電站鍋爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行與應(yīng)用研究

薛 彤 朱 磊

（哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱150000）

我國在進(jìn)入高速發(fā)展階段后，第二產(chǎn)業(yè)逐漸成為主導(dǎo)，重工業(yè)的地位日漸上升，隨之而來的便是嚴(yán)重的污染問題。為了響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召，我們將目光聚焦在處于能源主導(dǎo)地位的火力發(fā)電上。短時(shí)間內(nèi)火力發(fā)電還離不開人們的實(shí)現(xiàn)，那如何提高燃燒效率，降低污染物排放為改良電站鍋爐燃燒系統(tǒng)的提供了一個(gè)思考方向。

1 電站鍋爐燃燒系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 電站鍋爐燃燒系統(tǒng)運(yùn)行原理

火電廠鍋爐燃燒系統(tǒng)可以將熱能轉(zhuǎn)化為電能，鍋爐是整個(gè)火電站的核心設(shè)備，鍋爐燃燒系統(tǒng)就是整個(gè)火電站的核心系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)詳細(xì)的運(yùn)行過程如下：送料機(jī)先將煤塊送進(jìn)碎煤機(jī)進(jìn)行一次粉碎，完了再將碎成小塊的煤塊送進(jìn)磨煤機(jī)進(jìn)行二次研磨，經(jīng)過兩道細(xì)化加工后，煤塊被制成了細(xì)煤粉，這時(shí)我們就可以將其吹入鍋爐的膛爐進(jìn)行燃燒了。在燃燒的過程中會產(chǎn)生大量的熱量，我們可以將鍋爐用水浸沒，這樣水與鍋爐相接觸之后，兩個(gè)媒介之間進(jìn)行熱量的傳遞，能把煤粉燃燒產(chǎn)生的熱量傳遞給水，使其由液態(tài)的水變成了氣態(tài)的水蒸氣，再對水蒸汽進(jìn)行熱處理變成過熱蒸汽。過熱蒸汽攜帶者大量的熱能推動汽輪機(jī)，踏上了將熱能轉(zhuǎn)化為動能的路程。再依靠這動能進(jìn)行發(fā)電，就完成了熱能向電能的轉(zhuǎn)化。鍋爐燃燒系統(tǒng)的穩(wěn)定性決定了火電站的固定產(chǎn)電量，它的穩(wěn)定性主要決定于以下三個(gè)指標(biāo)，蒸汽壓力、爐膛負(fù)壓和煙氣含氧量。要保證保輪機(jī)所需動能充足，那蒸汽壓力就必須平衡；爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定，可以確保爐膛煤粉的充分燃燒，防止氣溫過高導(dǎo)致的設(shè)備老化問題；煙氣含氧量是判斷煤粉充分燃燒的指標(biāo)，如果含量比較小，則表示煤粉燃燒不充分，沒有達(dá)到最佳利用效率。

1.2 電站鍋爐燃燒系統(tǒng)的幾個(gè)改良思路

在當(dāng)前階段，電廠鍋爐燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化主要是從鍋爐燃燒的設(shè)備和鍋爐燃燒方法的創(chuàng)新，這兩個(gè)角度出發(fā)的。從設(shè)備上做到進(jìn)一步的優(yōu)化需要大量的資金，所以我們?yōu)榱斯?jié)約成本，要從燃燒方法以及管理手段方面另進(jìn)行創(chuàng)新。我們要從方法上進(jìn)行創(chuàng)新就得有目前比較先進(jìn)的檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上。結(jié)合理論進(jìn)行鍋爐燃燒的優(yōu)化，在燃燒的同時(shí)檢測燃燒的重要參數(shù)，將這些參數(shù)實(shí)時(shí)的反饋給鍋爐與運(yùn)作人員。讓鍋爐運(yùn)作人員能及時(shí)的通過這些重要參數(shù)將鍋爐調(diào)整至最佳燃燒狀態(tài)。這種模型也可以結(jié)合時(shí)下比較發(fā)達(dá)的智能算做到實(shí)時(shí)調(diào)控，使得各項(xiàng)數(shù)值達(dá)到最優(yōu)。說到維持鍋爐運(yùn)行所需要的參數(shù)，業(yè)內(nèi)公認(rèn)的有這樣幾項(xiàng)，蒸汽壓力、爐膛負(fù)壓和煙氣含氧量。其中煙氣含氧量最為重要，因?yàn)樗臄?shù)值大小不僅會影反映出煤粉是否充分燃燒，還可以體現(xiàn)出氮氧化物的生成情況，風(fēng)機(jī)的耗電程度也可以根據(jù)這一數(shù)值判斷。同樣的爐膛負(fù)壓能反映鍋爐燃燒時(shí)的狀態(tài)，可以根據(jù)爐膛內(nèi)負(fù)壓溫度，判斷是否有結(jié)煤塊，也可以判斷焰心位置。近幾年來，我國大型火力發(fā)電廠陸續(xù)引進(jìn)相關(guān)先進(jìn)技術(shù)，大大提高了鍋爐的燃燒效率。

1.3 電站鍋爐智能控制技術(shù)

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，全球在這方面的研究也日漸成熟。國外對這項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)起步較早，所以已經(jīng)能做到將人工智能技術(shù)建立在燃燒優(yōu)化系統(tǒng)上，并將其搬出實(shí)驗(yàn)室，放在電力發(fā)展的第一線了。在不久前我國也開始引入了此類產(chǎn)品，但是這項(xiàng)技術(shù)落地我國的時(shí)間還相對比較短，所以國內(nèi)對這方面的研發(fā)速度比較緩慢。我國也因?yàn)橐肓舜祟惍a(chǎn)品，推動了我國在這方面研究的發(fā)展，完成了從無到有的突破。雖然相比于國外，我國在這方面的技術(shù)還略顯青澀，但只要積極地投入人力，物力并加以重視這方面發(fā)展，那能為社會帶來的積極影響，遠(yuǎn)不止一個(gè)杠桿能將其解釋。

2 電站鍋爐燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化簡述

2.1 將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到鍋爐燃燒系統(tǒng)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是基于神經(jīng)生理學(xué)和心理物理學(xué)的研究成果，從應(yīng)用數(shù)學(xué)方法的層面，對具有大腦功能的信息處理的本質(zhì)和能力進(jìn)行描述。我們可以利用這種技術(shù)對電站鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改良，借助人工智能的強(qiáng)大處理能力來架構(gòu)鍋爐燃燒系統(tǒng)的模型。因?yàn)樯窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)需要模仿人的大腦，但是人的大腦構(gòu)造精妙復(fù)雜，在大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中存在著大量的神經(jīng)元，這些神經(jīng)元構(gòu)架了一個(gè)宏達(dá)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)神經(jīng)元之間都有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息傳遞。要架構(gòu)這樣一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)并對其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)復(fù)制，只有人工智能能做到。利用人工智能強(qiáng)大的運(yùn)算處理能力，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上設(shè)置一個(gè)特定的輸出函，把兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的信號稱之為加權(quán)值，通過對加權(quán)值的傳遞來實(shí)現(xiàn)信息的傳輸與處理。遺傳算法是進(jìn)化計(jì)算的一部分，是模擬達(dá)爾文的遺傳選擇和自然淘汰的生物進(jìn)化過程的計(jì)算模型，可以作為一種方法來模擬自然進(jìn)化過程去尋找最優(yōu)解。我們可以將這種技術(shù)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，在電站的燃燒系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)算網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)。這樣就可以得出對能源合理分配，合理利用的最優(yōu)解了。目前國外有不少電力相關(guān)公司研發(fā)出能夠結(jié)合人工智能技術(shù)的燃燒優(yōu)化系統(tǒng)。英國著名蓄電池公司ULTRAMAX 公司，就研發(fā)出一種算法，它可以適用于火力發(fā)電站的鍋爐燃燒系統(tǒng)，這算法將貝葉斯數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)算法與加權(quán)非線性的回歸分析相結(jié)合，為發(fā)電站后臺提供鍋爐燃燒情況的重要參數(shù)。我們將這種算法輸入系統(tǒng)之后，立刻就會建立起鍋爐的燃燒模型，通過數(shù)據(jù)的分析與處理，為鍋爐的后臺操控人員提供進(jìn)行優(yōu)化的參數(shù)。后臺人員可以根據(jù)這些參數(shù)，來做出最準(zhǔn)確的判斷，使鍋爐時(shí)刻保持最優(yōu)燃燒狀態(tài)。在運(yùn)用人工智能技術(shù)進(jìn)行輔助的前提下，我國的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用方面也有了一些成就。目前我國自主研制出來的電站鍋爐燃燒系統(tǒng)，可以在系統(tǒng)層面進(jìn)行參數(shù)的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)優(yōu)化控制，規(guī)范完成燃燒優(yōu)化軟件平臺各程序模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸。

2.2 對于熱工檢測技術(shù)在燃燒方面的改良

電站鍋爐的爐膛溫度是一項(xiàng)重要數(shù)據(jù)，它可以為鍋爐燃燒的優(yōu)化提供必要信息。我們通過檢測出來的鍋爐溫度，制成溫度分布圖，這張分布圖的用處甚至可以說是將鍋爐燃燒系統(tǒng)提升了一個(gè)檔次。同時(shí)如何精準(zhǔn)地測量出它的溫度一直是國內(nèi)外爭相研究的話題。掌握了爐膛測溫技術(shù)，就等于掌握了鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的核心技術(shù)。熱電偶測溫方法具有測溫范圍廣，性能穩(wěn)定以及價(jià)格低廉等優(yōu)勢。在掌握了這兩項(xiàng)技術(shù)的情況下，我們就可以獲取在單一波長下的形成的火焰輻射圖像，通過對比火焰輻射圖像，推算出火焰的二維圖像分布。這項(xiàng)技術(shù)不僅可以準(zhǔn)確地判斷火焰中心的偏斜程度，也能反應(yīng)出壁爐是否結(jié)扎或者有熄火現(xiàn)象。利用這項(xiàng)技術(shù)我們就能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題并做出調(diào)整，在風(fēng)險(xiǎn)和浪費(fèi)還沒發(fā)生的時(shí)候防患于未然，及時(shí)規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。這樣做不僅提高了電站鍋爐燃燒的效率，同時(shí)也降低了能源的報(bào)廢率。

2.3 電站鍋爐在未來的發(fā)展前景

對于電站鍋爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)化發(fā)展，前文已做出了不少提議，我們希望在前文的提議上能結(jié)合當(dāng)今社會的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電力需求，資源利用高效化等方面。采用建模與優(yōu)化方案，提高熱效率和降低NOx 排放量，以改變?nèi)紶a風(fēng)和二次風(fēng)作為調(diào)整手段，來加快電站鍋爐燃燒系統(tǒng)的發(fā)展。但是考慮到電站鍋爐燃燒系統(tǒng)中各參量的強(qiáng)耦合性，實(shí)際運(yùn)行中的結(jié)果會與預(yù)設(shè)方案有一定程度上的出入，今后還需要不斷完善電站鍋爐燃燒系統(tǒng)，并結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)以尋求更符合工程實(shí)際的建模與優(yōu)化方案。本文所使用的解決方案針對特定的研究對象，因?yàn)椴煌瑢ο蟮娜紵匦约罢w設(shè)備的運(yùn)行方式不同，所以針對電站鍋爐的燃燒優(yōu)化技術(shù)的研方向也不同。我們也真摯的希望，在未來能通過將智能優(yōu)化控制技術(shù)普及到各種類型的電站鍋爐中這一方法，以達(dá)到提高燃燒效率與減少污染物排放的目的，通過在此方面不停地探索，來找到通用的電站鍋爐燃燒系統(tǒng)智能優(yōu)化控制技術(shù)。

結(jié)束語

這次我們就電站鍋爐燃燒系統(tǒng)的改良優(yōu)化為題，對電站鍋爐燃燒系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和理論進(jìn)行了一番探究。我們發(fā)現(xiàn)，建立準(zhǔn)確而有效的電站鍋爐燃燒系統(tǒng)模型，是對各種問題進(jìn)行深化探討的前提。不管是提升電站鍋爐系統(tǒng)對能源的燃燒效率，還是降低污染物對環(huán)境的危害方面，只要你有了一個(gè)耗用的模型，對于工作效率的提升是巨大的。本文雖然對電站鍋爐燃燒系統(tǒng)提出了幾點(diǎn)優(yōu)化建議，但仍需進(jìn)一步的完善，也希望在以后的發(fā)展中，我國對于能源能做到物盡其用。