电站锅炉燃烧优化技术的发展趋势

电站锅炉燃烧优化技术的发展趋势

宋锐

山东电力建设第三工程公司山东青岛266100

【摘要】本文从介绍电站锅炉燃烧优化技术的必要性与紧迫性入手，提出了目前燃烧优化技术中存在的问题，并在此基础上具体探讨了机组燃烧优化技术研究以及燃烧优化技术的发展展望。

【关键词】锅炉；燃烧；优化；发展

中图分类号：TK223文献标识码：A文章编号：

一、前言

目前，环境污染特别是大气污染问题日趋严重以及能源的紧缺，使得对于电站锅炉的燃烧优化技术重视日益提高。对于燃烧技术的优化也提出了更高的要求。现行的燃烧技术已经不能适应时代的发展以及目前对于燃烧技术的要求。因而，对于电站锅炉燃烧优化技术的研究成为当务之急。

二、电站锅炉燃烧技术优化必要性

社会的发展和进步，火电厂面临越来越大的压力。电力需求不断增加，发电品质要求日益苛刻，传统的电压、频率已不是唯一的考核指标，环境因素逐渐纳入其中，形成了新的衡量标准；煤价上涨，煤质波动，以及大型机组日益频繁的参加调频调峰，全工况变负荷运行以及长期中低负荷运行，都对机组运行水平提出了更高的要求。

锅炉燃烧优化是通过对锅炉燃料供给和配风参数的调整，以及对其控制方式的改变等，保证送人锅炉炉膛内的燃料及时、完全、稳定和连续地燃烧，并在满足机组负荷变动需要的前提下，获得最佳燃烧工况的工作。进行燃烧优化调节的目的是：在满足外界电负荷需要的蒸汽数量和合格的蒸汽品质的基础上，保证锅炉的安全性和经济性。具体可归纳为：(1)保证正常稳定的汽压、汽温和蒸发量；(2)着火稳定、燃烧安全，火焰均匀充满炉膛，不结渣，不烧损燃烧器和水冷壁、过热器不超温；(3)使机组运行保持最高的经济性；(4)减少燃烧污染物排放。

三、电站锅炉燃烧优化技术存在问题

1、燃烧理论建模技术

通过对燃烧理论建模和求解方法的深入研究，对炉内燃烧过程进行数值模拟，并取得了可喜的研究成果。但是这类方法计算过程复杂、耗时长，特别是在有些燃烧机理不明确的情况下，难以建立完善、精确的电站锅炉模型。因此，这类方法多用于离线分析或仿真研究，而应用于燃烧过程的在线实时建模和优化还有较大的难度。

2、燃烧设备层面的设计与改造技术

主要是基于燃烧技术的理论研究，通过锅炉改造，特别是燃烧器的优化设计、改造来实现锅炉的燃

烧优化调整，此类技术己经进入比较成熟、可靠、稳定的阶段。但燃烧器的设计、改造同样受到制粉系统和煤种的限制。

3、检测技术的燃烧优化

利用炉膛火焰检测技术、锅炉排放物检测技术、风煤在线测量技术以及煤质在线分析技术等对影响锅炉燃烧的重要参数进行检测分析来实现锅炉的燃烧优化。运行人员通过实时监测一次风量、烟气含氧量、煤粉浓度细度、煤质分析、飞灰含碳量、火焰图像等参数来调节锅炉燃烧，实现锅炉高效、经济燃烧，这类燃烧优化技术现在己经占据了主导地位。但是目前电厂安装的燃烧参数测量仪表运行的不可靠、不稳定、测量不准确，抑制了锅炉燃烧优化产品功能的发挥。

4、燃烧优化调整技术

通过锅炉燃烧优化调整试验，可以寻求合理的风煤配比，确定锅炉燃烧系统的最佳运行参数，并提出合理的计算机控制曲线，用以指导运行操作。在运行期间，可以针对特定的目的进行燃烧调整试验，寻求锅炉的优化燃烧技术。这些优化过程都需要专业人员进行大量的正交、单因素轮回的试验，耗时耗力，一般只是在新机组投产或老机组燃烧设备、燃料种类、操作方式有重大改变时进行。

四、国内外电站锅炉燃烧优化技术研究

1、国外电站锅炉燃烧优化技术

国外对燃烧技术优化研究较早，目前的燃烧优化技术与先进的自动控制系统结合，实现了电站锅炉的优化系统的闭环控制。如美国Ultramax公司的Ultramax燃烧优化技术、Peggasus公司的power pefecter 燃烧优化技术、艾默生公司的smart process燃烧优化技术。Ultramax燃烧优化技术采用了贝叶斯统计和加权非线性回归分析相结合的建模方法，可快速精确的辨别出锅炉的运行特，并在最优化原理指导下快速寻找到最佳的控制量组合。英国的朗格纳特电站采用了Ultramax系统，氮氧化物排放减少20%左右，锅炉效率提高0.3%以上。

2、国内电站锅炉燃烧优化技术

20世纪80年代，在节能减排的背景下，我国电厂普遍关注燃烧优化技术。90年代后期随着在线测量技术和人工智能技术的发展，电站锅炉燃烧优化技术发展到一个新的阶段。目前，西安热工研究院研究出了锅炉燃烧优化指导系统、清华大学开发了OCP3系统、东南大学开发了BCOS-2000/2.0系统、浙江大学开发了基于Internet/Intranet的燃烧优化指导系统等。

五、机组燃烧优化技术研究

从图1可以看出，燃烧优化的诸多目标经常是相互冲突、非线性的，情况复杂多变。例如，CO的排放在最优区域前，与锅炉效率成正比，而在最优区域后，却成反比。

由此可见，随着运行工况的不同，燃烧优化的最优值确定并非是一成不变，根据实际情况进行相应调整是十分必要的。

图1风煤比与燃烧参数关系

传统的燃烧优化采用正交实验法在多个典型工况下，对各个参数进行分析和筛选，确定试验因素和水平。尽管这种方法已经大幅降低了工作量，然而在实际应用中，大量的燃烧试验依然无法避免。当设备改造后需要重新进行优化，调整间隔长，适用性差，且无法适应电厂煤质波动频繁的情况。种种问题，使得这种方法的实用性日益降低。

而电厂海量历史数据库的建立，以及实时数据库的丰富，使得广大研究人员将燃烧优化的方案转移到先进算法上，基于数据驱动的各种算法大放异彩。对燃烧过程的热力学分析也逐步深入，正如Lee K wangY提出，彻底分析和了解电厂燃烧过程中的物理和热动态性质，是进行燃烧优化的基础。国内外诸多专家和学者也注意到热力学分析、能量平衡分析在电厂燃烧优化中的重要作用。

六、电站锅炉燃烧优化技术发展方向和前景

锅炉燃烧优化技术在取得众多成果的同时，也面临着不少问题和困难。锅炉燃烧优化技术一个总的发展方向就是通过解决存在的问题，并结合燃烧、控制等方面的先进理论和技术，推动燃烧优化技术的发展。

1、加强检测技术的改进工作

锅炉燃烧参数检测技术是燃烧优化技术的基础，检测装置和技术目前普遍存在品质和测量准确性的不足。这个问题已经受到研究人员和生产企业高度关注，大量的研究开发工作，将使这个问题在不久的将来得到较好的解决。特别要指出的是，软测量技术是可能解决此类问题的一条新途径。在软测量建模中，有基于工艺机理的方法、基于对象数学模型的方法、基于回归分析的方法、基于模式识别的方法、基于粗糙集理论的方法、基于人工神经网络、基于支持向量机的方法等。目前，人工神经网络已经广泛应用到工业过程建模和控制中，其中比较典型的是BP神经网络建模、RBF神经网络建模等。

2、燃烧控制系统向闭环控制和综合智能控制发展