國家能源集團宿遷發(fā)電有限公司 馬士松 高紅雨 韓 翔 國能智深控制技術(shù)有限公司 杜 偉 王沛沛

1 發(fā)電廠熱動系統(tǒng)運行優(yōu)化管理意義

1.1 有利于降低環(huán)境污染

當(dāng)前，我國經(jīng)濟發(fā)展迅速，但同時能源消耗也較大，尤其是對于發(fā)電廠來說，不僅能耗較大，而且在運行和生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的有毒有害物質(zhì)，這些物質(zhì)排放到生態(tài)環(huán)境中會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，破壞生態(tài)系統(tǒng)平衡的同時，也威脅到人類的生存。對于發(fā)電廠而言，熱動系統(tǒng)的能耗普遍較大，通過對熱動系統(tǒng)進行運行優(yōu)化管理，使其在確保穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上最大限度降低能耗[1]。

1.2 有利于減少成本投入

在社會生產(chǎn)過程中，行業(yè)發(fā)展普遍所使用的能源包括石油、煤炭以及天然氣等，這些都屬于不可再生能源，所以在實際生產(chǎn)當(dāng)中雖然帶來了良好的經(jīng)濟效益，但是也面臨著資源枯竭的嚴(yán)重威脅。在此背景下，不可再生能源的市場價格一直處于上漲趨勢，因此生產(chǎn)企業(yè)的成本投入不斷增加，這就導(dǎo)致自身生產(chǎn)經(jīng)營獲取的經(jīng)濟效益較低。在發(fā)電廠正常的運行和生產(chǎn)過程中，通過對熱動系統(tǒng)進行優(yōu)化和改良，一方面可以實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能降耗的理想效果，另一方面也能有效較少發(fā)電廠方面的成本投入，提升自身的經(jīng)濟效益，最終確保發(fā)電廠穩(wěn)定有效發(fā)展和經(jīng)營[2-3]。

1.3 有利于實現(xiàn)技術(shù)升級

為了達到良好的節(jié)能降耗效果，在實際對發(fā)電廠熱動系統(tǒng)進行優(yōu)化和改進過程中，需要運用到一系列的技術(shù)手段，對系統(tǒng)實施有效的改造和升級。通過運用相關(guān)的技術(shù)工藝，一方面可以達到降低能耗的作用效果，另一方面也能憑借先進技術(shù)提升熱動系統(tǒng)的運行效率。在實際的運行優(yōu)化過程中，需要利用相關(guān)的技術(shù)獲取全面的數(shù)據(jù)信息，結(jié)合熱動系統(tǒng)的實際狀態(tài)，進行有針對性的改造和優(yōu)化，如此一來不僅可以滿足熱動系統(tǒng)的運行發(fā)展需求，同時也實現(xiàn)了技術(shù)層面的升級和改進，為促進發(fā)電廠自身的健康有序發(fā)展奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

2 發(fā)電廠熱動系統(tǒng)運行優(yōu)化管理

2.1 燃煤鍋爐運行參數(shù)檢測

發(fā)電廠燃煤鍋爐作為典型的熱動系統(tǒng)，其節(jié)能效果的顯著與否對于電廠運行管理質(zhì)效影響較大。因此，在燃煤鍋爐系統(tǒng)運行過程中，相關(guān)的運行管理人員要定期檢查鍋爐系統(tǒng)的各項參數(shù)指標(biāo)，然后結(jié)合實際情況進行運行方式優(yōu)化或者系統(tǒng)運行優(yōu)化設(shè)計及改造[4]。通常而言，負責(zé)電廠燃煤鍋爐運行管理的人員大都需要進行專業(yè)化培訓(xùn)，在日常運行管理中，要格外注意鍋爐燃燒的各項節(jié)能性指標(biāo)。在對燃煤鍋爐進行運行狀況檢查中，需要工作人員結(jié)合先進的技術(shù)手段，然后對鍋爐運行時的熱損耗進行檢測和計算。鍋爐熱損失會影響到鍋爐效率，鍋爐熱損失主要包括排煙熱損失、氣體不完全燃燒熱損失、固體不完全燃燒熱損失、鍋爐散熱損失、灰渣物理熱損失及其他熱損失。熱損失計算如公式（1）所示：

其中排煙熱損失用q2表示、氣體不完全燃燒熱損失用q3表示、固體不完全燃燒熱損失用q4表示、鍋爐散熱損失用q5表示、灰渣物理熱損失用q6表示、其他熱損失用q7表示。

在鍋爐所有的熱損失中，排煙熱損失是鍋爐排煙溫度越高，燃料中愈多的熱量被煙氣帶走并散失在大氣中，進而造成鍋爐排煙熱損失。結(jié)合鍋爐熱工性能試驗規(guī)程及鍋爐設(shè)計計算，燃煤鍋爐的排煙熱損失計算如公式2所示：

在上述公式中，m 代表的是計算系數(shù)，ap代表的是空預(yù)器出口過量空氣系數(shù)；tp代表的是排煙溫度；t1代表的是空預(yù)器入口冷空氣溫度。

由上述公式（2）可知，電廠燃煤鍋爐熱損耗問題的影響因素大致包括以下三方面，即ap、tp、t1，所以實際的鍋爐運行參數(shù)檢測應(yīng)側(cè)重于以下幾個方面：第一，漏風(fēng)率。一般而言，電廠燃煤鍋爐使用的是負壓燃燒的方式，當(dāng)鍋爐觀察孔和煙道孔等位置的漏風(fēng)率增加時，鍋爐排煙量隨之增加，這將導(dǎo)致排煙熱損失增大，因而在鍋爐運行參數(shù)檢查中要重點進行漏風(fēng)率的檢測。第二，排煙溫度。排煙溫度是衡量燃煤鍋爐設(shè)計指標(biāo)及鍋爐性能的重要指標(biāo)。在實際運行過程中，運行管理人員的不規(guī)范操作會導(dǎo)致排煙溫度升高，影響鍋爐熱效率，進而造成較大的熱損耗。通常來說，電廠燃煤熱水鍋爐溫度處于150℃，而燃煤蒸汽鍋爐的溫度處于200℃，當(dāng)排煙溫度比較高的情況下，會直接導(dǎo)致鍋爐運行效率降低，詳細見表1所示。第三，空預(yù)器進口空氣溫度。當(dāng)空預(yù)器進口空氣溫度明顯高于設(shè)計數(shù)值時，會導(dǎo)致空氣預(yù)熱器傳熱溫差大幅度降低，從而影響傳熱效率，導(dǎo)致排煙溫度上升。

表1 不同條件下鍋爐排煙熱損失率

2.2 燃煤鍋爐優(yōu)化改造

本文重點針對燃煤鍋爐的排煙熱損失問題進行分析，并設(shè)計了一種節(jié)能改造方案。改造方案的關(guān)鍵技術(shù)包括：湍流循環(huán)燃燒爐芯板技術(shù)和燃煤鍋爐自動監(jiān)測控制技術(shù)。這項關(guān)鍵技術(shù)主要是通過控制過量空氣系數(shù)，降低排煙熱損失，同時增強爐膛內(nèi)煙氣擾動，從而使得風(fēng)煤充分混合，以確保煤粉充分燃燒，進而降低固體不完全燃燒熱損失[5-6]。

2.2.1 湍流循環(huán)燃燒爐芯板技術(shù)

通過在燃煤鍋爐爐膛的兩側(cè)設(shè)置帶有氣孔的專用爐芯板，在該爐芯板的作用下促使形成橫向煙氣氣流組織，增大爐膛內(nèi)的煙氣擾流，進而增強煙氣換熱效果。與此同時，在燃煤鍋爐的引風(fēng)機出口位置處設(shè)置一個煙氣管道，用以連接爐膛內(nèi)爐芯板的下端，形成煙氣循環(huán)系統(tǒng)。鍋爐尾部煙氣經(jīng)管道進入爐芯板下端，在爐膛負壓作用下進入燃燒室，在湍流擾動的影響下，二次循環(huán)的煙氣射流不斷卷吸火焰上方的可燃氣體，增強爐膛內(nèi)的燃燒反應(yīng)，促進可燃物在燃燒區(qū)域得到充分燃燒，放出更多的熱能，進而提升鍋爐燃燒效率。

2.2.2 鍋爐燃燒自動監(jiān)測控制技術(shù)

考慮到排煙熱損失在各項熱損失中占比較高，同時為確保煤粉在爐膛內(nèi)部的燃燒效率，本文設(shè)計了一種自動監(jiān)測控制系統(tǒng)，其可以對燃煤鍋爐內(nèi)部燃燒狀況進行監(jiān)測和控制，同時還可以結(jié)合風(fēng)煤比在線尋優(yōu)，確保燃煤鍋爐一直處于最佳的運行狀況，最大限度降低排煙熱損失問題。風(fēng)煤比在線尋優(yōu)策略是通過對送風(fēng)攝動信號的響應(yīng)來判別當(dāng)前數(shù)值是否合理，進而搜索最佳風(fēng)煤比。即在穩(wěn)定運行時，施以適當(dāng)?shù)乃惋L(fēng)攝動信號，若爐膛的煙溫升高，表明新的風(fēng)煤比要比原來的好；否則再施加反向的攝動信號；若兩個方向都沒有取得更好的指標(biāo)，則表明當(dāng)前的風(fēng)煤比是最佳的，該策略對負荷及煤種等條件的變化具有自適應(yīng)性，該種控制原理如圖1所示。

圖1 鍋爐控制系統(tǒng)原理

2.3 優(yōu)化改進結(jié)果分析

在開展實驗分析之前，選取參數(shù)已知的某660MW 機組鍋爐作為熱動系統(tǒng)原型。在明確熱動系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的基礎(chǔ)上，按上述要求對系統(tǒng)硬件和軟件進行優(yōu)化設(shè)計，并且構(gòu)建與之對應(yīng)的實驗環(huán)境。對比改造前后燃煤鍋爐熱動系統(tǒng)的節(jié)能情況，其中改造后系統(tǒng)節(jié)煤率達到1%、節(jié)電率達到0.5%，詳細情況如表2所示。

表2 燃煤鍋爐優(yōu)化前后的能耗對比

由表2可知，以660MW 超超臨界鍋爐為對象，發(fā)電廠燃煤鍋爐熱動系統(tǒng)在優(yōu)化改進后，年節(jié)煤量可達17893.1t，按900元/t 的價格計算，年燃煤成本可節(jié)省1610萬元；廠用電年節(jié)電量可達437671 kWh，按0.39元/kWh 的價格計算，年節(jié)省電費可達17.1萬元，本次改造年節(jié)省費用合計可達1627.1萬元。同時，改造后煙塵和二氧化硫的排放量降低超過15%，說明本次改造同時具有環(huán)保效益，可以起到良好的環(huán)境保護作用效果。

3 發(fā)電廠熱動系統(tǒng)運行優(yōu)化管理對策

3.1 樹立正確的運行生產(chǎn)理念

第一，轉(zhuǎn)變工作人員思想觀念，將節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展等理念灌輸給員工，讓運行人員在日常工作中以此為基準(zhǔn)開展作業(yè)；第二，在日常的培訓(xùn)與教育工作中，將節(jié)能減排等理念融入其中，例如通過規(guī)范對系統(tǒng)的操作以及運行管理，達到降低能耗的效果；第三，通過規(guī)范人員對于系統(tǒng)的操作，一方面可以降低系統(tǒng)的能源消耗，另一方面也可以減少安全事故的發(fā)生，確保工作人員自身的生命安全；第四，建立完善的人員薪資待遇體系，將日常工作情況與薪資待遇相掛鉤，調(diào)動工作人員工作的積極性和主動性，為發(fā)電廠創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益。

3.2 全面檢查熱動系統(tǒng)、嚴(yán)守規(guī)范流程

在熱工系統(tǒng)啟動之前，需要對鍋爐機組做到全面檢查，操作人員必須重視。針對不同關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行精細化控制，包括設(shè)備、人員和安全。針對各個系統(tǒng)也要做到精細化控制，主要包括給水、減溫水、疏放水等過程。在實施具體檢查運行時，如給料情況和溫度在引風(fēng)機啟動后的控制情況、為提升燃料利用效率而根據(jù)燃燒情況及溫度變化情況控制二次風(fēng)機的開啟，上述過程均需要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范及流程。

3.3 建立健全系統(tǒng)應(yīng)急管理機制

由于發(fā)電廠熱動系統(tǒng)運行管理過程中涉及多方面內(nèi)容，實際當(dāng)中要想達到節(jié)能優(yōu)化的實質(zhì)性效果，必須要建立健全完善的應(yīng)急管理機制，詳細體現(xiàn)如下：

第一，結(jié)合發(fā)電廠實際運行情況進行機制的制定，確保符合發(fā)電廠運行管理實際需求。

第二，針對于發(fā)電廠熱動鍋爐緊急停爐問題，要執(zhí)行停止進料、送風(fēng)機以及關(guān)閉進風(fēng)擋板等動作，此時如果熱動鍋爐在較短的時間內(nèi)恢復(fù)正常運行，此時需要保持爐膛和煙道溫度符合標(biāo)準(zhǔn)，同時降低通風(fēng)過程中造成的熱損失，在重新啟動裝置過程中要進行吹掃操作，并且在溫爐的基礎(chǔ)上實施啟動處理；而如果實際當(dāng)中面臨長時間的停爐情況，為了確保熱動鍋爐裝置實現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化效果，必須要嚴(yán)格按照規(guī)定的流程和要求對承壓部件進行防水處理，同時還需要保持汽水系統(tǒng)足夠干燥，一般可以向系統(tǒng)內(nèi)通入適量的氮氣，保持系統(tǒng)干燥的同時，也能起到維持設(shè)備安全運行的實質(zhì)性目的。

第三，對于發(fā)電廠熱動鍋爐運行過程中可能存在的其他風(fēng)險隱患，要結(jié)合大數(shù)據(jù)平臺及相關(guān)軟件進行識別、預(yù)測，然后制定行之有效的防范措施，確保后續(xù)出現(xiàn)問題可以及時消除隱患，提升熱動鍋爐系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。

綜上所述，本文設(shè)計一種基于節(jié)能降耗理念的發(fā)電廠熱動系統(tǒng)，從硬件和軟件兩個層面進行系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，通過仿真實驗分析，最終證明該系統(tǒng)可以發(fā)揮出理想的節(jié)能降耗效果。為了達到理想的運行優(yōu)化效果，本文針對于發(fā)電廠熱動系統(tǒng)運行中存在的問題，制定了幾點優(yōu)化管理對策，包括樹立正確的運行生產(chǎn)管理理念、全面檢查熱動系統(tǒng)且規(guī)范流程、建立健全系統(tǒng)應(yīng)急管理機制等，實現(xiàn)發(fā)電廠熱動系統(tǒng)優(yōu)化管理的同時，也為熱動系統(tǒng)節(jié)能降耗效果的充分發(fā)揮奠定堅實基礎(chǔ)。