中国能源建设集团山西省电力建设二公司山西省刘彩风
摘要：随着我国经济的高速增长，使得我国电力工业的迅猛发展以及锅炉燃烧技术的不断提高；高参数、大容量的火力发电机组已成为主力机组，在八十年代，我国电网的主力火电机组将是200MW和300MW机组，后期试制600MW机组；到九十年代，后者已成为主力火电机组；同时试制更大容量的机组。文章先简述了锅炉燃烧的问题分析，锅炉燃烧的调整及控制，锅炉燃烧控制的要求，然后再对燃烧优化系统的应用进行说明。
关键词：燃烧控制；调节和控制要求应用
1火电厂锅炉燃烧的问题分析
1.1炉膛结渣沾污大型电厂锅炉的炉内结渣沾污是各类锅炉中较普遍的问题，只是程度上各有差别，综合分析现有各厂锅炉结渣的原因及对策，必须切实注意以下几点。
1.1.1在锅炉炉膛及燃烧器设计选型前，应深入细致地掌握设计煤种和校核煤种的着火、燃尽、结渣与沾污特性。对于电厂业主，应提供确实的真正具有代表性的设计煤种和校核煤种。
1.1.2在炉膛设计中对关键结构特性参数的选择，如炉膛容积热负荷、断面热负荷、燃烧器区域壁面热负荷及炉膛火焰高度等，必须以保证运行可靠性为主要目标。鉴于我国电厂用煤变化较大，应留有足够余地，这方面的经验教训是不少的。华能南京电厂300MW机组锅炉(qv=96.3kW／m3)、吴泾二厂600MW机组锅炉(qv=87.41kW／m3)和绥中电厂800MW机组锅炉都选取了较低的炉膛容积热负荷，给运行带来了诸多方便。
1.1.3燃烧低挥发分煤而在水冷壁上必须敷设卫燃带时，其敷设的位置和面积应予特别考究。最好尽量不敷，华能南京电厂、天津大港电厂锅炉尽管都未敷设卫燃带，却都能很好地燃用Vdaf=12％左右的难燃贫煤。可见，燃烧Vdaf>12％的煤种时，除拱式燃烧锅炉外，一般可不敷设卫燃带。
1.1.4燃烧器、燃烧系统及吹灰器、炉底除渣装置等辅助设备的选型与设计布置也必须子以足够充分的考虑。
1.1.5在运行中应加强燃煤管理及锅炉燃烧工况的调整。强化运行中的吹灰仍不失为十分有效的措施(应选用实践证明是确实有效的吹灰器)。
1.2低挥发分煤的燃烧
1.2.1低挥发分煤具有着火燃尽困难、需要较高的着火与燃尽温度及较长的燃尽时间的特点，在电厂锅炉的设计和运行调整方面必须给予充分认识和高度的重视。其中采用相对较大一些的炉膛尤为重要。但单纯加高可能不如整体放大更有效。
1.2.2为保证着火燃烧的稳定性和煤粉的燃尽，特别是对于低挥发分的难燃贫煤和无烟煤应优先考虑采用钢球磨中储式热风送粉系统或双进双出钢球磨半直吹热风送粉系统。
1.2.3该型锅炉必竟尚有其不足之处。迄今为止，相当数量的锅炉运行性能不尽如人意，尤其是燃煤Vdaf。
1.3混煤燃烧
在电厂锅炉设计和运行中常常会有不同煤种混烧的问题，特别应该强调的是不宜将燃烧特性相差很大的不同煤种混烧，若非要不可，则需采取适当的措施。以下2种混烧方法是比较好的。
1.3.1在不同的原煤仓内分别输入不同的煤种，磨制后输入相应的燃烧器(一般是燃烧器层)分别单独燃烧。如在易结渣区域的燃烧器，送人不易结渣的煤，或在上层燃烧器输入较易燃尽的煤，而在下层输入较难燃尽的煤。上海吴泾与石洞口二厂等均有采用此法的实践经验。
1.3.2在电厂设计时，每台磨煤机设置2个原煤仓，输入不同煤种。运行中按燃烧要求，由2台给煤机分别控制输入磨煤机的煤量。德国Badenwerk电厂500MW机组的固态排渣锅炉早巳采用这一方式。该炉设有4台RP948磨煤机，同时燃烧Vdaf=14％的Aachen煤和Vdaf=32％的Ruhr煤，设计混煤Vdaf=20％。在满负荷时可配以较多的较难着火燃尽的Aachen贫煤，而在低负荷时可配以较多的、易着火燃尽的Ruhr烟煤。邯峰电厂2×660MW机组锅炉也如此。每台双进双出钢球磨两端各设2台给煤机，分别从存有万年煤和邯峰贫混煤的2个原煤仓给煤，运行十分方便灵活。
2.锅炉燃烧的调整及控制
2.1一次风压的调整和控制
2.1.1一次风作用干燥、输送和携带煤粉并供给煤粉进入炉膛挥发份析出后燃烧所需要的空气量。
2.1.2专业更多关注的是各台磨煤机的一次风速，合理的一次风速使煤粉进入炉膛着火点合适火焰不偏斜不贴墙、不冲刷水冷壁。运行中通过控制各台磨煤机的风量来控制风速。
2.1.3一次风速过高会推迟着火引起燃烧不稳定甚至灭火。煤粉浓度随着一次风速的增大而降低这对低挥发分或者难燃煤种是非常不利的。当一次风速过高大于火焰传播速度时就会吹灭火焰或者引起“脱火”。
2.1.4一次风速过小煤燃烧初期可能氧量不足挥发分析出时不能完全燃烧也会影响着火速度。一次风速过低对稳定燃烧和防止结渣也是不利的导致火焰偏斜贴墙喷燃器口结焦。
2.1.5一次风压的自动调整跟踪机组负荷主蒸汽流量煤量和制粉系统运行台数修正一期一次风自动调整空预器前一次风压二期调整空预器后风压。
2.1.6一次风压的选择要以满足运行制粉系统中风量最小的一台为原则根据煤质调整一次风压
2.1.7燃用挥发份低、发热量低、灰分大的劣质煤要在保证通风出力的前提下保持尽量小的风速、风量保持磨煤机出口温度在85至90度以达到煤粉着火点提前的目的。
2.1.8煤质稳定或变化较小的情况下不对一次风偏置频繁大幅修改锅炉燃烧是一个动态过程锅炉的反应速度有一定的滞后性不使用调整一次风压瞬间强化或弱化燃烧的手段升降负荷以及调整主汽压力。
2.1.9一次风的调节应根据燃料情况总体考虑一次风率。燃用劣质煤时需要降低一次风率反之燃用着火燃尽特性好的燃料需要提高一次风率。无论煤质有多么好要保证一次风母管压力不要降的低于7Kp以下。
2.2二次风量、二次风压的的调整和控制
2.2.1煤粉气流着火后二次风的投入方式对着火稳定性和燃尽过程起着重要作用。一次风主要用来燃烧挥发分完成着火二次风的作用是燃烧固定碳，大容量锅炉尤其要注意二次风穿透火焰的能力。对于已经运行的锅炉由于燃烧器喷口结构一定所以二次风速只随二次风量变化通常二次风速比一次风速提高一倍以上配风方式不仅影响燃烧稳定性和燃烧效率还关系到结渣、火焰中心高度的变化、炉膛出口烟温的控制。
2.2.2合理的送风量是保证锅炉完全燃烧的必要条件。我们在调整送风风量时不但要参考氧量调整同时由于氧量表校对有一定偏差所以要监视两台送风机的电流大小合适要和其它机组加强比较
2.2.3运行中应根据煤种负荷制粉系统运行方式来增减送风量偏置保证合适的氧量送风量过大导致一方面降低炉膛温度燃烧减弱另一方面烟速加快缩短燃烧时间引起飞灰含碳量增加送风量过小引起燃烧不完全燃烧弱化化学不完全损失增大。
2.2.4燃用挥发份较高、发热量高、灰分低的煤种应该控制较大的送风量即氧量控制在合理范围的上限使燃烧完全。
2.2.5燃用挥发份低、发热量低、灰分高的煤种控制较小的送风量即氧量控制在合理范围的下限关小各层的二次风挡板增大二次风与炉膛差压使二次风与煤粉气流更好的混合加快燃烧速度。
3.锅炉燃烧控制的要求
3.1燃烧器控制系统应控制炉膛的连续吹扫，使锅炉在点火和运行过程中确保炉内无任何可燃物聚积，燃烧器控制系统还应监视设备的运行。该系统接受运行人员发出的命令，在规定的前提条件下得到满足时，执行所要求的动作。所有的设备都应在该系统的监视下，在产生偏差时立即报警。与此同时应采取关断措施，避免炉膛处于危险状况或造成设备的损坏。
3.2燃烧器控制系统应监视燃料设备的运行。如果某一设备不能执行从燃烧器控制系统发出的指令，则该设备应跳闸，与此同事，信号显示装置还能使运行人员明确的了解跳闸的设备范围。在跳闸信号复位之前，该设备应处于完全关断状态。此外设备的工作状态应随时通过信号装置显示给运行人员。
3.3燃烧器控制系统应与主燃料跳闸系统相接。还应与模拟燃料控制系统相接。燃烧器控制系统的设计应使运行可靠，误跳闸次数最低。这样可以使运行人员能正常作出判断，使得系统能够长期运行，且在发生危险状况时，能有效地做出反应。
燃烧优化系统在锅炉控制中的应用
利用锅炉运行数据和机组ＤＣＳ，通过建模及优化实现了锅炉燃烧优化的闭环控制。在某发电厂６００ＭＷ机组上的应用结果表明，在６００ＭＷ负荷下，锅炉燃烧优化控制系统可使锅炉热效率提高０．５８％，氮氧化物排放浓度降低１０％以上。
4.1燃烧优化系统
锅炉燃烧优化系统根据锅炉负荷和燃用煤种采用优化配风、配煤等运行方式，提高锅炉燃烧效率，减少烟气ＮＯｘ排放，实现锅炉的经济环保运行。该系统主要由稳态及动态模型、遗传寻优算法、动态过程控制３部分组成，通过锅炉正交性能试验数据建立神经网络模型和Ｋｒｉｇｉｎｇ模型，将锅炉运行实时数据、优化操作量约束条件和优化目标代入神经网络模型或者Ｋｒｉｇｉｎｇ模型，运用基于最优遗传算法得到各控制量的最优目标，并采用动态控制完成锅炉状态最优的调整。
4.2实际应用
某发电厂６００ＭＷ机组锅炉的燃烧优化控制目标为锅炉效率最高、ＮＯｘ排放最低及锅炉运行动态成本最小。燃烧优化系统与ＤＣＳ采用４８５串行接口连接，使用Ｍｏｄｂｕｓ协议进行数据通信，燃烧优化系统从ＤＣＳ上获取锅炉运行数据，再将优化计算得到的优化数据送至ＤＣＳ进行燃烧调整。选取锅炉效率、ＮＯｘ排放浓度、飞灰含碳量、风机厂用电、锅炉运行成本５个被控变量；将烟气含氧量校正、一次风量设定校正（７个）、二次风门开度校正（１１个）、给煤量校正（７个）、磨煤机出口风温校正（７个）、燃烧器摆角（２个）作为操控变量；将煤质、负荷、环境温度作为干扰变量。在机组负荷为６００、５００、４００ＭＷ下进行了试验。该燃烧优化控制系统共有３３个回路投入优化运行，包括二次风门控制回路（１１层）、烟气氧量控制回路、给煤机煤量偏置回路（７台磨煤机）、磨煤机出口温度控制回路（７台磨煤机）和一次风量控制回路（７台磨煤机）。
4.3应用结果
在机组６００ＭＷ和４００ＭＷ负荷下对燃烧优化控制系统分别进行了２组平行工况共４个测试工况的对比性能试验；在基准工况下机组稳定运行１ｈ后进行数据采集，并投入燃烧优化系统，待系统稳定后采集新工况数据。
5.结束语
综上所述，文中体现了燃料控制系统，送风控制系统，引风控制系统这三个系统的相互独立又相互联系在实践中的利用，利用燃烧优化系统可以达到燃料量，送风量，引风量的合理组合，实现锅炉的安全和经济性。随着技术的不断进步，电站锅炉燃烧优化系统运用先进的控制技术，掌握锅炉运行的技术经济特性，确定锅炉燃烧系统的最佳运行方式，从而保证锅炉机组的安全，经济运行。
参考文献：
1.DL/T435—2004火力发电厂煤粉锅炉燃烧室防爆规程
2.董建勋燃烧优化系统在机组锅炉控制中的应用[J]热力发电2012.4