鍋爐燃燒優(yōu)化指導(dǎo)系統(tǒng)在火電廠的應(yīng)用

內(nèi)蒙古霍煤鴻駿鋁電有限責(zé)任公司電力分公司 潘志剛 張 鐸 張玉江 張 勇 劉俊仁 張鵬林

可持續(xù)發(fā)展是我國長期執(zhí)行的戰(zhàn)略，其中對(duì)于環(huán)境保護(hù)方面的要求較高，因此在當(dāng)前的運(yùn)行過程中，火電廠需要不斷優(yōu)化自身的運(yùn)行方式，豐富當(dāng)前的燃燒優(yōu)化手段，保證燃燒能夠充分，減少排放造成的污染[1]。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，圍繞著鍋爐燃燒的提質(zhì)增效和減少環(huán)境污染的總體目標(biāo)，鍋爐燃燒優(yōu)化指導(dǎo)系統(tǒng)的內(nèi)容逐步豐富，通過一系列的優(yōu)化手段，能夠有效提升當(dāng)前的燃燒效率、降低火電廠的污染物排放量，促進(jìn)火電廠水平的提升；此外，該類系統(tǒng)可擴(kuò)展性強(qiáng)，可以根據(jù)最前沿的研究內(nèi)容不斷優(yōu)化迭代，因此鍋爐燃燒優(yōu)化指導(dǎo)系統(tǒng)在火電廠之中得到了大量的應(yīng)用[2]。

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，火力發(fā)電廠作為我國重要的電能生產(chǎn)設(shè)施，在我國的發(fā)展之中有著重要的地位，因此優(yōu)化當(dāng)前的火電廠系統(tǒng)成為了實(shí)現(xiàn)我國能源發(fā)展的關(guān)鍵所在?；痣姀S鍋爐燃燒不充分會(huì)造成煤炭能源的大量浪費(fèi)，并使得NOx等污染物排放增加，嚴(yán)重影響環(huán)境，因此必須加強(qiáng)燃燒優(yōu)化指導(dǎo)系統(tǒng)的應(yīng)用，以保證當(dāng)前的鍋爐能夠充分燃燒，實(shí)現(xiàn)能源的有效利用，推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

本文主要以某實(shí)際火電廠為例對(duì)鍋爐燃燒優(yōu)化指導(dǎo)系統(tǒng)在火電廠的應(yīng)用進(jìn)行分析，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)的從業(yè)人員提供一定的參考。

1 火電廠鍋爐燃燒優(yōu)化指導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)施的概述

本次的案例主要是北方某公司生產(chǎn)的330MW亞臨界單爐膛自然循環(huán)平衡通風(fēng)氣包爐，燃燒的方式主要為前后墻的對(duì)沖燃燒，設(shè)備主要采用的是分散控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的好處是能夠執(zhí)行相對(duì)復(fù)雜的功能，從而在鍋爐燃燒的工程中可以優(yōu)先進(jìn)行調(diào)整，在系統(tǒng)優(yōu)化實(shí)施之后，可以優(yōu)先對(duì)當(dāng)前的機(jī)組性能進(jìn)行提升，同時(shí)增強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)性、減少了成本方面的投入，并且在執(zhí)行的過程中，有較為完善的步驟保證了系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮其本身的效果，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前對(duì)于燃燒方面的保證[3]。

但是在實(shí)際的改造之中，需要注重一些問題，做好這部分的調(diào)整，才可以保證系統(tǒng)有效地實(shí)施。最后就是運(yùn)行流程的問題，在改造的過程中，流程是非常關(guān)鍵的內(nèi)容，只有嚴(yán)密的計(jì)劃才可以保證最終的實(shí)施結(jié)果符合預(yù)期，因此在本次的改造過程中，將整個(gè)流程細(xì)化為以下八個(gè)環(huán)節(jié)：

項(xiàng)目啟動(dòng)工作。火電廠本身關(guān)系重大，因此在項(xiàng)目的啟動(dòng)過程中，需要進(jìn)行多方面的協(xié)調(diào)，才可以保證項(xiàng)目的運(yùn)行；實(shí)施調(diào)研。充分了解當(dāng)前的情況，進(jìn)行調(diào)研工作，保證后續(xù)的實(shí)施順利進(jìn)行；進(jìn)行功能的設(shè)備方案設(shè)計(jì)。在其中主要包括組態(tài)方案、通訊方案以及控制方案；進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置。了解當(dāng)前的參數(shù)，并且符合參數(shù)的情況下執(zhí)行當(dāng)前的工作。

進(jìn)行建模的工作。了解了建模之后，才可以有效地開展相關(guān)的工作，保證當(dāng)前工作能夠穩(wěn)定地運(yùn)行；進(jìn)行開閉環(huán)的測(cè)試。防止存在問題，影響火電廠的發(fā)展；專家的驗(yàn)收工作。保證當(dāng)前的運(yùn)行能夠穩(wěn)定的進(jìn)行；狀態(tài)的維護(hù)。保證改良之后的狀態(tài)能夠穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)火電廠的有效運(yùn)行。

1.1 優(yōu)化系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施第一階段

在系統(tǒng)改造的過程中，首先需要做的就是對(duì)當(dāng)前的情況進(jìn)行充分的調(diào)查，只有掌握好當(dāng)前的情況之后，才可以有效對(duì)燃燒的項(xiàng)目進(jìn)行研究，從而保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。燃燒優(yōu)化項(xiàng)目考察主要包括對(duì)鍋爐DCS 控制系統(tǒng)、鍋爐儀表和檢測(cè)設(shè)備的考察，以及鍋爐日常運(yùn)行中運(yùn)行和熱控人員的實(shí)際情況[4]。鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng)是基于鍋爐DCS 控制系統(tǒng)的控制，屬于先進(jìn)工藝范疇。因此，鍋爐DCS 控制邏輯本身的運(yùn)行規(guī)律也是研究內(nèi)容之一。

燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)通過不斷檢測(cè)從DCS 采集的實(shí)際參數(shù)來控制鍋爐燃燒系統(tǒng)的一些重要參數(shù)。因此輸入到優(yōu)化系統(tǒng)中的參數(shù)應(yīng)該是穩(wěn)定的，并能反映一定時(shí)期內(nèi)的趨勢(shì)。有必要調(diào)查優(yōu)化系統(tǒng)中涉及的鍋爐儀表和檢測(cè)設(shè)備的狀態(tài)，如果重要設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)偏差或波動(dòng)過大，需要提前在工廠進(jìn)行維修和日常維護(hù)。通過以上研究工作，一般需要對(duì)項(xiàng)目實(shí)施過程中電廠的準(zhǔn)備工作做出詳細(xì)的報(bào)告，反映上述研究內(nèi)容，并對(duì)電廠鍋爐設(shè)備的改造和維護(hù)提出要求。在此基礎(chǔ)上，提出了該機(jī)組鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng)的軟件選擇和初步方案。

1.2 優(yōu)化燃燒項(xiàng)目實(shí)施的第二階段

首先是硬件和軟件的控制，在運(yùn)行的過程中，需要進(jìn)行充分的調(diào)試，才可以保證接口方案能夠符合當(dāng)前的系統(tǒng)。因此在實(shí)際的改造過程中，通過第一階段的研究和最終的文件，可以與用戶討論最合理的優(yōu)化系統(tǒng)服務(wù)器配置、接口轉(zhuǎn)換方案和DCS 配置方案，優(yōu)化系統(tǒng)服務(wù)器配置。一般可以根據(jù)軟件需求，考慮硬件升級(jí)需求，合理配置。優(yōu)化系統(tǒng)一般有兩種接口方案。對(duì)于支持OPC 接口的系統(tǒng)，優(yōu)化系統(tǒng)可以采用基于OPC 協(xié)議的通訊方式；另一種方式是特殊接口或硬連線通信，以上兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。項(xiàng)目中應(yīng)根據(jù)客戶現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)通信方式，選擇安全、可靠、性價(jià)比高的通信方案。

例如，某電廠優(yōu)化系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)采用OPC 通信方式，優(yōu)化系統(tǒng)寫入DCS 的優(yōu)化值采用有線通信方式。該方案不僅滿足電廠網(wǎng)絡(luò)的安全要求，而且將優(yōu)化系統(tǒng)的通信成本控制在一定范圍內(nèi)。DCS的配置應(yīng)基于用戶現(xiàn)有的DCS 控制方案，為用戶定制安全、簡潔、方便的配置模式和畫面。通過這樣的改造之后，可以有效對(duì)硬件以及軟件的情況進(jìn)行布置，從而完成安裝工作，在安裝的過程中，由于火電廠本身的鍋爐情況較為特殊，因此在安裝的時(shí)候，需要注意安全問題，只有保證了安全的情況下，才可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)前的工作，推動(dòng)機(jī)組的有效發(fā)展。

其次就是對(duì)火電廠的參數(shù)進(jìn)行有效的測(cè)試，測(cè)試是為了保證運(yùn)行過程中不會(huì)出現(xiàn)問題，讓系統(tǒng)能夠順利地完成當(dāng)前的安裝流程，因此在實(shí)際的執(zhí)行過程中，可以采用預(yù)先測(cè)試數(shù)據(jù)的方式，在實(shí)施之中，精心設(shè)計(jì)的電廠試驗(yàn)計(jì)劃可以高效廉價(jià)地收集必要的數(shù)據(jù)，選取歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化系統(tǒng)建模，根據(jù)電廠試驗(yàn)結(jié)果確定優(yōu)化系統(tǒng)方案并建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。在測(cè)試過程中，用戶工程師參與測(cè)試，有助于避免不安全的鍋爐運(yùn)行條件，并使他們了解鍋爐如何控制設(shè)置以及不同控制設(shè)置的成本。

最后則是建模的相關(guān)工作，建模能夠?qū)?dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行直接反饋到模型之中，從而在優(yōu)化的過程中，先對(duì)模型的情況作出充分的分析，保證當(dāng)前的優(yōu)化能夠有效地實(shí)施。因此在實(shí)際執(zhí)行的過程中，經(jīng)過參數(shù)測(cè)試，系統(tǒng)收集了一個(gè)非常有價(jià)值的數(shù)據(jù)庫。優(yōu)化系統(tǒng)通過對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，獲得如何設(shè)置鍋爐控制的信息，從而獲得預(yù)期的結(jié)果。目前許多優(yōu)化系統(tǒng)使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來處理和學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，最后通過基于目標(biāo)和運(yùn)行約束的優(yōu)化算法，利用優(yōu)化程序和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算出最優(yōu)方案。

1.3 優(yōu)化系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施的第三階段

首先是進(jìn)行開環(huán)測(cè)試工作，這項(xiàng)工作是為了保證運(yùn)行的穩(wěn)定而執(zhí)行的一種操作手段。經(jīng)過前期調(diào)研和測(cè)試，通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析，建立了基于用戶鍋爐的燃燒優(yōu)化模型，并將模型安裝在優(yōu)化系統(tǒng)服務(wù)器上。開環(huán)測(cè)試相當(dāng)于在線顧問，優(yōu)化系統(tǒng)始終在線給出當(dāng)前運(yùn)行條件下的最佳設(shè)定值，用戶工程師可以根據(jù)優(yōu)化系統(tǒng)給出的設(shè)定值對(duì)鍋爐進(jìn)行調(diào)整，以改善鍋爐運(yùn)行狀況。

其次是閉環(huán)在線的控制，在正常運(yùn)行條件下，鍋爐大部分時(shí)間可以滿足無排放和煤耗目標(biāo)，但在某些階段無排放和煤耗會(huì)偏離目標(biāo)值。這些偏差可能是由煤質(zhì)波動(dòng)、爐膛清潔度變化和設(shè)備狀態(tài)變化引起的。通過優(yōu)化系統(tǒng)的在線數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化算法的計(jì)算，調(diào)整DCS 的鍋爐運(yùn)行控制參數(shù)，保持煤耗和無排放目標(biāo)水平。

最后一個(gè)階段就是維穩(wěn)階段，在這個(gè)階段中需要保證當(dāng)前的運(yùn)行平穩(wěn)，并且優(yōu)化控制能夠長期有效，因此在本階段之中，需要相關(guān)的人員做好報(bào)告，積極和相關(guān)的專家進(jìn)行溝通協(xié)作，保證當(dāng)前的運(yùn)行工作能夠穩(wěn)定的進(jìn)行，后續(xù)要定期收集整理報(bào)告，根據(jù)反應(yīng)的問題進(jìn)行維護(hù)，實(shí)現(xiàn)了火電廠優(yōu)化系統(tǒng)的長期運(yùn)行。

2 實(shí)施階段之中需要注意的問題

2.1 安全方面的問題

在系統(tǒng)優(yōu)化方面，安全一直是最上層的控制，保證安全的前提下才可以進(jìn)行后續(xù)的操作，因此在實(shí)際的項(xiàng)目優(yōu)化過程中，首先需要保證的就是安全方面的問題，包括通信的安全以及系統(tǒng)的安全，最好能夠配備相關(guān)的安全巡檢工作，一旦出現(xiàn)了安全方面的問題，可以有效對(duì)事態(tài)進(jìn)行控制，保證當(dāng)前的工作能夠安全進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)安全的有效管理，讓整個(gè)系統(tǒng)能夠順利地進(jìn)行。

除此之外，相關(guān)的工作人員也需要在工作的過程中，嚴(yán)格按照預(yù)定的相關(guān)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工作，保證當(dāng)前的工作之中不會(huì)出現(xiàn)任何的意外情況，只有這樣才可以實(shí)現(xiàn)工作的有效發(fā)展，保證火電廠的改造有效進(jìn)行。

2.2 實(shí)施項(xiàng)目的人員配置

項(xiàng)目本身的實(shí)施需要人員進(jìn)行檢驗(yàn)，因此在當(dāng)前的配置過程中，需要保證人員數(shù)量滿足使用的需求，同時(shí)在每個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過程中，專業(yè)人員的數(shù)量保證在合理的范圍內(nèi)，其中包括熱動(dòng)工程師，通訊工程師以及熱控工程師等，只有完善的人員配置，才可以保證當(dāng)前的運(yùn)行工作能夠有效地進(jìn)行。

2.3 效果檢驗(yàn)

為了保證項(xiàng)目的有效運(yùn)行，最終進(jìn)行項(xiàng)目的效果檢驗(yàn)是十分關(guān)鍵的，在實(shí)際的執(zhí)行過程中，主要的檢查重點(diǎn)是以下的幾個(gè)方面：鍋爐的燃燒、轉(zhuǎn)化率和減低氮氧化物的排放目標(biāo)等，只有嚴(yán)格制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，才可以保證最終的改造效果，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前的改造目的。

2.4 狀態(tài)維持

狀態(tài)維持主要是包括培訓(xùn)以及技術(shù)支持兩個(gè)方面。首先是培訓(xùn)方面，為了保證技術(shù)能夠長期的進(jìn)行使用，因此需要做好相關(guān)培訓(xùn)工作，主要是在運(yùn)行的過程中，針對(duì)當(dāng)前的技術(shù)進(jìn)行培訓(xùn)，讓工作人員能夠盡快熟悉燃燒優(yōu)化系統(tǒng)，了解系統(tǒng)的主要功能，保證工作人員能夠充分、高效的使用新的技術(shù)系統(tǒng)，完成預(yù)期的效果。在實(shí)際執(zhí)行的過程中，需要做好技術(shù)方面的培訓(xùn)，最好是能夠進(jìn)行結(jié)合實(shí)際的實(shí)習(xí)工作，隨后采用老帶新的方式，最快速度讓整個(gè)火電廠能夠適應(yīng)新的技術(shù)章程，保證不會(huì)出現(xiàn)意外的現(xiàn)象。

其次就是技術(shù)支持方面，在改造完成之后，火電廠也應(yīng)該和改造的單位取得長期的聯(lián)系，主要對(duì)是其中的一些問題和改造中出現(xiàn)的不足等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的反饋，通過及時(shí)調(diào)整讓整體系統(tǒng)能夠更好地符合使用的需求，從而保證當(dāng)前的項(xiàng)目可持續(xù)發(fā)展。

上述優(yōu)化系統(tǒng)實(shí)施的三個(gè)階段是此類項(xiàng)目實(shí)施的重要環(huán)節(jié)。為了提高項(xiàng)目實(shí)施的成功率，在電廠實(shí)施鍋爐燃燒優(yōu)化，需要有成功案例可供借鑒。同時(shí)必須有經(jīng)驗(yàn)豐富的鍋爐操作人員或鍋爐燃燒工程師參加；實(shí)施人員可以與電廠的操作人員進(jìn)行良好的溝通。有經(jīng)驗(yàn)的操作人員或鍋爐燃燒工程師可以根據(jù)具體的鍋爐工況推薦可行的優(yōu)化方案。

目前，我國火電機(jī)組供電煤耗仍處于較高水平，氮氧化物排放總量持續(xù)上升。為實(shí)現(xiàn)“粗放型經(jīng)營”向“集約化經(jīng)營”的轉(zhuǎn)變，將電廠運(yùn)行水平提高到更高水平，適應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，電廠必須采用先進(jìn)技術(shù)，努力降低污染和供電煤耗。

3 結(jié)語

當(dāng)前的電廠改造主要是針對(duì)鍋爐燃燒優(yōu)化的指導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行的，但是隨著我國對(duì)于環(huán)境方面的要求不斷增長，在未來的發(fā)展之中這樣的方式依舊存在其不足的部分，所以在未來的發(fā)展過程中需要積極改善各方面的不足，最好是能夠從調(diào)研、設(shè)計(jì)、實(shí)施、維護(hù)各個(gè)方面入手，實(shí)現(xiàn)整個(gè)鍋爐燃燒系統(tǒng)的全流程優(yōu)化；同時(shí)要充分關(guān)注當(dāng)下的先進(jìn)技術(shù)和相關(guān)研究熱點(diǎn)，探索鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展方向。