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[摘 要]锅炉燃烧优化控制是实现火电厂节能减排的重要技术途径。对于大型燃煤锅炉.运行中燃料的分配是否均匀，配风是否合理，将直接影响到机组运行的经济性、安全性和环保水平。而要实现运行中的优化控制，就必须对燃烧过程的重要参数进行在线准确测量。
[关键词]电厂；煤粉；锅炉；节能减排；在线测量技术
中图分类号：TK83 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）21-0158-01
目前，在国内大部分燃煤电厂，对锅炉燃烧过程关键参数的监测仍采用人工取样分析方法和传统的测量手段.测量精度低且结果的实时性差，运行人员只能根据经验对燃烧过程进行控制。这种控制方式往往无法达到最佳效果.特别是当煤质和负荷发生变化的情况下，这种矛盾更加突出。因此，有必要采用新的在线监测技术.辅助运行人员按照13个基本条件为目标对燃烧过程进行优化控制.实现燃煤电厂节能减排的目标。
1 实现锅炉燃烧优化的基本条件
要实现燃煤锅炉燃烧优化必须具备13个基本条件：（1）炉膛出口整个截面处于氧化性气氛，氧量值为3%左右。（2）热态运行条件下各煤粉管道之间纯空气流速偏差不高于平均值±2%。（3）各煤粉管道之间煤粉流速偏差不高于平均值±5%。（4）各煤粉管道之间煤粉质量流量偏差不高于平均值±10%。（5）所有煤粉管内煤粉细度达到：200目网筛（按ASTM标准，下同）的通过量至少为75%：50目网筛通过量至少为99.9%。（6）磨煤机通风量的精确测量与控制，测控精度至少为±3%。（7）燃尽（OFA）风量的精确测量和控制，测控精度至少为±3%。（8）对一次风煤比按设定曲线进行精确控制。（9）各煤粉管内煤粉流速不低于17 m/s。（10）各燃烧器及风门挡板变形量小于6mm。（11）各燃烧器之间二次风量的分配偏差要小于平均值±10%。（12）对给煤量进行精确测量和控制。（13）尽可能保证原煤质量及煤块尺寸不变。上述基本条件是燃烧调试专家经过几十年的现场经验得出的总结。现在已经被业界普遍采用。
2 锅炉燃烧优化的主要途径
现代大型电厂锅炉的效率一般可以达到90%～94%。锅炉的主要热损失及所占比例为：排烟损失小于5.0%；飞灰中未完全燃烧损失小于1.5%；锅炉散热损失小于0.5%：可燃气体未完全燃烧损失小于0.1%；灰渣物理显热损失小于0.05%。由此可见，排烟损失和飞灰未完全燃烧损失所占比例最高，因此，应力争降低这2项损失。如果能按照燃烧优化所要求的13个基本条件进行燃烧调整.就能降低过量氧量和飞灰含碳质量浓度。提高锅炉效率。具体调整方法如下：
2.1 制粉系统的运行优化方法
对制粉系统优化调整的主要目的是保证煤粉分配的均匀性。一般规定。各煤粉管道之间的煤粉流量分配偏差小于平均值的±10%：煤粉流速分配偏差小于平均值的士5%.影响煤粉分配均匀的主要参数是煤粉细度、磨煤机通风量及煤粉管道之间流动阻力偏差.这几个参数对煤粉分配的均匀性都有影响，对制粉系统的运行优化实际上就是把这几个参数有机地结合在一起。
（1）煤粉细度
煤粉细度一般都是通过煤粉取样的方法进行测量，取样过程有严格的要求。取样之前，先用靠背管测量煤粉管内的煤粉流速.确定取样嘴的吸入速度。将取到的煤粉样品筛分后。就能得到煤粉的细度指标。最后将筛分后的结果按照Rosin—Rammler公式绘制成曲线。检验煤粉取样的代表性。
（2）磨煤机通风量
磨煤机通风量越低.煤粉分配越均匀。如果通风量过高，粗煤粉必然具有很高的动量.容易从风一粉气流中离析出。使煤粉分配不均匀。通风量过高也容易使粗煤粉比例增加，加剧煤粉分配不均。因此一般要求按照一定的风，煤比例和固定曲线控制磨煤机通风量。但是，通风量测点所在位置大多没有传统测量装置精确测量所要求的直管段长度。而且在冷热风混合点后的测点位置其温度场的分布也不均匀，难以把风量换算成标准状态下的体积流量。
（3）煤粉管道之间流动阻力偏差
煤粉管道之间流动阻力偏差越小。煤粉分配就越均匀。对煤粉管道之间煤粉分配调平之前应先用纯空气调平管道阻力。纯空气流动阻力的偏差越小，煤粉分配就越均匀。在调平之前。应先把给煤机停运。把热风送人磨煤机，当磨煤机出口温度达到正常运行条件时的温度再进行调平。
（4）对煤粉流量和煤粉流速的测量
过去一般采用取样称重法测量煤粉流量；采用皮托管按网格法测量煤粉流速。这2种测量方法不但劳动强度大。也存在很大误差。对于配备几十台燃烧器的大型锅炉来说这种测量方法无法得到实时测量结果。因此。国内绝大部分电厂基本没有对煤粉流量进行监测.无法了解分配偏差的具体状况。
2.2 对二次风量和燃尽风量的优化
为了实现锅炉的燃烧优化.除了要保证煤粉在每层燃烧器之间分布均匀以外。还要根据每层燃烧器的给煤量按照一定的风煤比向各层二次风箱提供风量。比如在前墙或前后墙燃烧方式锅炉中。二次风被分别送入二次风箱。每层二次风箱向其对应层燃烧器提供二次风.每层二次风的数量应根据此层燃烧器所对应的给煤量确定。为了保证每层燃烧器具有相同的化学当量比.必需精确测量与控制每层二次风量，测量精度一般要求不低于±3%。但在这种风箱布置结构中，测点所在位置直管段长度只有当量直径1.5倍左右，远低于传统测量技术对直管段的要求，这样就无法对每层二次风量进行有效的控制，结果使锅炉无法正常运行。国内目前很多新建成的600 MW超临界方式以及l 000 MW超超临界机组的锅炉二次风箱基本都采用分层布置方式。但是，投运的大部分机组都无法实现层二次风量和OFA風量的精确控制。机组无法达到最佳运行工况。
2.3 对飞灰含碳质量浓度的优化
飞灰含碳质量浓度既反映制粉系统是否正常.也反映燃烧过程风量配比是否合适。特别是当大型电厂燃煤锅炉采取低氮燃烧措施后。炉内总体温度降低，特别容易导致飞灰含碳质量浓度升高，使锅炉效率及可利用飞灰的比例下降。因此，有必要对飞灰含碳质最浓度进行精确的在线监测，并根据监测结果调整制粉系统及风量的配比。对飞灰含碳质量浓度精确测量的最大难点是取样的代表性。国内电厂常用的飞灰含碳质量浓度在线测量装置一般都在尾部烟道内进行等速取样，事实证明这种取样方法误差很大。无法获得准确的测量结果。
3新型在线测量技术的应用
手工取样分析和传统的测量技术对燃烧过程监测的实时性和准确性都很低，很难实现燃烧优化过程要求的13个基本条件。近年来，国外电厂大量采用新型的燃烧优化参数在线测量技术.使燃煤机组的性能有了明显提高。
3.1 煤粉细度激光测量技术
煤粉细度测量采用光脉动法.其基本原理是当处于运动状态的颗粒通过截面很小的平行测量光束时.由于处于测量光束中的颗粒数目和大小始终随时间在变化.造成透射光强发生随机变化。
3.2交相关风速测量技术
交相关风速测量原理：在风道内按一定距离安装2支金属传感器（图2）。气流中飞灰带有静电，因此。在传感器上产生了2个随机信号。当2支传感器相距很近时。所产生的2个随机信号就非常相似.但存在一个时间差。通过交相关计算可得到这个时间差，用传感器之间的距离除以这个时间差就可得到管道内的平均流速。交相关风速测量技术的特点是所需直管段较短、安装简单、没有堵塞和信号漂移问题、不需要标定且测量精度高。
3.3煤粉质量浓度微波在线测量技术
煤粉质量浓度微波测量原理：在煤粉管道内插入2支金属天线。一支作为微波信号发射端；另一支作为微波信号接收端。煤粉管内有煤粉与无煤粉的微波谐振频率存在频差，煤粉质量浓度与频差成正比。
3.4飞灰含碳质量浓度微波在线测量技术
飞灰含碳质量浓度微波测量原理：在飞灰测量仓内安装2支微波天线.一支为发射端；另一支为接收端。测量仓内有灰与无灰的微波谐振频率存在差别，飞灰含碳质量浓度与频率成正比。测量精度可达±0.5%。飞灰取样位置设在电除尘器灰斗内。能充分保证飞灰取样的代表性。
4 结语
用过去的人工及传统测量技术无法以基本条件为目标对锅炉燃烧进行优化调整.因此不能满足节能减排的要求。如果采用先进测量技术对锅炉燃烧过程的重要参数进行精确在线测量.就能实现锅炉燃烧优化运行，提高燃煤机组的运行水平。
作者简介：刘聪，1987年生，辽宁开原人，助理工程师，主要研究方向为锅炉运行中的节能降耗。
[关键词]电厂；煤粉；锅炉；节能减排；在线测量技术
中图分类号：TK83 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）21-0158-01
目前，在国内大部分燃煤电厂，对锅炉燃烧过程关键参数的监测仍采用人工取样分析方法和传统的测量手段.测量精度低且结果的实时性差，运行人员只能根据经验对燃烧过程进行控制。这种控制方式往往无法达到最佳效果.特别是当煤质和负荷发生变化的情况下，这种矛盾更加突出。因此，有必要采用新的在线监测技术.辅助运行人员按照13个基本条件为目标对燃烧过程进行优化控制.实现燃煤电厂节能减排的目标。
1 实现锅炉燃烧优化的基本条件
要实现燃煤锅炉燃烧优化必须具备13个基本条件：（1）炉膛出口整个截面处于氧化性气氛，氧量值为3%左右。（2）热态运行条件下各煤粉管道之间纯空气流速偏差不高于平均值±2%。（3）各煤粉管道之间煤粉流速偏差不高于平均值±5%。（4）各煤粉管道之间煤粉质量流量偏差不高于平均值±10%。（5）所有煤粉管内煤粉细度达到：200目网筛（按ASTM标准，下同）的通过量至少为75%：50目网筛通过量至少为99.9%。（6）磨煤机通风量的精确测量与控制，测控精度至少为±3%。（7）燃尽（OFA）风量的精确测量和控制，测控精度至少为±3%。（8）对一次风煤比按设定曲线进行精确控制。（9）各煤粉管内煤粉流速不低于17 m/s。（10）各燃烧器及风门挡板变形量小于6mm。（11）各燃烧器之间二次风量的分配偏差要小于平均值±10%。（12）对给煤量进行精确测量和控制。（13）尽可能保证原煤质量及煤块尺寸不变。上述基本条件是燃烧调试专家经过几十年的现场经验得出的总结。现在已经被业界普遍采用。
2 锅炉燃烧优化的主要途径
现代大型电厂锅炉的效率一般可以达到90%～94%。锅炉的主要热损失及所占比例为：排烟损失小于5.0%；飞灰中未完全燃烧损失小于1.5%；锅炉散热损失小于0.5%：可燃气体未完全燃烧损失小于0.1%；灰渣物理显热损失小于0.05%。由此可见，排烟损失和飞灰未完全燃烧损失所占比例最高，因此，应力争降低这2项损失。如果能按照燃烧优化所要求的13个基本条件进行燃烧调整.就能降低过量氧量和飞灰含碳质量浓度。提高锅炉效率。具体调整方法如下：
2.1 制粉系统的运行优化方法
对制粉系统优化调整的主要目的是保证煤粉分配的均匀性。一般规定。各煤粉管道之间的煤粉流量分配偏差小于平均值的±10%：煤粉流速分配偏差小于平均值的士5%.影响煤粉分配均匀的主要参数是煤粉细度、磨煤机通风量及煤粉管道之间流动阻力偏差.这几个参数对煤粉分配的均匀性都有影响，对制粉系统的运行优化实际上就是把这几个参数有机地结合在一起。
（1）煤粉细度
煤粉细度一般都是通过煤粉取样的方法进行测量，取样过程有严格的要求。取样之前，先用靠背管测量煤粉管内的煤粉流速.确定取样嘴的吸入速度。将取到的煤粉样品筛分后。就能得到煤粉的细度指标。最后将筛分后的结果按照Rosin—Rammler公式绘制成曲线。检验煤粉取样的代表性。
（2）磨煤机通风量
磨煤机通风量越低.煤粉分配越均匀。如果通风量过高，粗煤粉必然具有很高的动量.容易从风一粉气流中离析出。使煤粉分配不均匀。通风量过高也容易使粗煤粉比例增加，加剧煤粉分配不均。因此一般要求按照一定的风，煤比例和固定曲线控制磨煤机通风量。但是，通风量测点所在位置大多没有传统测量装置精确测量所要求的直管段长度。而且在冷热风混合点后的测点位置其温度场的分布也不均匀，难以把风量换算成标准状态下的体积流量。
（3）煤粉管道之间流动阻力偏差
煤粉管道之间流动阻力偏差越小。煤粉分配就越均匀。对煤粉管道之间煤粉分配调平之前应先用纯空气调平管道阻力。纯空气流动阻力的偏差越小，煤粉分配就越均匀。在调平之前。应先把给煤机停运。把热风送人磨煤机，当磨煤机出口温度达到正常运行条件时的温度再进行调平。
（4）对煤粉流量和煤粉流速的测量
过去一般采用取样称重法测量煤粉流量；采用皮托管按网格法测量煤粉流速。这2种测量方法不但劳动强度大。也存在很大误差。对于配备几十台燃烧器的大型锅炉来说这种测量方法无法得到实时测量结果。因此。国内绝大部分电厂基本没有对煤粉流量进行监测.无法了解分配偏差的具体状况。
2.2 对二次风量和燃尽风量的优化
为了实现锅炉的燃烧优化.除了要保证煤粉在每层燃烧器之间分布均匀以外。还要根据每层燃烧器的给煤量按照一定的风煤比向各层二次风箱提供风量。比如在前墙或前后墙燃烧方式锅炉中。二次风被分别送入二次风箱。每层二次风箱向其对应层燃烧器提供二次风.每层二次风的数量应根据此层燃烧器所对应的给煤量确定。为了保证每层燃烧器具有相同的化学当量比.必需精确测量与控制每层二次风量，测量精度一般要求不低于±3%。但在这种风箱布置结构中，测点所在位置直管段长度只有当量直径1.5倍左右，远低于传统测量技术对直管段的要求，这样就无法对每层二次风量进行有效的控制，结果使锅炉无法正常运行。国内目前很多新建成的600 MW超临界方式以及l 000 MW超超临界机组的锅炉二次风箱基本都采用分层布置方式。但是，投运的大部分机组都无法实现层二次风量和OFA風量的精确控制。机组无法达到最佳运行工况。
2.3 对飞灰含碳质量浓度的优化
飞灰含碳质量浓度既反映制粉系统是否正常.也反映燃烧过程风量配比是否合适。特别是当大型电厂燃煤锅炉采取低氮燃烧措施后。炉内总体温度降低，特别容易导致飞灰含碳质量浓度升高，使锅炉效率及可利用飞灰的比例下降。因此，有必要对飞灰含碳质最浓度进行精确的在线监测，并根据监测结果调整制粉系统及风量的配比。对飞灰含碳质量浓度精确测量的最大难点是取样的代表性。国内电厂常用的飞灰含碳质量浓度在线测量装置一般都在尾部烟道内进行等速取样，事实证明这种取样方法误差很大。无法获得准确的测量结果。
3新型在线测量技术的应用
手工取样分析和传统的测量技术对燃烧过程监测的实时性和准确性都很低，很难实现燃烧优化过程要求的13个基本条件。近年来，国外电厂大量采用新型的燃烧优化参数在线测量技术.使燃煤机组的性能有了明显提高。
3.1 煤粉细度激光测量技术
煤粉细度测量采用光脉动法.其基本原理是当处于运动状态的颗粒通过截面很小的平行测量光束时.由于处于测量光束中的颗粒数目和大小始终随时间在变化.造成透射光强发生随机变化。
3.2交相关风速测量技术
交相关风速测量原理：在风道内按一定距离安装2支金属传感器（图2）。气流中飞灰带有静电，因此。在传感器上产生了2个随机信号。当2支传感器相距很近时。所产生的2个随机信号就非常相似.但存在一个时间差。通过交相关计算可得到这个时间差，用传感器之间的距离除以这个时间差就可得到管道内的平均流速。交相关风速测量技术的特点是所需直管段较短、安装简单、没有堵塞和信号漂移问题、不需要标定且测量精度高。
3.3煤粉质量浓度微波在线测量技术
煤粉质量浓度微波测量原理：在煤粉管道内插入2支金属天线。一支作为微波信号发射端；另一支作为微波信号接收端。煤粉管内有煤粉与无煤粉的微波谐振频率存在频差，煤粉质量浓度与频差成正比。
3.4飞灰含碳质量浓度微波在线测量技术
飞灰含碳质量浓度微波测量原理：在飞灰测量仓内安装2支微波天线.一支为发射端；另一支为接收端。测量仓内有灰与无灰的微波谐振频率存在差别，飞灰含碳质量浓度与频率成正比。测量精度可达±0.5%。飞灰取样位置设在电除尘器灰斗内。能充分保证飞灰取样的代表性。
4 结语
用过去的人工及传统测量技术无法以基本条件为目标对锅炉燃烧进行优化调整.因此不能满足节能减排的要求。如果采用先进测量技术对锅炉燃烧过程的重要参数进行精确在线测量.就能实现锅炉燃烧优化运行，提高燃煤机组的运行水平。
作者简介：刘聪，1987年生，辽宁开原人，助理工程师，主要研究方向为锅炉运行中的节能降耗。