摘要：随着国内电力市场竞争不断加剧，热电厂需要通过不断降低生产成本的方式，提高产品竞争力，在发展的同时，热电厂还要关注到国家对于电站排放管理的约束限制，降低污染排放，实现燃烧优化控制。基于此，文章首先提出了锅炉燃烧控制系统的常见优化技术；其次，分析了集成控制系统在电站锅炉燃烧控制中的实际应用；最后，重点探究锅炉燃烧控制系统优化策略。
关键词：锅炉；燃烧控制系统；优化运行
1我国燃煤锅炉燃烧效率现状
我国东北部地区供热源动力大多采用集中供热，仅就城镇采暖而言，采暖区人口占全国人口的26%，而采暖消耗的能量占全国商品能量总消耗的19.6%。我国城市燃煤锅炉一般按照传统习惯采用常规的切圆燃烧和墙式燃两种方式。经过多年测试得出，在相同条件下，燃煤锅炉工作过程中存在能源消耗大、燃烧效率低等方面缺陷。1）近几年，部分企业想改燃煤为燃气或燃油，这样可以减轻供暖过程中造成的大气污染，提高锅炉热效率。但是，燃气或燃油在推广使用过程中，不难发现，燃气或燃油的成本价格高，一些企业很难承担锅炉的运行费用。如把该费用分摊给居民的采暖费上，普通居民也无法接受。为此，燃煤锅炉仍然作为热源的主要来源设备在绝大多数企业中使用着，我们期盼着那种清洁智能的锅炉能早些来到我们生活中。2）目前，我国燃煤系统的自动化程度比以前有了较大的提高，但在使用过程中，一些企业仍然是片面强调安全，却忽略节能减排。在锅炉实际运行中，原煤的质量和颗粒大小仍然满足不了使用要求,造成燃烧不完全，燃烧状况不佳，排烟温度过高造成大部分热量被废烟、残渣、废灰带走了。3）司炉人员自身素质不高，大部分操作工是没有经过专门的技能减排等相关知识的培训就直接上岗，对节能概念只停留在字面上，对司炉工种理解成简单的体力劳动者，认为只要肯吃苦、不怕脏就可以完成司炉任务，节能意识非常弱，再加上锅炉设计中存在的缺陷，运行能力差，造成燃煤锅炉燃烧效率普遍低下，影响到锅炉的耗能指标。
2锅炉运行优化原则
对锅炉运行过程进行优化，主要从燃烧参数的优化方面着手，尤其当锅炉负荷水平较低时，应控制好安全性与经济性，负荷较低时锅炉的经济性与安全性都比较低。因为锅炉不是单一的机械设备，必须和其他设备结合起来形成一个完整的机组才可以运行，而锅炉的参数设计一般都是针对某个具体设备而言，没有充分考虑到锅炉机组的情况，因此对设计参数进行优化不具备系统性，不符合实际情况。另外，在锅炉的制造与安装过程中存在一些偏差，达不到设计要求，导致锅炉运行中出现一些问题。还有就是设备设计参数不合理。因此，在锅炉燃烧优化运行过程中，应结合实际情况，从系统分析、比较等方面着手，研究锅炉在不同的负荷条件下参数的优化方式和控制方式。以现有设备为基础进行调整，才能达到更加良好的优化效果，使优化后的锅炉燃烧运行过程更合理、准确、可靠。而且在进行优化时必须进行多次试验，确定最终的锅炉燃烧经济运行方式和运行参数。
3锅炉的燃烧方式
3.1固体燃料燃烧
固体燃料燃烧的挥发性比较差，在实际燃烧过程中，固体燃料的结构表面有大量CO2和CO，在特定环境下，CO2会被氧化而转化成可燃烧的CO结构。固体燃料燃烧的适宜条件是熔点低、不直接接触氧气。在此条件下，燃烧结构表面的可燃性会降低，形成固体燃烧状态。固体燃烧是日常生活中常见的形式，如蜡烛等。在使用时间过长的情况下，会发现固体燃烧的特性，固体燃烧主要针对易被燃烧分解的结构，因而在实际燃烧过程中产生烟雾，可以被看作结构燃烧不充分，造成固体燃烧。
3.2气体燃料燃烧
气体燃料燃烧会喷射出大量火焰，在这一过程中，相关人员应将气体燃料和空气进行融合，实现预期的燃烧目标。但火焰燃烧长度会有所增加，在烧嘴等因素的影响下，气体燃烧不能接触空气，而在火焰喷射的情况下，其他部分燃烧会与空气进行接触，这就使得火焰燃烧效果不断增强。除此之外，空气具有很强的助燃性，但火焰长度不够，其他部分的燃烧和气体结合，会加快火焰喷射速度，无法及时对火焰形状和结构特性进行观测。
4锅炉燃烧优化管理措施
4.1采取合理的送风措施
为了实现锅炉的充分燃烧，相关人员需要做好送风工作。在送风过程中，应该注重各个环节的管控，合理地控制风量和风速。在出现风速不足的问题时，相关人员需要分析其中的原因，如喷燃器温度升高、喷燃器烧坏等；在风速过大的情况下，煤粉着火时间会出现延迟。为了有效地改善这些问题，在电厂动能动力锅炉燃烧过程中，相关人员需要重视送风工作，有效地控制送风的风速和风量，这样就能够实现风粉的充分融合，实现电厂热能动力锅炉的正常运行。
4.2烟气氧含量控制
电站锅炉燃烧控制系统中的烟气含量控制系统主要反映的是进入到炉膛内部的燃料与供给燃烧所需要的空气间的定量关系。烟气含氧量控制就是对二者比值的控制，将其控制在合理范围内，能够提升锅炉燃烧效率，这一方法也是一种提高燃烧经济性的有效方法。但是含氧量获得存在滞后性，所以采用燃料费前馈、氧量调节、送风调节串级前馈控制系统，可以完成送风量调控系统的内环控制。内环控制和外环控制共同组成了双闭环控制模式，其中外环调节器选取常规PID控制，内环控制器采用模糊PID控制，实现了烟气含氧量始终在合理范围内，优化二者比例关系。在使用常规PID控制时，系统响应超调量大，且进入稳定时间较长。为了解决这一问题，同样可以采用模糊控制方法，优化控制效果。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆经过了模糊控制后，系统超调量小、响应速度快、震荡小，且能够以较快的速度进入到稳定状态。
4.3优化燃烧技术
空气分段燃烧可以降低锅炉氮氧化物的排放量，降低运行成本。在优化调节过程中，要适应外界负荷的变化，在满足锅炉蒸汽质量前提下，对燃烧技术进行优化。一般固态排渣煤粉锅炉，其优化目标包括稳定的汽压、汽温、蒸发量，燃烧中心要适当，燃烧过程稳定，火焰分布均匀，可以在单个燃烧器内部设计分级燃烧，在主燃烧区域顶层燃烧器上部一段距离另设二次风喷口，使部分二次风通过喷口进入锅炉炉膛内，保证蒸汽品质。为保证锅炉燃烧过程的经济性，必须对风速与煤炭的燃烧速度进行调控，使锅炉的风煤搭配更合理，二次风与送风吸风配合，保证锅炉膛内的温度合适。合理的二次风配合是确保锅炉着火迅速、燃烧安全的重要保障。当锅炉的运行环境发生改变时，应对风与煤的比例进行调整，减少煤炭燃烧过程能量损失。当锅炉负荷改变时，可以调整送入锅炉内的煤炭量和风量，使锅炉的燃烧工况发生改变，在高负荷状态下运行。由于锅炉炉膛温度高，着火条件较好，所以燃烧过程比较稳定。为提高锅炉效率，可以根据煤质条件，降低过量空气系数，将锅炉的排烟热损失降到最低。如果锅炉处于低负荷运行状态，则应通过适当方法降低锅炉膛内负压，提高炉膛内温度，同时能减少锅炉内部漏风，维持锅炉的稳定燃烧，避免热损失。最后，要及时调节锅炉的燃烧量，如果锅炉的负荷波动较大，则需要注意，单纯地给料已不能满足锅炉燃烧优化调节的需要，对此应调节给料机细节，如控制好炉内空气动力工况，或改变给料机的运行频率，提高锅炉运行水平。
4.4加强锅炉运行过程中的监测
锅炉的燃烧和传热过程复杂，影响因素比较随机，任何因素都可能对其产生影响，因此，必须加强锅炉运行过程的监测管理。（1）进行实时检查，观察锅炉膛内的火焰情况，如火焰的燃烧程度、颜色、锅炉膛内充满度、着火气流等，观察是否有大面积结渣等情况，如果发现锅炉膛内有大面积结渣，应及时将结渣清除，以防结渣影响锅炉燃烧效率和传热效率。而且在锅炉运行过程中应严格控制出口烟气温度，不能超过设计值，必要时可以进行降负荷处理。（2）加强运行过程中的吹灰与除渣。锅炉运行时按照规章制度对锅炉的各个受热面进行吹灰，可以使用吹灰器进行操作。发现吹灰器失灵，立即停止吹灰，避免烧坏吹灰器。定期对锅炉进行降负荷除渣操作，控制降负荷速率，防止因掉渣引起锅炉膛内灭火。检修人员随时观察锅炉水冷壁受热情况，确保受热面光滑，并且按照电厂规定的检修章程，定期进行大规模检修与日常小检修，保证锅炉膛内的气流度和充满度良好。（3）加强锅炉运行的监视。锅炉膛内某个因素发生改变，都会引起锅炉运行参数的变化，锅炉的一次风速、二次风速、燃烧器区域热负荷等都要进行必要地调整。热负荷等参数可以根据燃烧所用的煤炭质量要求进行设计，运行过程中密切监控再热器汽温的变化，如果发现再热汽温出现异常升高，减温水用量明显增多，则需分析原因，降低锅炉膛内的负荷情况。
4.5蒸汽压力控制
锅炉压力要控制在稳定范围内，从而满足实际生产需求。以往蒸汽压力控制方案中，蒸汽压力为被控制量，燃煤流量为控制量，同时还引入了蒸汽流量作为前馈量，以此减少系统延迟时间。但是传统方法在运行中难以避免存在缺点，比如控制时间长、参数波动大，此种情况导致最终控制效果不理想。模糊控制、模糊预测控制与常规PID控制三种控制方法分别能产生不同的系统控制效果：（1）模糊控制下，系统上升时间慢，但是超调量较低，会产生轻微震荡，稳定时间较比常规控制更快；（2）模糊预测控制实际应用高效果最佳，虽然上升时间略慢，但是系统更加稳定，不会出现震荡现象；（3）常规控制上升速度快，DNA系统超调量较大，且系统震荡剧烈，进入稳定状态时间最长。
5.6减少气体不完全燃烧热损失
为使气体燃烧充分，可以从以下几方面着手：（1）适量的空气。煤只有和空气中的氧充分接触才能燃烧，为使燃烧完全彻底，必须提供充足的空气，实际运行过程中，供给空气往往是偏多，这样就会降低炉膛温度，对着火燃烧的稳定性是不利的。反之，供给空气量过少，又会煤燃烧速度不高，致使煤烧不透，不仅降低煤完全燃烧程度，还会增加排烟损失。（2）合理的配风。根据煤的燃烧特性，煤与空气要充分混合，并配足风量，在沿燃煤锅炉长度方向可采用分段配风，而沿沿燃煤锅炉宽度方向应保持其表面风速均匀一致。（3）人员的培训。建议燃煤锅炉生产公司定期到锅炉使用厂家进行定期检查和操作人员培训，减少能源损失，提高操作人员素质，避免浪费发生。
结语
1）节能减排是一个全世界共同关注的话题与难题，如何保证锅炉运行的各项性能指标达到要求，长春热力集团与吉林建筑大学设计院密切合作，建立工程项目策划办公室，就如何提高能源利用率及消费结构更加合理等问题共同研发改造，以便更好地促进经济持续快速健康发展；2）中国产业观察网的在对中国燃煤锅炉行业市场调查报告显示，在燃煤锅炉的运行中要特别注意节能减排和绿色环保，对于如一些有害气体的排放量及锅炉的高温腐蚀等问题仍需要格外重视，企业自主开发和创新能力要不断加强，最终到达燃煤特性和产品设计相适应。总之，未来燃煤锅炉行业企业将聚焦节能和环保及新能源的利用上来，借助信息化的东风，紧跟时代发展，切实把握能源改革和节能环保的要求，在今后燃煤锅炉的发展上，必须采用将新型清洁燃料技术和燃煤锅智能技术有机结合起来，使燃煤锅炉的未来得以更好更快的发展。
参考文献:
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[3]廖大富.火电厂锅炉燃烧优化策略浅谈［J］.科技创新导报，2017（28）：40-41.
论文作者:娄宗伟
论文发表刊物:《电力设备》2019年第15期
论文发表时间:2019/12/2
标签：锅炉论文; 燃煤论文; 过程中论文; 负荷论文; 风速论文; 空气论文; 火焰论文; 《电力设备》2019年第15期论文;