火力發電廠鍋爐運行優化策略

劉 翔

（國家能源集團重慶恒泰發電有限公司，重慶 400805）

對我國經濟社會發展而言，電力能源是推動其不斷發展的重要能源之一，也是人們賴以生存的物質基礎。火力發電是獲取電力能源的一種重要方式，在我國能源緊缺、環境污染問題頻發背景下，如何優化火力發電廠工作模式、提升發電廠運行效率成為相關企業亟需思考的課題。眾所周知，火力發電具有能耗高的特點。鍋爐運行過程中需要大量煤炭資源作為支撐，煤炭消耗量逐年增加的同時還帶來了嚴重的環境污染問題。在科學進步帶動下，人們逐漸認識到合理利用與保護不可再生資源的重要性和必要性。所以，在火力發電廠鍋爐運行中還需優先解決發電廠能耗高的問題，節約資源、降低能耗、提升工作效率等方面的工作迫在眉睫。

1 火力發電廠鍋爐運行原理與特點

鍋爐、發電機、汽輪機及其它輔助設備等構成了火力發電廠生產運行的熱力系統。其中，鍋爐作為整個工作系統中一項重要的設備，其運行狀況與火力發電廠綜合運行效率之間具有密切關系，最終還會對發電效率產生很大影響。鍋爐作為火力發電廠能源動力的主要供給者，也是能量輸出的窗口。首先，在鍋爐爐膛內放入煤炭，使其充分燃燒完成化學能向熱能的轉換；其次，煤炭燃燒過程中煤炭中的碳物質與雜質會發生氧化反應，從而產生大量高溫煙氣與熱量在鍋爐中循環傳遞，并且熱量會通過屏式過熱器、高溫過熱器、內水冷壁以及再熱器等部位逐漸傳遞。鍋爐內的水再在熱能作用下產生足夠數量和一定質量的過熱蒸汽，如此一來，熱能便轉化成為汽輪機提供動力的機械能。簡言之，鍋爐運行狀態至關重要，將會直接影響火力發電廠的運營效果[1]。

在火力發電廠整個生產運行系統中，鍋爐并不是一個獨立運行的設備，它與其它設備連接在一起，無形之中增加了更多運行干擾因素。受到內外部諸多因素的干擾，鍋爐運行參數的不穩定性概率也隨之增加。一旦其中某一設備發生運行故障，都會給鍋爐運行帶來影響，進而給電力能源的生產、供應帶來影響。而且，對于大多數火力發電廠來說，他們并沒有安裝專業性較高的系統運行監測設備，單純依靠人工監測和維護還存在種種弊端。若運行參數錯誤糾正不及時、設備維護不及時很容易擴大運行問題影響的范圍，進而給鍋爐運行帶來更加嚴重的影響。此外，火力發電廠獲得電能的主要動力來源依靠煤炭的燃燒，鍋爐內部煤炭充分燃燒會產生大量熱能。與此同時，還會產生許多雜質。通過化學反應熱能會轉化為機械能為汽輪機提供能量，雜質則會形成高溫煙氣促使鍋爐內部整體溫度增高，形成的蒸汽帶動蒸汽汽輪運行。然而，在實際設備運行過程中，獲得的電力能源量并未達到預期效果，煤炭消耗量相較于電能獲得量反倒是呈現以倍數增長的趨勢。日趨增長的煤炭消耗對火力發電廠來說可謂是一筆較大的開銷，如何降低煤炭燃燒熱損耗也就成為優化火力發電廠各個設備運行中一項至關重要的內容。

2 目前火力發電廠鍋爐運行中存在的問題

2.1 鍋爐給水品質給鍋爐使用效益帶來影響

鍋爐運行是火力發電廠整體運行的關鍵點，而對于鍋爐運行來說，給水品質又是鍋爐運行的重中之重，直接關系到鍋爐運行狀態是否良好。尤其是給水的pH值（酸堿度），水質不同會產生不同水平的水蒸汽離子。如果水蒸汽離子含量較高，還會導致水蒸汽中出現大量雜質，這時受到能量激發便會造成水蒸汽效率大大降低的現象，熱能集中不充分還會造成發電損耗。與此同時，鍋爐內部會形成大量水垢，鍋爐的效率也會受到不同程度的影響，如傳熱能力下降、鍋爐溫度下降，最終會出現鍋爐煙囪溫度過高的現象。當溫度上升到一定高度，鍋爐管很可能會爆裂，鍋爐設備遭到破壞勢必會影響鍋爐正常運行。汽輪機循環部件上的污垢現象比較集中，還會導致蒸汽流量逐漸下滑。附著在汽輪機葉片上的污垢會使汽輪機旋轉阻力增大，嚴重威脅著鍋爐的安全運行[2]。

2.2 煤質不達標使得鍋爐煤炭量相對較高

火力發電廠中鍋爐的運行狀態會受到煤炭質量的影響，質量的優劣直接影響著鍋爐運行所產生的熱量多少，進而對整個火力發電廠的發電效率帶來影響。煤炭來源是影響煤炭質量的關鍵因素之一，含有較多雜質或水分的煤炭資源，在燃燒過程中會出現生成的熱能被快速吸附的情況，最終導致熱量補給不充足。基于此，相關企業應重視煤炭質量問題，明確煤炭質量對鍋爐持續、正常運行的重要性。由于煤炭燃燒是實現電力供應的重要方式，所以想進一步提升火力發電的效率，科學合理地運用鍋爐設備尤為重要。

2.3 鍋爐設備缺乏保養

對火力發電廠而言，提供熱量的鍋爐是整個發電系統的核心設備。然而，鍋爐運行時難免會出現鍋爐內部泄壓、排氣管道積炭等問題。加之大多數企業過于追求企業效益，卻忽視了保養設備的必要性。如果忽視對鍋爐設備的日常保養，不僅無法進行系統的智能化升級，還會使之產生各種應用問題，比如，燃燒不充分、燃燒器氣路堵塞、鍋爐內部泄壓等。一系列問題的出現都會給鍋爐運行狀態與火力發電帶來不良影響，而且還會影響火力發電廠的生產成本與產能。

3 火力發電廠鍋爐運行優化策略

在火電廠鍋爐運行過程中，所用的煤炭材料種類和性能、鍋爐基礎構成以及各項設計指標等都與火電廠鍋爐運行的經濟性與安全性有著十分密切的關系，同時也是鍋爐運行優化需要重點考量的內容。火力發電廠鍋爐運行時，由于其實際轉動參數與設計參數之間并非完全一致，煤炭材料的質量與種類也會存在誤差，這必然會造成火力發電廠鍋爐的實際效率值與設計值之間出現偏差。除此之外，鍋爐運行過程中可能還會出現給水水質與實際工作要求不相匹配的現象。基于上文所述種種問題，火力發電廠鍋爐運行時還需不斷探尋運行優化策略，為鍋爐持續安全運行提供保障，同時也促使火力發電企業獲得更高的經濟效益和社會效益。

3.1 強化鍋爐給水品質

火力發電廠鍋爐處于運行狀態時，對鍋爐給水的硬度、pH 值（酸堿度）、電導率、溶解氧等各個參數均有著不同要求。簡言之，鍋爐給水品質會給鍋爐運行帶來相當大的影響。因此，優化鍋爐運行的關鍵還在于需要不斷加強對給水品質的要求，確保鍋爐進水安全。一般而言，給水控制的主要方向是確保給水pH值（酸堿度）保持平衡。與此同時，為有效避免鍋爐內部發生結垢現象，還需增加水蒸汽的含量，而且水蒸汽含量增加也有助于鍋爐熱能的增加。不同種類的鍋爐改進方式方法也各不相同，這就需要結合鍋爐自身性能、鍋爐運行原理等加以改進和優化[3]。在實際應用中，要以鍋爐實際運行情況為依據，及時處理鍋爐內的氣泡，以有效避免鍋爐內蒸汽離子含量過高的狀況。如若控制不得到，抑或是沒有及時清理，很容易導致鍋爐內部結垢，勢必會制約著鍋爐運行效率的提升。

3.2 優化鍋爐燃燒方式

火力發電廠電能的產出依托大量煤炭的燃燒。眾所周知，煤炭資源是三大化石能源中重要組成之一，也是一種不可再生的資源。此外，火力發電過程中會產生大量有害物質，諸如：二氧化碳、二氧化硫、碳氧化合物等等，而未經任何方式加以處理的有害物質向大氣中直接排放會造成極為嚴重的大氣污染問題，空氣質量也隨之大幅下降。所以，還需重視火力發電廠鍋爐內部燃料的利用率是否達標。對火力發電廠來說，節能減排是其永恒追求的目標。科學合理的控制方式能夠推動鍋爐節能降耗工作的持續開展，也能夠有效解決鍋爐運行過程中資源過度浪費的問題，以此為燃煤率提供保證。鍋爐燃燒和傳熱過程相對復雜，如果單純按照傳統方式進行建模可有效控制能量轉換效率與運行安全性，所以還需基于多目標優化控制技術以加強鍋爐燃燒方式的智能化控制。例如，基于神經網絡和支持向量機技術構建鍋爐燃燒模型，基于粒子群算法、遺傳算法等諸多智能化優化算法，采用蟻群優化算法等找出鍋爐燃燒系統各個輸入參數的最佳組合，并以此為依據進行各層風量配置，進而為鍋爐燃燒提供優化指導和實時控制服務。以神經網絡技術為依托，可以建立NOx 排放和冷凝器背壓模型。除此之外，借助先進的預測控制技術則可以精確控制噴氨量以及空冷風機等[4]。

3.3 優化鍋爐蒸汽參數

鍋爐運行參數始終處于穩定的數值狀態是確保火力發電廠鍋爐安全運行的關鍵。基于此，相關工作人員需時刻關注鍋爐參數是否處于正常值范圍，如有必要需采取有效措施準確把控參數實時變化情況。在鍋爐運行過程中，著重點還在于科學把控過熱蒸汽的溫度。一旦發生超高溫現象，鍋爐會處于超負荷運轉的狀態，鍋爐的使用壽命將會大大縮減。而鍋爐蒸汽的含氧量增高，水蒸汽會呈現出弱酸性，經過高溫加熱酸性被激活，造成爐內金屬腐蝕，鍋爐的運行效果、使用壽命都會受到不同程度的影響。為有效避免鍋爐溫度過高，就需要針對不同現象處理好相應的溫度管理控制工作，詳細調查和記錄鍋爐運行的參數，還可以運用包括ASPEN 在內的專業優化軟件整體優化相關參數，使之達到最佳組合狀態。最后，為降低鍋爐運行壓力、提升鍋爐運行效率，要求鍋爐高溫運行條件下及時檢測，確保鍋爐內水蒸汽的含量與運行標準相符。

3.4 調整鍋爐內部風量

鍋爐內部風量也會影響煤炭燃燒的程度。因此，為確保火力發電廠鍋爐運行過程中爐內煤炭充分燃燒，在進行鍋爐運行優化時還應實時觀察、具體分析、深入研究鍋爐一次與二次風量的數值變化。準確地說，鍋爐內部煤炭燃燒的主要原理就是煤炭原料在高溫作用下與空氣中的氧氣進行融合。此時，鍋爐內部風量與煤炭配比會直接影響鍋爐供熱效果，合理調控風量能夠確保風量中的氧氣與煤炭原料充分接觸與燃燒，有效避免鍋爐內因缺少氧氣而導致煤炭燃燒不充分的現象。

3.5 加強鍋爐設備維護

火力發電廠設備通常應用時間較長，隨著鍋爐設備運行年限越來越高，部分鍋爐難免會發生異常。火力發電廠鍋爐運行優化還需針對設備異常等問題采取技術優化方案，結合鍋爐運行實際情況加以論證，選擇行之有效的優化方法。

1.鍋爐常規維護與管理。嚴格按照相關標準與規范進行鍋爐的維修與管理，首先，定期開展日常維護，確保在初始階段便能將鍋爐運行過程中可能存在的安全隱患消除。與此同時，確保鍋爐運行壽命。其次，制定相應的維護與管理登記制度，并嚴格落實。詳細記錄每次鍋爐設備維修的日期、日常巡視中發現了哪些問題等，并詳細登記問題的具體情況以及應用了哪些有效措施加以解決、處理結果怎樣，為后續管理工作的開展提供依據[5]。

2.加強對結焦結灰設備的檢查與維護。鍋爐溫度上升后，燃料中的金屬成分氧化速度會越來越快，極易發生高溫性結焦的狀況。結焦物質會附著在鍋爐爐膛表面，因此還需加強檢查與維護，做好鍋爐清潔工作。

3.重點檢查與維修排煙溫度過高設備。火力發電廠生產過程中，設備損壞會導致排煙溫度超出正常參數范圍。通過系統分析可以看出，鍋爐爐膛或制粉系統如若出現漏風問題，則極易導致排煙溫度升高的現象產生。對此，還需重點檢查與維修排煙溫度過高的設備，如鍋爐主體或者相關結構，重點在于鍋爐爐底或爐頂的密封性是否完好。總之，加強鍋爐設備維護，對火力發電鍋爐運行優化至關重要。

4 結語

總言而之，火力發電廠生產過程中，鍋爐運行狀態是否穩定將會直接影響發電廠整個生產系統設備運行的穩定性，而且鍋爐運行也是影響發電廠產能的關鍵性因素。鍋爐運行過程具有相對較高的復雜性，需要控制的運行參數數量也相對較大。基于此，火力發電廠還需加強對鍋爐運行狀態的實時監測，準確、詳細記錄、分析鍋爐各個運行數據，及時發現運行中隱藏或已經顯現的種種問題并提出有較強針對性與可行性的解決方案。此外，定期維護和檢修鍋爐設備，進而確保其良好的運行狀態，也能適當延長其使用壽命，最終達到提升鍋爐生產運行效率、提升火力發電廠發電效率的目的。