[摘要]鍋爐燃燒優(yōu)化控制是實(shí)現(xiàn)火電廠節(jié)能減排的重要技術(shù)途徑。對(duì)于大型燃煤鍋爐.運(yùn)行中燃料的分配是否均勻，配風(fēng)是否合理，將直接影響到機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全性和環(huán)保水平。而要實(shí)現(xiàn)運(yùn)行中的優(yōu)化控制，就必須對(duì)燃燒過(guò)程的重要參數(shù)進(jìn)行在線準(zhǔn)確測(cè)量。

目前，在國(guó)內(nèi)大部分燃煤電廠，對(duì)鍋爐燃燒過(guò)程關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)測(cè)仍采用人工取樣分析方法和傳統(tǒng)的測(cè)量手段.測(cè)量精度低且結(jié)果的實(shí)時(shí)性差，運(yùn)行人員只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)燃燒過(guò)程進(jìn)行控制。這種控制方式往往無(wú)法達(dá)到最佳效果.特別是當(dāng)煤質(zhì)和負(fù)荷發(fā)生變化的情況下，這種矛盾更加突出。因此，有必要采用新的在線監(jiān)測(cè)技術(shù).輔助運(yùn)行人員按照13個(gè)基本條件為目標(biāo)對(duì)燃燒過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化控制.實(shí)現(xiàn)燃煤電廠節(jié)能減排的目標(biāo)。

1 實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒優(yōu)化的基本條件

要實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐燃燒優(yōu)化必須具備13個(gè)基本條件：(1)爐膛出口整個(gè)截面處于氧化性氣氛，氧量值為3%左右。(2)熱態(tài)運(yùn)行條件下各煤粉管道之間純空氣流速偏差不高于平均值±2%。(3)各煤粉管道之間煤粉流速偏差不高于平均值±5%。(4)各煤粉管道之間煤粉質(zhì)量流量偏差不高于平均值±10%。(5)所有煤粉管內(nèi)煤粉細(xì)度達(dá)到：200目網(wǎng)篩(按ASTM標(biāo)準(zhǔn)，下同)的通過(guò)量至少為75%：50目網(wǎng)篩通過(guò)量至少為99.9%。(6)磨煤機(jī)通風(fēng)量的精確測(cè)量與控制，測(cè)控精度至少為±3%。(7)燃盡(OFA)風(fēng)量的精確測(cè)量和控制，測(cè)控精度至少為±3%。(8)對(duì)一次風(fēng)煤比按設(shè)定曲線進(jìn)行精確控制。(9)各煤粉管內(nèi)煤粉流速不低于17 m/s。(10)各燃燒器及風(fēng)門擋板變形量小于6mm。(11)各燃燒器之間二次風(fēng)量的分配偏差要小于平均值±10%。(12)對(duì)給煤量進(jìn)行精確測(cè)量和控制。(13)盡可能保證原煤質(zhì)量及煤塊尺寸不變。上述基本條件是燃燒調(diào)試專家經(jīng)過(guò)幾十年的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)得出的總結(jié)?，F(xiàn)在已經(jīng)被業(yè)界普遍采用。

2 鍋爐燃燒優(yōu)化的主要途徑

現(xiàn)代大型電廠鍋爐的效率一般可以達(dá)到90%～94%。鍋爐的主要熱損失及所占比例為：排煙損失小于5.0%;飛灰中未完全燃燒損失小于1.5%;鍋爐散熱損失小于0.5%：可燃?xì)怏w未完全燃燒損失小于0.1%;灰渣物理顯熱損失小于0.05%。由此可見(jiàn)，排煙損失和飛灰未完全燃燒損失所占比例最高，因此，應(yīng)力爭(zhēng)降低這2項(xiàng)損失。如果能按照燃燒優(yōu)化所要求的13個(gè)基本條件進(jìn)行燃燒調(diào)整.就能降低過(guò)量氧量和飛灰含碳質(zhì)量濃度。提高鍋爐效率。具體調(diào)整方法如下：

2.1 制粉系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化方法

對(duì)制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整的主要目的是保證煤粉分配的均勻性。一般規(guī)定。各煤粉管道之間的煤粉流量分配偏差小于平均值的±10%：煤粉流速分配偏差小于平均值的士5%.影響煤粉分配均勻的主要參數(shù)是煤粉細(xì)度、磨煤機(jī)通風(fēng)量及煤粉管道之間流動(dòng)阻力偏差.這幾個(gè)參數(shù)對(duì)煤粉分配的均勻性都有影響，對(duì)制粉系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化實(shí)際上就是把這幾個(gè)參數(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起。

(1)煤粉細(xì)度

煤粉細(xì)度一般都是通過(guò)煤粉取樣的方法進(jìn)行測(cè)量，取樣過(guò)程有嚴(yán)格的要求。取樣之前，先用靠背管測(cè)量煤粉管內(nèi)的煤粉流速.確定取樣嘴的吸入速度。將取到的煤粉樣品篩分后。就能得到煤粉的細(xì)度指標(biāo)。最后將篩分后的結(jié)果按照Rosin—Rammler公式繪制成曲線。檢驗(yàn)煤粉取樣的代表性。

(2)磨煤機(jī)通風(fēng)量

磨煤機(jī)通風(fēng)量越低.煤粉分配越均勻。如果通風(fēng)量過(guò)高，粗煤粉必然具有很高的動(dòng)量.容易從風(fēng)一粉氣流中離析出。使煤粉分配不均勻。通風(fēng)量過(guò)高也容易使粗煤粉比例增加，加劇煤粉分配不均。因此一般要求按照一定的風(fēng)，煤比例和固定曲線控制磨煤機(jī)通風(fēng)量。但是，通風(fēng)量測(cè)點(diǎn)所在位置大多沒(méi)有傳統(tǒng)測(cè)量裝置精確測(cè)量所要求的直管段長(zhǎng)度。而且在冷熱風(fēng)混合點(diǎn)后的測(cè)點(diǎn)位置其溫度場(chǎng)的分布也不均勻，難以把風(fēng)量換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量。

(3)煤粉管道之間流動(dòng)阻力偏差

煤粉管道之間流動(dòng)阻力偏差越小。煤粉分配就越均勻。對(duì)煤粉管道之間煤粉分配調(diào)平之前應(yīng)先用純空氣調(diào)平管道阻力。純空氣流動(dòng)阻力的偏差越小，煤粉分配就越均勻。在調(diào)平之前。應(yīng)先把給煤機(jī)停運(yùn)。把熱風(fēng)送人磨煤機(jī)，當(dāng)磨煤機(jī)出口溫度達(dá)到正常運(yùn)行條件時(shí)的溫度再進(jìn)行調(diào)平。

(4)對(duì)煤粉流量和煤粉流速的測(cè)量

過(guò)去一般采用取樣稱重法測(cè)量煤粉流量;采用皮托管按網(wǎng)格法測(cè)量煤粉流速。這2種測(cè)量方法不但勞動(dòng)強(qiáng)度大。也存在很大誤差。對(duì)于配備幾十臺(tái)燃燒器的大型鍋爐來(lái)說(shuō)這種測(cè)量方法無(wú)法得到實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果。因此。國(guó)內(nèi)絕大部分電廠基本沒(méi)有對(duì)煤粉流量進(jìn)行監(jiān)測(cè).無(wú)法了解分配偏差的具體狀況。

2.2 對(duì)二次風(fēng)量和燃盡風(fēng)量的優(yōu)化

為了實(shí)現(xiàn)鍋爐的燃燒優(yōu)化.除了要保證煤粉在每層燃燒器之間分布均勻以外。還要根據(jù)每層燃燒器的給煤量按照一定的風(fēng)煤比向各層二次風(fēng)箱提供風(fēng)量。比如在前墻或前后墻燃燒方式鍋爐中。二次風(fēng)被分別送入二次風(fēng)箱。每層二次風(fēng)箱向其對(duì)應(yīng)層燃燒器提供二次風(fēng).每層二次風(fēng)的數(shù)量應(yīng)根據(jù)此層燃燒器所對(duì)應(yīng)的給煤量確定。為了保證每層燃燒器具有相同的化學(xué)當(dāng)量比.必需精確測(cè)量與控制每層二次風(fēng)量，測(cè)量精度一般要求不低于±3%。但在這種風(fēng)箱布置結(jié)構(gòu)中，測(cè)點(diǎn)所在位置直管段長(zhǎng)度只有當(dāng)量直徑1.5倍左右，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)對(duì)直管段的要求，這樣就無(wú)法對(duì)每層二次風(fēng)量進(jìn)行有效的控制，結(jié)果使鍋爐無(wú)法正常運(yùn)行。國(guó)內(nèi)目前很多新建成的600 MW超臨界方式以及l(fā) 000 MW超超臨界機(jī)組的鍋爐二次風(fēng)箱基本都采用分層布置方式。但是，投運(yùn)的大部分機(jī)組都無(wú)法實(shí)現(xiàn)層二次風(fēng)量和OFA風(fēng)量的精確控制。機(jī)組無(wú)法達(dá)到最佳運(yùn)行工況。

2.3 對(duì)飛灰含碳質(zhì)量濃度的優(yōu)化

飛灰含碳質(zhì)量濃度既反映制粉系統(tǒng)是否正常.也反映燃燒過(guò)程風(fēng)量配比是否合適。特別是當(dāng)大型電廠燃煤鍋爐采取低氮燃燒措施后。爐內(nèi)總體溫度降低，特別容易導(dǎo)致飛灰含碳質(zhì)量濃度升高，使鍋爐效率及可利用飛灰的比例下降。因此，有必要對(duì)飛灰含碳質(zhì)最濃度進(jìn)行精確的在線監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果調(diào)整制粉系統(tǒng)及風(fēng)量的配比。對(duì)飛灰含碳質(zhì)量濃度精確測(cè)量的最大難點(diǎn)是取樣的代表性。國(guó)內(nèi)電廠常用的飛灰含碳質(zhì)量濃度在線測(cè)量裝置一般都在尾部煙道內(nèi)進(jìn)行等速取樣，事實(shí)證明這種取樣方法誤差很大。無(wú)法獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

3新型在線測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

手工取樣分析和傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)對(duì)燃燒過(guò)程監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性都很低，很難實(shí)現(xiàn)燃燒優(yōu)化過(guò)程要求的13個(gè)基本條件。近年來(lái)，國(guó)外電廠大量采用新型的燃燒優(yōu)化參數(shù)在線測(cè)量技術(shù).使燃煤機(jī)組的性能有了明顯提高。

3.1 煤粉細(xì)度激光測(cè)量技術(shù)

煤粉細(xì)度測(cè)量采用光脈動(dòng)法.其基本原理是當(dāng)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的顆粒通過(guò)截面很小的平行測(cè)量光束時(shí).由于處于測(cè)量光束中的顆粒數(shù)目和大小始終隨時(shí)間在變化.造成透射光強(qiáng)發(fā)生隨機(jī)變化。

3.2交相關(guān)風(fēng)速測(cè)量技術(shù)

交相關(guān)風(fēng)速測(cè)量原理：在風(fēng)道內(nèi)按一定距離安裝2支金屬傳感器(圖2)。氣流中飛灰?guī)в徐o電，因此。在傳感器上產(chǎn)生了2個(gè)隨機(jī)信號(hào)。當(dāng)2支傳感器相距很近時(shí)。所產(chǎn)生的2個(gè)隨機(jī)信號(hào)就非常相似.但存在一個(gè)時(shí)間差。通過(guò)交相關(guān)計(jì)算可得到這個(gè)時(shí)間差，用傳感器之間的距離除以這個(gè)時(shí)間差就可得到管道內(nèi)的平均流速。交相關(guān)風(fēng)速測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)是所需直管段較短、安裝簡(jiǎn)單、沒(méi)有堵塞和信號(hào)漂移問(wèn)題、不需要標(biāo)定且測(cè)量精度高。

3.3煤粉質(zhì)量濃度微波在線測(cè)量技術(shù)

煤粉質(zhì)量濃度微波測(cè)量原理：在煤粉管道內(nèi)插入2支金屬天線。一支作為微波信號(hào)發(fā)射端;另一支作為微波信號(hào)接收端。煤粉管內(nèi)有煤粉與無(wú)煤粉的微波諧振頻率存在頻差，煤粉質(zhì)量濃度與頻差成正比。

3.4飛灰含碳質(zhì)量濃度微波在線測(cè)量技術(shù)

飛灰含碳質(zhì)量濃度微波測(cè)量原理：在飛灰測(cè)量倉(cāng)內(nèi)安裝2支微波天線.一支為發(fā)射端;另一支為接收端。測(cè)量倉(cāng)內(nèi)有灰與無(wú)灰的微波諧振頻率存在差別，飛灰含碳質(zhì)量濃度與頻率成正比。測(cè)量精度可達(dá)±0.5%。飛灰取樣位置設(shè)在電除塵器灰斗內(nèi)。能充分保證飛灰取樣的代表性。

4 結(jié)語(yǔ)

用過(guò)去的人工及傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)無(wú)法以基本條件為目標(biāo)對(duì)鍋爐燃燒進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整.因此不能滿足節(jié)能減排的要求。如果采用先進(jìn)測(cè)量技術(shù)對(duì)鍋爐燃燒過(guò)程的重要參數(shù)進(jìn)行精確在線測(cè)量.就能實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒優(yōu)化運(yùn)行，提高燃煤機(jī)組的運(yùn)行水平。