王银成
内蒙古通辽市发电总厂 发电分场 内蒙古通辽市 028000
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电厂实现节能减排和提高生产效益有着重要意义。
关键词：锅炉；燃烧；自动控制
火电厂大部分机组锅炉燃烧系统未与锅炉整个控制系统有机结合起来,自动化程度低,更未从经济性和安全性方面来在线调整和控制燃烧,运行经济性和安全性差。随着电力工业的发展,节能降耗、提高火电机组运行的可靠性和经济性已成为电厂节能工作的重要内容。
一、燃烧控制系统的构成及功能
优化燃烧控制及运行经济分析系统能在动态变工况过程中、定负荷运行中及煤种变化时,时刻保持最佳风粉比,使锅炉在最大效率下安全运行,系统集成在全厂的DCS系统中,节省了二次投资。该系统主要功能为：锅炉的燃烧优化控制、锅炉在线燃烧调整和运行经济监测分析。
锅炉的燃烧优化控制适用于机组负荷100～220MW间,内容包括:①变工况时一次风速调整控制；②变工况时一次风煤粉浓度自动控制；③变工况时一次风压调整控制；④炉膛出口氧量调节及控制；⑤各层二次风自动调平控制、风速和机组负荷适应性调整；⑥根据煤质的不同,一、二次风速和炉膛出口氧量随机组负荷的变化自适应性调整。
锅炉在线燃烧调整适用于机组负荷在180～220MW间,当煤质与设计煤种发生较大变化时,运行人员可在均等、正塔、凹腰、倒塔、凸腰等配风方式中选择最适合当前煤种的配风方式，以改善燃烧情况。
运行经济监测分析系统使运行人员及时了解当前燃煤情况及近段时期燃煤的变化趋势、锅炉效率的变化趋势、灰可燃物含量变化趋势、一二次风速、煤粉浓度情况,在调整锅炉时做到心中有数。
1、一、二次风速在线测量。用测速管作为一次测量元件,测速管测得的动压信号由传压管引至0～1500Pa的差压变送器,转换为4～20mA的电流信号,引入DCS系统的测量计算模块中,经换算得出喷口的一、二次风速。
2、一次风煤粉浓度在线测量。测量一次风的温度、流量、粉仓煤粉温度及一次风粉混合物温度,根据能量平衡原理可算出一次风粉混合物的煤粉浓度。图1给出了风煤粉浓度测量测点布置系统图。
3、飞灰可燃物在线监测系统。采用无灰路直接测试的设计方案,使微波直接通过烟气流的横截面。通过烟气中飞灰含碳量变化对微波能量的吸收不同,实现飞灰含碳量在线检测。因无需取样,不存在常规取样式飞灰在线检测系统的堵灰问题,系统响应时间小于6s,不存在堵灰现象。
4、入炉煤快速分析系统。粉仓落粉管上安装γ射线煤质在线监测仪,同时测量煤粉的灰分和发热量,转换成4～20mA的标准信号送入DCS系统中,给运行人员提供当前入炉煤灰分和发热量。
5、锅炉燃烧优化控制。本机组设计为定压运行,煤粉浓度及煤粉量以维持额定蒸汽压力为准,由于负荷的升降使压力会升高或降低,从而自动减少或增加煤粉浓度,或投停给粉机以维持主汽压力恒定。
燃烧优化控制氧量随机组负荷的不同而在一小范围内变化,在不影响燃尽情况下,降低了排烟热损失,提高了锅炉效率。通过多次试验,建立与煤质、制粉系统运行方式、炉膛出口氧量、锅炉飞灰可燃物等相关联的锅炉燃烧优化控制模型,运用于锅炉的运行控制。
机组负荷在100～220MW间的任意一负荷运行时,执行“燃烧优化控制”,系统通过在线煤质监测系统识别当前入炉煤粉灰分,自动选取合适的控制方式使风粉系统立即跟踪机组负荷,始终保持最佳风/煤比,使主蒸汽压力调节具有良好动态特性,又能使入炉煤粉充分燃烧,同时降低排烟热损失,并且无需运行人员对其干预执行。针对本厂锅炉易结焦和灭火情况,运行人员可在“氧量手操站”修改氧量设定值,改变炉膛出口氧量情况,增强炉内氧化性气氛,以减轻或抑制炉膛结焦；另外,在“燃烧优化控制”投入情况下,若运行人员根据自己经验判断目前二次风速太高或太低,通过氧量手动站进行减少或增加氧量设定值即可改变各层风速,各层风速的改变是按系统内部设定模式自动执行。当运行制粉系统情况发生变化时,优化控制系统自动根据运行情况增减风量,适应锅炉运行氧量需要。
一次风风箱风压,一、二次风速根据煤质情况自动选取合适风压和风速运行。一次风压随负荷变化而变化,变化范围2700～3280Pa；一次风速当煤好时21～23m/s,当煤差时20～22m/s；炉膛出口氧量控制变化范围5.0～7.6%；二次风速:一层30～50m/s,二层18～35m/s,三层30～50m/s,四层10～50m/s,上述参数根据煤质情况而有所变化。例如当煤质好时,一次风速自动控制高些,反之低些,但最低不小于19m/s,最高不大于24m/s,煤质差时,相比同负荷煤质好时的风速低些。需指出的是一次风速调整速率是经设置好的,经试验表明对炉膛的负压影响小。对于三、四层的一次风速,当系统测出一次风煤粉浓度过低时,将对其一次风速自动下调1～2m/s,提高进入炉膛煤粉浓度；反之,将对其一次风速自动上调1～2m/s,降低风管中的煤粉浓度,防止煤粉在管中沉积。优化燃烧系统投入后各参数的变化情况。
二、锅炉在线燃烧调整试验和运行经济性监测
1、参数调节方式。参数调节任务是保证四角一、二次风速和煤粉浓度的迅速调平。每层有四台执行器,相应地有四套一、二次风风速和煤粉浓度均衡控制系统,使用经修正的一、二次风风速和煤粉浓度平均值作为该层调节参数的设定值,分别与同层各实际运行参数相比较运算,用其结果修正相应执行器开度,实现每层参数的均等,并保证不影响调节器的总量控制。
2、一次风优化试验。实际运行中,运行人员可任选择20m/s、21.5m/s、23m/s、24m/s、25m/s中的一个风速值,执行一次风速控制模块,系统自动将一次风风速设定至该模块的控制值运行,几分钟后一次风速达到设定值,煤粉浓度自动进行该风速下的调平。
执行一次风速控制模块20min左右,点击与风速相对应的锅炉效率计算模块,显示一次风速调整后的锅炉效率,可立即看到运行人员自己燃烧调整后,锅炉经济性变化情况。
3、二次风优化试验。实际运行中,运行人员可任选均等、正塔、凹腰、倒塔、凸腰等配风方式进行点击操作,执行二次风配风方式控制模块,二次风速通过自动调整达到设定值。执行二次风配风方式模块运行20min左右,点击与二次风配风方式相对应的锅炉效率计算模块,可观察锅炉运行经济性变化情况,然后根据情况进行其它不同二次风配风方式操作。
4、炉膛出口氧量优化试验。运行人员可选择4.5%、5.0%、5.5%、6.0%中任一氧量的设定值,执行该氧量设定值的氧量优化控制模块,炉膛出口氧量即按该模块的设定值控制运行,20min后可观察炉膛出口氧量变化后锅炉运行经济性的变化情况。选择不同氧量控制模块运行,进行运行后的效率比较,观察炉膛负压情况,选择较高锅炉效率对应的炉膛出口氧量值,即为要控制运行的最佳炉膛出口氧量。
通过上述的单键操作即完成了在线锅炉燃烧调整试验,整个过程是模拟所进行的标准燃烧调整试验工作,不同的是现场运行人员都可一个人完成,调整结果立竿见影。
5、运行经济监测。通过锅炉现有氧量测点,结合不同负荷下的热力试验得出空预器的漏风系数,确定排烟处的过量空气系数,测量排烟温度,经计算得到排烟热损失；测量锅炉蒸发量,通过计算分析得到锅炉散热损失；通过飞灰可燃物在线监测,实现固体未完全燃烧热损失的在线监测。
参考文献：
[1]孙来东.锅炉燃烧优化与自动控制系统的实践研究[J].江苏锅炉，2018(04).
[2]傅强.锅炉燃烧优化与自动控制系统的实践研究[J].电力技术，2015(02).