電站鍋爐燃燒系統(tǒng)的運行優(yōu)化及應用研究

范曉貝

摘 要：作為火力電站三大主機設備之一的電站鍋爐，其燃燒系統(tǒng)的良好運行是發(fā)電廠正常運轉(zhuǎn)的基礎。目前我國的電站鍋爐由于自身設備和操作管理等方面的原因，其性能方面與發(fā)達國家相比仍有著一定的差距。鍋爐燃燒系統(tǒng)的運行取決于系統(tǒng)各項參數(shù)的設計，因此，對電站鍋爐燃燒系統(tǒng)進行優(yōu)化旨在分析與探討鍋爐燃燒的最佳參數(shù)，從而提高鍋爐的運行水平?；诖耍疚氖紫群喴治隽穗娬惧仩t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)化運行的策略分析，以此來供相關人士交流參考。

關鍵詞：電站鍋爐;燃燒系統(tǒng);優(yōu)化及應用;研究

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

0 引言

作為我國當前階段電力生產(chǎn)主要形式之一的鍋爐燃燒發(fā)電而言，燃燒效率是十分關鍵的一點。煤炭是電站鍋爐燃燒的主要原料，在燃燒系統(tǒng)運行的過程中，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。因為在鍋爐的運行過程中會出現(xiàn)很多不確定因素，導致鍋爐參數(shù)的大幅度變化，從而影響運行效率。比如，運行過程中當鍋爐內(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行。所以，在實際的運行過程中，需要對電站鍋爐燃燒系統(tǒng)進行實時的觀察。另外，因為煤炭的燃燒會造成一定的環(huán)境污染問題，因此在之后的鍋爐優(yōu)化研究中需要進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，在保持設備不變的基礎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準。

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，這不僅是因為燃燒控制系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)較為復雜，還因為燃燒控制過程中的參數(shù)較其他兩個而言更為明顯。燃燒系統(tǒng)的運行過程從燃料煤的運輸開始，通過磨煤機的加工使得燃煤能夠滿足后續(xù)系統(tǒng)運行的需要。之后，通過送風機向鍋爐系統(tǒng)中輸入冷空氣[1]。冷空氣在流入過程中需要先經(jīng)過預熱器，經(jīng)處理后的熱空氣先是分為兩股，其中一股進入磨煤機中對煤粉進行加熱并通過煤粉管道將其運輸?shù)藉仩t燃燒器中。另外一股則在爐膛內(nèi)與煤粉進行融合。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致熱量的大量損失。燃料燃燒產(chǎn)生的熱可以用來進行循環(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行交換，在保證熱量能夠被有效利用的同時進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)化和應用是鍋爐燃燒系統(tǒng)運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)展來說都是十分關鍵的一點。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)定可靠的運行

電站鍋爐是現(xiàn)階段我國發(fā)電企業(yè)的重要設備之一，具有較為復雜的結(jié)構(gòu)，因此在運行過程中會出現(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，比如一次風量、二次風量、二次風分配、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行的關鍵。而因為燃燒系統(tǒng)自身的特性，對各方面的參數(shù)的準確性要求較高，但是在實際的運行過程中尚存在一些不可控制的因素，會導致參數(shù)的大幅度動蕩，從而影響系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。因此，如何保證燃燒系統(tǒng)安全運行，并且具有更高的經(jīng)濟性是目前電力行業(yè)較為關注的問題。近年來，電煤價格持續(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)進行優(yōu)化，保障系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定的運行是十分必要的。

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、提高運行效率。因此，對電站鍋爐燃燒系統(tǒng)進行優(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，從而導致部分熱能流失，而燃燒過程中因為有剩余空氣的存在使得排放的煙氣中含有大量的污染物，對周圍環(huán)境造成了污染。

2.3 有利于提升經(jīng)濟效益

在不改變鍋爐燃燒系統(tǒng)各項設備的參數(shù)的情況下進行系統(tǒng)的優(yōu)化，使鍋爐燃燒處于最佳參數(shù)值，進而提高鍋爐的燃燒效率并改善由于煤炭燃燒而導致的環(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)場對燃燒進行調(diào)整，采用正交實驗或其他方式對燃燒狀況進行優(yōu)化調(diào)整。由于用于實驗的燃燒現(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，以及鍋爐各種設備的運行狀況等，得到的實驗結(jié)果與具體的數(shù)值可能有較大的偏差。現(xiàn)代鍋爐燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整建立在鍋爐實際運行的基礎上，通過非線性尋優(yōu)技術，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，實現(xiàn)鍋爐燃燒系統(tǒng)經(jīng)濟效益的提升。

3 電站鍋爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)化運行的策略分析

3.1 控制煙氣含氧量

含氧量是現(xiàn)階段用來評價電站鍋爐燃燒系統(tǒng)經(jīng)濟性高低的指標之一，因此對電站鍋爐燃燒系統(tǒng)進行優(yōu)化、提高運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，在進行煙氣含氧量的控制工作時，應當從多方面入手，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準范圍內(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，既難以實現(xiàn)較高的經(jīng)濟效益，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控制方式對引風量進行已經(jīng)一定的計算得出相應的控制量。對以往的實際應用進行研究總結(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)定運行所需要的時間[3]。

3.3 控制蒸汽壓力

要確保系統(tǒng)運行能夠符合現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，在進行設計時需要將蒸汽壓力控制在一定的范圍內(nèi)。在以往的應用中，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行分析研究可以得出，若想提高達到控制目標的速度可以利用PID進行控制，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，達到控制目標和穩(wěn)定運行所需的時間較長。除此之外，模糊預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)進行優(yōu)化應用是保證電站實現(xiàn)生產(chǎn)日標的基礎。因此，需要相關人員正視現(xiàn)階段燃燒系統(tǒng)運行過程中存在的問題，并對其參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整，以達到降低能量消耗、提高資源利用率、減少污染物產(chǎn)生的目的。在實際的系統(tǒng)優(yōu)化過程中，應當正視并且重視燃燒系統(tǒng)的運行原理和構(gòu)成，對不同方面進行有針對性的優(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

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