電廠鍋爐燃燒優(yōu)化探討

韓衛(wèi)發(fā)

摘 要：鍋爐是火力發(fā)廠三大主機(jī)設(shè)備之一，鍋爐運(yùn)行時(shí)的安全性、經(jīng)濟(jì)性直接決定著發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性與高效性，電廠鍋爐燃燒的性能與方式又決定著鍋爐在運(yùn)行中的經(jīng)濟(jì)性。因此，提高鍋爐燃燒效率，不僅可以保證發(fā)電機(jī)組正常工作，而且可以提高機(jī)組效率，節(jié)約能源，降低所需要的成本。本文對(duì)影響鍋爐效率的因素進(jìn)行分析，探討鍋爐燃燒優(yōu)化技術(shù)途徑。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠;鍋爐燃燒;優(yōu)化技術(shù)路線

引言

煤炭是目前火電廠發(fā)電的主要原料，煤炭一般不直接燃燒，而是將其變?yōu)槊悍壑笤龠M(jìn)行燃燒，煤粉在爐膛內(nèi)燃燒的時(shí)間非常短，只有2～3秒鐘左右，在這么短的時(shí)間內(nèi)，煤粉很難得到充分燃燒，因?yàn)槊悍鄣牟怀浞秩紵沟萌剂铣杀驹龃螅虼诵枰岣呙悍鄣娜急M率，其中解決的方式就是控制好煤粉氣流在燃燒時(shí)的著火方式，使燃火更具有合理性。其中有多種原因會(huì)對(duì)煤粉氣流著火產(chǎn)生影響，其中最主要，也是最重要的影響因素主要有以下四種：可燃物的著火溫度、燃燒過程中的一次風(fēng)量和風(fēng)的溫度、燃燒器的整體性能情況以及空氣動(dòng)力場。四種因素中燃燒器的影響最大，因?yàn)樗瞧渌N影響因素的前提。

1 電力資源現(xiàn)狀

隨著我國電力資源需求量的不斷加大，我國電力行業(yè)也在進(jìn)行相應(yīng)的改革。燃煤發(fā)電是火電廠的重要發(fā)電方式，鍋爐燃燒方式和運(yùn)行管理也在不斷完善。使用鍋爐燃燒煤粉來進(jìn)行發(fā)電，最重要的是各個(gè)電廠必須要提升機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，并且需要對(duì)鍋爐煤粉系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，降低其在應(yīng)用上所需要的成本。目前電力市場競爭日漸激烈，電廠需要優(yōu)化鍋爐燃燒方式來應(yīng)對(duì)競爭激烈的市場。節(jié)能降耗是我國能源戰(zhàn)略的一項(xiàng)重要內(nèi)容。目前使用范圍較廣的是火力發(fā)電機(jī)組，在整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)中需要對(duì)火力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程的安全以及結(jié)構(gòu)模式進(jìn)行綜合分析，以此才可以保證火力發(fā)電機(jī)組能夠在發(fā)電過程中穩(wěn)定安全運(yùn)行。保證鍋爐在燃燒過程中整體運(yùn)行狀況良好以及效率較高，是保證機(jī)組運(yùn)行安全性與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。此外，還需要保證鍋爐運(yùn)行過程中的環(huán)保性。要保證鍋爐燃燒過程中產(chǎn)生的廢棄物的回收利用以及各種污染物的指標(biāo)是否達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，是保證企業(yè)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)環(huán)境共同發(fā)展需要。需要注意的是，國家越來越注重綠色環(huán)保發(fā)展，因此各項(xiàng)要求和標(biāo)準(zhǔn)也更加嚴(yán)格，鍋爐燃燒過程中會(huì)排出NOX，這是一種對(duì)大氣有污染的排放物，需要電廠對(duì)該種氣體的排放進(jìn)行合理的控制，減少其對(duì)環(huán)境的影響。

2 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) DCS 的改進(jìn)

燃燒系統(tǒng) DCS ，是控制鍋爐燃燒的重要方式，也是提高鍋爐燃燒效率的技術(shù)前提，更是保證燃燒方式和燃燒效率穩(wěn)定安全進(jìn)行的關(guān)鍵。對(duì)鍋爐燃燒進(jìn)行優(yōu)化，主要是利用鍋爐燃燒控制系統(tǒng)DCS來進(jìn)行，通過對(duì)DCS 的結(jié)構(gòu)構(gòu)成方式和它的組成模式進(jìn)行改善，使得鍋爐燃燒控制系統(tǒng) DCS 更加科學(xué)性、更加完善，以此保證鍋爐燃燒安全穩(wěn)定運(yùn)行和提高效率。

2.1 鍋爐燃燒器改造

燃燒器是鍋爐燃燒系統(tǒng)中一個(gè)比較重要的部件，起著重要的作用。燃燒器的整體設(shè)計(jì)是否達(dá)標(biāo)與運(yùn)行性能對(duì)燃燒系統(tǒng)是否安全穩(wěn)定運(yùn)行起決定性作用，也直接影響著其經(jīng)濟(jì)性。要對(duì)鍋爐燃燒器進(jìn)行改造，就需要對(duì)煤粉燃燒的燃燒原理進(jìn)行了解，同時(shí)還要考慮到如何可以降低 NOX 的排放。對(duì)鍋爐燃燒器的改造首先在其選型上，不同的燃燒器適用的煤種不同，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

2.2 鍋爐靜態(tài)燃燒優(yōu)化

對(duì)鍋爐燃燒運(yùn)行靜態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，就是利用鍋爐燃燒進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn)，記錄下參數(shù)，并確定該燃燒系統(tǒng)在最佳運(yùn)行狀態(tài)時(shí)參數(shù)，以此達(dá)到使鍋爐燃燒運(yùn)行得到優(yōu)化。第一步就是要對(duì)影響鍋爐燃燒過程中的各種因素進(jìn)行全面的分析，然后是在這個(gè)基礎(chǔ)上對(duì)鍋爐燃燒調(diào)整試驗(yàn)的內(nèi)容與要求進(jìn)行微調(diào)。最后進(jìn)行鍋爐燃燒調(diào)整試驗(yàn)，將試驗(yàn)中的前提條件以及試驗(yàn)時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量和采樣，再將采樣到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和修正，最終達(dá)到鍋爐靜態(tài)燃燒的優(yōu)化。

3 燃燒優(yōu)化措施

鍋爐是火電運(yùn)行中的最為重要的設(shè)備之一，其燃燒性能的優(yōu)劣直接影響到鍋爐的運(yùn)行效率，從而影響到全廠發(fā)電效率。需要采用先進(jìn)燃燒技術(shù)研究鍋爐的燃燒過程，并通過對(duì)鍋爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整，能使鍋爐燃燒效率最大化，提高燃料利用率，降低成本，降低污染物排放量，促進(jìn)火電行業(yè)健康發(fā)展。

3.1 預(yù)測模型構(gòu)建

在對(duì)模型進(jìn)行預(yù)測時(shí)，應(yīng)該先借助RBF來預(yù)測模型構(gòu)建。在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，輸入、輸出二者的維數(shù)主要取決于輸入與輸出變量。在單輸入、單輸出的系統(tǒng)中，可以描述為：

其中，yk 代表系統(tǒng)輸出;u（k） 代表系統(tǒng)輸入;e（k） 代表系統(tǒng)誤差;e（k）表示誤差;ny 代表系統(tǒng)輸出量階數(shù);nu代表系統(tǒng)輸入量階數(shù)。

在預(yù)測模型中，系統(tǒng)輸出和某個(gè)時(shí)刻、系統(tǒng)輸出和之前的輸出、控制量之間的相互關(guān)系可以認(rèn)定為是單步預(yù)測關(guān)系：

最后的預(yù)測模型式子為：

其中，J=1，2，3…;P代表需要的預(yù)測步數(shù)。

3.2 優(yōu)化內(nèi)容

在火電廠的運(yùn)行過程中，由于電網(wǎng)負(fù)荷的變化，煤炭成分的變動(dòng)等因素的變化，鍋爐機(jī)組的實(shí)際狀態(tài)也是在不斷地調(diào)整之中，而且燃燒過程本來就是一個(gè)很復(fù)雜的物理及化學(xué)的反應(yīng)過程。所以，不僅要保證蒸汽的品質(zhì)、產(chǎn)量和機(jī)組的安全運(yùn)行，還必須對(duì)鍋爐的給水量、送煤量、給風(fēng)量等燃燒以及運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的優(yōu)化調(diào)整和控制。但是由于技術(shù)水平的限制，目前的常規(guī)控制還無法完全針對(duì)鍋爐燃燒的特點(diǎn)控制最佳的運(yùn)行工況。而且，由于機(jī)組在運(yùn)行中負(fù)荷時(shí)隨時(shí)變化的，運(yùn)行的效率也不穩(wěn)定，機(jī)組運(yùn)行的曲線很難把握，隨著時(shí)間的推移，運(yùn)行的控制基準(zhǔn)也會(huì)發(fā)生變化，運(yùn)行人員單憑經(jīng)驗(yàn)也很難適應(yīng)的。因此，對(duì)鍋爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)化是非常必要的，能夠提高鍋爐機(jī)組的運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性、安全性及環(huán)保性。

鍋爐燃燒優(yōu)化大致包括以下內(nèi)容：

（1）協(xié)調(diào)控制（主汽壓力、電負(fù)荷及AGC的調(diào)節(jié)質(zhì)量）

（2）給煤量調(diào)節(jié)控制

（3）一、二次風(fēng)壓及風(fēng)量調(diào)節(jié)控制

（4）減溫水調(diào)節(jié)控制（主汽和再熱汽溫）

（5）優(yōu)化磨煤機(jī)運(yùn)行

（6）吹灰系統(tǒng)優(yōu)化

（7）優(yōu)化鍋爐排放煙氣溫度

4 實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒優(yōu)化的工具

RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種高效的前饋式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它具有其他前向網(wǎng)絡(luò)所不具有的最佳逼近性能和全局最優(yōu)特性，并且結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)速度快。同時(shí)，它也是一種可以廣泛應(yīng)用于模式識(shí)別、非線性函數(shù)逼近等領(lǐng)域的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

RBF網(wǎng)絡(luò)在鍋爐控制系統(tǒng)中應(yīng)用的總體思路可以簡要概括為：根據(jù)鍋爐實(shí)際運(yùn)行時(shí)的燃燒效率以及所節(jié)約的燃料費(fèi)用，來合理減少相關(guān)污染物的實(shí)際排放，采取一些有關(guān)的函數(shù)來達(dá)到環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益最大化的目標(biāo)。將對(duì)控制過程特性描述的模型、質(zhì)量指標(biāo)以及相關(guān)的設(shè)備負(fù)荷看做優(yōu)化約束，將鍋爐的參數(shù)設(shè)置在最合適的數(shù)值，并且通過最新型的控制分析軟件來對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和優(yōu)化處理，根據(jù)優(yōu)化處理之后的數(shù)據(jù)使用正確的操作指令完成需要完成的工作。

核心控制是預(yù)測模型的主要控制算法，該算法采取的是滾動(dòng)化的優(yōu)化控制，也就是在線反復(fù)進(jìn)行模型的分析和優(yōu)化計(jì)算。此外，核心控制還是在工作中進(jìn)行優(yōu)化，可以保證工作中的畸變和一些干擾都可以得到有效的彌補(bǔ)，以提高整個(gè)模型的動(dòng)態(tài)控制能力。RBF網(wǎng)絡(luò)具有一個(gè)比較突出的特點(diǎn)，就是它的逼近性能很強(qiáng)，既是有些是非線性問題，但它也可以對(duì)其進(jìn)行描述。RBF網(wǎng)絡(luò)輸出和與權(quán)值之間的關(guān)系是線性關(guān)系，可以通過合適的算法來辨識(shí)相關(guān)的參數(shù)，使得收斂速度加快，這可以克服一些實(shí)際問題，如進(jìn)入局部極小點(diǎn)等等問題。通過離線辨識(shí)這種方法，可以很快找到中心向量，在這種情況下，借助最小二乘算法就可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值來進(jìn)行在線訓(xùn)練，在線訓(xùn)練可以進(jìn)一步解決模型自校正這一當(dāng)面的問題。RBF網(wǎng)絡(luò)所使用的基本結(jié)構(gòu)是三層結(jié)構(gòu)：“輸入層+隱含層+輸出層”，其中，輸入層中包含著所有會(huì)影響鍋爐運(yùn)行效率的因素，例如氧氣的工作點(diǎn)、一次風(fēng)量和二次風(fēng)量等等;輸出層則包含著所有在進(jìn)行鍋爐燃燒效率綜合評(píng)價(jià)的相關(guān)指標(biāo)，比如送風(fēng)量以及排煙溫度等等。

在線控制單元位于控制模塊的接口部位，它具有冗余備份功能。一旦控制系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，或者控制系統(tǒng)崩潰了導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，冗余備份作用就是將控制系統(tǒng)接下來需要進(jìn)行的操作由應(yīng)急系統(tǒng)來繼續(xù)進(jìn)行過程控制。這樣可以使效率提高，可靠性也得到了大大的提高，可以滿足所有用戶對(duì)系統(tǒng)控制提出的相關(guān)要求。

5 結(jié)束語

現(xiàn)在，RBF網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)在電廠開始使用。這一系統(tǒng)使用之后，可將人為因素而導(dǎo)致的不利影響降低到最小，提高鍋爐運(yùn)行效，節(jié)約燃料，減少污染物排放量，也就是減少了對(duì)環(huán)境的污染。該系統(tǒng)具備著許多優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定性較好，安全性較高，在生產(chǎn)過程中可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息化、自動(dòng)化，不但能成倍提高工作效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，而且能大幅降低安全生產(chǎn)事故發(fā)生的概率。可見，這一系統(tǒng)能進(jìn)一步提高我國電廠智能化管理水平，值得推廣運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]應(yīng)蕾，何星，張衛(wèi)東等.基于模糊控制策略的鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（3）：182-183.

[2]蔣子陽，呼鈺雙，金 茜等.探討電廠鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息，2012（25）：22.

[3]李文學(xué)，李慧，張德江等.電廠鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].光學(xué)精密工程，2014（2）：240-243.