電站鍋爐燃燒系統的運行優化及應用研究

范曉貝

摘 要：作為火力電站三大主機設備之一的電站鍋爐，其燃燒系統的良好運行是發電廠正常運轉的基礎。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，其性能方面與發達國家相比仍有著一定的差距。鍋爐燃燒系統的運行取決于系統各項參數的設計，因此，對電站鍋爐燃燒系統進行優化旨在分析與探討鍋爐燃燒的最佳參數，從而提高鍋爐的運行水平。基于此，本文首先簡要分析了電站鍋爐燃燒系統的概述和電站鍋爐燃燒優化的意義，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優化運行的策略分析，以此來供相關人士交流參考。

關鍵詞：電站鍋爐;燃燒系統;優化及應用;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主要形式之一的鍋爐燃燒發電而言，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生一定的影響。因為在鍋爐的運行過程中會出現很多不確定因素，導致鍋爐參數的大幅度變化，從而影響運行效率。比如，運行過程中當鍋爐內的蒸汽流量發生改變時，蒸汽壓力和水位都會隨之發生改變，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進行實時的觀察。另外，因為煤炭的燃燒會造成一定的環境污染問題，因此在之后的鍋爐優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能夠符合國家的清潔標準。

1 電站鍋爐燃燒系統的概述

電站鍋爐系統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自身的結構較為復雜，還因為燃燒控制過程中的參數較其他兩個而言更為明顯。燃燒系統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系統運行的需要。之后，通過送風機向鍋爐系統中輸入冷空氣[1]。冷空氣在流入過程中需要先經過預熱器，經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到鍋爐燃燒器中。另外一股則在爐膛內與煤粉進行融合。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。燃料燃燒產生的熱可以用來進行循環水的供給，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境的污染。此外，目前國內的燃燒系統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境污染問題[2]。電站鍋爐燃燒系統的優化和應用是鍋爐燃燒系統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的長久發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生的污染物是實現能源可持續發展所面臨的重要問題。

2 電站鍋爐燃燒優化的意義分析

2.1 有利于穩定可靠的運行

電站鍋爐是現階段我國發電企業的重要設備之一，具有較為復雜的結構，因此在運行過程中會出現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。而因為燃燒系統自身的特性，對各方面的參數的準確性要求較高，但是在實際的運行過程中尚存在一些不可控制的因素，會導致參數的大幅度動蕩，從而影響系統的平穩運行。因此，如何保證燃燒系統安全運行，并且具有更高的經濟性是目前電力行業較為關注的問題。近年來，電煤價格持續升高，人民對能源的需求量也逐漸增加，因此對電站鍋爐系統進行優化，保障系統能夠安全穩定的運行是十分必要的。

2.2 有利于降低對周圍環境的污染

對于電站鍋爐燃燒系統而言，燃煤質量是影響系統運行的重要因素之一。煤質較高，則鍋爐燃燒過程中產生的環境污染物則較少，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進行優化調整，不僅可以提高鍋爐的燃燒效率，還可以減少燃燒產生的空氣污染物，降低過量的空氣系數、在降低鍋爐熱損失的同時能夠降低對周邊環境的污染。目前的電站鍋爐燃燒系統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，對周圍環境造成了污染。

2.3 有利于提升經濟效益

在不改變鍋爐燃燒系統各項設備的參數的情況下進行系統的優化，使鍋爐燃燒處于最佳參數值，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境污染問題。傳統的電站鍋爐燃燒系統的優化是在現場對燃燒進行調整，采用正交實驗或其他方式對燃燒狀況進行優化調整。由于用于實驗的燃燒現場環境狀況有限，不能很好的體現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，得到的實驗結果與具體的數值可能有較大的偏差。現代鍋爐燃燒系統的優化調整建立在鍋爐實際運行的基礎上，通過非線性尋優技術，找出不同工況和不同煤種下最佳的燃燒參數，在線完成鍋爐系統的優化調整，實現鍋爐燃燒系統經濟效益的提升。

3 電站鍋爐燃燒系統優化運行的策略分析

3.1 控制煙氣含氧量

含氧量是現階段用來評價電站鍋爐燃燒系統經濟性高低的指標之一，因此對電站鍋爐燃燒系統進行優化、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對與含氧量的監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，采取雙閉環的控制措施。在雙閉環控制措施中，內環控制以調節送風量為主，外環控制則主要用來調節含氧量。同時，為了更好的控制含氧量保持一定的標準范圍內，可以將內外環路的裝置與常規PID控制方式和模糊PID控制器結合在一起。

3.2 控制爐膛壓力

為了保障電站鍋爐燃燒系統能夠安全運行，需要有效的控制爐膛壓力。現階段國內的電站主要是通過輸入送風量減少爐膛內擾動情況的發生，但是這種方式存在著一定的缺陷，既難以實現較高的經濟效益，也不符合現代生產對環保效益的要求。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控制方法會使系統超調量超出許多，且需要較長的時間才能夠穩定運行。而要是將PID控制系統與模糊控制系統聯合使用，則不僅能夠改善系統超調量，還能縮短系統穩定運行所需要的時間[3]。

3.3 控制蒸汽壓力

要確保系統運行能夠符合現代生產的需要，在進行設計時需要將蒸汽壓力控制在一定的范圍內。在以往的應用中，一般引入燃煤流量與蒸汽流量，將其與蒸汽壓力結合成控制系統，實現對蒸汽壓力的控制[4]。但是這種控制方式在控制效果上難以達到較高的水平，會出現壓力參數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極大的超調量，在系統的整個運行過程中也會出現數值的震蕩現象。若想減小超調量，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量的問題[5]。

4 結語

對電站燃燒系統進行優化應用是保證電站實現生產日標的基礎。因此，需要相關人員正視現階段燃燒系統運行過程中存在的問題，并對其參數進行優化調整，以達到降低能量消耗、提高資源利用率、減少污染物產生的目的。在實際的系統優化過程中，應當正視并且重視燃燒系統的運行原理和構成，對不同方面進行有針對性的優化。另外，對于燃燒系統的優化而言，模糊PID控制與模糊預測控制發揮著不容忽視的作用，也更加滿足電力行業的發展要求。

參考文獻

[1] 趙瑞杰.電廠鍋爐低氮燃燒改造及運行優化調整探析[J].百科論壇電子雜志，2019（3）：355.

[2] 李明雷，張文亮.電廠鍋爐制粉系統運行問題及優化調整措施探討[J].百科論壇電子雜志，2019（4）：401.

[3] 韓森森.火電廠鍋爐低氮燃燒改造及運行優化調整[J].名城繪，2019（8）：250.

[4] 王秋粉，王毅巖.火電廠鍋爐低氮燃燒改造及運行優化調整[J].山東工業技術，2019，284（6）：210.

[5] 薛彤，朱磊.電站鍋爐燃燒系統優化運行與應用研究[J].科學技術創新，2020（5）：141-142.