yōu)化相關(guān)參數(shù)，使之達(dá)到最佳組合狀態(tài)。最后，為降低鍋爐運(yùn)行壓力、提升鍋爐運(yùn)行效率，要求鍋爐高溫運(yùn)行條件下及時(shí)檢測，確保鍋爐內(nèi)水蒸汽的含量與運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)相符。

3.4 調(diào)整鍋爐內(nèi)部風(fēng)量

鍋爐內(nèi)部風(fēng)量也會(huì)影響煤炭燃燒的程度。因此，為確保火力發(fā)電廠鍋爐運(yùn)行過程中爐內(nèi)煤炭充分燃燒，在進(jìn)行鍋爐運(yùn)行優(yōu)化時(shí)還應(yīng)實(shí)時(shí)觀察、具體分析、深入研究鍋爐一次與二次風(fēng)量的數(shù)值變化。準(zhǔn)確地說，鍋爐內(nèi)部煤炭燃燒的主要原理就是煤炭原料在高溫作用下與空氣中的氧氣進(jìn)行融合。此時(shí)，鍋爐內(nèi)部風(fēng)量與煤炭配比會(huì)直接影響鍋爐供熱效果，合理調(diào)控風(fēng)量能夠確保風(fēng)量中的氧氣與煤炭原料充分接觸與燃燒，有效避免鍋爐內(nèi)因缺少氧氣而導(dǎo)致煤炭燃燒不充分的現(xiàn)象。

3.5 加強(qiáng)鍋爐設(shè)備維護(hù)

火力發(fā)電廠設(shè)備通常應(yīng)用時(shí)間較長，隨著鍋爐設(shè)備運(yùn)行年限越來越高，部分鍋爐難免會(huì)發(fā)生異常。火力發(fā)電廠鍋爐運(yùn)行優(yōu)化還需針對設(shè)備異常等問題采取技術(shù)優(yōu)化方案，結(jié)合鍋爐運(yùn)行實(shí)際情況加以論證，選擇行之有效的優(yōu)化方法。

1.鍋爐常規(guī)維護(hù)與管理。嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范進(jìn)行鍋爐的維修與管理，首先，定期開展日常維護(hù)，確保在初始階段便能將鍋爐運(yùn)行過程中可能存在的安全隱患消除。與此同時(shí)，確保鍋爐運(yùn)行壽命。其次，制定相應(yīng)的維護(hù)與管理登記制度，并嚴(yán)格落實(shí)。詳細(xì)記錄每次鍋爐設(shè)備維修的日期、日常巡視中發(fā)現(xiàn)了哪些問題等，并詳細(xì)登記問題的具體情況以及應(yīng)用了哪些有效措施加以解決、處理結(jié)果怎樣，為后續(xù)管理工作的開展提供依據(jù)[5]。

2.加強(qiáng)對結(jié)焦結(jié)灰設(shè)備的檢查與維護(hù)。鍋爐溫度上升后，燃料中的金屬成分氧化速度會(huì)越來越快，極易發(fā)生高溫性結(jié)焦的狀況。結(jié)焦物質(zhì)會(huì)附著在鍋爐爐膛表面，因此還需加強(qiáng)檢查與維護(hù)，做好鍋爐清潔工作。

3.重點(diǎn)檢查與維修排煙溫度過高設(shè)備。火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程中，設(shè)備損壞會(huì)導(dǎo)致排煙溫度超出正常參數(shù)范圍。通過系統(tǒng)分析可以看出，鍋爐爐膛或制粉系統(tǒng)如若出現(xiàn)漏風(fēng)問題，則極易導(dǎo)致排煙溫度升高的現(xiàn)象產(chǎn)生。對此，還需重點(diǎn)檢查與維修排煙溫度過高的設(shè)備，如鍋爐主體或者相關(guān)結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)在于鍋爐爐底或爐頂?shù)拿芊庑允欠裢旰?。總之，加?qiáng)鍋爐設(shè)備維護(hù)，對火力發(fā)電鍋爐運(yùn)行優(yōu)化至關(guān)重要。

4 結(jié)語

總言而之，火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程中，鍋爐運(yùn)行狀態(tài)是否穩(wěn)定將會(huì)直接影響發(fā)電廠整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，而且鍋爐運(yùn)行也是影響發(fā)電廠產(chǎn)能的關(guān)鍵性因素。鍋爐運(yùn)行過程具有相對較高的復(fù)雜性，需要控制的運(yùn)行參數(shù)數(shù)量也相對較大。基于此，火力發(fā)電廠還需加強(qiáng)對鍋爐運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，準(zhǔn)確、詳細(xì)記錄、分析鍋爐各個(gè)運(yùn)行數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中隱藏或已經(jīng)顯現(xiàn)的種種問題并提出有較強(qiáng)針對性與可行性的解決方案。此外，定期維護(hù)和檢修鍋爐設(shè)備，進(jìn)而確保其良好的運(yùn)行狀態(tài)，也能適當(dāng)延長其使用壽命，最終達(dá)到提升鍋爐生產(chǎn)運(yùn)行效率、提升火力發(fā)電廠發(fā)電效率的目的。

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