鍋爐燃燒優化指導系統在火電廠的應用

內蒙古霍煤鴻駿鋁電有限責任公司電力分公司 潘志剛 張 鐸 張玉江 張 勇 劉俊仁 張鵬林

可持續發展是我國長期執行的戰略，其中對于環境保護方面的要求較高，因此在當前的運行過程中，火電廠需要不斷優化自身的運行方式，豐富當前的燃燒優化手段，保證燃燒能夠充分，減少排放造成的污染[1]。

隨著技術的進步，圍繞著鍋爐燃燒的提質增效和減少環境污染的總體目標，鍋爐燃燒優化指導系統的內容逐步豐富，通過一系列的優化手段，能夠有效提升當前的燃燒效率、降低火電廠的污染物排放量，促進火電廠水平的提升；此外，該類系統可擴展性強，可以根據最前沿的研究內容不斷優化迭代，因此鍋爐燃燒優化指導系統在火電廠之中得到了大量的應用[2]。

隨著我國經濟的不斷發展，火力發電廠作為我國重要的電能生產設施，在我國的發展之中有著重要的地位，因此優化當前的火電廠系統成為了實現我國能源發展的關鍵所在。火電廠鍋爐燃燒不充分會造成煤炭能源的大量浪費，并使得NOx等污染物排放增加，嚴重影響環境，因此必須加強燃燒優化指導系統的應用，以保證當前的鍋爐能夠充分燃燒，實現能源的有效利用，推動我國經濟可持續發展。

本文主要以某實際火電廠為例對鍋爐燃燒優化指導系統在火電廠的應用進行分析，希望能夠為相關的從業人員提供一定的參考。

1 火電廠鍋爐燃燒優化指導系統實施的概述

本次的案例主要是北方某公司生產的330MW亞臨界單爐膛自然循環平衡通風氣包爐，燃燒的方式主要為前后墻的對沖燃燒，設備主要采用的是分散控制系統，這種系統的好處是能夠執行相對復雜的功能，從而在鍋爐燃燒的工程中可以優先進行調整，在系統優化實施之后，可以優先對當前的機組性能進行提升，同時增強了經濟性、減少了成本方面的投入，并且在執行的過程中，有較為完善的步驟保證了系統能夠充分發揮其本身的效果，實現當前對于燃燒方面的保證[3]。

但是在實際的改造之中，需要注重一些問題，做好這部分的調整，才可以保證系統有效地實施。最后就是運行流程的問題，在改造的過程中，流程是非常關鍵的內容，只有嚴密的計劃才可以保證最終的實施結果符合預期，因此在本次的改造過程中，將整個流程細化為以下八個環節：

項目啟動工作?；痣姀S本身關系重大，因此在項目的啟動過程中，需要進行多方面的協調，才可以保證項目的運行；實施調研。充分了解當前的情況，進行調研工作，保證后續的實施順利進行；進行功能的設備方案設計。在其中主要包括組態方案、通訊方案以及控制方案；進行參數的設置。了解當前的參數，并且符合參數的情況下執行當前的工作。

進行建模的工作。了解了建模之后，才可以有效地開展相關的工作，保證當前工作能夠穩定地運行；進行開閉環的測試。防止存在問題，影響火電廠的發展；專家的驗收工作。保證當前的運行能夠穩定的進行；狀態的維護。保證改良之后的狀態能夠穩定的運轉，從而實現火電廠的有效運行。

1.1 優化系統項目實施第一階段

在系統改造的過程中，首先需要做的就是對當前的情況進行充分的調查，只有掌握好當前的情況之后，才可以有效對燃燒的項目進行研究，從而保證系統的正常運行。燃燒優化項目考察主要包括對鍋爐DCS 控制系統、鍋爐儀表和檢測設備的考察，以及鍋爐日常運行中運行和熱控人員的實際情況[4]。鍋爐燃燒優化系統是基于鍋爐DCS 控制系統的控制，屬于先進工藝范疇。因此，鍋爐DCS 控制邏輯本身的運行規律也是研究內容之一。

燃燒優化控制系統通過不斷檢測從DCS 采集的實際參數來控制鍋爐燃燒系統的一些重要參數。因此輸入到優化系統中的參數應該是穩定的，并能反映一定時期內的趨勢。有必要調查優化系統中涉及的鍋爐儀表和檢測設備的狀態，如果重要設備參數的數據偏差或波動過大，需要提前在工廠進行維修和日常維護。通過以上研究工作，一般需要對項目實施過程中電廠的準備工作做出詳細的報告，反映上述研究內容，并對電廠鍋爐設備的改造和維護提出要求。在此基礎上，提出了該機組鍋爐燃燒優化系統的軟件選擇和初步方案。

1.2 優化燃燒項目實施的第二階段

首先是硬件和軟件的控制，在運行的過程中，需要進行充分的調試，才可以保證接口方案能夠符合當前的系統。因此在實際的改造過程中，通過第一階段的研究和最終的文件，可以與用戶討論最合理的優化系統服務器配置、接口轉換方案和DCS 配置方案，優化系統服務器配置。一般可以根據軟件需求，考慮硬件升級需求，合理配置。優化系統一般有兩種接口方案。對于支持OPC 接口的系統，優化系統可以采用基于OPC 協議的通訊方式；另一種方式是特殊接口或硬連線通信，以上兩種方法各有優缺點。項目中應根據客戶現有的網絡通信方式，選擇安全、可靠、性價比高的通信方案。

例如，某電廠優化系統讀取數據采用OPC 通信方式，優化系統寫入DCS 的優化值采用有線通信方式。該方案不僅滿足電廠網絡的安全要求，而且將優化系統的通信成本控制在一定范圍內。DCS的配置應基于用戶現有的DCS 控制方案，為用戶定制安全、簡潔、方便的配置模式和畫面。通過這樣的改造之后，可以有效對硬件以及軟件的情況進行布置，從而完成安裝工作，在安裝的過程中，由于火電廠本身的鍋爐情況較為特殊，因此在安裝的時候，需要注意安全問題，只有保證了安全的情況下，才可以實現當前的工作，推動機組的有效發展。

其次就是對火電廠的參數進行有效的測試，測試是為了保證運行過程中不會出現問題，讓系統能夠順利地完成當前的安裝流程，因此在實際的執行過程中，可以采用預先測試數據的方式，在實施之中，精心設計的電廠試驗計劃可以高效廉價地收集必要的數據，選取歷史數據進行優化系統建模，根據電廠試驗結果確定優化系統方案并建立神經網絡模型。在測試過程中，用戶工程師參與測試，有助于避免不安全的鍋爐運行條件，并使他們了解鍋爐如何控制設置以及不同控制設置的成本。

最后則是建模的相關工作，建模能夠將當前系統的運行直接反饋到模型之中，從而在優化的過程中，先對模型的情況作出充分的分析，保證當前的優化能夠有效地實施。因此在實際執行的過程中，經過參數測試，系統收集了一個非常有價值的數據庫。優化系統通過對這些數據進行分析和處理，獲得如何設置鍋爐控制的信息，從而獲得預期的結果。目前許多優化系統使用神經網絡來處理和學習數據，最后通過基于目標和運行約束的優化算法，利用優化程序和神經網絡模型計算出最優方案。

1.3 優化系統項目實施的第三階段

首先是進行開環測試工作，這項工作是為了保證運行的穩定而執行的一種操作手段。經過前期調研和測試，通過對歷史數據的分析，建立了基于用戶鍋爐的燃燒優化模型，并將模型安裝在優化系統服務器上。開環測試相當于在線顧問，優化系統始終在線給出當前運行條件下的最佳設定值，用戶工程師可以根據優化系統給出的設定值對鍋爐進行調整，以改善鍋爐運行狀況。

其次是閉環在線的控制，在正常運行條件下，鍋爐大部分時間可以滿足無排放和煤耗目標，但在某些階段無排放和煤耗會偏離目標值。這些偏差可能是由煤質波動、爐膛清潔度變化和設備狀態變化引起的。通過優化系統的在線數據分析和優化算法的計算，調整DCS 的鍋爐運行控制參數，保持煤耗和無排放目標水平。

最后一個階段就是維穩階段，在這個階段中需要保證當前的運行平穩，并且優化控制能夠長期有效，因此在本階段之中，需要相關的人員做好報告，積極和相關的專家進行溝通協作，保證當前的運行工作能夠穩定的進行，后續要定期收集整理報告，根據反應的問題進行維護，實現了火電廠優化系統的長期運行。

2 實施階段之中需要注意的問題

2.1 安全方面的問題

在系統優化方面，安全一直是最上層的控制，保證安全的前提下才可以進行后續的操作，因此在實際的項目優化過程中，首先需要保證的就是安全方面的問題，包括通信的安全以及系統的安全，最好能夠配備相關的安全巡檢工作，一旦出現了安全方面的問題，可以有效對事態進行控制，保證當前的工作能夠安全進行，實現對安全的有效管理，讓整個系統能夠順利地進行。

除此之外，相關的工作人員也需要在工作的過程中，嚴格按照預定的相關執行標準進行工作，保證當前的工作之中不會出現任何的意外情況，只有這樣才可以實現工作的有效發展，保證火電廠的改造有效進行。

2.2 實施項目的人員配置

項目本身的實施需要人員進行檢驗，因此在當前的配置過程中，需要保證人員數量滿足使用的需求，同時在每個項目實施過程中，專業人員的數量保證在合理的范圍內，其中包括熱動工程師，通訊工程師以及熱控工程師等，只有完善的人員配置，才可以保證當前的運行工作能夠有效地進行。

2.3 效果檢驗

為了保證項目的有效運行，最終進行項目的效果檢驗是十分關鍵的，在實際的執行過程中，主要的檢查重點是以下的幾個方面：鍋爐的燃燒、轉化率和減低氮氧化物的排放目標等，只有嚴格制定相關的標準，才可以保證最終的改造效果，實現當前的改造目的。

2.4 狀態維持

狀態維持主要是包括培訓以及技術支持兩個方面。首先是培訓方面，為了保證技術能夠長期的進行使用，因此需要做好相關培訓工作，主要是在運行的過程中，針對當前的技術進行培訓，讓工作人員能夠盡快熟悉燃燒優化系統，了解系統的主要功能，保證工作人員能夠充分、高效的使用新的技術系統，完成預期的效果。在實際執行的過程中，需要做好技術方面的培訓，最好是能夠進行結合實際的實習工作，隨后采用老帶新的方式，最快速度讓整個火電廠能夠適應新的技術章程，保證不會出現意外的現象。

其次就是技術支持方面，在改造完成之后，火電廠也應該和改造的單位取得長期的聯系，主要對是其中的一些問題和改造中出現的不足等情況進行實時的反饋，通過及時調整讓整體系統能夠更好地符合使用的需求，從而保證當前的項目可持續發展。

上述優化系統實施的三個階段是此類項目實施的重要環節。為了提高項目實施的成功率，在電廠實施鍋爐燃燒優化，需要有成功案例可供借鑒。同時必須有經驗豐富的鍋爐操作人員或鍋爐燃燒工程師參加；實施人員可以與電廠的操作人員進行良好的溝通。有經驗的操作人員或鍋爐燃燒工程師可以根據具體的鍋爐工況推薦可行的優化方案。

目前，我國火電機組供電煤耗仍處于較高水平，氮氧化物排放總量持續上升。為實現“粗放型經營”向“集約化經營”的轉變，將電廠運行水平提高到更高水平，適應國家可持續發展戰略，電廠必須采用先進技術，努力降低污染和供電煤耗。

3 結語

當前的電廠改造主要是針對鍋爐燃燒優化的指導系統進行的，但是隨著我國對于環境方面的要求不斷增長，在未來的發展之中這樣的方式依舊存在其不足的部分，所以在未來的發展過程中需要積極改善各方面的不足，最好是能夠從調研、設計、實施、維護各個方面入手，實現整個鍋爐燃燒系統的全流程優化；同時要充分關注當下的先進技術和相關研究熱點，探索鍋爐燃燒優化系統的進一步發展方向。