电力锅炉燃烧优化策略分析

电力锅炉燃烧优化策略分析

翟慧渊

包头铝业热电厂，内蒙古包头市东河区包铝工业园区，014040

摘要：人类的生产生活离不开电力。在我国，电力的供应仍然需要依靠大量的火电厂发电，其中锅炉的燃烧效率与火电厂的发电效率密切相关。在这一过程中，锅炉燃烧会产生一定程度的污染，随着我国对环境保护的日益重视，发电厂的电力锅炉燃烧效率也越来越受到重视。优化改良电力锅炉燃烧效率，不仅能够提升发电厂的经济效益，同时也能够减少环境污染，使发电产业能够更加健康的持续发展。

关键词: 电力锅炉; 概述;燃烧优化;策略;分析

一、电力锅炉概述

        电力锅炉主要应用于发电厂，是发电厂运作体系中十分重要的一项设备。在我国，火力发电厂仍然占据重要的地位，在能源使用方面依然离不开煤炭。但是煤炭的环保性较差。在燃烧过程中，会排放出大量的有害气体。比如一氧化碳、二氧化硫等等，由此成为主要的污染源，影响空气质量，进而影响到人们的身体健康。除此之外，为了应对全球气候变化，构建清洁低碳安全高效的能源体系，我国提出了“碳达峰、碳中和”的发展目标，截至2022年9月底，我国发电装机容量中火力发电占比仍在50%以上是我国主力电源，火力发电产业降本增效转型升级迫在眉睫。电力锅炉的燃烧性能在很大程度上影响着发电厂整体工作效率，在电力锅炉燃烧率过低的情况下，发电厂效益会受到较大的负面影响，以至于降低发电厂的市场竞争力。同时，为了推动新能源发展，促进能源供给侧清洁化，国家在电力结构调整及电价政策方面优先布局清洁能源，如果火电厂不能通过各项技术举措提高锅炉燃烧热效率，降低供电煤耗等主要经济指标，甚至会威胁到发电厂的生存。基于上述原因。提升电力锅炉的性能，成为保护环境和促进发电厂健康发展的重中之重。也就是说，在革新锅炉燃烧工艺时，必须将降低污染和提高效率。作为主要的目标。就具体优化策略，下文将展开具体论述[1]。

二、电力锅炉燃烧现状

        （一）锅炉燃烧控制研究情况

        随着电力的不断发展，国家电力行业也逐渐进入智能电网的时代，可以实现电厂发电的智能化控制，出现了一批无人值守的变电站、配电站、输电站及发电站，电力自动化程度的提高也对发电厂电力锅炉提出了新的要求。随着自动控制技术在电力锅炉中的应用，我国电力锅炉的燃烧效率取得了较大的进步，我国电力锅炉热效率接近80%，当电网处在削峰填谷阶段时，发电厂电力锅炉工作在非额定功率，锅炉的参数偏离最优状态，造成燃烧效率下降，污染气体的排放量增加。随着自动控制技术的发展，通过将锅炉工作过程中的参数、图形、状态、气体情况等进行实时分析，利用网络、智能化控制、信息化传输及最优控制实现锅炉工作状态的稳定，提高锅炉燃烧效率。

        （二）电力锅炉燃烧控制存在的问题

        电力锅炉进行控制过程中，涉及的参数测量设备存在一定的误差、通信延迟、误码等情况，飞灰含碳量、排烟温度及烟气环保参数等关键参数偏差较大，且这些参数之间相互影响，导致时变调节准确度下降，让锅炉燃烧的效率降低。目前，很多电厂采用的控制技术是PID控制，其具有原理简单、速度快等优点，针对简单的被控系统效果明显，但电力锅炉燃烧属于多变的复杂系统，包含大量的非线性、滞后性及延迟性器件，难以精准搭建数学模型，在出现扰动或给定量变化的情况下，可能导致控制策略失效。

        （三）电力锅炉燃烧优化管理情况

        目前，锅炉燃烧优化技术方案及规范中还不完善，让锅炉改进优化的效果大打折扣。现状很多锅炉燃烧的优化手段仅是对其燃烧的部分特性来说的，存在考虑因素不全，难以在在锅炉长期工作中体现出效果，没有解决锅炉燃烧效率低、污染物排放量大的问题；很多锅炉燃烧优化的方案只是特定的条件或试验中才有效，但电厂锅炉工作受到环境、煤炭品质、操作人员状态及设备情况等多种因素的影响，且这些因素还处于不断变化的过程中，优化方案的适用性差。因此，研究人员要对电力锅炉充分认识才能设计出科学的优化方案，提高锅炉燃烧的质量[2]。

（四）电力锅炉燃烧技术应用

截至今年9月底，我国煤电装机13.1亿千瓦，其中约有5亿千瓦亚临界及以下机组，平均供电煤耗在330 g/kWh，这些机组急需推行“三改联动”（节能降耗改造、供热改造、灵活性改造）来优化机组经济运行效率，提升机组深度调峰能力。对于电力锅炉而言，通过机组低负荷稳燃试验获得的数据，结合目前已成熟的低负荷稳燃技术应用，利用灵活性改造工程降低锅炉最低稳燃负荷，同时通过技术改造，提高锅炉燃烧效率达到降低锅炉供电煤耗的目标。在优化锅炉燃烧效率的同时，还应推广新型技术，以提高脱硝入口烟温保证脱硝效率及环保指标达标。

三、电力锅炉燃烧优化策略

        （一）对测量信号进行优化

        如前所述，测量误差容易导致锅炉在运行中出现问题。为了解决这一问题，应当对量测信号进行优化。比如，采用电力系统PMU测量，这种测量方式的精度较高，能够实现即时同步，将其应用到锅炉控制系统当中，从而能够有效解决测量数据传输过程中的延迟等问题，从而保证锅炉的运行能够按照预设的参数进行。与此同时，PMU测量之所以能够提升数据精确度，主要是由于它能利用信号的冗余度，在短暂的时间内对数据进行滤波处理，保留精确数据，筛选错误数据，从而大大减少了误差数据对电力锅炉运行造成的负面影响[3]。

        （二）通过检测技术提高燃烧水平

        为了提升电力锅炉的燃烧性能，在其工作过程中，可以通过现代检测技术来监测锅炉的燃烧状态，评估锅炉的燃烧水平，监控的主要内容包括锅炉运行中的各项参数。比如，所排废气的成分和占比、煤炭的燃烧率、飞灰可燃物含量以及过剰空气量等关键参数。利用这些数据，准确把握电力锅炉的燃烧状态，为控制锅炉的燃烧提供依据，同时也能为如何进一步优化电力锅炉燃烧提供参照，保证不断提升火力发电厂经济运行效率。此外，火焰检测技术也能够应用到锅炉燃烧监测中，为锅炉燃烧提供安全保障，有效减少了燃烧事故的发生，确保了火电厂安全平稳供电和火电厂的高效经济运行。

        （三）通过先进的理论进行锅炉建模

        时代的发展和进步体现在各个方面，就电力锅炉而言，相关的技术和方法也在不断的更新。那么为了优化电力锅炉的运行性能，这需要不断吸收先进的理论，来完善电力锅炉系统。比如，利用新兴的锅炉燃烧理论重新对锅炉进行建模，通过对此模型展开研究和分析，制定出一整套完善的运行体系，进而实现优化电力锅炉燃烧的目的。但是这项措施相较而言难度较大，需要有扎实的理论基础，同时利用成熟的计算机应用技术，通过不同工况下的锅炉燃烧性能试验来完善锅炉建模，将先进理论与生产实践充分结合起来，以电厂实际情况为依据，制定出拥有较好效果的技术方案，以实现电力锅炉燃烧性能的优化。

        （四）对燃烧优化系统顶层进行优化设计

        在各项改良措施当中，优化燃烧系统的顶层设计也是一项较为重要的内容。具体而言，优化系统可以从五个部分出发。第一，原始信号的校准，通过改善原始信号的传输路径和接收装置来尽量提升其准确性和及时性。第二，信号的构建。使锅炉各系统之间的信号能够流畅的传输。第三，控制系统优化，通过改良控制系统中的种种弊端，来实现电力锅炉的效率最大化。第四，锅炉燃烧状态的评估，这需要通过采用现代监测技术来检测，通过参数来评估燃烧系统的运作状况。第五，燃烧优化方案的反馈机制建设。在采取种种优化电力锅炉燃烧的策略后，需要对各项策略的效果进行整体评估，其中反馈机制便发挥着非常重要的作用，良好的反馈机制能够使措施运用更加得当。

        （五）充分利用现代控制技术

        现代科技的进步也让锅炉燃烧系统更加先进。比如，信息与网络技术的运用，使电力锅炉的运作更加趋向自动化和智能化，相应网络以及技术设备的支持，也能够有效提升电力锅炉的运行性能。不过就总体而言，现代控制技术在电力锅炉系统中的运用还需加强。比如，可以安装更加先进监控系统，对锅炉运行参数以及整体状态进行实时监控，当出现问题时，维修人员便可及时找到问题根源，从而减少因故障带来的损失。先进控制技术的运用，也能在很大程度上提升电力锅炉运行的稳定性和安全性，减少燃烧带来的环境污染，为电力锅炉系统的进一步优化打下基础。

       （六）控制飞灰含碳量

       在锅炉的运行过程中，飞灰含碳量指标可直接反应锅炉燃烧运行状态的好坏。其中，因煤质差含灰量大、制粉系统制出的煤粉粒度过大、风烟系统供风量不足导致缺氧燃烧、低负荷炉膛火焰充满度低炉膛温度低、炉膛负压过大等原因，都会造成飞灰含碳量增加，使锅炉燃烧的工作效率降低。为了提高锅炉燃烧效率，可采用实时在线监测飞灰含碳量的仪器，以便运行人员及时掌握锅炉燃烧情况，及时采取合理的优化调整手段，或在协调控制系统人为干预设定偏置值，通过调节制粉系统出力或煤粉细度、加大送风量或风压的供给，来优化锅炉燃烧效率。

（七）锅炉稳燃增效技术改造

通过不同负荷下的锅炉燃烧工况试验，根据锅炉燃烧特性，提出针对性的节能改造及灵活性改造方案，包括增设等离子点火器或微油油枪助燃方式、直吹式制粉系统改造动态煤粉分离器、低氮燃烧器改造、增加省煤器给水旁路以及再循环等相关技术改造应用及优化手段，最大限度的降低锅炉最低稳燃负荷，确保锅炉在机组配合电网调峰期间，低负荷甚至“零负荷”工况下锅炉安全稳定燃烧，且能量损失最少，同时保证全负荷段脱硝系统的正常投入，满足其环保指标要求。

四、结束语

        综上所述，在国家日益重视环境保护和“碳达峰碳中和”的大背景下，电力锅炉作为发电厂的三大主要设备之一，需要在国家相关能源政策引导下，结合各项新技术的应用推广，逐步完成对老旧设备的升级改造，不断提高亚临界及以下机组锅炉燃烧效率，以解决机组运行中存在的，配合电网调峰能力差、锅炉燃烧热效率低、低负荷稳燃安全隐患大、烟气排放环保参数不达标等问题。但是，优化电力锅炉燃烧效率并非一项简单的工作，涉及到相关技术研发应用、设备管理、人员操控技能提升等方方面面，同时还需克服理论构建与实际运作之间的差异。本文针对相关问题提出了一些策略，以期优化电力锅炉燃烧效率，但对于这一方面的研究应用，在日后还需通过实践应用情况进一步深化讨论，从而使火力发电厂在减少环境污染，节能降碳的同时，能够实现自身经济运行效率的最大化。

参考文献：

        [1]王进. 电站锅炉燃烧优化在线控制策略探讨[J]. 计算机产品与流通, 2020(8):111-111.

        [2] 黄强. 火力发电厂锅炉燃烧优化技术的研究探讨[J]. 中国战略新兴产业(理论版), 2019, (13):1-1.

        [3] 茹燕丹, 韩菲, 李鑫慧. 电厂锅炉燃烧运行优化策略分析[J]. 建筑工程技术与设计, 2017, (29):1653-1653.