浅谈300MW机组的锅炉优化运行

浅谈300MW机组的锅炉优化运行

摘要：影响锅炉机组效率的因素中，排烟热损失和机械未完全燃烧热损失是最

主要的部分，而排烟温度、排烟量往往决定着排烟热损失的多少，也就是说，排

烟温度每提高10℃，会相应增加0.6～1％的排烟热损失。而影响排烟量的主导因

素则是过剩空气系数及燃料所含水分的多少。

关键词：300MW机组；锅炉优化运行；

随着我国经济的快速发展, 工业生产和人民生活都需要大量的电力供应。我国

目前的电力供应以燃煤形式的火力发电为主。虽然火力发电已经经过了几十年的

法制,取得了很大成效,但是与国外先进水平相比,仍是相对落后,火电厂设备的运行

效率还是较低。燃煤锅炉作为火力发电厂中最为重要的设备之一, 仍然面临着许

多值得改进的地方。

一、火电厂锅炉的类型

从燃烧方式来看, 国内现行的300MW级亚临界参数锅炉主要有三种技术形式：第一种是四角切圆燃烧方式, 第二种是对冲燃烧方式, 第二种是W 型火焰燃烧方式。四角燃烧锅炉多数采用摆动式燃烧器调节再热汽温, 也可采用烟气挡板和其他调

温方式。而对外燃烧锅炉采用旋流式燃烧器,多数采用烟气挡板调节寻热汽温。从

循环方式来看, 主要有四种形式：自然循环; 控制循环;复合循环或低倍率循环方式;纯直流方式。四角燃烧锅炉的循环方式趋于多样化,上述四种形式都占相当数量。

而对冲燃烧锅炉,多数采用自然循环方式。从受热面系统布置来看, 对于采用摆动

式燃烧器调温的锅炉, 除了水平烟道和尾部烟道的贴墙管道热器外, 烟道中的主受

热面系统布置大致上形成了两种形式：一种是过热器和再热器都采用辐射+对流

式的系统：另一种是过热器采用辐射+对流式的系统,再热器采用对流式系统。为

了减少启动过程中的热量和工质损失, 目前母管制锅炉启动时常采用被启动锅炉

本身产生的蒸汽暖管。因为启动前,从锅炉出门到汽轮机前的主蒸汽管道是冷的、

有时可能还有少量积水。同时, 由于管道较长,管子与阀门、法关等附件厚度相差

较大, 突然将压力、温度较高的蒸汽送人,会引起管道和附件产生较大的热应力,大

量蒸汽凝结成水,在管道内发生水冲击,致使设备损坏,因而应当预先暖管。这种用

少量蒸汽对管道进行预热和疏水的操作称为暖管。从锻炉炉型结构看,有倒U 型布置、塔型布置、W型火焰炉则布置。从工作参数看,目前发展的主要是亚临界和超临界参数机组。目前我厂采用的HG-1025/17.5-YM28锅炉,锅炉型式是亚临界中间

一次再热自然循环汽包炉。

二、300MW机组的锅炉优化运行

1.烟气参数的监测和控制。目前，锅炉运行参数的信息与控制偏重于蒸汽系统，而对烟气系统的控制缺乏信息与手段。烟气系统如能控制好，蒸汽系统基本

上不会产生太多的问题。炉膛出口烟气温度( FEGT) 是反映炉膛燃烧、能量平衡和

热量交换的一个重要过程参数。FEGT的控制对提高锅炉运行的安全性、可靠性、经济性，降低污染物排放及延长锅炉使用寿命有着重要的作用和影响。如果FEGT 偏离了设计值，可能产生如下问题。炉膛结焦、结渣，使得过热器和再热器部位

的腐蚀加快，缩短重要部件寿命，增加维修费用。可能出现超温，造成过热器、

再热器管的超温爆管或金属蠕变、失效。造成过热蒸汽或再热蒸汽温度偏差，导

致减温水投用量增加、热效率降低。排烟温度升高，排烟损失增大，热效率降低。控制好FEGT 可以直接改善下列运行问题。炉膛结焦问题的改善。炉膛结焦是一

个复杂的问题，受到煤质、灰熔点、炉膛原设计单位面积/单位体积发热量、炉膛

出口烟温、炉膛氧量等因素的影响，为减缓结焦，仅能采取试验的方式。一般而言，FEGT 对结焦的影响较大。吊屏结渣的控制。控制炉膛出口温度可减轻炉膛上

部吊屏的结渣，控制FEGT 低于煤灰的熔融、软化温度，可使干燥的煤灰不会黏

附在换热管上，因此避免了结渣。吹灰的控制。FEGT 可以作为基本参数用以建立

自动的吹灰程序或指导运行人员进行手动吹灰。如果FEGT 超过了原始的设计值，表明炉膛换热面已经受到了污染，运行人员应进行炉膛吹灰; 当FEGT 达到或低于

设计值时，应停止吹灰。过多的炉膛吹灰不仅浪费了能量，而且可能产生吹灰器

附近水冷壁的冲刷腐蚀问题。煤灰( 液态) 腐蚀的控制。对于高硫分的燃煤，维持FEGT 低于煤灰熔融温度50 ℃，使干燥的煤灰流过对流通道，能减少煤灰对过热

器的腐蚀。蒸汽温度的控制。采用调整燃烧器摆角、燃烧器的组合、各层燃烧器

煤量的分配、二次风量的分配等手段，控制好FEGT，达到控制蒸汽温度及减温水流量的目的。氮氧化物的控制。FEGT 直接影响燃烧及氮氧化物的生成。

2.运用远红外测温系统测量炉膛出口温度。对电厂锅炉来说，FEGT 是一个关

键性的参数，锅炉启动过程中必须对FEGT 进行监测，控制过热器壁温不超过允

许值。随着科学技术的发展，一种源于航天测控的远红外线温度测量技术已被应

用于烟气温度的测量。这种特殊的探测器( 远红外探测器) 可以准确测量燃烧进程

中炉膛内产生的高温CO2气体辐射的特征谱线，并通过特别的窄带窗口( 滤波器)

滤掉其他辐射源发出的谱线，因此，可以测定辐射源的密度( 能量) 。因为远红外

探测器仅对高温CO2气体辐射的特征谱线具有敏感性，因此其可以直接测试某一

区域内CO2气体的温度。远红外辐射式高温测量仪是非接触式的光学仪器，可以

安装在任何观察孔、检修口，也可以穿过锅炉和墙面安装。测量仪采用压缩空气

进行冷却，配有吹扫设施及保护外壳，压缩空气带有过滤净化装置，可工作于恶

劣的测试环境。其安装使用极其简便，输出信号可以直接显示和远传，炉膛内烟

气温度的测量范围是120 ～ 1 650 ℃。

3．锅炉运行优化系统。电厂为了有效降低NOx的排放，使用了人工神经网

络( ANN) 技术对锅炉燃烧进行优化。这项技术在近期演变成为多目标全方位的优

化手段，成为一种在线的锅炉运行优化系统。该系统经过训练后，能对不同的指

标与限制条件进行整合和交换，能提供具有实际指导意义的优化操作方法，与过

去的耗差分析和状态监测系统相比，前进了一大步。人工智能神经网络系统具有

自学习功能，可在线开环或闭环进行优化控制。但做闭环控制时，锅炉运行优化

系统需要注意避免与分散控制系统( DCS) 发生逻辑冲突。在美国电力系统的应用中，已有大量的机组使用该类系统进行运行与性能优化，目前在国内也已经取得

许多优化的成功范例。采用锅炉运行优化系统后，供电煤耗可降低0． 5% ～3．0%，NOx的排放可以减少10% ～40%，该类系统一般使用现有仪表，不需要

改变硬件设备。其优化过程包括下列步骤: 选定优化目标，选定运行的可调参数

与反应参数，选定可调参数与反应参数的限制条件，通过试验采集全方位数据，

确定关键性的运行参数，进行锅炉性能目标优化，进行验证试验，进行开环和闭

环控制试验调试，追踪在线开环优化运行指导或闭环在线优化运行。人工神经网

络技术依赖的是实际的运行数据，因此能直接反映出可调变量与反应参数的关系，与耗差分析和状态监测系统的思路不同、做法不同、效果也不同。这项技术所得

到的最终效果，有时能突破原设计值。锅炉运行优化系统包含对锅炉子系统和锅

炉系统运行参数的调整。(1) 子系统: 吹灰系统、制粉系统、风烟系统、燃烧系统

和脱硫系统。(2) 运行参数: 燃烧器组合方式，一次风压与风速，二次风压、风量

与分配，各层燃烧器煤量的分配，过氧量。