發電廠鍋爐燃燒優化技術研究進展

劉勇

摘要：對于電力企業來說，優化鍋爐燃燒技術能夠有效的降低運行成本，然而研究鍋爐燃燒優化技術卻并不容易，由于煤粉鍋爐在運行的過程中會產生復雜的氣固兩相流動及傳熱傳質問題，還涉及局部濃度的煤粉顆粒—湍流作用及湍流—火焰作用等，隨之產生的重金屬與有毒氣體污染都會增加優化技術的研究難度。本文從檢測方面的鍋爐燃燒優化技術內容進行分析，并對目前發電廠使用的鍋爐燃燒優化技術予以研究，詳細的表述了目前我國鍋爐燃燒優化技術的研究進展。

關鍵詞：發電廠;鍋爐燃燒;技術研究

發電廠鍋爐燃料優化技術主要分為三種，一種是將鍋爐優化技術作為核心，依靠對鍋爐燃燒參數的在線檢測來調節燃燒情況;一種是對燃燒設備進行改造，使之達到燃燒優化的效果;另一種是以DCS技術為指導，通過監督控制系統來調節，或是利用人工智能技術等促使鍋爐燃燒達到優化的目標。這三種鍋爐燃料優化技術中，第三種技術可以不改變鍋爐設備的具體結構，依靠DCS技術完成對模型控制，使鍋爐運行的燃燒效率得以提升，其中所產生的排放量明顯降低，電力企業對這種技術應用所投入的成本較少，故這種以模型預測及多目標尋優的燃燒優化技術成為發電廠的首選技術。

1.??? 關于檢測技術為核心的鍋爐燃燒優化技術研究

為實現鍋爐燃燒技術的優化目標，發電廠可以通過檢測鍋爐燃燒的參數來查明其運行狀態，如對爐膛內火焰及鍋爐排放物的在線測量，并針對測量的結果作出具體的分析，其中許多數值都可以作為實時檢測的目標，如一次風量、煙氣含氧量及煤粉濃度等都可以作為參數進行實時監控，合理的控制鍋爐燃燒情況，能夠實現經濟化的高效燃燒模式。

1.1? 爐膛火焰檢測技術

現如今，火焰檢測技術已經突破了核心技術層次的發展，并不再沿用傳統的直接式檢測，而是可以通過紅外線、紫外線等技術進行間接的火焰檢測，這種檢測形式又被稱為數字式及圖像式的檢驗形式。以CFD與鍋爐CT技術為基礎的鍋爐燃燒優化技術，采用CFD技術對鍋爐燃燒過程中的具體情況以數值的方式模擬出來，其中又能體現出溫度場、速度場等信息，將各部分的信息作為燃燒優化技術的應用指導。鍋爐CT通過紅外激光技術可實現對爐膛核心區域的溫度測量，這項技術的敏感性較高，改變了傳統接觸式的溫度測量方法，具有全面策略的優勢，克服了材料及設備的限制，依據傳統的光譜測量方法，鍋爐CT技術受外界因素的影響較小。利用鍋爐CT技術測量的重要部分的溫度結果，可以作為鍋爐燃燒場動力學計算的邊界條件，并修整CFD。應用CFD與鍋爐CT技術的鍋爐燃燒優化技術能夠達到理想的節能效果：其一，鍋爐內均衡燃燒并保持較低的過氧量，其燃燒效率提升1.0%-1.5%;其二，鍋爐對煤種變化的適應性增強;其三，鍋爐排放的有害氣體減量，的排放量降低25%以上;其四，這一技術能夠有效減少鍋爐結焦或是局部溫度過大的問題，能夠有效防止鍋爐發生爆炸事故。

1.2? 鍋爐排放物檢測技術

對鍋爐排放物的檢測標準主要可從飛灰含量及煙氣組成等多個方面進行檢測，利用檢測設備的穩定性及實時性來影響鍋爐燃燒優化技術的實際效果。故鍋爐排放物檢測技術是鍋爐燃燒優化技術研究的前提與基礎。

1.3? 風煤在線測量技術

鍋爐燃燒是以風煤比為計算基礎實現風量調節的，故在鍋爐的燃燒控制系統中，對風煤比值進行準確的調節能夠促進鍋爐的安全、經濟運行。就目前發電廠控制風量的方法來講，依據實際生產經驗對給粉機的參數予以調節是最常見的方式之一，再通過改變一次風擋板的開度就能控制風量。在此基礎上，相關專家對風煤在線測量技術作出了深入的研究，拓寬了原有的風煤在線監控途徑，使之更加直觀和有效，但不得不承認，目前風煤在線測量技術仍存在一些瓶頸問題，其中包括選擇測量裝置及確定測點位置等。

1.4? 煤質在線分析技術

煤質在入爐之前的變化對鍋爐燃燒情況具有直接的影響，目前發電廠的鍋爐多數使用低質煤及混配煤，這種形式涉及的煤種較多，若沿用以往的化驗煤質的方法來分析煤種質量，那么工作人員所花費的時間是非常多的，并且這種傳統的化驗方法容易得出錯誤的結論，所以在煤質在線分析技術方面的研究對鍋爐燃燒優化技術的突破十分重要。據了解，目前的煤質在線分析技術具有誤差小、可靠性高及安裝位置準確等多個方面的優點，但這項技術仍處于研究過程中的分析驗證階段，并未得到廣泛的實踐。

1.5? 控制技術與人工智能技術的鍋爐燃燒優化技術

近年來我國人工智能技術的發展日益成熟，這項現代化的技術在工業領域也得到了廣泛的應用，與此同時，先進的控制邏輯算法與人工智能技術相結合，在發電廠的鍋爐燃燒優化技術研究中，提供了核心技術的支持，促進鍋爐燃燒的迅猛發展。但國內以人工智能技術為核心的鍋爐燃燒優化技術正處于試驗階段，并未得到大規模的普遍應用，該項技術的實踐經驗較為匱乏，仍需通過更加深入的研究來奠定基礎。

2.??? 目前國內發電廠常用的鍋爐燃燒優化技術分析

2.1? 貝葉斯概率統計法

貝葉斯概率算法是以概率統計學知識為基礎，通過加權回歸算法進一步優化鍋爐燃燒，模擬算法的方式可自行確定在多種負荷狀態下的鍋爐的實時數據，以貝葉斯統計法的形式，將其燃燒過程的特性用目標函數的方式辨識出來，并快速的尋找到最佳參數的位置，這種方法可以在DCS中形成閉環式的控制。

2.2? 神經網絡法

在鍋爐燃燒的過程中，神經網絡技術也是常見的手段之一，可實現閉環控制燃燒及燃燒操作指導。工作人員從鍋爐燃燒系統的數據中得到神經網絡的相關參數，再通過動態反饋及回路控制等方式達到優化的效果，并且能夠將誤差最大化降低。

2.3? 多模控制技術

傳統的鍋爐燃燒優化技術只注重對燃燒過程的控制，但調整鍋爐的燃燒參數時，鍋爐的主汽及再汽溫度常會出現波動，致使鍋爐被迫退出運行狀態。在鍋爐燃燒優化技術中應用多模控制技術，能夠將維持主汽溫度穩定作為優化的內容之一，在控制鍋爐燃燒情況及溫水閥等基礎上，可實現對主汽溫度和再汽溫度的穩定控制，該項技術已經在實際應用中取得了良好的效果。飛灰含碳量作為反應鍋爐燃燒工況的重要依據，利用軟件來估算其中的飛灰含碳量，并將其作為反饋結果的依據。

2.4? 鍋爐燃燒可視化檢測與系統的閉環控制

鍋爐在燃燒過程中，爐膛內的火焰溫度變化情況可反映出鍋爐燃燒過程的穩定性，工作人員能夠通過觀察數據采取相應的調整措施。鍋爐CT以紅外激光的方式可測量爐膛內的燃燒溫度，并以非浸入的測量方式準確的顯示出爐膛核心區域的燃燒溫度。鍋爐燃燒可視化檢測技術的動態響應速度較快，能夠有效的克服傳統測量方法的不足之處，如傳統的測量方法無法準確反映出1500℃以上的核心高溫區，應用鍋爐燃燒可視化檢測技術以后，建立CFD模型對鍋爐CT的模型進行修正，則可以起到優化爐膛燃燒器和配風的作用，并有效降低的排放量。

3.??? 結束語

近年來我國能源供應較為緊張，發電廠為提升能源的應用效率，就要不斷優化鍋爐燃燒的過程，增強煤炭的燃燒率，維持鍋爐運行的穩定性，在測控技術的配合下，發電廠鍋爐燃燒優化技術緩解了諸多問題，在發電廠的運營中承擔著重要職責。

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