鄭磊 楊馥寧(中原油田普光分公司天然氣凈化廠，四川 達(dá)州 636156)

0 引言

鍋爐是提供熱能動(dòng)力的重要設(shè)備，被廣大化工生產(chǎn)企業(yè)使用。但在實(shí)際生產(chǎn)中，特別是裝置內(nèi)自產(chǎn)蒸汽可以滿足正常需求的情況下，動(dòng)力站鍋爐負(fù)荷會(huì)持續(xù)下降?？紤]到裝置批處理、汽驅(qū)機(jī)組啟停等因素，為保證蒸汽管網(wǎng)壓力，經(jīng)常需要至少一臺(tái)鍋爐保持低負(fù)荷運(yùn)行。

某動(dòng)力站共有三臺(tái)75t/h中壓蒸汽鍋爐，其中A爐為燃油燃?xì)庹羝仩t，B/C為燃?xì)忮仩t。三臺(tái)鍋爐向聯(lián)合裝置提供3.82MPa、410℃中壓蒸汽。

1 現(xiàn)狀

201 3 年動(dòng)力站鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行工況下，鍋爐單位蒸汽平均耗氣量116.7方燃料氣/噸蒸汽，始終高于廠達(dá)標(biāo)值110方燃料氣/噸蒸汽。2013年6至12月份，動(dòng)力站鍋爐單位蒸汽耗氣量統(tǒng)計(jì)如下圖1所示。

圖1 2013年6-12月動(dòng)力站鍋爐單位蒸汽耗氣量

2 原因分析

鍋爐燃燒放熱反應(yīng)式如下:

根據(jù)反應(yīng)式(1)，甲烷與氧氣按照1∶2反應(yīng)，放出的熱量最多，被尾氣帶走的熱量最少，鍋爐熱效率達(dá)到最高?？紤]到其他方面的影響，總結(jié)了以下5個(gè)影響蒸汽單耗的末端因素。

2.1 原料因素

動(dòng)力站鍋爐用燃料氣為自產(chǎn)凈化氣，氣質(zhì)指標(biāo)優(yōu)于國(guó)家二類氣指標(biāo)，完全滿足商品氣質(zhì)量要求，氣質(zhì)穩(wěn)定。鍋爐水通過(guò)除氧器加熱后進(jìn)入鍋爐，爐水溫度穩(wěn)定。因此認(rèn)定為非要因。

2.2 煙氣排煙溫度

煙氣排煙溫度低表明鍋爐排煙損失小，但一般排煙溫度不得低于水的露點(diǎn)溫度，以免腐蝕爐體及煙囪。排煙溫度與鍋爐自身的技術(shù)水平和使用過(guò)程中的負(fù)荷率密切相關(guān)[1]，動(dòng)力站鍋爐負(fù)荷受全廠蒸汽管網(wǎng)自產(chǎn)蒸汽量制約，屬于被動(dòng)調(diào)整。排煙溫度受鍋爐負(fù)荷影響，因此認(rèn)定為非要因。

2.3 爐體外表面散熱損失

爐體熱損失與保溫工藝措施和環(huán)境溫度相關(guān)，爐體表面溫度越接近環(huán)境溫度證明爐體散熱損失越小，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，鍋爐保溫設(shè)施良好，環(huán)境溫度屬于不可控因素，因此認(rèn)定為非要因。

2.4 鍋爐負(fù)荷低

理論上，鍋爐負(fù)荷越接近設(shè)計(jì)值，單位蒸汽耗氣量越低，而實(shí)際生產(chǎn)中，動(dòng)力站鍋爐長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行，因此負(fù)荷低是鍋爐單位蒸汽耗氣高的原因之一。但是在保證全廠正常生產(chǎn)的前提下，鍋爐負(fù)荷都是被動(dòng)調(diào)整，因此認(rèn)定為非要因。

2.5 燃料氣配風(fēng)

受裝置非正常開停工、批處理(上游來(lái)氣量波動(dòng))、汽驅(qū)啟停等工況影響，動(dòng)力站鍋爐負(fù)荷波動(dòng)頻繁，需要及時(shí)準(zhǔn)確的對(duì)風(fēng)量、燃料氣量、鍋爐產(chǎn)氣量及爐膛壓力等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。風(fēng)量調(diào)整通過(guò)操作人員手動(dòng)控制，由于煙氣中沒(méi)有CO分析儀，操作人員只能憑借經(jīng)驗(yàn)控制風(fēng)量，為保證甲烷完全燃燒，風(fēng)量都有一定裕度。因此，及時(shí)準(zhǔn)確的控制燃料氣風(fēng)量是影響單位蒸汽能耗的要因。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際統(tǒng)計(jì)，在燃料氣流量一定的情況下，煙氣中含氧量越高，鍋爐的單位蒸汽能耗越高。單位蒸汽能耗與煙氣含氧量的關(guān)系表如表1。

表1 單位蒸汽耗氣與煙氣氧含量變化關(guān)系表

3 改進(jìn)措施及效果

3.1 在線監(jiān)測(cè)煙氣中O2和CO含量

①預(yù)制CO傳感器配套法蘭，并安裝在煙氣合適位置；

②制作固定支架，檢驗(yàn)合格后將CO傳感器、控制箱和氧量傳感器、控制箱裝入支架內(nèi)；

③完成CO傳感器電纜鋪設(shè)調(diào)試；

④采集信號(hào)接入到燃燒管理及效率自動(dòng)控制系統(tǒng)。

3.2 新增一套燃燒管理及效率自動(dòng)控制系統(tǒng)(BMS-ET/HA系統(tǒng))

增加一套BMS-ET/HA控制系統(tǒng)，根據(jù)在DCS系統(tǒng)上設(shè)定的鍋爐負(fù)荷(燃?xì)饬髁啃盘?hào))、煙氣含氧量及CO含量、爐膛負(fù)壓在線監(jiān)測(cè)結(jié)果實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)量的自動(dòng)調(diào)整功能[2]，完成鍋爐的爐膛負(fù)壓控制及含氧量控制。

(1)主蒸汽調(diào)節(jié)控制

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鍋爐中壓蒸汽主汽壓力，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)燃料氣流量，對(duì)燃料氣調(diào)節(jié)閥進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，確保燃料氣供氣量隨著主蒸汽壓力波動(dòng)而調(diào)整，使燃料氣的供氣量實(shí)時(shí)與中壓蒸汽壓力相適應(yīng)，控制方式如圖2。

圖2 蒸汽調(diào)節(jié)控制圖

(2)煙氣氧含量控制

利用現(xiàn)場(chǎng)有的氧含量檢測(cè)設(shè)備并在煙箱合適的位置安裝CO在線監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煙氣氧含量和CO變化情況，對(duì)鼓風(fēng)機(jī)頻率進(jìn)行自動(dòng)修正，調(diào)節(jié)送風(fēng)量，確保進(jìn)入爐膛的所有可燃物完全燃燒的同時(shí)，又最大限度地降低過(guò)?？諝饬浚瑴p少排煙損失熱量[3]，控制方式如圖3。

圖3 煙氣氧含量控制圖

(3)爐膛負(fù)壓控制

利用現(xiàn)場(chǎng)爐膛負(fù)壓傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)爐膛負(fù)壓情況，自動(dòng)修正引風(fēng)機(jī)變頻器輸出值，調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)引風(fēng)量，將爐膛負(fù)壓恒定在設(shè)定值的范圍內(nèi)，控制方式同煙氣氧含量控制。

(4)整體預(yù)測(cè)控制

在鍋爐燃燒控制過(guò)程中，通過(guò)燃料氣量控制、送風(fēng)氣量控制和引風(fēng)氣量控制三個(gè)子系統(tǒng)分別對(duì)三個(gè)調(diào)節(jié)變量(燃料量B、送風(fēng)量V、引風(fēng)量G)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以維持三個(gè)被調(diào)量(主蒸汽壓力、煙氣O2含量及CO含量、爐膛壓力)的穩(wěn)定[4]。在鍋爐控制系統(tǒng)中，采用了一種多輸入量及多輸出量的整體預(yù)測(cè)控制，把燃料流量、煙氣O2含量及CO含量、爐膛負(fù)壓作為被控變量，把燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥開度、送、引風(fēng)機(jī)頻率作為控制變量，考慮被控變量的歷史變化趨勢(shì)，采用向后預(yù)測(cè)、多步局部?jī)?yōu)化的方式，使三個(gè)被控變量逐步趨近于目標(biāo)值，控制方式如圖4。

(5)BMS-ET/HA系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)鏈接

圖4 整體預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)圖

燃燒管理及效率自動(dòng)控制系統(tǒng)(BMS-ET/HA系統(tǒng))與DCS系統(tǒng)輸入對(duì)接:把現(xiàn)場(chǎng)的爐膛溫度、爐膛壓力、天然氣壓力等參數(shù)通過(guò)1入2出的安全柵，一路進(jìn)入DCS系統(tǒng)、一路進(jìn)入BMS-ET/HA系統(tǒng)，兩個(gè)系統(tǒng)同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，互不干擾，如圖5。

圖5 BMS-ET/HA系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)鏈接示意圖

3.3 改進(jìn)效果

動(dòng)力站自2014年8月開始落實(shí)改造措施，取得了顯著的效果，目前動(dòng)力站75t/h鍋爐單位蒸汽耗氣量已降低至110方/噸蒸汽以下，如圖6所示。

圖6 2014年1～11月動(dòng)力站鍋爐單位蒸汽耗氣量

4 結(jié)語(yǔ)

①對(duì)鍋爐低負(fù)荷工況下單位蒸汽能耗高的原因進(jìn)行逐一分析，其中及時(shí)準(zhǔn)確的控制燃料氣風(fēng)量是影響單位蒸汽能耗的主要因素。

②通過(guò)煙氣O2和CO含量在線監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，利用燃燒管理及效率自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)頻率進(jìn)行自動(dòng)修正，確保進(jìn)入爐膛的所有可燃物完全燃燒的同時(shí)又最大限度地降低過(guò)剩空氣量，減少排煙損失，無(wú)論外界條件如何變化，燃燒器始終都處在最佳工作狀態(tài)，使燃燒效率和系統(tǒng)熱效率達(dá)到可能的最大值，降低單位蒸汽耗氣量。

③動(dòng)力站鍋爐采用自動(dòng)配風(fēng)系統(tǒng)后，消除了人工調(diào)節(jié)存在的誤差和滯后性影響，即減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高鍋爐效率，減少溫室氣體CO2排放量，對(duì)環(huán)境保護(hù)有著重要意義。

[1]王春昌.鍋爐漏風(fēng)對(duì)排煙溫度及排煙損失的影響[J].熱力發(fā)電,2007，8:19－21.

[2]邱代林.鍋爐低負(fù)荷最佳運(yùn)行參數(shù)的若干分析與研究[J].科技與創(chuàng)新，2014，1:16-17.

[3]陳志剛，毛富杰，張旭，王方.工業(yè)鍋爐低負(fù)荷工況節(jié)能分析與對(duì)策[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2011，9:22-25.

[4]鄒斌.變頻器在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用與節(jié)能效果分析[J].新疆有色金屬，2004，4:34-35.