如何有效優(yōu)化火電廠鍋爐的燃燒效率？

一、火電廠鍋爐燃燒優(yōu)化的意義和關鍵 鍋爐是火電運行中重要的設備之一，其燃燒性能的優(yōu)劣直接影響到鍋爐的運行效率，從而影響到整個發(fā)電效率。研究鍋爐的燃燒過程并對鍋爐燃燒技術進行優(yōu)化，便攜燃燒效率分析儀設備的使用，能夠從一定程度使鍋爐燃燒效率*大化，提高產電率，降低污染物排放量，促進火電行業(yè)健康發(fā)展。通過對鍋爐燃燒的優(yōu)化調整，以確保鍋爐燃燒系統(tǒng)保持內部穩(wěn)定的燃料供給、送風量，保持穩(wěn)定的壓力、溫度和蒸發(fā)，這樣既能促進燃料的充分燃燒，提高燃料利用率，降低成本，還能避免燃料結渣，防止燒毀燃燒器材，避免發(fā)生意外事故。提高鍋爐機組的運營經濟性、安全性及環(huán)保性。對于火電廠鍋爐燃燒優(yōu)化技術，其關鍵首先在于必須依托準確的檢測數據。檢測數據的精準程度，直接影響到優(yōu)化方案的制定，從而影響到優(yōu)化結果。另外，鍋爐燃燒的效率優(yōu)化，還要在燃燒器的優(yōu)化設計上大下功夫，可以加強煤炭二次燃燒技術的研發(fā)，利用機組溫熱技術，提高能源利用率，降低企業(yè)成本，降低排放。 二、鍋爐燃燒優(yōu)化主要技術 1.基于先進檢測技術的鍋爐燃燒優(yōu)化 基于先進檢測技術的燃燒優(yōu)化技術是火電廠鍋爐燃燒優(yōu)化的主要方式，在鍋爐的燃燒過程中，通過實時在線檢測爐膛火焰溫度、煙氣的含氧量、飛灰的含碳量、NOx的濃度等鍋爐運行重要參數，并對這些參數進行分析處理用以指導運行人員對鍋爐的燃燒進行實時調整，從而在提高鍋爐燃燒效率的同時降低NOx排放量。近年來大量火電技術研究者采用如爐膛火焰檢測、煤質分析、風煤檢測及爐膛排放物檢測等先進檢測技術對鍋爐進行燃燒優(yōu)化，其中火焰檢測技術應用*多。 對于電廠鍋爐，爐膛火焰檢測可實時反映爐內不同區(qū)域的溫度，火焰中心所處位置等信息，對掌握爐膛內煤粉燃燒狀態(tài)及降低污染物排放有著重要作用。爐內溫度檢測及溫度場重建技術多年來一直是火力發(fā)電方面技術人員的重要研究方向。利用紅外熱像技術對爐膛水冷壁上亮點的大小進行監(jiān)測用以判斷水冷壁的結焦情況，從而實時調整爐內煤粉的燃燒。利用紅外輻射測溫原理設計了一種無接觸式爐內二維溫度場重建方法和溫度場上位機展示系統(tǒng)，系統(tǒng)可直觀地反映火焰的中心位置從而防止火焰中心偏移，并且系統(tǒng)求出的各分區(qū)溫度值可為鍋爐SCR及SNCR脫硝技術提供一定的控制依據，從而在調整爐膛燃燒效率的同時控制NOx排放量，但紅外測溫的缺點在于測溫儀的保護套管在高溫下容易結焦，因此需要配備吹灰裝置。利用激光吸收光譜方法對爐膛參數進行測量并重建溫度場，通過在某680 MW機組燃煤鍋爐測試表明激光測量系統(tǒng)可對爐內多個參數如爐溫及不同煙氣成分濃度等進行測量，根據測量結果可有效指導鍋爐燃燒優(yōu)化運行從而使煤粉穩(wěn)定燃燒及溫度場均勻分布。利用聲波測溫技術對W火焰鍋爐煙溫進行測量，并以測量結果為依據對鍋爐進行燃燒調整，從而有效地避免了燃燒不充分及結焦問題，提高了鍋爐熱效率。 2.基于鍋爐燃燒器改造的鍋爐燃燒優(yōu)化 燃燒器是保證鍋爐穩(wěn)定燃燒的重要設施，對鍋爐進行低氮燃燒器改造，在不同的條件下進行空氣分級燃燒、燃料分級燃燒或煙氣再循環(huán)燃燒，可有效降低NOx生成量并提高鍋爐燃燒效率。針對某電廠300 MW亞臨界鍋爐機組提出了低NOx燃燒器改造，改造方案包括復合空氣分級、低NOx燃燒器、高位分離燃盡風等減排措施，方案在滿足低NOx排放的同時提高了燃燒效率并防止了結渣及高溫腐蝕等問題。但在低氮燃燒器改造實際應用中，該技術會對鍋爐的穩(wěn)定性、水冷壁結焦、飛灰含碳量、運行效率等方面產生影響，因此在改造技術實施過程中需要根據影響鍋爐穩(wěn)定性的各類因素對二次風、氧量以及分級燃燒技術等進行調整。 3.基于智能控制算法的鍋爐燃燒優(yōu)化 鍋爐智能燃燒優(yōu)化的實質是通過先進檢測裝置檢測鍋爐各關鍵運行參數并對這些參數進行實時分析處理，然后采用AI優(yōu)化控制算法在線調整鍋爐運行參數，使鍋爐燃燒的各類運行參數處于*佳狀態(tài)。智能燃燒優(yōu)化系統(tǒng)一般為基于電廠現有DCS控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，無需對鍋爐進行改造，**少、風險小且優(yōu)化效果顯著。如圖1所示為智能燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)結構圖，系統(tǒng)分為開環(huán)操作指導和閉環(huán)**兩種優(yōu)化方式，開環(huán)方式為智能優(yōu)化系統(tǒng)將各被控量的調節(jié)值提交給運行人員，由運行人員手動對DCS系統(tǒng)進行調節(jié)；閉環(huán)方式為智能優(yōu)化系統(tǒng)將各被控量的調節(jié)指令直接上傳至DCS系統(tǒng)中，自動完成優(yōu)化調節(jié)。 清華大學張毅等人基于神經網絡算法建立鍋爐運行效率及NOx排放的預測模型，并采用遺傳算法生成實時*優(yōu)控制參數，然后通過與電廠DCS系統(tǒng)雙向通信實現鍋爐運行優(yōu)化控制，從而實現經濟與環(huán)保相協(xié)調的優(yōu)化運行目標。該系統(tǒng)通過在某電廠試驗，結果顯示系統(tǒng)可在提高鍋爐燃燒效率的同時降低NOx排放。將鍋爐燃燒過程中的17個輸入變量作為優(yōu)化變量、7個輸出變量為優(yōu)化目標，采用粒子群算法求解優(yōu)化控制參數，從而為鍋爐優(yōu)化控制提供依據。除此之外，還有其他學者將極限學習機、支持向量機模型等算法應用于鍋爐優(yōu)化控制中，這些智能優(yōu)化算法適應性強、實時性強，在鍋爐燃燒優(yōu)化控制中有著很好的應用前景。 三、燃燒優(yōu)化技術發(fā)展趨勢 先進檢測技術與智能控制技術這兩種技術在鍋爐優(yōu)化方面都已有很多應用且取得了較好的優(yōu)化效果，但目前并沒有被很好地結合并應用在鍋爐優(yōu)化中，如果可以將這兩種技術緊密結合、互為支撐，爐膛檢測結果為智能算法提供優(yōu)化數據依據，智能算法對檢測結果進行分析并生成優(yōu)化指令，鍋爐將取得更好的燃燒優(yōu)化效果。例如根據爐膛平面各區(qū)域的溫度值及火焰中心偏向，并結合智能算法實時生成優(yōu)化指令，從而調整煤粉燃燒參數及鍋爐脫硝系統(tǒng)尿素噴灑量，則可實現在提高鍋爐燃燒效率及穩(wěn)定性的同時降低污染物排放量及減排成本。 結語： 鍋爐的燃燒狀態(tài)影響著整個機組的運行效率及電廠的發(fā)電效率，并且由煤粉燃燒產生的NOx會造成環(huán)境污染，因此對火電機組而言很有必要采用一定的優(yōu)化技術對鍋爐進行燃燒優(yōu)化，在提高鍋爐燃燒效率的同時控制污染物排放，從而保證鍋爐經濟、平穩(wěn)、低污染的運行。

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