浅析火力发电厂锅炉运行优化策略

2016-08-09张立宏

大科技 2016年4期

关键词：热能火力发电厂火电厂

张立宏

（大唐贵州野马寨发电有限公司贵州省六盘水 553000）

浅析火力发电厂锅炉运行优化策略

张立宏

（大唐贵州野马寨发电有限公司贵州省六盘水 553000）

对于火力发电厂的发电运行而言，锅炉是最主要的设备之一，因此要做好其运行优化的研究。本文首先简要概述了火力发电厂锅炉设备及其运行基本原理，其后主要探讨了火力发电厂的锅炉运行优化策略。

火力；发电厂；锅炉；运行；优化；策略

1 引言

火力发电厂的运行过程中，保证其发电的主要部件分别是锅炉、汽轮机以及发电机。其中，锅炉是火力发电厂的发电核心基础设施，是其他部件的动力资源，做好其运行优化有着十分重要的意义。

2 火力发电厂锅炉简介及运行基本原理

2.1 火电厂锅炉简介

锅炉是火力发电厂中最重要的组成部分，主要由两个部件组成，分别是锅炉本体以及其辅助设备。所谓锅炉的本体，其中主要包括过热器、省煤器、联箱以及下降管等设备；所谓辅助设备，主要包括烟风道以及点火装置。火力发电厂锅炉的运行的目的在于将燃料进行充分的燃烧，然后吸收燃烧过程中所发出的热量，对锅炉中的水进行加热，使水分子变成整齐，并将蒸汽转化成动能。在锅炉运行的过程中，要保证煤炭得到了充分的燃烧，才能最大限度的将热能转化为动能。

2.2 锅炉的运行原理

锅炉运行的主要目的在于为火电厂的发电机以及汽轮机提供运行所需的动力，其实现能量转换及供给的主要流程为：

（1）火电厂工作人员借助一定的输送设备，将煤炭等材料送至锅炉炉膛内，实现煤炭的充分燃烧，借助燃烧将煤炭的化学能转化为热能，为其他部位的运行提供能量，其是火电厂中锅炉运行优化中最重要的内容之一。

（2）煤炭充分燃烧后，煤炭中存在的碳物质以及杂质通过和氧气发生化学反应，形成了高温度的烟气，这种烟气带有大量的热量，对锅炉的内部进行作用，接触锅炉内的水冷壁位置、锅炉屏式过热器、高温过热器以及再热器等位置的受热面，在锅炉的内部进行热量传递，将其热量传递至锅炉内的工作部分以实现烟气的持续加热，并进行一定的热量传递以形成具备压力及温度的水蒸汽。

（3）对高温烟气进行加热后，将其产生的水蒸汽输送至汽轮机。水蒸汽到达汽轮机内部后，迅速将其自身的热能传递至汽轮机中，实现了热能向机械能的转换，为发电机的运行带来动能，从而为发电厂的发电运行提供动力，实现火力发电。

由上可知，火力发电厂锅炉在火电厂的日常运行过程中发挥着十分重要的作用，其为发电提供了基本能源，为发电机以及汽轮机提供动力。按照锅炉内部热能转化成水蒸汽的内部循环工作模式，可将锅炉分成3种，分别是自然循环、强制循环以及混合循环火电厂锅炉。所谓自然循环锅炉（见图1），顾名思义，其驱动力主要来源于锅炉内部烟气转换成水蒸汽的工作原理，而强制循环锅炉（见图2），其驱动力可借助设置循环泵来提供，形成不间断的热能转换。

3 火力发电厂中锅炉运行的主要优化策略

在火电厂的运行中，进行锅炉的运行优化主要目的在于更好的实现热能的转化，形成更大的动能，帮助火电厂更好的进行发电工作。一般来说，锅炉运行优化策略主要包括5个方面，分别是优化蒸汽参数、优化风量、优化飞灰含碳量、改善排烟温度、选择合理的煤炭种类等，从而最大化的发挥锅炉的作用，不但确保锅炉安全的运行，并且帮助企业获得更大的经济效益。

图1 自然循环锅炉内部构造简图

图2 强制循环锅炉内部构造简图

3.1 优化蒸汽的参数

火电厂锅炉运行过程中要把握好蒸汽参数，确保其平稳。因此，作为火力发电厂的锅炉操作人员，需要端正工作的态度，加强责任心，保证能够随时监测蒸汽参数的变化情况，以便出现问题后及时进行处理。一般来说，火力发电厂锅炉均具备保温自动装置，可以确保蒸汽参数的平衡。一旦电厂使用的属于自然循环煤粉炉，蒸汽的参数会随着主蒸汽的温度而出现变化，若主蒸汽的温度达到11～15℃，发电厂的煤炭消耗量会降低1.45g，一旦热气温达到13℃后，煤炭的消耗量会降低0.83g。

3.2 调整风量

在火电厂锅炉内部燃烧时，需要实时观察一次、二次的风量值，并做好相应的分析。一般情况下，锅炉的内部燃烧主要是煤炭和空气中的氧气成分，在锅炉中发生燃烧反应的过程。因此锅炉中的风量以及煤炭数量的配比会直接决定火力发电厂中锅炉的热能效果。在锅炉使用的过程中，使用初期要保证风量的比重，那是由于锅炉初始使用的过程中要确保锅炉内部的床层压力值，同时锅炉内部的煤炭初期的粒径较大，因此要想确保煤炭的流动，必须要确保进行循环流化床的内部风量值得到合理的控制。需要注意的是，还要保证风量不会过大而造成锅炉内部的空气系数提高，导致燃烧反应受到影响。煤炭具有流动性，因此要做好锅炉内风量的控制，通过科学的计算以确定合理的风量值和配比值。在燃烧的过程中，还要做好二次风量的控制，从而保证煤炭燃烧过程中具有足够的氧气，实现煤炭的完全燃烧。在锅炉运行过程中，做好一次、二次风量的控制，能够确保锅炉的运行得到优化。

3.3 控制飞灰中的碳含量

对于火力发电厂而言，锅炉运行的目的在于借助煤炭的燃烧产生热能，将热能转化成机械能从而带动发电机运作，从而进行发电。需要注意的是，煤炭中最主要的含量为碳元素，因此经过燃烧后必定会产生一定数量的飞灰，如果飞灰中的碳元素过多，则会导致煤炭在锅炉炉膛中的燃烧受到影响，使得锅炉的使用效率下降，实际产生的热能减少。一旦存在上述问题，工作人员可能会认为煤炭已充分燃烧，因此要频繁的添加煤炭，造成不必要的浪费，发电的成本一定程度的提高。所以，除了要加强锅炉本身结构的改造工作以外，还要改进锅炉内部的燃烧器，使其保证煤炭完全燃烧，确保锅炉运行的更为稳定，增强使用效率，获得更高的经济效益。

3.4 降低排烟温度

要想实现锅炉使用效率的优化，还需要控制好锅炉使用时的排烟温度。一般来说，锅炉的排烟温度同锅炉的实际使用效率成正比。但是锅炉温度过高的问题在于锅炉的尾部不能均匀受热，同时加热的位置清灰工作不完善，导致锅炉炉膛中存在较多的烟灰。随着我国的科学技术水平不断的提高，在进行锅炉研究的过程中对排烟温度的控制进行了分析并制定了相应的对策，改进锅炉的结构，规范工作人员的操作流程，从而确保煤炭能够受到充分燃烧，还能降低锅炉排烟的温度，提高锅炉的使用效率，进一步提高火电厂的发电效率。

3.5 科学合理的选择煤炭的种类

在火电厂发电的过程中，为了更好的保证发电的效率，选择恰当的煤炭种类。根据煤的干燥无灰基挥发分（Vdaf）来分类，分可为贫煤、烟煤、褐煤、无烟煤等。贫煤的Vdaf在10～20%，灰分较多；烟煤的Vdaf在10～50%，含碳多，灰分、水分少，发热量高；褐煤的Vdaf大于40%，水分与灰分较高，发热量低，着火与燃烧容易；无烟煤的Vdaf不大于10%，含碳最多，发热量高，难以点燃。当前，许多火力发电厂都在寻找合适自己的煤源，导致锅炉燃单煤种已经不现实，随之而来的是采用品种繁多的混煤。

在火力发电厂运行的过程中，必须重视煤炭燃料变化的规律，并按照实际情况选择适当的方法实施调整，以保证煤炭得以充分的燃烧，加强煤炭资源的使用率，保证锅炉充分的发挥其作用，促使火电厂得以稳定、安全的运行。

4 火力发电厂中锅炉运行优化实例

某火电厂2012年开始不断进行燃烧调整，采用新工艺措施：严格执行“倒宝塔”配风方式；一次风速保持在 22～28m/s，二次风 36～40m/s；根据煤种挥发分煤的细度Rgo控制在20～28%；烟气氧量维持在2.5～4.5%（目的控制炉膛出口NOx不大于450mg/m3和主蒸汽温度530～540℃）；磨煤机出口温度不大于75℃，粉仓温度控制不大于70℃；每周检查清除制粉系统的积粉，制粉系统连续运行不得超过36h，停用后的制粉系统立即进行“倒风”抽风，确保停用一次风管剩粉吹扫干净，防止剩粉自燃。

由于运行工艺改进后仍然不能满足环保要求，因此又进行了大规模设备改造，具体如下：采用低氮燃烧器燃烧，一、二次风切圆由原来准800mm，经试验改成准600mm，并增加燃尽风设备，安装脱硝装置，完善脱硫设备，改造除尘设备，改造污水处理系统。煤种不断变化和环保新设备的投运，使原来锅炉后部烟道结构发生了质的变化。通过一系列优化，烟气排放得到控制，锅炉运行满足了安全经济的要求。