發電廠鍋爐運行中的節能技術應用

［摘 要］文章針對發電場鍋爐運行中的節能問題，提出相應的節能技術應用，旨在提高經濟效益，減少污染物排放。

［關鍵詞］控制技術；鍋爐節能；流程效率

［中圖分類號］TM621.2 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）01–0098–03

1 發電廠的鍋爐節能技術特點

發電企業鍋爐節能技術改造應充分考慮鍋爐自身特點和運行工況，因地制宜推進。

（1）大型燃煤發電鍋爐屬于大型復雜能源消耗量大的系統，想要實現高效、經濟運行必須做到靈活調峰和優化控制策略，這就需要深入分析工況參數之間的耦合效應，設計出高效、經濟的控制運算法，實現部件和系統的協同高效運行。

（2）大容量鍋爐在高參數高負荷條件下長時間連續運行，各類部件易發生損壞，這就需要研發新材料、新工藝，提高系統抗壓強度。

（3）我國部分地區電廠鍋爐使用低熱值高灰分煤，這增加了點火難度和附件功率消耗。因此這類鍋爐需要研發特殊的低階煤燃燒技術，或考慮燃用混煤，改善煤質。

（4）不同類型燃煤鍋爐需采用不同的蒸汽水，這就需要針對特定類型或特定流程模式設計專屬的節能技術方案。

綜上所述，大型燃煤鍋爐節能技術改造應考慮鍋爐特點、工況參數和煤種特性，采用系統工程方法論，設計系統層面、過程層面和部件層面的綜合節能技術方案。這是實現鍋爐高效環保運行的治本之策。

2 發電廠鍋爐運行中的節能問題

（1）部分發電廠鍋爐采用的燃燒技術和控制模式較為落后，燃燒系統效率較低。這主要體現在煤氣燃燒時相關管理部門的管理不當，存在著明顯的供氧不足區域，從而產生大量未完全燃燒的煙氣排出，浪費了燃料化學能。具體來說，這類鍋爐燃燒器備用風量設計不合理，主、備風的切換控制響應緩慢，無法實現快速補風，這直接導致了燃燒區域局部供氧不足。另外，對部分鍋爐級變量間的coupling effect 考慮不充分，無法準確預測和補償各燃燒區的實時需氧量，使燃料在局部區域不完全燃燒，從而產生CO 等未燃盡產物。此外，這類鍋爐多采用機械、氣動元件實現燃燒控制，響應速度慢，控制精度有限，無法對煤氣燃燒過程實施精細化管控，這也在很大程度上制約了燃燒系統效率的提升。

（2）鍋爐部件磨損和堵塞。鍋爐內部部件的磨損和堵塞是發電廠鍋爐運行中常見的節能問題之一。隨著鍋爐的長期運行，管道和熱交換表面可能會積聚灰塵、沉積物和其他雜質，導致熱傳遞效率降低。這種降低會導致鍋爐需要更多的燃料才能產生相同的熱量，從而增加了能源消耗和運營成本。

（3）鍋爐風機、給水泵等輔機系統能效較低，系統匹配和控制策略有待優化。具體而言，傳統定速運轉的風機浪費了大量動能，而控制策略的不足直接導致了輔機功率的過度消耗。關于風機系統，目前大多采用離散調速的調風機方案，這類風機定速條件下風量通常遠高于鍋爐燃燒對應需求的風量，從而造成了大量壓縮空氣的動能損失浪費。此外，離散調速風機平時維持高轉速運轉，調節響應時間長，難以滿足燃燒過程快速變化的風量需求，這同樣制約了鍋爐燃燒系統效率。對此，未來發電鍋爐可考慮采用變頻調速風機及預測性風量控制方案，根據對燃燒過程的精確預測，實時調整風機轉速，高效匹配燃燒對應的需風量，有效減少風機動能損耗。此外，給水系統方面，傳統定額給水方式同樣存在水量配置不合理的問題。這里可考慮變頻調速給水泵及智能注水控制技術，建立給水流量與鍋爐負荷的精確匹配模型，實現給水優化，降低給水泵系統能耗。

（4）部分電廠使用的燃料煤質較差，設備運行經濟性受到一定影響。高灰分、低熱值、高水分的劣質煤直接增加了污染治理的負擔，同時也降低了鍋爐燃燒效率。具體來說，高灰分煤在燃燒過程中易形成大量煙氣顆粒物，造成電靜式除塵器過濾面結垢嚴重，運行阻力劇增，從而提高了除塵系統的能耗。此外，部分灰分易形成低熔點夾雜物，在對流過熱器上產生嚴重燒結，影響設備安全穩定運行。低熱值、高水分的劣質煤燃燒后產生的高溫煙氣量劇增，不僅加大了煙氣系統阻力損耗，也增加了排放量治理難度。高硫分煤燃燒產生的SO2 會加速低溫過熱器的腐蝕，影響設備完好率。

（5）鍋爐運行控制參數設置不當，使其無法持續運行在經濟工況點上。給水流量、風量及煙氣氧含量等參數的非優設置，會讓鍋爐偏離最佳工況點，從而加大能耗。具體來說，給水系統、燃燒風系及空氣分配系統是影響鍋爐燃燒工況的3 大關鍵過程系統。如果給水流量設置過大或過小，會導致汽包區產生過多湍流損耗或水冷壁結渣而影響傳熱。如果風機風量供應不匹配，會產生局部富氧或缺氧從而影響燃燒效率和經濟性。如果分配風量設置不當，也會造成爐膛燃燒區氧氣分布異常，產生局部高低溫區，繼而影響熱損耗和設備安全。此外，上述參數的失衡還會加劇鍋爐熱負荷波動，導致熱損耗，且負荷波動越大，熱損耗越高。除上述關鍵參數外，煤質波動也會顯著影響鍋爐工況和經濟性。

3 發電廠鍋爐運行中的節能技術應用

（1）推廣應用先進的燃燒技術和控制模式，提高燃燒系統效率。這主要包括引入分布式燃燒技術、在線煤氣分析系統及基于大數據的智能控制平臺等，通過優化組織燃燒，實現對燃燒過程的精確預測、控制及優化，有效提升煤氣的完全燃燒率。具體來說，目前先進的分布式燃燒技術可以實現更為合理的燃料氣流分配，減少燃燒區氧濃度分布不均勻問題，有效解決燃料在傳統燃燒器中易出現的死區、鈍火區等熱點問題，從而顯著提高燃料的完全燃燒率。此外，在線便攜式煤氣測量分析儀的應用，可以對煤氣燃燒狀態實現在線快速監測，為煙氣余氧量等參數的閉環控制提供輸入信號，利于優化調節燃燒工況。另外，引入以數據驅動和AI 算法為核心的智能化燃燒優化控制系統，建立高維度動態模型，可以快速預測和判斷燃燒過程中的各種復雜情況，并按最優目標自動制訂控制策略，實現對燃燒過程的主動控制和經濟優化，這將更大幅度提升燃燒系統效率。

（2）使用先進的隔熱材料、在線防結垢系統等技術，減少水蒸氣系統的熱損耗，提高系統保溫效果。可以優化流程方案，降低系統熱負荷，從源頭減少熱損耗產生。具體來說，目前已開發應用了如納米復合隔熱材料、真空隔熱技術等新型高效隔熱系統，具有抗溫差能力強、導熱系數極低的特點。相比傳統材料，這類新材料的隔熱效果更優，可有效抑制水冷壁、汽包及汽輪機外殼的熱輻射和對流損耗。此外，在線防結垢系統利用超聲波技術產生高強度低頻聲波，震蕩去除管壁結垢，避免水冷壁傳熱效率的下降，也是重要的熱損耗治理手段。除上述改進保溫隔熱材料和防結垢技術外，還可以從流程優化角度考慮，如調高再熱蒸汽參數，減少一次蒸汽抽汽量，降低系統熱負荷水平，從源頭減少熱損耗。此類新材料、新技術與流程優化策略的綜合應用，可有效增強鍋爐水蒸汽系統的隔熱性能，顯著減少熱損耗產生，直接提升系統的熱效率水平，增強鍋爐節能效果。

（3）推廣變流調速技術，對風機、給水泵等輔機系統實施節能改造，并建立優化控制模型，實現對主要工況參數的協調控制，降低輔機系統能耗。具體來說，風機和給水泵系統是鍋爐能耗的重要部分，其運行控制策略與鍋爐主流程的匹配關系十分密切。應用變流調速技術，代替傳統的離散調速方式，可以連續可調、靈活匹配鍋爐主過程負荷變化情況，如根據天然氣需風量變化主動控制風機轉速，或者根據水量余裕自動優化給水泵轉速，防止設備“空轉”，有效減少系統動力損耗。此外，還需要建立變頻風機或給水泵與鍋爐主系統各種參數之間的精確耦合模型，如氣流量和負荷的關系、水量與蒸汽量平衡模型等，實現對各類參數的協同管理，保證不同系統間的參數匹配、協調優化，使鍋爐系統整體運行在最合適的經濟區間。上述變頻轉換系統與參數智能協調技術的配合運用，可有效減輕燃燒輔機系統的能源損失，降低系統耗電率水平，增強發電廠鍋爐節能減排效果。

（4）優化和改進劣質煤的使用，推動混煤技術應用，必要時可以考慮選用進口優質煤，從源頭減少劣質煤對系統的負面影響。此外，還需針對劣質煤可能引發的問題，加強系統監測和防控。具體來說，部分發電廠所在地區受資源限制，煤質普遍較差，直接燃用會對鍋爐系統造成較大損耗。對此，可以考慮與優質煤混燒，加入一定比例的進口煤或無煙煤，改善混合煤的綜合燃燒特性。混煤燃燒可以提高鍋爐燃燒效率，減少未燃物排放和系統損耗。此外，對劣質原煤也可以進行一定的預處理，如煤質粉碎、除雜、洗選等，去除部分硫、灰，減輕燃燒系統負擔。除燃料管理優化外，還需全面考慮劣質煤使用可能帶來的風險，如低溫過熱器金屬腐蝕、煙氣系統結渣堵塞等問題。這需要加強對關鍵部位的在線監測，一旦監測到數據異常，應快速啟動相應的防控措施，保障系統安全。上述在燃料源頭治理基礎之上，輔以系統監控預警和快速響應的綜合策略，可以有效降低劣質煤對鍋爐系統的消極影響，助力節能減排。

（5）利用大數據、物聯網及AI 技術建立高維度動態模型，實現對關鍵參數和工況的精確預測和控制，有效鎖定和維持鍋爐最佳工況，確保經濟高效運行。具體來說，發電鍋爐是一個結構復雜、參數互聯的大型非線性系統。想要使其穩定、經濟運轉，必須深入研究各類參數之間的內在耦合機理，建立包含多源異構數據的物理– 數據融合模型。基于高數量級的歷史運行數據及結合專家經驗，可以采用機器學習等AI算法，實現對模型的迭代優化，使之能夠實現對關鍵過程參數的預測和約束控制。如建立負荷與蒸汽參數的映射模型，根據電網負荷指令變化預測鍋爐噴吹量或汽包水位。或者建立煤氣成分與最佳空氣系數的關系模型，規劃優化爐內氧量分布。在此基礎上，通過與DCS 和過程控制系統的深度融合，形成對關鍵參數的閉環控制和持續優化，實時調節風機轉速、煤供給等操作量，有效抑制變負荷情況下的熱損耗波動，確保鍋爐長期穩定運行在最佳經濟區間，實現節能目標。

4 結束語

綜上所述，發電廠鍋爐節能技術改造和創新升級是實現電力行業高質量發展的重要路徑選擇。這不僅關系到發電廠的經濟運行成本和效益，也是落實綠色低碳發展理念、建設生態文明的應有之舉。因此，電力企業必須高度重視鍋爐節能工作，堅持節能減排與安全穩定運行的統一，持續加大科技創新投入力度，深入研究適合企業的節能技術方案，并組織開展改造升級工作。同時，也需要加強新技術的跟蹤和試驗驗證，積極總結推廣節能技術應用效果顯著的典型經驗案例。只有這樣，才能在實現經濟效益的同時，有效降低污染排放，為建設資源節約型、環境友好型電力系統提供有力支撐。

參考文獻

[1] 徐鴻恩. 節能降耗技術在電廠鍋爐運行中的應用[J]. 自動化應用，2022（6）：55-57.

[2] 彭光. 節能降耗技術在電廠鍋爐運行中的應用[J]. 電子技術，2022，51（3）：178-179.