摘要：在电力生产中，锅炉的燃料成本占总成本的70%以上，并且由于燃烧不充分污染物排放所带来一系列环境问题成为制约发电产业发展的重要因素。锅炉燃烧优化与自动控制系统的实践研究对火力发电厂实现节能减排和提高生产效益有重大的意义。本文对锅炉燃烧特征进行了分析，并探讨了锅炉燃烧优化策略及相关自动控制系统。
关键词：锅炉；燃烧；策略；自动控制系统
引言
随着电力事业改革的不断推进，电力工业对自动化控制系统要求越来越高。由于锅炉的燃烧运行过程是一种干扰众多和耦合的复杂系统过程，具有控制参数时变、非线性、死区大及大滞后等问题，且燃烧过程中的燃用煤存在煤种复杂、种类不一及低位发热值差异大等问题，传统的燃烧控制方案无法得到良好的控制效果，难以满足现代化电力生产的要求。因此，相关企业要积极建立现代化锅炉燃烧优化控制系统，使得锅炉燃烧过程在不同负荷、不同工况、不同扰动的条件下都能保证处于最佳状态，同时保证其经济性，进而对锅炉进行各项经济性和热损失的计算，提升锅炉燃烧过程的整体运行效益。
1锅炉燃烧特征
1.1静态特征
锅炉的静态特性是锅炉负荷或燃料量变化时，锅炉效率、烟气温度等随之变化的特性。在锅炉内部，随着燃料量的持续增加，炉内温度升高及燃料在炉内的停留时间缩短，使得两者对燃烧效率的影响呈现相反的方向。当其负荷较低时，炉膛温度较低，燃烧不充分，当其负荷过高时，燃料停留时间变短，易结焦，使其燃烧效率降低，燃烧的损失骤增。
1.2动态特生
锅炉燃烧的动态特征表现在以下几点：第一，汽压动态特性，汽包内的压力是蒸发设备内部能量的集中表现，当输入量大于输出量时，蒸汽设备内部能量增大、气压上升，反之则汽压下降，因此其变化决定于出入于输出热量的平衡；第二，水位动态特性，在锅炉运行稳定的情况下，其给水量与产汽量相等，水位不变，当给水量与产汽量不相等时，水位发生变化。
2锅炉燃烧优化策略
2.1控制煤炭质量
由于煤炭的质量很容易就会被改变，不是固定一成不变的，这就需要加强煤炭质量管理，提高锅炉燃烧的经济价值和经济利益。当煤粉细度越细时，其煤粉越容易分配调平。对于电厂锅炉使用的煤粉，其细度通常要求在R90≤15%，通过对煤粉细度进行控制，不仅有利于实现煤粉的均匀分配，而且能够保证煤粉具有较低飞灰含碳质量浓度。在对煤粉细度进行控制，需要对煤粉进行取样测量，对取样过程进行严格要求，确保煤粉取样具有较好的代表性。煤粉分离器通常会设置在磨煤机出口的位置，在运行过程中利用离心分离原理将合格的煤粉送给燃烧器，不合格的煤粉则会重新回到磨煤机中。
2.2做好运行监测
锅炉运行过程中，要非常仔细地观察灶膛中煤炭的燃烧情况，观察有没有燃烧的气流冲向灶膛壁和结很多碳渣的情况，只要发现有结渣的情况出现时，必须马上将其剔除。与此同时，严格把握控制出口处烟雾的温度，特殊情况下，可以通过降低负荷的方法，保证出口处烟雾的温度保持在预设值内。在锅炉正在燃烧时还必须要紧密监测再热器温度的变化，如果发现再热器气温不正常并且大幅度增高的时候，就必须要对这种现象进行深入地分析，可以使用灶膛热负荷降低的方式来维持再热器正常的温度。此外，燃烧中的锅炉，必须要在固定的时间吹掉各受热面的灰，使锅炉的负荷降低并且进行掉渣处理，使锅炉不会出现灶膛熄火的情况、规定固定的口期检查、修整锅炉，确保锅炉的正常运行。
2.3加强技术改造
一方面，通过技术改进，采用新型燃烧器，实施多种稳燃措施改进燃烧的稳定性；另一方面，通过调整燃烧方式提高锅炉稳燃性，依据不同煤种采取不同的配风方式，提高煤粉浓度及煤粉细度，合理组织一、二次风速、降低一次风速。在低负荷或煤质变差时，煤粉炉装设预燃室，煤粉气流在高温的预燃室中被点燃，进入炉膛继续燃烧，用以稳定燃料的着火与燃烧，并节约助燃用油，提高各个燃烧器及风粉均匀性，保证炉膛内稳定燃烧。运行中通过燃烧调整减少锅炉炉膛结渣，适当提高一次风速以减轻燃烧器附近的结焦，尽量投用分散层燃料，分散火焰降低燃烧中心温度，降低灰份熔化或软化程度。加强燃烧调整，避免负荷变动幅度太大，严格控制升温升压速度，防止两侧烟气温度出现偏差。
3锅炉燃烧自动控制系统
3.1锅炉燃料量控制
锅炉燃料量控制系统是锅炉燃烧控制系统中最重要的子系统，其主要作用是维持主蒸汽压力稳定，并同时根据机组负荷的变化来调节进入锅炉炉膛的给煤量，燃料量控制系统设计要求锅炉粉仓要保持煤粉储量一定，当汽轮机负荷改变时，一次风机的入口挡板跟着改变，使通过一次送风量的改变满足煤粉使用量，使负荷响应得到有效快速提高，其结构图如图1所示。图中，以主蒸汽压力为被控量，采用模糊控制的闭环结构，加入前馈△TW（水温变化）、△Q0（燃油变化）。△Q0通过转变函数式F（x1），将燃油量的变化转换成给煤量的变化，△TW通过转变函数式F（x2），将给水温度的变化转换成给煤量的变化。当变送器的偏差超过规定值时，将发出报警信号，并通过逻辑控制电路的作用，使一次风量由自动控制方式自动地切换到手动方式，以免发生误调。
3.2锅炉运行燃烧炉排控制
锅炉运行燃烧炉排控制系统中，控制回路在远程状态下通过接收DCS单脉冲信号，同时在就地情况下也接收就地操作箱的前进和后退命令，控制液压油的流向从而控制燃烧炉排的前进或者后退。其中，燃烧炉排就地操作箱的“远程/就地”选择开关处于就地状态，动作就地操作箱上前进或后退按钮，当前进到位开关或者后退到位开关被检测到后，前进动作或者后退动作停止，前进到位开关或者后退到位开关的位置确认工作在调试时完成,就地操作箱上的灯如果是常亮，表示到位开关动作,如果是闪烁每秒钟一次，则指前进或者后退命令正在动作；燃烧炉排就地操作箱的“远程/就地”选择开关处于远程状态时，燃烧炉排就地控制柜接收DCS的每个周期的单循环脉冲信号，控制系统自动完成燃烧炉排从后退到位到前进到位，再到后退到位的连续多个单循环过程。在远程模式下，在燃烧炉排的起始运行阶段，控制系统首先检测其是否处于后退位置，若未处于后退位置，则燃烧炉排将后退到后退位置后，再进行单循环过程。
结束语
总而言之，锅炉燃烧优化是一项非常复杂的系统工程，相关企业要在全面掌握锅炉运行特征的基础上，积极采取有效措施，实现锅炉燃烧优化，提高锅炉燃烧效率，同时，结合先进的燃烧优化技术以及计算机控制技术，加强自动化控制系统的研究和应用，进一步提高锅炉燃烧的安全性、高效性和低污染性，推动能源可持续发展、环境保护等目标的实现。
参考文献:
[1]张洪源.火电机组锅炉燃烧优化研究[D].东南大学,2016.
论文作者:孙来东
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/11
标签：锅炉论文; 煤粉论文; 负荷论文; 燃料论文; 温度论文; 炉膛论文; 灶膛论文; 《电力设备》2017年第32期论文;