如何有效優(yōu)化火電廠鍋爐的燃燒效率？

一、火電廠鍋爐燃燒優(yōu)化的意義和關(guān)鍵 鍋爐是火電運行中重要的設(shè)備之一，其燃燒性能的優(yōu)劣直接影響到鍋爐的運行效率，從而影響到整個發(fā)電效率。研究鍋爐的燃燒過程并對鍋爐燃燒技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，便攜燃燒效率分析儀設(shè)備的使用，能夠從一定程度使鍋爐燃燒效率*大化，提高產(chǎn)電率，降低污染物排放量，促進(jìn)火電行業(yè)健康發(fā)展。通過對鍋爐燃燒的優(yōu)化調(diào)整，以確保鍋爐燃燒系統(tǒng)保持內(nèi)部穩(wěn)定的燃料供給、送風(fēng)量，保持穩(wěn)定的壓力、溫度和蒸發(fā)，這樣既能促進(jìn)燃料的充分燃燒，提高燃料利用率，降低成本，還能避免燃料結(jié)渣，防止燒毀燃燒器材，避免發(fā)生意外事故。提高鍋爐機(jī)組的運營經(jīng)濟(jì)性、安全性及環(huán)保性。對于火電廠鍋爐燃燒優(yōu)化技術(shù)，其關(guān)鍵首先在于必須依托準(zhǔn)確的檢測數(shù)據(jù)。檢測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)程度，直接影響到優(yōu)化方案的制定，從而影響到優(yōu)化結(jié)果。另外，鍋爐燃燒的效率優(yōu)化，還要在燃燒器的優(yōu)化設(shè)計上大下功夫，可以加強(qiáng)煤炭二次燃燒技術(shù)的研發(fā)，利用機(jī)組溫?zé)峒夹g(shù)，提高能源利用率，降低企業(yè)成本，降低排放。 二、鍋爐燃燒優(yōu)化主要技術(shù) 1.基于先進(jìn)檢測技術(shù)的鍋爐燃燒優(yōu)化 基于先進(jìn)檢測技術(shù)的燃燒優(yōu)化技術(shù)是火電廠鍋爐燃燒優(yōu)化的主要方式，在鍋爐的燃燒過程中，通過實時在線檢測爐膛火焰溫度、煙氣的含氧量、飛灰的含碳量、NOx的濃度等鍋爐運行重要參數(shù)，并對這些參數(shù)進(jìn)行分析處理用以指導(dǎo)運行人員對鍋爐的燃燒進(jìn)行實時調(diào)整，從而在提高鍋爐燃燒效率的同時降低NOx排放量。近年來大量火電技術(shù)研究者采用如爐膛火焰檢測、煤質(zhì)分析、風(fēng)煤檢測及爐膛排放物檢測等先進(jìn)檢測技術(shù)對鍋爐進(jìn)行燃燒優(yōu)化，其中火焰檢測技術(shù)應(yīng)用*多。 對于電廠鍋爐，爐膛火焰檢測可實時反映爐內(nèi)不同區(qū)域的溫度，火焰中心所處位置等信息，對掌握爐膛內(nèi)煤粉燃燒狀態(tài)及降低污染物排放有著重要作用。爐內(nèi)溫度檢測及溫度場重建技術(shù)多年來一直是火力發(fā)電方面技術(shù)人員的重要研究方向。利用紅外熱像技術(shù)對爐膛水冷壁上亮點的大小進(jìn)行監(jiān)測用以判斷水冷壁的結(jié)焦情況，從而實時調(diào)整爐內(nèi)煤粉的燃燒。利用紅外輻射測溫原理設(shè)計了一種無接觸式爐內(nèi)二維溫度場重建方法和溫度場上位機(jī)展示系統(tǒng)，系統(tǒng)可直觀地反映火焰的中心位置從而防止火焰中心偏移，并且系統(tǒng)求出的各分區(qū)溫度值可為鍋爐SCR及SNCR脫硝技術(shù)提供一定的控制依據(jù)，從而在調(diào)整爐膛燃燒效率的同時控制NOx排放量，但紅外測溫的缺點在于測溫儀的保護(hù)套管在高溫下容易結(jié)焦，因此需要配備吹灰裝置。利用激光吸收光譜方法對爐膛參數(shù)進(jìn)行測量并重建溫度場，通過在某680 MW機(jī)組燃煤鍋爐測試表明激光測量系統(tǒng)可對爐內(nèi)多個參數(shù)如爐溫及不同煙氣成分濃度等進(jìn)行測量，根據(jù)測量結(jié)果可有效指導(dǎo)鍋爐燃燒優(yōu)化運行從而使煤粉穩(wěn)定燃燒及溫度場均勻分布。利用聲波測溫技術(shù)對W火焰鍋爐煙溫進(jìn)行測量，并以測量結(jié)果為依據(jù)對鍋爐進(jìn)行燃燒調(diào)整，從而有效地避免了燃燒不充分及結(jié)焦問題，提高了鍋爐熱效率。 2.基于鍋爐燃燒器改造的鍋爐燃燒優(yōu)化 燃燒器是保證鍋爐穩(wěn)定燃燒的重要設(shè)施，對鍋爐進(jìn)行低氮燃燒器改造，在不同的條件下進(jìn)行空氣分級燃燒、燃料分級燃燒或煙氣再循環(huán)燃燒，可有效降低NOx生成量并提高鍋爐燃燒效率。針對某電廠300 MW亞臨界鍋爐機(jī)組提出了低NOx燃燒器改造，改造方案包括復(fù)合空氣分級、低NOx燃燒器、高位分離燃盡風(fēng)等減排措施，方案在滿足低NOx排放的同時提高了燃燒效率并防止了結(jié)渣及高溫腐蝕等問題。但在低氮燃燒器改造實際應(yīng)用中，該技術(shù)會對鍋爐的穩(wěn)定性、水冷壁結(jié)焦、飛灰含碳量、運行效率等方面產(chǎn)生影響，因此在改造技術(shù)實施過程中需要根據(jù)影響鍋爐穩(wěn)定性的各類因素對二次風(fēng)、氧量以及分級燃燒技術(shù)等進(jìn)行調(diào)整。 3.基于智能控制算法的鍋爐燃燒優(yōu)化 鍋爐智能燃燒優(yōu)化的實質(zhì)是通過先進(jìn)檢測裝置檢測鍋爐各關(guān)鍵運行參數(shù)并對這些參數(shù)進(jìn)行實時分析處理，然后采用AI優(yōu)化控制算法在線調(diào)整鍋爐運行參數(shù)，使鍋爐燃燒的各類運行參數(shù)處于*佳狀態(tài)。智能燃燒優(yōu)化系統(tǒng)一般為基于電廠現(xiàn)有DCS控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，無需對鍋爐進(jìn)行改造，**少、風(fēng)險小且優(yōu)化效果顯著。如圖1所示為智能燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)分為開環(huán)操作指導(dǎo)和閉環(huán)**兩種優(yōu)化方式，開環(huán)方式為智能優(yōu)化系統(tǒng)將各被控量的調(diào)節(jié)值提交給運行人員，由運行人員手動對DCS系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)；閉環(huán)方式為智能優(yōu)化系統(tǒng)將各被控量的調(diào)節(jié)指令直接上傳至DCS系統(tǒng)中，自動完成優(yōu)化調(diào)節(jié)。 清華大學(xué)張毅等人基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立鍋爐運行效率及NOx排放的預(yù)測模型，并采用遺傳算法生成實時*優(yōu)控制參數(shù)，然后通過與電廠DCS系統(tǒng)雙向通信實現(xiàn)鍋爐運行優(yōu)化控制，從而實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)保相協(xié)調(diào)的優(yōu)化運行目標(biāo)。該系統(tǒng)通過在某電廠試驗，結(jié)果顯示系統(tǒng)可在提高鍋爐燃燒效率的同時降低NOx排放。將鍋爐燃燒過程中的17個輸入變量作為優(yōu)化變量、7個輸出變量為優(yōu)化目標(biāo)，采用粒子群算法求解優(yōu)化控制參數(shù)，從而為鍋爐優(yōu)化控制提供依據(jù)。除此之外，還有其他學(xué)者將極限學(xué)習(xí)機(jī)、支持向量機(jī)模型等算法應(yīng)用于鍋爐優(yōu)化控制中，這些智能優(yōu)化算法適應(yīng)性強(qiáng)、實時性強(qiáng)，在鍋爐燃燒優(yōu)化控制中有著很好的應(yīng)用前景。 三、燃燒優(yōu)化技術(shù)發(fā)展趨勢 先進(jìn)檢測技術(shù)與智能控制技術(shù)這兩種技術(shù)在鍋爐優(yōu)化方面都已有很多應(yīng)用且取得了較好的優(yōu)化效果，但目前并沒有被很好地結(jié)合并應(yīng)用在鍋爐優(yōu)化中，如果可以將這兩種技術(shù)緊密結(jié)合、互為支撐，爐膛檢測結(jié)果為智能算法提供優(yōu)化數(shù)據(jù)依據(jù)，智能算法對檢測結(jié)果進(jìn)行分析并生成優(yōu)化指令，鍋爐將取得更好的燃燒優(yōu)化效果。例如根據(jù)爐膛平面各區(qū)域的溫度值及火焰中心偏向，并結(jié)合智能算法實時生成優(yōu)化指令，從而調(diào)整煤粉燃燒參數(shù)及鍋爐脫硝系統(tǒng)尿素噴灑量，則可實現(xiàn)在提高鍋爐燃燒效率及穩(wěn)定性的同時降低污染物排放量及減排成本。 結(jié)語： 鍋爐的燃燒狀態(tài)影響著整個機(jī)組的運行效率及電廠的發(fā)電效率，并且由煤粉燃燒產(chǎn)生的NOx會造成環(huán)境污染，因此對火電機(jī)組而言很有必要采用一定的優(yōu)化技術(shù)對鍋爐進(jìn)行燃燒優(yōu)化，在提高鍋爐燃燒效率的同時控制污染物排放，從而保證鍋爐經(jīng)濟(jì)、平穩(wěn)、低污染的運行。

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