[摘要]鍋爐燃燒優(yōu)化控制是實現(xiàn)火電廠節(jié)能減排的重要技術(shù)途徑。對于大型燃煤鍋爐.運行中燃料的分配是否均勻，配風是否合理，將直接影響到機組運行的經(jīng)濟性、安全性和環(huán)保水平。而要實現(xiàn)運行中的優(yōu)化控制，就必須對燃燒過程的重要參數(shù)進行在線準確測量。

目前，在國內(nèi)大部分燃煤電廠，對鍋爐燃燒過程關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)測仍采用人工取樣分析方法和傳統(tǒng)的測量手段.測量精度低且結(jié)果的實時性差，運行人員只能根據(jù)經(jīng)驗對燃燒過程進行控制。這種控制方式往往無法達到最佳效果.特別是當煤質(zhì)和負荷發(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)測技術(shù).輔助運行人員按照13個基本條件為目標對燃燒過程進行優(yōu)化控制.實現(xiàn)燃煤電廠節(jié)能減排的目標。

1 實現(xiàn)鍋爐燃燒優(yōu)化的基本條件

要實現(xiàn)燃煤鍋爐燃燒優(yōu)化必須具備13個基本條件：(1)爐膛出口整個截面處于氧化性氣氛，氧量值為3%左右。(2)熱態(tài)運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)煤粉細度達到：200目網(wǎng)篩(按ASTM標準，下同)的通過量至少為75%：50目網(wǎng)篩通過量至少為99.9%。(6)磨煤機通風量的精確測量與控制，測控精度至少為±3%。(7)燃盡(OFA)風量的精確測量和控制，測控精度至少為±3%。(8)對一次風煤比按設(shè)定曲線進行精確控制。(9)各煤粉管內(nèi)煤粉流速不低于17 m/s。(10)各燃燒器及風門擋板變形量小于6mm。(11)各燃燒器之間二次風量的分配偏差要小于平均值±10%。(12)對給煤量進行精確測量和控制。(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)過幾十年的現(xiàn)場經(jīng)驗得出的總結(jié)。現(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%：可燃氣體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，排煙損失和飛灰未完全燃燒損失所占比例最高，因此，應(yīng)力爭降低這2項損失。如果能按照燃燒優(yōu)化所要求的13個基本條件進行燃燒調(diào)整.就能降低過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)的運行優(yōu)化方法

對制粉系統(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)是煤粉細度、磨煤機通風量及煤粉管道之間流動阻力偏差.這幾個參數(shù)對煤粉分配的均勻性都有影響，對制粉系統(tǒng)的運行優(yōu)化實際上就是把這幾個參數(shù)有機地結(jié)合在一起。

(1)煤粉細度

煤粉細度一般都是通過煤粉取樣的方法進行測量，取樣過程有嚴格的要求。取樣之前，先用靠背管測量煤粉管內(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。就能得到煤粉的細度指標。最后將篩分后的結(jié)果按照Rosin—Rammler公式繪制成曲線。檢驗煤粉取樣的代表性。

(2)磨煤機通風量

磨煤機通風量越低.煤粉分配越均勻。如果通風量過高，粗煤粉必然具有很高的動量.容易從風一粉氣流中離析出。使煤粉分配不均勻。通風量過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，煤比例和固定曲線控制磨煤機通風量。但是，通風量測點所在位置大多沒有傳統(tǒng)測量裝置精確測量所要求的直管段長度。而且在冷熱風混合點后的測點位置其溫度場的分布也不均勻，難以把風量換算成標準狀態(tài)下的體積流量。

(3)煤粉管道之間流動阻力偏差

煤粉管道之間流動阻力偏差越小。煤粉分配就越均勻。對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)先把給煤機停運。把熱風送人磨煤機，當磨煤機出口溫度達到正常運行條件時的溫度再進行調(diào)平。

(4)對煤粉流量和煤粉流速的測量

過去一般采用取樣稱重法測量煤粉流量;采用皮托管按網(wǎng)格法測量煤粉流速。這2種測量方法不但勞動強度大。也存在很大誤差。對于配備幾十臺燃燒器的大型鍋爐來說這種測量方法無法得到實時測量結(jié)果。因此。國內(nèi)絕大部分電廠基本沒有對煤粉流量進行監(jiān)測.無法了解分配偏差的具體狀況。

2.2 對二次風量和燃盡風量的優(yōu)化

為了實現(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煤比向各層二次風箱提供風量。比如在前墻或前后墻燃燒方式鍋爐中。二次風被分別送入二次風箱。每層二次風箱向其對應(yīng)層燃燒器提供二次風.每層二次風的數(shù)量應(yīng)根據(jù)此層燃燒器所對應(yīng)的給煤量確定。為了保證每層燃燒器具有相同的化學(xué)當量比.必需精確測量與控制每層二次風量，測量精度一般要求不低于±3%。但在這種風箱布置結(jié)構(gòu)中，測點所在位置直管段長度只有當量直徑1.5倍左右，遠低于傳統(tǒng)測量技術(shù)對直管段的要求，這樣就無法對每層二次風量進行有效的控制，結(jié)果使鍋爐無法正常運行。國內(nèi)目前很多新建成的600 MW超臨界方式以及l(fā) 000 MW超超臨界機組的鍋爐二次風箱基本都采用分層布置方式。但是，投運的大部分機組都無法實現(xiàn)層二次風量和OFA風量的精確控制。機組無法達到最佳運行工況。

2.3 對飛灰含碳質(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.也反映燃燒過程風量配比是否合適。特別是當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，有必要對飛灰含碳質(zhì)最濃度進行精確的在線監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果調(diào)整制粉系統(tǒng)及風量的配比。對飛灰含碳質(zhì)量濃度精確測量的最大難點是取樣的代表性。國內(nèi)電廠常用的飛灰含碳質(zhì)量濃度在線測量裝置一般都在尾部煙道內(nèi)進行等速取樣，事實證明這種取樣方法誤差很大。無法獲得準確的測量結(jié)果。

3新型在線測量技術(shù)的應(yīng)用

手工取樣分析和傳統(tǒng)的測量技術(shù)對燃燒過程監(jiān)測的實時性和準確性都很低，很難實現(xiàn)燃燒優(yōu)化過程要求的13個基本條件。近年來，國外電廠大量采用新型的燃燒優(yōu)化參數(shù)在線測量技術(shù).使燃煤機組的性能有了明顯提高。

3.1 煤粉細度激光測量技術(shù)

煤粉細度測量采用光脈動法.其基本原理是當處于運動狀態(tài)的顆粒通過截面很小的平行測量光束時.由于處于測量光束中的顆粒數(shù)目和大小始終隨時間在變化.造成透射光強發(fā)生隨機變化。

3.2交相關(guān)風速測量技術(shù)

交相關(guān)風速測量原理：在風道內(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個隨機信號。當2支傳感器相距很近時。所產(chǎn)生的2個隨機信號就非常相似.但存在一個時間差。通過交相關(guān)計算可得到這個時間差，用傳感器之間的距離除以這個時間差就可得到管道內(nèi)的平均流速。交相關(guān)風速測量技術(shù)的特點是所需直管段較短、安裝簡單、沒有堵塞和信號漂移問題、不需要標定且測量精度高。

3.3煤粉質(zhì)量濃度微波在線測量技術(shù)

煤粉質(zhì)量濃度微波測量原理：在煤粉管道內(nèi)插入2支金屬天線。一支作為微波信號發(fā)射端;另一支作為微波信號接收端。煤粉管內(nèi)有煤粉與無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)量濃度微波在線測量技術(shù)

飛灰含碳質(zhì)量濃度微波測量原理：在飛灰測量倉內(nèi)安裝2支微波天線.一支為發(fā)射端;另一支為接收端。測量倉內(nèi)有灰與無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。測量精度可達±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

用過去的人工及傳統(tǒng)測量技術(shù)無法以基本條件為目標對鍋爐燃燒進行優(yōu)化調(diào)整.因此不能滿足節(jié)能減排的要求。如果采用先進測量技術(shù)對鍋爐燃燒過程的重要參數(shù)進行精確在線測量.就能實現(xiàn)鍋爐燃燒優(yōu)化運行，提高燃煤機組的運行水平。