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[摘要]：在现在国家能源急迫需求下，电力生产得到了空前提高，因此，电力生产的效率和成本也需要得到提高以适应国家能源战略的调整。现有的电力锅炉运行系统显得跟不上步伐，因此需要改造锅炉的运行优化系统以提高效率和质量。优化系统是基于现代控制理论研究开发的过程优化控制系统，通过引进先进的系统理念和思想，并结合国内燃煤电厂实际情况进行了适应性改进。并且在国内多家电厂得到了实验验证，取得了很大效益。
[关键词]：火力发电厂 锅炉改造 优化运行
中图分类号：TM621 文献标识码：TM 文章编号：1009-914X（2012）35- 0053-01
1.火力发电厂锅炉的概述
1.1锅炉的结构
锅炉是一种生产蒸汽或热水的换热设备按功能包括两大部分。一部分是通过燃烧煤、油、气及其他燃料将化学能转化为热能另一部分是各种形式的受热面将燃料燃烧释放出的热能通过各种传热方式传递给炉水使之升温、汽化、过热以产生所需要的蒸汽或加热所需要的高温热水供动力机械或其他设备使用。锅炉的组成锅炉的组成通常燃料的燃烧过程在炉膛内进行形成炉的概念蒸汽或热水在锅筒、水冷壁、对流受热面等内部形成形成锅的概念。形象理解形象理解锅用来装要被加热的水或其它介质的容器炉加热锅的装置。炉锅锅炉几个重要概念几个重要概念锅的组成部分汽包锅筒、水冷壁、过热器、再热器、省煤器、空汽预热器炉的组成部分炉膛、燃烧器。锅炉本体炉膛、燃烧器、锅筒、水冷壁、对流受热面、钢架和炉墙等组成锅炉的主要部件称为锅炉本体。锅炉的其他重要辅机磨煤机、燃料输配送装置及管道、送引风装置及管道、给排水装置、水处理设备及管道、除尘及除灰系统、控制系统等。
1.2锅炉的工作原理
锅炉工作过程有三个基本过程：燃料的燃烧过程；炉与锅炉的传热过程；水的汽化与过热过程。燃炉室燃炉所用燃料有煤粉、液体燃料和气体燃料可分别称为煤粉炉、燃油炉和燃气炉。室燃炉的燃料由输送管道通过燃烧器送入炉膛中燃烧燃烧所需要的空气由一次风管、二次风管以及三次风管分别送入。燃炉由手工方式或机械方式向炉膛内送煤，燃烧所需的空气由风机送入燃料层下的送风仓，透过燃烧层进行燃烧产生高温烟气。锅与炉的传热炉膛换热方式主要以辐射换热为主，过热器的传热方式既有辐射换热又有对流换热，再热器以对流换热为主。对流受热面注意省煤器与空气预热器都是对流受热面[1]。
2.火力发电厂锅炉运行现状及系统优化
2.1火力发电厂的运行现状
现在火力发电厂的运行控制系统主要包括性能监测系统和状态检修系统。这两个系统目前均使用共同的运行参数，但是各自的性能参数在某些需求下有重叠和矛盾。在这种情况下，有可能会对设备造成，同时由于分散控制的模式，使其无法协调优化控制系统。目前的运行控制系统系统是分散式控制系统，其控制单元只能对输入参数与输出目标进行分散控制，这样就缺乏系统协调控制功能，因此无法全面维持系统的持续运行。传统的锅炉运行设计途径是依靠电脑微分方程获得。在设计，制造，安装，控制，运行各个环节中，包含许多未知数。在设计过程中加入了大量放大的安全系统来涵盖这些未知情况，导致实际的运行状况与设计的情况有相当的差距。因此，锅炉热力系统具有可以挖掘的冗余空间。传统的热力试验方法存在片面性和局限性。现有的系统机组性能监测软件只能做到通过数据采集提供一些实时的分析数据，无法自动控制，而且其软件仅针对电厂的要求，而没有优化锅炉的性能指标。同时，现有的系统只能做到通过数据采集提供一些实时的分析数据，无法提供实时有效的操作效果的变化趋势[2]。
另外，锅炉的控制系统控制方式与控制逻辑过于简单，无法实现锅炉系统的整体协调控制，而且锅炉运行的安全主要依靠原有运行系统中的保护系统。即使锅炉厂商提供产品运行手册和指导，但是这些仅仅能够保证锅炉系统在一定程度维持系统持续的稳定运行，这离达到系统优化运行的目标还很遥远。例如在氧量和配煤的组合方式以及辐射热与对流热合理分配上都还不能达到预想的目标，降低了运行效率。而且，这些系统的运行仅仅都还是依靠运行人员的经验和智慧，这无法有效解决锅炉系统的多目标参数与多输入变量之间的协调控制优化组合的问题。
2.2火力发电厂的运行优化
锅炉运行优化系统是一套对锅炉系统性能进行多目标全面优化的系统，可解决的问题有：热效率、煤耗、减温水量与排烟温度的改进，控制过热器与再热器超温和受热面结焦结渣，氮氧化物、飞灰含碳量等的减低。其关键是优化系统实现协调控制并挖掘了锅炉系统的冗余空间。用户即可选择优化系统对锅炉运行进行多目标优化，也可针对电厂自身的需求选择着重优化对象。
2.2.1工作范围的优化
原有的运行有很多关联度较小的或者冗余的变量，为了简化优化系统的难度，可针对不同电厂存在的问题，通过试验设计来选择关键性的运行参数进行相应的人工神经网络训练，使其达到人工神经网络训练快速收敛的要求，以此来达到运行优化。
2.2.2工作原理的优化
优化系统能够通过有选择的数据快速采集，同时通过人工神经网络模型计算出对锅炉效率影响较大的数据，提供给运行人员进行相应的跟踪分析和调整，从而达到优化锅炉燃烧的目的。优化系统能将电厂锅炉的性能优化指标，量化为具体参数进行优化控制。该系统能够通过建立锅炉系统运行参数间的关系和系统的特性，进行全面优化。
2.2.3工作依据的优化
原有的常用机组性能监测软件依据常规测点，优化系统在引进相关常规测点的同时引入了关键的中间过程参数光谱在线测温仪，并将其布置在锅炉辐射区和对流区的分界区域。炉膛出口烟温通过在线实时监测获得。该参数的引入使锅炉运行优化系统在控制对流受热面管壁温度和减温水投放、辐射受热面积灰结焦和智能吹灰、氮氧化物排放等方面起到了良好的效果[3]。
2.2.4系统优化效益
在锅炉运行过程中各输入变量与指标参数之间存在着复杂的相关性。任意一个调节参数的变化将可能引起多个反映参数的變化，通过喜用优化之后，取得了一些效果。在改造效果上，优化后的氮氧化物排放量原有排放量要低，同时降低了温度，延长锅炉部件使用寿命，有效降低锅炉维修费用。在经济效益上，降低了单位生产电力的煤耗，节约了大量的购煤经费。同时排放物的减少也为国家节俭了大量的环境治理费用。
3.火力发电厂的发展趋势
发电厂锅炉的优先发展是紧紧围绕着提高效率和保护环境这两个发展趋势来规划设计的。现在主要是朝具有如下特点的来规划发展新兴锅炉。
3.1高参数大容量
提高锅炉的蒸汽压力和温度，是提高发电厂效率的有效办法，例如采用超临界压力比采用压临界压力的锅炉，其发电效率将会提高。
3.2低污染燃烧
通过具有低氮氧化物燃烧器和炉内脱硫功能的锅炉来减少各种氮氧化物的排放，其寻求的是在满足污染物排放密度标准下，减少运行费用，同时保护环境。
3.3蒸汽—燃气联合循环
通过热力学可以证明，在同等参数下，采用联合循环方式的效率远远大于采用单种燃烧方式，同时其非常好的脱硫功能也使其具有优良的环保性能。
3.4有效利用劣质燃料
工业劣质燃料各种低值燃烧煤和煤矿石等可燃垃圾，通过研究高效无烟燃烧技术和循环流化床锅炉，将能够使劣质燃料得到充分利用。
4.总结
总而言之，在对提高能源燃烧效率和保护环境的要求越来越紧迫的情况下，原有的电厂锅炉的燃烧系统已无法适应这一要求。需要通过先进的人工神经网络技术、统计学回归分析和模糊数学等工具，为锅炉系统多重的输入和输出运行参数之间建立起多维耦合关系，在安全性和可靠性的多重限制条件下达到锅炉系统全面优化。但是这种优化仅仅只是在原有系统上的改进，也会随着时代需求而落伍。所以必须把握好锅炉的发展趋势和要求，不断研究出具有满足未来时期要求的先进锅炉和燃烧控制系统，来保证国家能源战略的顺利实施。
参考文献：
[1]冯俊凯.锅炉原理及计算的研究[J].科学杂志，2009（11）.
[2]周正兴.锅炉燃烧系统仿真研究[J].电力期刊，2010（8）.
[关键词]：火力发电厂 锅炉改造 优化运行
中图分类号：TM621 文献标识码：TM 文章编号：1009-914X（2012）35- 0053-01
1.火力发电厂锅炉的概述
1.1锅炉的结构
锅炉是一种生产蒸汽或热水的换热设备按功能包括两大部分。一部分是通过燃烧煤、油、气及其他燃料将化学能转化为热能另一部分是各种形式的受热面将燃料燃烧释放出的热能通过各种传热方式传递给炉水使之升温、汽化、过热以产生所需要的蒸汽或加热所需要的高温热水供动力机械或其他设备使用。锅炉的组成锅炉的组成通常燃料的燃烧过程在炉膛内进行形成炉的概念蒸汽或热水在锅筒、水冷壁、对流受热面等内部形成形成锅的概念。形象理解形象理解锅用来装要被加热的水或其它介质的容器炉加热锅的装置。炉锅锅炉几个重要概念几个重要概念锅的组成部分汽包锅筒、水冷壁、过热器、再热器、省煤器、空汽预热器炉的组成部分炉膛、燃烧器。锅炉本体炉膛、燃烧器、锅筒、水冷壁、对流受热面、钢架和炉墙等组成锅炉的主要部件称为锅炉本体。锅炉的其他重要辅机磨煤机、燃料输配送装置及管道、送引风装置及管道、给排水装置、水处理设备及管道、除尘及除灰系统、控制系统等。
1.2锅炉的工作原理
锅炉工作过程有三个基本过程：燃料的燃烧过程；炉与锅炉的传热过程；水的汽化与过热过程。燃炉室燃炉所用燃料有煤粉、液体燃料和气体燃料可分别称为煤粉炉、燃油炉和燃气炉。室燃炉的燃料由输送管道通过燃烧器送入炉膛中燃烧燃烧所需要的空气由一次风管、二次风管以及三次风管分别送入。燃炉由手工方式或机械方式向炉膛内送煤，燃烧所需的空气由风机送入燃料层下的送风仓，透过燃烧层进行燃烧产生高温烟气。锅与炉的传热炉膛换热方式主要以辐射换热为主，过热器的传热方式既有辐射换热又有对流换热，再热器以对流换热为主。对流受热面注意省煤器与空气预热器都是对流受热面[1]。
2.火力发电厂锅炉运行现状及系统优化
2.1火力发电厂的运行现状
现在火力发电厂的运行控制系统主要包括性能监测系统和状态检修系统。这两个系统目前均使用共同的运行参数，但是各自的性能参数在某些需求下有重叠和矛盾。在这种情况下，有可能会对设备造成，同时由于分散控制的模式，使其无法协调优化控制系统。目前的运行控制系统系统是分散式控制系统，其控制单元只能对输入参数与输出目标进行分散控制，这样就缺乏系统协调控制功能，因此无法全面维持系统的持续运行。传统的锅炉运行设计途径是依靠电脑微分方程获得。在设计，制造，安装，控制，运行各个环节中，包含许多未知数。在设计过程中加入了大量放大的安全系统来涵盖这些未知情况，导致实际的运行状况与设计的情况有相当的差距。因此，锅炉热力系统具有可以挖掘的冗余空间。传统的热力试验方法存在片面性和局限性。现有的系统机组性能监测软件只能做到通过数据采集提供一些实时的分析数据，无法自动控制，而且其软件仅针对电厂的要求，而没有优化锅炉的性能指标。同时，现有的系统只能做到通过数据采集提供一些实时的分析数据，无法提供实时有效的操作效果的变化趋势[2]。
另外，锅炉的控制系统控制方式与控制逻辑过于简单，无法实现锅炉系统的整体协调控制，而且锅炉运行的安全主要依靠原有运行系统中的保护系统。即使锅炉厂商提供产品运行手册和指导，但是这些仅仅能够保证锅炉系统在一定程度维持系统持续的稳定运行，这离达到系统优化运行的目标还很遥远。例如在氧量和配煤的组合方式以及辐射热与对流热合理分配上都还不能达到预想的目标，降低了运行效率。而且，这些系统的运行仅仅都还是依靠运行人员的经验和智慧，这无法有效解决锅炉系统的多目标参数与多输入变量之间的协调控制优化组合的问题。
2.2火力发电厂的运行优化
锅炉运行优化系统是一套对锅炉系统性能进行多目标全面优化的系统，可解决的问题有：热效率、煤耗、减温水量与排烟温度的改进，控制过热器与再热器超温和受热面结焦结渣，氮氧化物、飞灰含碳量等的减低。其关键是优化系统实现协调控制并挖掘了锅炉系统的冗余空间。用户即可选择优化系统对锅炉运行进行多目标优化，也可针对电厂自身的需求选择着重优化对象。
2.2.1工作范围的优化
原有的运行有很多关联度较小的或者冗余的变量，为了简化优化系统的难度，可针对不同电厂存在的问题，通过试验设计来选择关键性的运行参数进行相应的人工神经网络训练，使其达到人工神经网络训练快速收敛的要求，以此来达到运行优化。
2.2.2工作原理的优化
优化系统能够通过有选择的数据快速采集，同时通过人工神经网络模型计算出对锅炉效率影响较大的数据，提供给运行人员进行相应的跟踪分析和调整，从而达到优化锅炉燃烧的目的。优化系统能将电厂锅炉的性能优化指标，量化为具体参数进行优化控制。该系统能够通过建立锅炉系统运行参数间的关系和系统的特性，进行全面优化。
2.2.3工作依据的优化
原有的常用机组性能监测软件依据常规测点，优化系统在引进相关常规测点的同时引入了关键的中间过程参数光谱在线测温仪，并将其布置在锅炉辐射区和对流区的分界区域。炉膛出口烟温通过在线实时监测获得。该参数的引入使锅炉运行优化系统在控制对流受热面管壁温度和减温水投放、辐射受热面积灰结焦和智能吹灰、氮氧化物排放等方面起到了良好的效果[3]。
2.2.4系统优化效益
在锅炉运行过程中各输入变量与指标参数之间存在着复杂的相关性。任意一个调节参数的变化将可能引起多个反映参数的變化，通过喜用优化之后，取得了一些效果。在改造效果上，优化后的氮氧化物排放量原有排放量要低，同时降低了温度，延长锅炉部件使用寿命，有效降低锅炉维修费用。在经济效益上，降低了单位生产电力的煤耗，节约了大量的购煤经费。同时排放物的减少也为国家节俭了大量的环境治理费用。
3.火力发电厂的发展趋势
发电厂锅炉的优先发展是紧紧围绕着提高效率和保护环境这两个发展趋势来规划设计的。现在主要是朝具有如下特点的来规划发展新兴锅炉。
3.1高参数大容量
提高锅炉的蒸汽压力和温度，是提高发电厂效率的有效办法，例如采用超临界压力比采用压临界压力的锅炉，其发电效率将会提高。
3.2低污染燃烧
通过具有低氮氧化物燃烧器和炉内脱硫功能的锅炉来减少各种氮氧化物的排放，其寻求的是在满足污染物排放密度标准下，减少运行费用，同时保护环境。
3.3蒸汽—燃气联合循环
通过热力学可以证明，在同等参数下，采用联合循环方式的效率远远大于采用单种燃烧方式，同时其非常好的脱硫功能也使其具有优良的环保性能。
3.4有效利用劣质燃料
工业劣质燃料各种低值燃烧煤和煤矿石等可燃垃圾，通过研究高效无烟燃烧技术和循环流化床锅炉，将能够使劣质燃料得到充分利用。
4.总结
总而言之，在对提高能源燃烧效率和保护环境的要求越来越紧迫的情况下，原有的电厂锅炉的燃烧系统已无法适应这一要求。需要通过先进的人工神经网络技术、统计学回归分析和模糊数学等工具，为锅炉系统多重的输入和输出运行参数之间建立起多维耦合关系，在安全性和可靠性的多重限制条件下达到锅炉系统全面优化。但是这种优化仅仅只是在原有系统上的改进，也会随着时代需求而落伍。所以必须把握好锅炉的发展趋势和要求，不断研究出具有满足未来时期要求的先进锅炉和燃烧控制系统，来保证国家能源战略的顺利实施。
参考文献：
[1]冯俊凯.锅炉原理及计算的研究[J].科学杂志，2009（11）.
[2]周正兴.锅炉燃烧系统仿真研究[J].电力期刊，2010（8）.