论文部分内容阅读
【摘 要】 300MW机组是我国当前电厂的主力机组之一。进行优化燃烧研究，对提高锅炉热效率，改善经济性和安全性具有重要意义。本文首先介绍了国内的燃烧优化技术发展现状，然后分析了燃烧优化的意义，最后探讨了燃烧调整的基本方法。
【关键词】 300MW机组；燃烧优化；燃烧调整
锅炉燃烧优化是火力发电机组运行人员通过对燃料的供给、对配风参数的调整和对控制方式的改变等措施，确保送入炉腔内的煤粉安全、稳定、及时、连续的燃烧，而当机组负荷需要变动的情况下，也可获得最佳燃烧工况的工作。燃烧优化调节的目的是：保证锅炉的安全性和经济性，同时在满足蒸汽品质标准的前提下也提供锅炉电负荷需要的蒸汽。
由于煤在燃烧过程中会产生大量氮氧化物，而空气中的氮氧化物发生化学反应后能形成有毒的烟雾，污染环境，危害人体健康。虽然脱硝设备可以有效降低NOx.的排放，但是发电企业治理资金有限，不可能对所有锅炉增加脱硝设备，所以通过运行优化调整来减少的排放具有切实可行的实际意义，是目前节能减排的重要手段。而且近年来，我国的二氧化碳排放量正在大幅增长，接近美國，位居世界第二。根据“十二五”规划，到2020年实现我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%--45%。因此，面对如此严峻的任务，我们必须坚持执行燃烧优化的工作。众多国内外新技术的发展与应用，也为火电机组实施燃烧优化技术提供了坚实的基础。
1 国内的燃烧优化技术发展现状
国内在燃烧优化发面的研究开始较晚，发展也比较缓慢。自二十世纪七十年代石油危机之后，火力发电机组发展迅速，但是锅炉控制的自动化程度与之相差甚远，锅炉的燃烧优化的主要途径是锅炉燃烧调整试验，这也是传统的优化方法，此方法依赖于锅炉的测量技术的先进性和精确性。当测量技术的有了一定的创新和改进时，锅炉的燃烧优化效果也有了一定提升。例如，由我国自主研发的氧化锆氧量分析仪可以快速、准确的检测烟气中的含氧量，为锅炉的优化提供了帮助，由于其重要的使用价值，大多数发电厂均安装使用该仪器。在八十年代初，我国火力发电企业机组煤耗普遍高与国际平均水平，且在锅炉燃烧方面，机组使用的煤质普遍较差，辅机以及仪器仪表的质量、水平差造成了燃烧设备、生产、管理全方面的落后局面。
由于燃烧优化技术的发展以及在锅炉上的成功应用，全国的燃煤机组平均煤耗由1980年的448g/kWh下降到1985年的431g/kWh。此时的燃烧优化技术的发展主要方向是设计改造新的炉膛和燃烧器。研究人员通过对炉内的多种工况和各燃烧器的运行情况做了一定的试验分析，得出的结论也有助于优化燃烧。目前，优化软件在国内火电厂中的开发和应用大多数还处于初级阶段。国内有些有能力开发这类软件的单位己经在这方面做了一部分工作，如西安热工研究院研究出的锅炉燃烧优化指导系统，清华大学开发的OCP3系统采用神经网络建立燃烧模型，通过权重调整，将提高锅炉效率、降低排放转化为单目标寻优。根据其在长兴电厂2号炉的运行表明，系统投运率达到99%。测试报告表明，当在一工况运行时，效率提高0.563%，在另一工况运行时，效率提高0.441%，NOx降低14.6%，成功投运了过热汽温先进控制系统，减小了汽温波动。BCOS-2000/2.0系统是由东南大学开发的，该系统主要应用神经网络技术，建立相关关系模型，这些关系主要包括锅炉运行工况、配风配煤运行方式与燃烧性能之间的关系。等建好模型后再采用非线性寻优技术，分别从模型中找出不同负荷、不同煤种下最佳的配风、配煤运行方式，指导运行，并在线修正燃烧优化数学模型。研究表明应用该优化系统，在同种燃烧工况下可以提高锅炉燃烧效率0.5%以上，降低烟气中NOx排放20%左右，同时可以规范运行人员燃烧运行操作，提高运行人员水平，减少锅炉燃烧调整的随意性。但大多数系统处于试验、研发阶段，真正能应用于电厂的产品屈指可数。西安热工研究院的锅炉燃烧优化指导系统，西安热工院的燃烧优化系统可以在线监测锅炉效率、风、煤以及原煤发热量，实时测量多个反映燃烧状况的参数，并给出违议进行相应的调整。该系统已经在全国数十台锅炉安装使用，在提高锅炉效率、防止煤粉管堵塞方面起到了积极作用。但是功能相对完善，效果更加明显的锅炉燃烧优化软件都是从国外引进的，杨柳青电厂使用了Power Pefecter系统，沙角电厂引进了NeuSIGHT闭环燃烧优化系统，日照电厂借助ZOLO测温系统与西门子建立的燃烧优化系统。
2 燃烧优化的意义
随着我国电力行业的不断改革，对发电企业而言，保障机组的安全经济运行，努力降低发电成本，是提高自身竞争力的必经之路。实际上机组安全经济运行取决于锅炉的安全经济运行，而锅炉的燃烧运行调整又决定了锅炉的安全经济运行。据统计，火力发电机组发电成本中，燃料费用要占70%以上，而且今年来煤价以至居高不下，因此，提高锅炉燃烧系统的运行水平是机组节能降耗的主要途径。
锅炉燃烧调整的主要任务是根据不同的负荷和煤种，进行合理的配风、配煤，以保证锅炉燃烧的安全性和经济性。国内大型火电发电机组一般都配有DCS。虽然DCS提高了锅炉运行的自动化水平，但DCS缺少对锅炉燃烧运行配风、配煤方式的自动优化。目前国内电站锅炉燃烧运行主要依据锅炉大修后的燃烧调整试验，由运行人员根据自己的运行经验进行配风、配煤。而燃烧调整试验存在两个弊端：一，试验时间、经费及条件有限，试验只能取几个负荷及煤种工况点，而且锅炉燃用的煤质往往变化较大，导致锅炉实际运行工况可能会与试验工况有较大差异，如果完全根据燃烧调整试验的工况进行配煤、配风，不会使锅炉找到最估工况。而采用正交试验对然可以有效地应对有限的试验工况问题，但这种离线方式无法应对系统的在线变化的跟踪问题；二，不同运行人员的运行水平参差不齐，凭运行经验进行的锅炉燃烧调整，操作具有一定的随意性，而在不同条件下，常年参与研究、调试的热工人员受主观因素影响也可能难以保证锅炉处于最佳的运行状态。因此，研发一套燃烧优化系统，依据运行人员、专业调试人员长期积累的经验形成一个“专家级”的经验库来指导机组人员运行，在提高燃烧工况的同时也有利于提高运行人员的水平。该系统应以提高锅炉燃烧运行效率，减少NOx排放为目标，同时防止受热面结焦，提高锅炉运行的安全性，根据锅炉的负荷和煤种，通过自己的算法实时优化锅炉配风、配煤燃烧运行方式，指导运行人员锅炉调整燃烧工况，达到发电机组的安全经济环保运行的目的，是对电厂具有实际意义的。 3 燃烧调整的基本方法
对锅炉燃料供给、配风参数的调整以及对其控制方式的改变等是锅炉燃烧调整试验的主要途径，通过这些主要途径的调整，以保证送入锅炉炉内的燃料及时、完全、稳定和连续燃烧，并在满足机组负荷需要前提下，获得最佳燃烧工况的试验。常见的调整试验项目有如下。
3.1二次风配风对燃烧的影响试验
二次风对锅炉有复杂的影响，因为它不仅与煤质、锅炉负荷高低关系很大，各个锅炉的型式、容量大小的差异也是影响因素。改变二次风门开度，特别是对锅炉效率、炉内烟气温度分布和炉膛出口烟温这三个因素的影响非常大。所以要定量分析二次风对锅炉的影响影响比较困难。
调整二次风是电厂运行主要的调整手段之一。二次风常用的几种配风方式配：正塔配风、倒宝塔配风、均等配风、鼓形配风和束腰形配风。改变以上几种配风方式需通过调整各层各个位置二次风门的开度大小，在调整同时，除了对机组运行的主要参数实时测量，记录数据，还应观察火焰高度和火焰中心位置的变化。
3.2变氧量试验
氧量是对炉内燃烧过程起着非常复杂影响的参数，在锅炉运行中非常重要。由于运行设备特点和测量准确性的不同，锅炉氧量所反映的锅炉配风状况与实际的配风情况有所区别。所以，试验人员必须根据锅炉自身的情况和相关的条件，按计划改变控制方式和一些燃烧参数，全方位的测试锅炉的燃烧工况，取得数据后，再对其进行严格的筛选分析，以安全性、经济性、低污染排放三个指标进行权衡，最后確定运行氧量。
3.3制粉系统投运套数对锅炉参数影响试验
采用中储式制粉系统的锅炉，磨煤出力Bm有时会与燃料消耗量B不同。负荷不变的情况下，由磨煤机投运套数的变动引发的进入炉膛内部水蒸汽的浓度差异，这种情况对锅炉燃烧情况的影响也不同，需引起注意。因此，制粉系统投运套数对锅炉参数影响试验对锅炉运行也相当重要。
3.4最佳煤粉细度试验
煤粉细度直接影响着锅炉的安全行和经济性，重要程度不言而喻。确定最佳煤粉细度应在锅炉燃烧调整试验时分析确定。
3.5变一次风压试验
通常改变一次风速，一般通过调整排粉机出口的风压值。大部分试验在一次风速平稳后，将一次挡板维持不变；在负荷变化时，改变一次风速需要通过调整二次风门开度和运行总风量。
3.6其他试验
其他的试验主要包括制粉系统和各型辅助风机的试验、四角配风均匀性试验、煤粉分布均匀性试验、排烟温度标定试验、燃烧氧量标定试验、炉腔温度的测量。
以上几种燃烧调整试验均在某种特定的运行方式下，对锅炉单一因素进行的调整，这就要求该运行方式是在常规运行方式及其它运行尽可能不要变化的，例如：当进行变氧量试验时，须保持负荷稳定（允许微小变动），煤种不要变，制粉系统稳定运行，一、二次风配比保持不变等情况下进行，确保试验更加准确。此外，若打算进行四个试验，每个试验分为低、中、高三个档次的工况，就需要进行12次试验。然而，这12个试验都是在特定运行方式进行的，其试验难度非常大，各种情况也需要把握，所以需要试验人员具备丰富的现场经验，确保试验顺利完成。
如果既想尽量降低试验的难度，又想更加深刻的了解锅炉运行特性，则可以采用交叉分组的方法，如：还是打算进行四个试验，每个试验依旧分为低、中、高三个档次的工况，如进行交叉分组试验，那么就需要进行81个工况的试验。试验次数大大增多了，给实验人员的财力和时间均增加了很大负担。因此，急需寻求一种科学的方法，减少试验的工作量的同时保证试验的准确性，使燃烧调整试验可以更加方便的在机组上进行。
参考文献：
[1]周建新.电站锅炉燃烧优化技术发展趋势[J].锅炉技术.2008，39（1）
[2]牛拥军.优化燃烧技术在邹县电厂中的应用[J].发电设备，2004（增刊）：102-105
[3]陈彦桥，刘建民.火电机组燃烧优的研究现状及展望[J].华东电力，2010，38（10）
【关键词】 300MW机组；燃烧优化；燃烧调整
锅炉燃烧优化是火力发电机组运行人员通过对燃料的供给、对配风参数的调整和对控制方式的改变等措施，确保送入炉腔内的煤粉安全、稳定、及时、连续的燃烧，而当机组负荷需要变动的情况下，也可获得最佳燃烧工况的工作。燃烧优化调节的目的是：保证锅炉的安全性和经济性，同时在满足蒸汽品质标准的前提下也提供锅炉电负荷需要的蒸汽。
由于煤在燃烧过程中会产生大量氮氧化物，而空气中的氮氧化物发生化学反应后能形成有毒的烟雾，污染环境，危害人体健康。虽然脱硝设备可以有效降低NOx.的排放，但是发电企业治理资金有限，不可能对所有锅炉增加脱硝设备，所以通过运行优化调整来减少的排放具有切实可行的实际意义，是目前节能减排的重要手段。而且近年来，我国的二氧化碳排放量正在大幅增长，接近美國，位居世界第二。根据“十二五”规划，到2020年实现我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%--45%。因此，面对如此严峻的任务，我们必须坚持执行燃烧优化的工作。众多国内外新技术的发展与应用，也为火电机组实施燃烧优化技术提供了坚实的基础。
1 国内的燃烧优化技术发展现状
国内在燃烧优化发面的研究开始较晚，发展也比较缓慢。自二十世纪七十年代石油危机之后，火力发电机组发展迅速，但是锅炉控制的自动化程度与之相差甚远，锅炉的燃烧优化的主要途径是锅炉燃烧调整试验，这也是传统的优化方法，此方法依赖于锅炉的测量技术的先进性和精确性。当测量技术的有了一定的创新和改进时，锅炉的燃烧优化效果也有了一定提升。例如，由我国自主研发的氧化锆氧量分析仪可以快速、准确的检测烟气中的含氧量，为锅炉的优化提供了帮助，由于其重要的使用价值，大多数发电厂均安装使用该仪器。在八十年代初，我国火力发电企业机组煤耗普遍高与国际平均水平，且在锅炉燃烧方面，机组使用的煤质普遍较差，辅机以及仪器仪表的质量、水平差造成了燃烧设备、生产、管理全方面的落后局面。
由于燃烧优化技术的发展以及在锅炉上的成功应用，全国的燃煤机组平均煤耗由1980年的448g/kWh下降到1985年的431g/kWh。此时的燃烧优化技术的发展主要方向是设计改造新的炉膛和燃烧器。研究人员通过对炉内的多种工况和各燃烧器的运行情况做了一定的试验分析，得出的结论也有助于优化燃烧。目前，优化软件在国内火电厂中的开发和应用大多数还处于初级阶段。国内有些有能力开发这类软件的单位己经在这方面做了一部分工作，如西安热工研究院研究出的锅炉燃烧优化指导系统，清华大学开发的OCP3系统采用神经网络建立燃烧模型，通过权重调整，将提高锅炉效率、降低排放转化为单目标寻优。根据其在长兴电厂2号炉的运行表明，系统投运率达到99%。测试报告表明，当在一工况运行时，效率提高0.563%，在另一工况运行时，效率提高0.441%，NOx降低14.6%，成功投运了过热汽温先进控制系统，减小了汽温波动。BCOS-2000/2.0系统是由东南大学开发的，该系统主要应用神经网络技术，建立相关关系模型，这些关系主要包括锅炉运行工况、配风配煤运行方式与燃烧性能之间的关系。等建好模型后再采用非线性寻优技术，分别从模型中找出不同负荷、不同煤种下最佳的配风、配煤运行方式，指导运行，并在线修正燃烧优化数学模型。研究表明应用该优化系统，在同种燃烧工况下可以提高锅炉燃烧效率0.5%以上，降低烟气中NOx排放20%左右，同时可以规范运行人员燃烧运行操作，提高运行人员水平，减少锅炉燃烧调整的随意性。但大多数系统处于试验、研发阶段，真正能应用于电厂的产品屈指可数。西安热工研究院的锅炉燃烧优化指导系统，西安热工院的燃烧优化系统可以在线监测锅炉效率、风、煤以及原煤发热量，实时测量多个反映燃烧状况的参数，并给出违议进行相应的调整。该系统已经在全国数十台锅炉安装使用，在提高锅炉效率、防止煤粉管堵塞方面起到了积极作用。但是功能相对完善，效果更加明显的锅炉燃烧优化软件都是从国外引进的，杨柳青电厂使用了Power Pefecter系统，沙角电厂引进了NeuSIGHT闭环燃烧优化系统，日照电厂借助ZOLO测温系统与西门子建立的燃烧优化系统。
2 燃烧优化的意义
随着我国电力行业的不断改革，对发电企业而言，保障机组的安全经济运行，努力降低发电成本，是提高自身竞争力的必经之路。实际上机组安全经济运行取决于锅炉的安全经济运行，而锅炉的燃烧运行调整又决定了锅炉的安全经济运行。据统计，火力发电机组发电成本中，燃料费用要占70%以上，而且今年来煤价以至居高不下，因此，提高锅炉燃烧系统的运行水平是机组节能降耗的主要途径。
锅炉燃烧调整的主要任务是根据不同的负荷和煤种，进行合理的配风、配煤，以保证锅炉燃烧的安全性和经济性。国内大型火电发电机组一般都配有DCS。虽然DCS提高了锅炉运行的自动化水平，但DCS缺少对锅炉燃烧运行配风、配煤方式的自动优化。目前国内电站锅炉燃烧运行主要依据锅炉大修后的燃烧调整试验，由运行人员根据自己的运行经验进行配风、配煤。而燃烧调整试验存在两个弊端：一，试验时间、经费及条件有限，试验只能取几个负荷及煤种工况点，而且锅炉燃用的煤质往往变化较大，导致锅炉实际运行工况可能会与试验工况有较大差异，如果完全根据燃烧调整试验的工况进行配煤、配风，不会使锅炉找到最估工况。而采用正交试验对然可以有效地应对有限的试验工况问题，但这种离线方式无法应对系统的在线变化的跟踪问题；二，不同运行人员的运行水平参差不齐，凭运行经验进行的锅炉燃烧调整，操作具有一定的随意性，而在不同条件下，常年参与研究、调试的热工人员受主观因素影响也可能难以保证锅炉处于最佳的运行状态。因此，研发一套燃烧优化系统，依据运行人员、专业调试人员长期积累的经验形成一个“专家级”的经验库来指导机组人员运行，在提高燃烧工况的同时也有利于提高运行人员的水平。该系统应以提高锅炉燃烧运行效率，减少NOx排放为目标，同时防止受热面结焦，提高锅炉运行的安全性，根据锅炉的负荷和煤种，通过自己的算法实时优化锅炉配风、配煤燃烧运行方式，指导运行人员锅炉调整燃烧工况，达到发电机组的安全经济环保运行的目的，是对电厂具有实际意义的。 3 燃烧调整的基本方法
对锅炉燃料供给、配风参数的调整以及对其控制方式的改变等是锅炉燃烧调整试验的主要途径，通过这些主要途径的调整，以保证送入锅炉炉内的燃料及时、完全、稳定和连续燃烧，并在满足机组负荷需要前提下，获得最佳燃烧工况的试验。常见的调整试验项目有如下。
3.1二次风配风对燃烧的影响试验
二次风对锅炉有复杂的影响，因为它不仅与煤质、锅炉负荷高低关系很大，各个锅炉的型式、容量大小的差异也是影响因素。改变二次风门开度，特别是对锅炉效率、炉内烟气温度分布和炉膛出口烟温这三个因素的影响非常大。所以要定量分析二次风对锅炉的影响影响比较困难。
调整二次风是电厂运行主要的调整手段之一。二次风常用的几种配风方式配：正塔配风、倒宝塔配风、均等配风、鼓形配风和束腰形配风。改变以上几种配风方式需通过调整各层各个位置二次风门的开度大小，在调整同时，除了对机组运行的主要参数实时测量，记录数据，还应观察火焰高度和火焰中心位置的变化。
3.2变氧量试验
氧量是对炉内燃烧过程起着非常复杂影响的参数，在锅炉运行中非常重要。由于运行设备特点和测量准确性的不同，锅炉氧量所反映的锅炉配风状况与实际的配风情况有所区别。所以，试验人员必须根据锅炉自身的情况和相关的条件，按计划改变控制方式和一些燃烧参数，全方位的测试锅炉的燃烧工况，取得数据后，再对其进行严格的筛选分析，以安全性、经济性、低污染排放三个指标进行权衡，最后確定运行氧量。
3.3制粉系统投运套数对锅炉参数影响试验
采用中储式制粉系统的锅炉，磨煤出力Bm有时会与燃料消耗量B不同。负荷不变的情况下，由磨煤机投运套数的变动引发的进入炉膛内部水蒸汽的浓度差异，这种情况对锅炉燃烧情况的影响也不同，需引起注意。因此，制粉系统投运套数对锅炉参数影响试验对锅炉运行也相当重要。
3.4最佳煤粉细度试验
煤粉细度直接影响着锅炉的安全行和经济性，重要程度不言而喻。确定最佳煤粉细度应在锅炉燃烧调整试验时分析确定。
3.5变一次风压试验
通常改变一次风速，一般通过调整排粉机出口的风压值。大部分试验在一次风速平稳后，将一次挡板维持不变；在负荷变化时，改变一次风速需要通过调整二次风门开度和运行总风量。
3.6其他试验
其他的试验主要包括制粉系统和各型辅助风机的试验、四角配风均匀性试验、煤粉分布均匀性试验、排烟温度标定试验、燃烧氧量标定试验、炉腔温度的测量。
以上几种燃烧调整试验均在某种特定的运行方式下，对锅炉单一因素进行的调整，这就要求该运行方式是在常规运行方式及其它运行尽可能不要变化的，例如：当进行变氧量试验时，须保持负荷稳定（允许微小变动），煤种不要变，制粉系统稳定运行，一、二次风配比保持不变等情况下进行，确保试验更加准确。此外，若打算进行四个试验，每个试验分为低、中、高三个档次的工况，就需要进行12次试验。然而，这12个试验都是在特定运行方式进行的，其试验难度非常大，各种情况也需要把握，所以需要试验人员具备丰富的现场经验，确保试验顺利完成。
如果既想尽量降低试验的难度，又想更加深刻的了解锅炉运行特性，则可以采用交叉分组的方法，如：还是打算进行四个试验，每个试验依旧分为低、中、高三个档次的工况，如进行交叉分组试验，那么就需要进行81个工况的试验。试验次数大大增多了，给实验人员的财力和时间均增加了很大负担。因此，急需寻求一种科学的方法，减少试验的工作量的同时保证试验的准确性，使燃烧调整试验可以更加方便的在机组上进行。
参考文献：
[1]周建新.电站锅炉燃烧优化技术发展趋势[J].锅炉技术.2008，39（1）
[2]牛拥军.优化燃烧技术在邹县电厂中的应用[J].发电设备，2004（增刊）：102-105
[3]陈彦桥，刘建民.火电机组燃烧优的研究现状及展望[J].华东电力，2010，38（10）