范曉貝

摘 要：作為火力電站三大主機(jī)設(shè)備之一的電站鍋爐，其燃燒系統(tǒng)的良好運(yùn)行是發(fā)電廠正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。目前我國的電站鍋爐由于自身設(shè)備和操作管理等方面的原因，其性能方面與發(fā)達(dá)國家相比仍有著一定的差距。鍋爐燃燒系統(tǒng)的運(yùn)行取決于系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)計(jì)，因此，對電站鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化旨在分析與探討鍋爐燃燒的最佳參數(shù)，從而提高鍋爐的運(yùn)行水平?；诖?，本文首先簡要分析了電站鍋爐燃燒系統(tǒng)的概述和電站鍋爐燃燒優(yōu)化的意義，隨后從控制煙氣含氧量、控制爐膛壓力、控制蒸汽壓力三個方面講述了電站鍋爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的策略分析，以此來供相關(guān)人士交流參考。

關(guān)鍵詞：電站鍋爐;燃燒系統(tǒng);優(yōu)化及應(yīng)用;研究

中圖分類號：TM621.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）08-0145-02

0 引言

作為我國當(dāng)前階段電力生產(chǎn)主要形式之一的鍋爐燃燒發(fā)電而言，燃燒效率是十分關(guān)鍵的一點(diǎn)。煤炭是電站鍋爐燃燒的主要原料，在燃燒系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，蒸汽壓力、飽和水位等各方面都會對燃燒效率產(chǎn)生一定的影響。因?yàn)樵阱仩t的運(yùn)行過程中會出現(xiàn)很多不確定因素，導(dǎo)致鍋爐參數(shù)的大幅度變化，從而影響運(yùn)行效率。比如，運(yùn)行過程中當(dāng)鍋爐內(nèi)的蒸汽流量發(fā)生改變時，蒸汽壓力和水位都會隨之發(fā)生改變，從而影響鍋爐燃燒的正常運(yùn)行。所以，在實(shí)際的運(yùn)行過程中，需要對電站鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時的觀察。另外，因?yàn)槊禾康娜紵龝斐梢欢ǖ沫h(huán)境污染問題，因此在之后的鍋爐優(yōu)化研究中需要進(jìn)一步降低煤炭燃燒后一氧化碳的排放量。對煤炭燃燒的方法加以優(yōu)化，在保持設(shè)備不變的基礎(chǔ)上降低氮氧化合物的排放量，使電站鍋爐燃燒的生產(chǎn)能夠符合國家的清潔標(biāo)準(zhǔn)。

1 電站鍋爐燃燒系統(tǒng)的概述

電站鍋爐系統(tǒng)總體可以分為燃燒控制、給水控制和過熱蒸汽溫度控制三個方面。燃燒控制是這三個方面中較為困難的一部分，這不僅是因?yàn)槿紵刂葡到y(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，還因?yàn)槿紵刂七^程中的參數(shù)較其他兩個而言更為明顯。燃燒系統(tǒng)的運(yùn)行過程從燃料煤的運(yùn)輸開始，通過磨煤機(jī)的加工使得燃煤能夠滿足后續(xù)系統(tǒng)運(yùn)行的需要。之后，通過送風(fēng)機(jī)向鍋爐系統(tǒng)中輸入冷空氣[1]。冷空氣在流入過程中需要先經(jīng)過預(yù)熱器，經(jīng)處理后的熱空氣先是分為兩股，其中一股進(jìn)入磨煤機(jī)中對煤粉進(jìn)行加熱并通過煤粉管道將其運(yùn)輸?shù)藉仩t燃燒器中。另外一股則在爐膛內(nèi)與煤粉進(jìn)行融合。在這個過程中，需要注意空氣的含量，若燃燒過程中有多余的空氣則會導(dǎo)致熱量的大量損失。燃料燃燒產(chǎn)生的熱可以用來進(jìn)行循環(huán)水的供給，但同時有一部分也會儲存到膛煙道中。在這種情況下，可以通過吸熱裝置對流入的煙氣進(jìn)行交換，在保證熱量能夠被有效利用的同時進(jìn)一步的減少煙氣對環(huán)境的污染。此外，目前國內(nèi)的燃燒系統(tǒng)引用的各種裝置也可以有效地處理殘余灰渣，避免了由于燃燒廢棄物過多而引起的環(huán)境污染問題[2]。電站鍋爐燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化和應(yīng)用是鍋爐燃燒系統(tǒng)運(yùn)行過程中所面臨的永不過時的課題，對鍋爐燃燒效率的提高和整個行業(yè)的長久發(fā)展來說都是十分關(guān)鍵的一點(diǎn)。因此，提高電站鍋爐的燃燒效率、提高煤炭資源的利用率、減少煤炭燃燒過程中產(chǎn)生的污染物是實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展所面臨的重要問題。

2 電站鍋爐燃燒優(yōu)化的意義分析

2.1 有利于穩(wěn)定可靠的運(yùn)行

電站鍋爐是現(xiàn)階段我國發(fā)電企業(yè)的重要設(shè)備之一，具有較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，因此在運(yùn)行過程中會出現(xiàn)難以有效控制燃燒狀況的情況。電站鍋爐燃燒是一個極其復(fù)雜的過程，因此各方面的因素都會影響鍋爐燃燒的安全性和穩(wěn)定性，比如一次風(fēng)量、二次風(fēng)量、二次風(fēng)分配、粉量分配等。燃燒系統(tǒng)作為較為典型的代表，其性能是整個電站能否順利運(yùn)行的關(guān)鍵。而因?yàn)槿紵到y(tǒng)自身的特性，對各方面的參數(shù)的準(zhǔn)確性要求較高，但是在實(shí)際的運(yùn)行過程中尚存在一些不可控制的因素，會導(dǎo)致參數(shù)的大幅度動蕩，從而影響系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。因此，如何保證燃燒系統(tǒng)安全運(yùn)行，并且具有更高的經(jīng)濟(jì)性是目前電力行業(yè)較為關(guān)注的問題。近年來，電煤價(jià)格持續(xù)升高，人民對能源的需求量也逐漸增加，因此對電站鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，保障系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行是十分必要的。

2.2 有利于降低對周圍環(huán)境的污染

對于電站鍋爐燃燒系統(tǒng)而言，燃煤質(zhì)量是影響系統(tǒng)運(yùn)行的重要因素之一。煤質(zhì)較高，則鍋爐燃燒過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染物則較少，而且會降低鍋爐的能耗、提高運(yùn)行效率。因此，對電站鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，不僅可以提高鍋爐的燃燒效率，還可以減少燃燒產(chǎn)生的空氣污染物，降低過量的空氣系數(shù)、在降低鍋爐熱損失的同時能夠降低對周邊環(huán)境的污染。目前的電站鍋爐燃燒系統(tǒng)在煤的燃燒過程中不能很好的利用熱能，從而導(dǎo)致部分熱能流失，而燃燒過程中因?yàn)橛惺Ｓ嗫諝獾拇嬖谑沟门欧诺臒煔庵泻写罅康奈廴疚?，對周圍環(huán)境造成了污染。

2.3 有利于提升經(jīng)濟(jì)效益

在不改變鍋爐燃燒系統(tǒng)各項(xiàng)設(shè)備的參數(shù)的情況下進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化，使鍋爐燃燒處于最佳參數(shù)值，進(jìn)而提高鍋爐的燃燒效率并改善由于煤炭燃燒而導(dǎo)致的環(huán)境污染問題。傳統(tǒng)的電站鍋爐燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化是在現(xiàn)場對燃燒進(jìn)行調(diào)整，采用正交實(shí)驗(yàn)或其他方式對燃燒狀況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。由于用于實(shí)驗(yàn)的燃燒現(xiàn)場環(huán)境狀況有限，不能很好的體現(xiàn)鍋爐燃燒過程中多面的因素，以及鍋爐各種設(shè)備的運(yùn)行狀況等，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與具體的數(shù)值可能有較大的偏差?，F(xiàn)代鍋爐燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整建立在鍋爐實(shí)際運(yùn)行的基礎(chǔ)上，通過非線性尋優(yōu)技術(shù)，找出不同工況和不同煤種下最佳的燃燒參數(shù)，在線完成鍋爐系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的提升。

3 電站鍋爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的策略分析

3.1 控制煙氣含氧量

含氧量是現(xiàn)階段用來評價(jià)電站鍋爐燃燒系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性高低的指標(biāo)之一，因此對電站鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化、提高運(yùn)行效率首先就需要控制好煙氣的含氧量。以前的電站鍋爐炭燒系統(tǒng)對與含氧量的監(jiān)測工作具有一定的滯后性，為了解決含氧量獲取工作中的滯后問題，在進(jìn)行煙氣含氧量的控制工作時，應(yīng)當(dāng)從多方面入手，采取雙閉環(huán)的控制措施。在雙閉環(huán)控制措施中，內(nèi)環(huán)控制以調(diào)節(jié)送風(fēng)量為主，外環(huán)控制則主要用來調(diào)節(jié)含氧量。同時，為了更好的控制含氧量保持一定的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，可以將內(nèi)外環(huán)路的裝置與常規(guī)PID控制方式和模糊PID控制器結(jié)合在一起。

3.2 控制爐膛壓力

為了保障電站鍋爐燃燒系統(tǒng)能夠安全運(yùn)行，需要有效的控制爐膛壓力?，F(xiàn)階段國內(nèi)的電站主要是通過輸入送風(fēng)量減少爐膛內(nèi)擾動情況的發(fā)生，但是這種方式存在著一定的缺陷，既難以實(shí)現(xiàn)較高的經(jīng)濟(jì)效益，也不符合現(xiàn)代生產(chǎn)對環(huán)保效益的要求。因此需要利用PID控制方式對引風(fēng)量進(jìn)行已經(jīng)一定的計(jì)算得出相應(yīng)的控制量。對以往的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行研究總結(jié)得出，在爐膛壓力的控制方面，單純使用PID控制方法會使系統(tǒng)超調(diào)量超出許多，且需要較長的時間才能夠穩(wěn)定運(yùn)行。而要是將PID控制系統(tǒng)與模糊控制系統(tǒng)聯(lián)合使用，則不僅能夠改善系統(tǒng)超調(diào)量，還能縮短系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行所需要的時間[3]。

3.3 控制蒸汽壓力

要確保系統(tǒng)運(yùn)行能夠符合現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時需要將蒸汽壓力控制在一定的范圍內(nèi)。在以往的應(yīng)用中，一般引入燃煤流量與蒸汽流量，將其與蒸汽壓力結(jié)合成控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對蒸汽壓力的控制[4]。但是這種控制方式在控制效果上難以達(dá)到較高的水平，會出現(xiàn)壓力參數(shù)值變化較大且控制過程消耗時間過長的情況。因此，通過對以往的控制方法進(jìn)行分析研究可以得出，若想提高達(dá)到控制目標(biāo)的速度可以利用PID進(jìn)行控制，但是這種控制方式可能會出現(xiàn)極大的超調(diào)量，在系統(tǒng)的整個運(yùn)行過程中也會出現(xiàn)數(shù)值的震蕩現(xiàn)象。若想減小超調(diào)量，則可以選用模糊控制方式，但是這種方式下，達(dá)到控制目標(biāo)和穩(wěn)定運(yùn)行所需的時間較長。除此之外，模糊預(yù)測控制方式下能很好的解決震蕩和超調(diào)量的問題[5]。

4 結(jié)語

對電站燃燒系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化應(yīng)用是保證電站實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)日標(biāo)的基礎(chǔ)。因此，需要相關(guān)人員正視現(xiàn)階段燃燒系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在的問題，并對其參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以達(dá)到降低能量消耗、提高資源利用率、減少污染物產(chǎn)生的目的。在實(shí)際的系統(tǒng)優(yōu)化過程中，應(yīng)當(dāng)正視并且重視燃燒系統(tǒng)的運(yùn)行原理和構(gòu)成，對不同方面進(jìn)行有針對性的優(yōu)化。另外，對于燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化而言，模糊PID控制與模糊預(yù)測控制發(fā)揮著不容忽視的作用，也更加滿足電力行業(yè)的發(fā)展要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙瑞杰.電廠鍋爐低氮燃燒改造及運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整探析[J].百科論壇電子雜志，2019（3）：355.

[2] 李明雷，張文亮.電廠鍋爐制粉系統(tǒng)運(yùn)行問題及優(yōu)化調(diào)整措施探討[J].百科論壇電子雜志，2019（4）：401.

[3] 韓森森.火電廠鍋爐低氮燃燒改造及運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整[J].名城繪，2019（8）：250.

[4] 王秋粉，王毅巖.火電廠鍋爐低氮燃燒改造及運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019，284（6）：210.

[5] 薛彤，朱磊.電站鍋爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行與應(yīng)用研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2020（5）：141-142.