电站锅炉燃烧优化调整分析

电站锅炉燃烧优化调整分析

李晓武

（大唐信阳华豫发电有限责任公司河南信阳464000）

摘要：电站锅炉燃烧优化能降低运行成本，同时增强企业竞争力。文章针对这一热点问题，通过国内外的相关研究，阐述了最新的燃烧优化研究成果，分析了主流的燃烧优化控制技术，并简要说明了相关原理和应用情况，最后做出了相应的总结。

关键词：电站锅炉；燃烧优化；调整

1电站锅炉燃烧优化调整的意义

在电站运行的过程中，锅炉起着十分重要的作用，可以说其与整个电站系统有着十分紧密的联系。电站运行的过程中锅炉的燃烧会消耗大量的能源，但是这部分能源并没有能够得到最大化的利用。在火力发电成本中，燃料费用一般占70%以上，因此，提高锅炉燃烧系统的运行水平对机组的节能降耗具有重要意义。再加上火电厂是全球NOx排放的主要来源，随着可持续发展战略的实施和国家对环境保护的日益重视，电厂的低NOx排放已经逐渐提到议事日程，能够降低烟气NOx排放和提高电厂经济性的燃烧优化控制技术成为电厂当前关注的热点。

2电站锅炉燃烧优化调整试验

2.1氧量标定试验

在锅炉燃烧的过程中，氧气发挥了十分重要的作用，通过调整氧气的含量能够有效的对燃烧方式进行调整。图1分别显示了不同工况条件下氧量实测数据与DCS数据对比趋势，图（a）为左侧氧气量对比图，图（b）为右侧氧气量对比图，在氧量高于4.0%时，实际DCS左右侧显示氧量较标定氧量偏低，而在氧量低于3.5%时，实际DCS显式氧量比标定氧量偏高，DCS氧量表呈非线性变化。呈现出实际氧量高时，氧量表显示氧量低；而实际氧量低时，氧量表显示氧量高。

2.3燃煤平均粒径测试试验

在锅炉燃烧的过程中，燃煤的平均粒径大小也会对于锅炉的燃烧产生一定的影响，对此进行了相应的实验，为了能够具体的观测出最适宜燃烧的燃煤粒径数据，设计了燃煤平均粒径测试试验。锅炉燃煤粒度分布特性对炉内燃烧状况有较大影响，煤粒过粗与过细都不利于锅炉的运行。燃煤中大颗粒比例增大，停留在燃烧室密相区的颗粒量增加，从而使密相区的燃烧份额增加，同时燃烧破碎产生大量不易燃尽的焦碳粒子，使飞灰中可燃物含量增加。燃煤中细小颗粒的比例增大，炉膛上部的燃烧份额增加，一次燃烧通过炉膛的颗粒比例增大，停留在炉膛内的燃烧时间缩短，也会对飞灰可燃物含量造成影响。

2.4不同风率配比试验

在锅炉燃烧过程中改变风率也能够实现对于锅炉燃烧方式的改变，对此设计了相应的实验，一、二次风配比调整试验选取三种工况，不同工况主要通过改变一次风机和二次风机入口挡板开度，从而改变一、二次风率。分析发现，工况2条件下锅炉效率较高，较工况1和工况3锅炉效率分别提高了2.22和2.61个百分点。由于一、二次风风量DCS数据不准确，不能定量分析一、二次风风率对锅炉燃烧效率的影响，由试验结果可见，在工况2条件下，一、二次风风率配比比较合理，有利于炉内燃烧，工况1和工况3一次风率较工况2要高，过高的一次风率会降低密相区温度，使细小的焦炭颗粒在密相区停留时间缩短，燃烧效率降低；而过低的一次风率会影响床层流化，对锅炉安全运行造成影响。

3电站锅炉燃烧优化结果

通过对实验数据的分析发现，在进行氧气含量进行改变时锅炉的燃烧方式也发生了极大的变化，过量空气系数由1.14增至1.3时，锅炉效率由84.06%增至88.15%，提高4.09个百分点，飞灰可燃物降低11.68%，大渣可燃物降低1.25%；高负荷时，炉膛出口氧量建议保持在4.0～4.5%。而不同风率配比试验结果表明，二次风量增加可使锅炉效率提高，飞灰可燃物含量随着二次风率增加有所降低；推荐高负荷下一、二次风入口挡板开度均在50%左右。通过对于锅炉燃烧方式的各种条件进行优化调整，使得锅炉热效率平均提高了0.506个百分点，NOx排放浓度平均下降了11.39%，风机用电率平均下降了0.07个百分点。

4常见的锅炉燃烧优化控制技术

在锅炉的优化调整时，可以应用一系列的锅炉燃烧优化控制技术来实现对于锅炉燃烧的充分控制，确保锅炉燃烧的效率最大化。

4.1贝叶斯概率统计法

锅炉燃烧采用贝叶斯统计法进行优化，可以辨识出锅炉燃烧过程的特性（即目标函数），快速寻找到最佳的调整参数，达到优化燃烧的目的。这种方法既可以为运行人员提供锅炉燃烧调整的参数，也可以直接接入DCS形成闭环控制。

4.2神经网络法

神经网络技术也是燃烧优化中经常使用的手段，燃烧过程的闭环控制，抑或燃烧操作的指导均可通过它来实现。神经网络的参数通常来自锅炉燃烧系统的相关数据，利用动态反馈、回路控制、智能化监控等手段，达到多目标优化的目的。为了使误差对优化的影响降到最低，也会采取各种相应的措施。

5基于检测技术的燃烧优化研究

实现锅炉燃烧的优化，可以通过检测锅炉燃烧的一系列参数来实现，例如测量炉膛火焰、锅炉排放物，以及风煤在线测量和煤质在线分析等技术。一次风量、烟气含氧量、煤粉浓度细度、煤质分析、飞灰含碳量、火焰图像等参数的实时监控，可以帮助运行人员来调节锅炉燃烧，实现锅炉高效、经济燃烧。

火焰检测技术已不再是传统的直接式检测，或是利用红外线、紫外线、可见光等间接式火焰检测，而发展到了数字式和图像式的火焰检测。基于CFD和锅炉CT技术的燃烧优化。南京科远股份和东南大学合作，采用CFD技术对锅炉的燃烧过程进行数值模拟，获得燃烧过程中温度场、速度场、组分分布等详细信息以指导燃烧优化。锅炉CT借助红外激光实现燃烧温度、浓度场测量，其非浸入的测量方式既能实现炉膛核心燃烧区测量，又可以对烟道等温度稍低的区域测量。该技术测量动态响应快，克服了传统接触式测量方法只能单点测量，受材料、设备等的限制，和传统光谱测量方法测量信号弱、容易受背景噪声和系统荧光等的影响。锅炉CT在重要部位的测量结果，可作为锅炉燃烧场动力学计算的实验验证和确定边界条件，对CFD计算进行修正。基于CFD和锅炉CT技术的燃烧优化系统可达到如下效果：①通过均衡燃烧，降低过氧量，锅炉效率提高1.0%-1.5%；②增强锅炉对煤种变化的适应性；③大幅减少有害气体排放，NOx的平均排放量至少降低25%；④减少锅炉结焦、局部超温对水冷壁管的损伤、减少爆管事故发生，减少因非计划停炉而造成的损失；⑤实现锅炉故障诊断和预报。

5.2锅炉排放物检测技术的发展应用

锅炉排放物检测的参数包括飞灰含碳量、烟气组分等。检测设备的稳定性、实时性和测量准确性等将对燃烧优化产生直接的影响，因此锅炉排放物检测技术的研究是燃烧优化技术发展的基础性工作

5.3风煤在线测量技术的发展应用

锅炉燃烧通常是根据风煤比来粗略地调节风量的。因此，在燃烧控制系统中，能否准确得到风煤的比值将对锅炉的安全经济运行产生极其重要的影响。当前，控制风量的方法主要是根据实际生产经验来调节给粉机参数从而调整给粉量，利用一次风挡板的开度来控制风量。出于改变这种现状的目的，专家们针对风煤在线测量技术做了大量的研究，希望能够使风煤在线监控的途径更加直观有效，从而提供更准确的运行指导。然而，目前依然有一系列瓶颈，例如测量装置的选择、测点位置的确定、测量系统稳定性及设备的防磨防堵等问题。

5.4煤质在线分析技术的发展应用

入炉煤质的变化对锅炉燃烧具有重大影响，而电站锅炉越来越多燃用低质煤或混配煤，偏离设计煤种过多，给运行调整带来很大的困难。过去通化验煤质的方法存在较大的误差，而且至少要数小时才能分析出结果，对实时燃烧调整和优化运行的促进作用非常有限。所以，发展煤质在线分析技术对于锅炉燃烧实时优化具有重要意义。

该方法虽然有诸多优点，但是由于模型本身的误差、煤种的多变性以及烟气成分测量分析装置的准确性和可靠性还有待提高，目前只处在分析验证的阶段。

5.5基于控制技术和人工智能技术发展的锅炉燃烧优化技术

伴随着近年人工智能技术的飞速发展和逐渐成熟，其在工业领域的应用越来越广泛，同时与先进的控制逻辑和算法相结合，这项新技术正被运用到电站锅炉的燃烧优化中，并且发展异常迅猛，目前国内对这一技术的研究与运用大多还停留在理论探究和性能试验层面，实际在电厂的运用实例和经验较为匮乏。

结语

随着我国能源的日益紧张，政府加大了能源结构调整的力度，开始倡导绿色低碳生活，倡导可持续发展。在电站运行的过程中，因为锅炉燃烧方式的落后，每年都会导致大量的能源浪费，产生大量的环境污染。在进行电站锅炉燃烧方式优化改进时应当同时加强对锅炉控制人员个人素质的提升，并且加强对锅炉燃烧让是优化调整的宣传，使人们充分的认识到锅炉燃烧方式优化调整所具有的意义，充分的锅炉能源消耗的降低。

参考文献：

[1]孔亮，张毅，丁艳军，等.电站锅炉燃烧优化控制技术综述[J].电力设备，2010，7（2）：19-21.

[2]潘世新.电站锅炉燃烧优化技术研究发展综述[J].科技创新与应用，2014，15（4）：93-95.