热电电厂锅炉燃烧运行优化策略探微

热电电厂锅炉燃烧运行优化策略探微

李耀山

大唐吉木萨尔五彩湾北一发电有限公司 新疆维吾尔自治区昌吉回族自治州 831700

摘要：火电厂是我国发电行业的主力，锅炉作为电厂发电过程的主要设备，其燃烧状态直接影响发电机组效率及锅炉的安全稳定性，并且煤粉燃烧产生的NOx会产生一定的环境污染。因此列出锅炉燃烧现在存在的问题，并对现有的锅炉燃烧优化主要技术及发展趋势进行具体的阐述。通过采用一定的优化技术对锅炉进行燃烧优化，在提高锅炉燃烧效率的同时降低污染物排放量，对火电厂的高效稳定运行具有重要作用。

关键词：火电厂；锅炉；燃烧优化；关键技术

1、电厂锅炉燃烧运行中的问题

环境条件影响存在煤粉分配不均。锅炉燃烧时极易受到自然条件的影响，其中自然界的风速对锅炉燃烧产生的影响较为明显，如风速与锅炉燃烧存在速度偏差，锅炉的运行效率将发生不同的变化。如产生的风速偏差超过每秒20米时锅炉内煤粉浓度会不断提高，通常会提高20%。如果风量较低会使锅炉内的煤粉无法充分融合，致使锅炉内煤粉无法充分的燃烧。此外许多热电电厂在生产过程中均会采用节煤降耗方式，但会使锅炉内煤粉出现较为严重的分配不均情况，在受到节煤降耗条件限制的同时，还由于锅炉风控系统运行能力有限，导致锅炉内煤粉出现分配不均的情况。测量手段欠缺，风、粉、灰测量不到位。为使锅炉运行更加稳定，需将风速、煤粉量及飞灰可燃物控制在合理范围内，采用测量方法对其进行测量。但热电厂在测量时，由于测量手段有限未能精准测量煤粉量，风速以及飞灰可燃物测量可能与实际偏差值较大，致使锅炉无法稳定的运行。以测量锅炉内的飞灰可燃物为例，主要测量灰中的碳含量，如碳含量超标证明锅炉内的煤炭未能充分燃烧。此外在实际测量工作中，受到锅炉运行状态、自然条件等因素的影响，会导致测量数据存在较大的误差，并且测量设备受到损害，长期使用测量精度不断下降。运行稳定性不足，影响锅炉运行效率。锅炉内投放的燃烧物质以及运行时产生的负荷均会影响锅炉运行效率，且在运行效率发生变化的同时锅炉运行无法处于稳定的状态，如果使用的煤炭质量存在问题、同时未能保证输送的风量控制在稳定状态，均会影响到锅炉运行的稳定性，致使锅炉燃烧效率不断降低。排烟影响电厂锅炉运行。锅炉燃烧过程中会产生大量烟气，排烟过程是稳定锅炉燃烧状态有效方式之一，但在排烟过程中会出现较多热损失，热量通过排烟的方式快速消失，锅炉内的热量不断较少、温度不断降低，为使锅炉保持在稳定状态需要投入更多的燃料，一旦投入的燃料超过锅炉的承受能力，锅炉运行将出现不稳定情况。排烟过程中出现热损失，一方面与使用的燃料种类有关，另一方面与燃烧条件有关，包括燃料的燃烧面积、燃烧温度以及送风量等，如果燃料含有较高的水分在燃烧过程中会增加排烟量，从而出现更多的热损失。固体燃料的燃烧影响电厂锅炉的使用效率。许多热电厂使用固体燃料进行发电，固体燃料具有较多优点，包括热能高、运输方便等，但固体燃料在锅炉内未能充分燃烧，不仅固体燃料无法产生足够的热能，还会在燃烧过程中产生较多的炉渣和烟尘，致使燃烧效率不断降低，此外产生的炉渣和烟尘会进入到锅炉的运行系统，最终影响锅炉的运行状态。如果固体燃料出现未能充分燃烧的情况，通常是未能采用正确的燃烧方式或风烟系统运行存在问题。

2、电厂锅炉燃烧优化技术

2.1基于先进检测技术的锅炉燃烧优化

基于先进检测技术的燃烧优化技术是火电厂锅炉燃烧优化的主要方式，在锅炉的燃烧过程中，通过实时在线检测炉膛火焰温度、烟气的含氧量、飞灰的含碳量、NOx的浓度等锅炉运行重要参数，并对这些参数进行分析处理用以指导运行人员对锅炉的燃烧进行实时调整，从而在提高锅炉燃烧效率的同时降低NOx排放量。近年来大量火电技术研究者采用如炉膛火焰检测、煤质分析、风煤检测及炉膛排放物检测等先进检测技术对锅炉进行燃烧优化，其中火焰检测技术应用最多。对于电厂锅炉，炉膛火焰检测可实时反映炉内不同区域的温度，火焰中心所处位置等信息，对掌握炉膛内煤粉燃烧状态及降低污染物排放有着重要作用。炉内温度检测及温度场重建技术多年来一直是火力发电方面技术人员的重要研究方向。利用红外热像技术对炉膛水冷壁上亮点的大小进行监测用以判断水冷壁的结焦情况，从而实时调整炉内煤粉的燃烧。利用红外辐射测温原理设计了一种无接触式炉内二维温度场重建方法和温度场上位机展示系统，系统可直观地反映火焰的中心位置从而防止火焰中心偏移，并且系统求出的各分区温度值可为锅炉SCR及SNCR脱硝技术提供一定的控制依据，从而在调整炉膛燃烧效率的同时控制NOx排放量，但红外测温的缺点在于测温仪的保护套管在高温下容易结焦，因此需要配备吹灰装置。利用激光吸收光谱方法对炉膛参数进行测量并重建温度场，通过在某680MW机组燃煤锅炉测试表明激光测量系统可对炉内多个参数如炉温及不同烟气成分浓度等进行测量，根据测量结果可有效指导锅炉燃烧优化运行从而使煤粉稳定燃烧及温度场均匀分布。利用声波测温技术对W火焰锅炉烟温进行测量，并以测量结果为依据对锅炉进行燃烧调整，从而有效地避免了燃烧不充分及结焦问题，提高了锅炉热效率。

2.2基于锅炉燃烧器改造的锅炉燃烧优化

燃烧器是保证锅炉稳定燃烧的重要设施，对锅炉进行低氮燃烧器改造，在不同的条件下进行空气分级燃烧、燃料分级燃烧或烟气再循环燃烧，可有效降低NOx生成量并提高锅炉燃烧效率。针对某电厂300MW亚临界锅炉机组提出了低NOx燃烧器改造，改造方案包括复合空气分级、低NOx燃烧器、高位分离燃尽风等减排措施，方案在满足低NOx排放的同时提高了燃烧效率并防止了结渣及高温腐蚀等问题。但在低氮燃烧器改造实际应用中，该技术会对锅炉的稳定性、水冷壁结焦、飞灰含碳量、运行效率等方面产生影响，因此在改造技术实施过程中需要根据影响锅炉稳定性的各类因素对二次风、氧量以及分级燃烧技术等进行调整。

2.3基于智能控制算法的锅炉燃烧优化

锅炉智能燃烧优化的实质是通过先进检测装置检测锅炉各关键运行参数并对这些参数进行实时分析处理，然后采用AI优化控制算法在线调整锅炉运行参数，使锅炉燃烧的各类运行参数处于最佳状态。智能燃烧优化系统一般为基于电厂现有DCS控制系统的控制系统，无需对锅炉进行改造，投资少、风险小且优化效果显著。系统分为开环操作指导和闭环监控两种优化方式，开环方式为智能优化系统将各被控量的调节值提交给运行人员，由运行人员手动对DCS系统进行调节；闭环方式为智能优化系统将各被控量的调节指令直接上传至DCS系统中，自动完成优化调节。

2.4对二次风量和燃尽风量的优化

在锅炉燃烧过程中需优化锅炉内的二次风量和燃尽风量。在优化二次风量过程中，一般在锅炉内安装二次风箱设备，该设备可实时调节锅炉内的二次风量。在优化燃尽风量时，在锅炉内安装燃烧器，利用燃烧器内的中次级波纹管，在向锅炉内提供氧气的同时还能提高燃烧化学计量比，根据计量比掌握锅炉的运行状态。

2.5优化飞灰中可燃物浓度

锅炉在燃烧期间，燃料燃烧会产生较多未能充分燃烧的可燃物质，使锅炉内飞灰中含有较多的可燃物，其会影响锅炉的燃烧效率。锅炉飞灰中可燃物含量较高，一方面是制粉系统运行效率较低、未能对燃料进行充分的粉碎，另一方面锅炉内的风量控制存在问题，锅炉内未能处于充分燃烧状态，可燃物含量不断提高。优化飞灰中可燃物浓度需对锅炉内的飞灰可燃物进行测量，在测量的同时，协调锅炉燃烧过程与送风量间的关系，使二者保持在合适的状态。

结语

锅炉的燃烧状态影响着整个机组的运行效率及电厂的发电效率，并且由煤粉燃烧产生的NOx会造成环境污染，因此对火电机组而言很有必要采用一定的优化技术对锅炉进行燃烧优化，在提高锅炉燃烧效率的同时控制污染物排放，从而保证锅炉经济、平稳、低污染的运行。

参考文献

[1]宋永胜.电厂锅炉燃烧运行优化策略分析[J].工程建设与设计,2018(20):110-111.

[2]陈泽岳. 粒子群优化算法在电厂锅炉燃烧控制中的应用[D].华北水利水电大学,2018.