燃煤电厂锅炉燃烧运行优化策略

2022-02-18蔡云峰

科技创新与应用 2022年24期

蔡云峰

（国能浙能宁东发电有限公司，银川 750000）

电厂锅炉燃烧产生的热效率直接关系到发电效率，对煤炭利用率也有着较大的影响。锅炉燃烧过程中，由于会受到内外环境的共同作用，导致锅炉燃烧效率下降。通过对锅炉燃烧情况进行调整和优化，有利于提高锅炉运行效率，保证锅炉运行的安全。因此在燃煤电厂运营生产过程中，需要明确燃煤锅炉的运行原理，并对电厂锅炉运行中存在的问题进行了解，从而制定更切实可行的策略提升锅炉燃烧效率，全面提升电厂运行的经济效益。

1 燃煤锅炉的运行原理

燃煤锅炉是火电厂运行过程中重要的设备之一，其燃烧效率直接关系到电厂运行的经济性。燃烧锅炉以煤炭作为主要原料，在实际运行过程中，需要提前进行制粉，将块煤加工成粉末状，借助于供册设备将粉末状的煤炭吹入到锅炉炉膛内。燃烧器将粉末状煤炭与空气混合，使其在炉膛内充分燃烧。在实际锅炉运行过程中，煤炭一般情况下在炉膛内停留时间为2 s 左右，为了保证其充分燃烧，需要确保风量的充足供给，这样有利于提高燃烧效率。煤炭在锅炉内燃烧过程中，由于会产生大量的高温烟气，高温烟气充分与锅炉相关部位接触，实现热量的有效传递，并生成水蒸汽，水蒸汽借助于汽轮机将热量转化为机械能，以此来保证电厂的正常发电。

2 燃煤锅炉运行中存在的问题

2.1 锅炉的容量较小

当前一些电厂锅炉本身容量不足，这也对锅炉运行效率带来一定的影响，从而导致锅炉处于低负荷状态，这必然会加剧对能源的消耗，而且锅炉运行过程中还会存在一定的热损失。另外，锅炉煤源供给方面也存在许多问题，从而导致锅炉无论是运行效率还是热值都无法达到预期的要求。而且低负荷运行状态下的锅炉所带来的污染也较为严重，运行过程中对环境危害较大。

2.2 环境条件影响存在煤粉分配不均的问题

电厂锅炉运行过程中，受环境条件影响，燃烧器煤粉分配不均情况较为常见，这必然会对锅炉燃烧效率带来较大的影响。锅炉燃烧过程中，风速偏差会对煤粉浓度偏差带来直接的影响，因此在锅炉运行中风量分布不均时，则煤粉分配也会出现不均的问题，这必然会导致锅炉燃烧不平衡，直接影响到燃烧的热效率。特别是在节煤降耗的条件下，锅炉燃烧器煤粉分配不均问题更为常见，这与锅炉风控系统设计不足息息相关，因此要及时调整燃烧送风量，有效地避免煤粉分配不均的问题。

2.3 风、粉和灰测量不到位

锅炉运行过程中，对于燃烧的有效控制需要以风、粉和灰的测量为基础。但当前大部分锅炉运行过程中都存在在线测量系统缺陷问题，无法在线对飞灰中的含碳量进行测量，更无法获取到实时测量数据。而且设备运行环境较为复杂，这也导致针对煤粉浓度和流速的测量数据存在不准确的问题，波动性较大，影响测量结果的可靠性，也易导致传感器等设备受到损坏。因此需要构建完善的测量体系，从而实现对锅炉燃烧运行效率的有效监控。

2.4 煤质差及燃烧不充分

燃煤锅炉运行中对煤炭的需求量较大，煤炭作为固态燃料，具有运输便利及发热量大的特点，但由于煤炭质量差异较大，一旦电厂工作人员选择的煤炭质量较差，则会导致燃烧不充分，降低燃料的利用率，还会导致锅炉出现结焦等问题。而且锅炉运行过程中还会产生大量的炉渣和烟尘，对环境带来较大的污染。当使用的煤炭质量较差的情况下，还会导致锅炉受热面热负荷出现受热不均匀的问题，锅炉管壁会出现温度超高的问题，当没有及时清理附着在管壁外部残留异物时，在异物大量堆积的情况下，会造成管壁被屏蔽，对热量传递带来较大的影响。特别是管壁外异物长期堆积的情况下，当锅炉炉膛内部压力负压值变化时，炉膛管道外也会出现焦渣大量脱落的问题，严重时还会对锅炉管壁带来损害，引发安全事故。在煤炭无法充分燃烧的情况下，还会导致电力生产成本增加，对电厂整体竞争力及长远发展带来较大的影响。

2.5 燃烧效率低及污染物排放浓度高

在当前部分电厂生产运行过程中，由于一些控制仪表和自检装置应用不足，这也导致燃煤锅炉运行过程运行人员无法对锅炉内部燃烧的参数实时监控，这样就无法根据具体的燃烧工况准确预判和合理调整，一旦发生异常，无法及时处理，而且还会对锅炉燃烧效率带来较大的影响。一旦出现煤质差、一次和二次风系统故障等，在无法及时调整的情况下会导致炉内燃烧恶化，煤气中污染物排放浓度增加。另外，还有部分电厂在锅炉运行过程中没有严格执行污染物排放标准，对燃煤锅炉污染物排放浓度管控不到位，自身环保意识欠缺，锅炉运行中也没有按照要求设置烟气净化装置，无法实现对烟气中污染物排放的有效控制，这必然会对生态环境带来不利影响。

2.6 锅炉燃烧的稳定性欠缺

在当前锅炉运行过程中，自动化控制技术应用较为广泛。基于理想状态下，通过将自动化控制技术与锅炉内部负荷情况相结合，可以对燃料输入及风量自动计算，可以根据计算的数据自动调节燃料。但在实际运行时，自动化控制技术的应用受多种因素的影响，存在不稳定和不可靠等问题，从而影响到锅炉运行时的燃烧效率，无法保证锅炉燃烧的稳定性。

3 燃煤电厂锅炉燃烧运行的优化策略

3.1 注重锅炉选型和燃料选择

对于电厂而言，为了能够实现锅炉能耗控制目标，则需要由专业人员基于短期投资和长期经济性角度进行分析，全面把控二者关系，做好锅炉造型及燃料选择工作。对于燃煤锅炉，需要选择高可靠性及检修维护便捷的设备，这样有利于提高电厂锅炉运行效率，降低后续维护频次。由于煤炭性能与锅炉残渣和废气排放量息息相关，而且与综合能耗也具有直接的关系，因此电厂锅炉运行中，应通过对不同煤种的掺配，确保燃料与锅炉运行中的燃煤需求保持一致，进一步提高燃煤的利用率。

3.2 调整锅炉的炉内负荷

燃煤锅炉运行过程中，在调整锅炉炉内负荷时，应严格按照具体的操作规程进行，调整时还要遵循缓慢有序的原则，合理控制调整速度，确保煤炭材料在锅炉内燃烧的稳定性。在需要降低炉内负荷时，需要撤出锅炉炉膛内的煤炭原料，停止锅炉供风设备的供风。需要提高炉内负荷时，宜加大供风量和煤炭供给量，保证锅炉运行的稳定性，进一步提高锅炉工作效率。由于燃煤锅炉处于高负荷环境下工作，高温高压的运行环境也易使粉煤在炉膛内结焦，因此要根据实际情况对风量的大小和配比数值进行及时调整，避免炉膛内结焦的情况发生，提高电厂锅炉运行的效率。燃煤锅炉不同区域宜采用不同的通风量配比数值，并对锅炉内部风量频率和送风范围进行及时调整，可以有效防范锅炉内部受热面的煤炭原料污染问题。

3.3 做好锅炉保养工作

燃煤锅炉需要做好定期保养工作，这可以降低锅炉燃料消耗量及故障发生率。对于燃煤锅炉而言，当处于良好环境下运行时，可以实现完全燃烧，减少资源浪费问题。一旦所处环境较为恶劣，则煤炭无法充分燃烧，这必然会在一定程度上造成热浪费问题。因此应定期对锅炉开展有针对性的保养工作，可以将氧含量调节仪加装在锅炉燃烧器上，保证锅炉处于最佳运行状态，实现煤炭的节约，确保锅炉运行成本下降。而且为了保证煤炭的充分燃烧，还要实时确保空气和燃料之间的科学配比，避免煤炭不完全燃烧所带来的热量损失问题。

3.4 控制燃料量

通过合理控制燃料量，可以有效优化锅炉的燃烧，提高锅炉运行效率。在实际燃煤锅炉运行过程中，需要分析锅炉的负荷情况，以此为依据对给煤量进行调整，确保能够满足燃料需求。通过有效控制燃料量，可以提高锅炉运行效率。另外，还要运用监测系统对现有场景的燃烧需求进行监测，及时发现燃料燃烧过程中存在的问题。并根据监测获取的数据，针对燃料的实际需求进行评估，确保锅炉内煤炭燃烧的充分性，为锅炉运行效率的提升提供重要的保障。

3.5 及时调整送风量

燃煤锅炉运行过程中，锅炉内部燃烧过程即是煤炭与空气混合后在炉膛内燃烧的过程。在煤炭质量相同的情况下，风量配比会对燃烧过程带来较大的影响。燃煤锅炉使用的初期，锅炉内部压力数值能够达到设计要求，粉煤颗粒较大，这种情况下为了保证通风量充足，应保证风量的配送比例，增大粉煤在炉膛内的流动性，保证燃烧的充分。在整个过程中，在保证粉煤充分流动的同时，还要保证通风量的合理性，避免出现通风量过大的问题，这样必然会造成锅炉内部空气系数提高，对燃烧效率带来不利影响。另外，还要与锅炉燃烧的实际情况相结合，确保二次风量的有效供给，从而为粉煤燃烧提供充分的氧气供应，为燃烧效率的提升起到重要的保障。

3.6 优化引风控制

借助于引风系统，可以使锅炉内部的压力值处于相对恒定的范围内，这样有利于降低其他因素对锅炉燃烧损失定数的不利影响。在针对引风控制进行优化的过程中，以引风系统获取的相关数据作为基础，分析送风机和引风机，合理对动叶和静叶的开合情况进行设计。通过对引风控制进行优化，有利于降低燃料损失，提高锅炉内燃料燃烧的效率，为电厂锅炉运行整体经济效益的提升打下良好的基础。

3.7 优化锅炉排烟热损失

燃煤锅炉运行过程中，锅炉热效率受排烟温度影响较大，通过对排烟温度进行控制，可以有效降低锅炉排烟热损失，提高锅炉运行效率。通常在大型锅炉运行时对燃料的需求量较大，电厂通过降低锅炉热损失，一般会选择较低的排烟温度，以此来提高自身的经济效益。但当排烟温度过低的情况下，低温受热面烟气侧的水蒸汽和硫化物相结合会形成硫酸，对运行设备造成一定的腐蚀影响。同时硫酸也会与烟道上的疏松灰发生化学反应，所产生的硬化物质往往会附着在烟道上不易去除掉，导致传热阻力增加，从而对锅炉运行效率带来不利影响。在实际锅炉运行过程中，为了减少灰尘排放量，通常会将除尘器安装在锅炉的尾部烟道处，但当排烟温度过低的情况下，也会对除尘器的运行带来一定影响，导致实际除尘效果不理想，影响到锅炉运行的安全性，这就需要合理设置排烟温度，积极采取有效措施来降低排烟热损失。

在实际工作中需要对漏风问题进行有效控制，具体要针对排烟的含氧量进行分析，并及时收集锅炉运行数据。吹灰操作完成后，应对吹灰枪进行检查，保证其达到理想位点。对于全炉膛，要求保证每一个环节都具有较好的密封性，避免出现漏风问题。工作人员要做好空预器检查工作，还要及时进行清理，确保没有化学物质残留的情况下，用水进行冲洗，再进行烘干操作，整个过程中要避免蓄热层存在灰垢。还要优化锅炉炉膛和受热面的吹灰操作，定期规律地开展，并结合不同负荷进行跟踪操作，确保锅炉燃烧的稳定性。

3.8 设置烟气余热回收器

燃煤锅炉运行过程中，为了保证运行过程燃烧的经济性，需要将燃烧流量和空气流量控制在最佳的空燃比。由于燃煤锅炉煤炭的完全燃烧程度与燃煤锅炉燃烧效率具有直接的关系，对于燃煤锅炉而言，不同负荷下空燃比的最优比值呈现动态变化的特点，燃料成分比也具有动态变化性，而且在种变量影响下，流量测量也存在不准确的因素，这些都会对锅炉热效能带来不同程度的影响。因此宜通过增加烟气含氧量指数，即在保证供水温度的同时，有效提高燃煤锅炉运行的燃烧效率，可以借助增加烟气含氧量闭环控制来实现。通过增设烟气含氧量闭环控制系统，具体可以添加烟气余热回收器，实现燃料的有效节约。另外，还要掌握好锅炉排污的时机，通常情况下在低负荷和高气压情况下进行排污，可以有效地减少排污量。

3.9 引进先进技术提高锅炉燃烧效率

锅炉运行过程中，需要测量锅炉燃烧产生的压力和温度，这也对测量的精准性提出了更高的要求。而且通过对锅炉内部准确测量，也有利于及时发现问题，并有效排除锅炉运转中存在的安全隐患。将云计算技术引入到锅炉测量工作中来，通过运用检测软件能够及时发现锅炉内部存在的安全隐患和故障，并采取有效措施进行修复。运用云计算技术计算锅炉内部的容量差异，有效结合实际情况实现对能源的有效控制。在利用云计算技术优化排烟系统时，通过测量和计算发电机负荷及锅炉输出的热量，可以保证能量转换处于平衡状态。也可以利用云计算技术对锅炉的蒸汽压力、温度等参数进行调整，全面提高锅炉燃烧管理工作的效率，将热量损耗控制在最低水平。

在锅炉运行过程中还可以充分地应用变频技术优化水泵供水系统，通过调控实际生产中的各项参数，保证锅炉的定速运转。近年来锅炉运行辅机方面的研发取得了较好成效，通过充分的应用变频技术，根据系统反馈的信号，自动化调整锅炉运行中所需要的风量和供水量，这无论对提高锅炉生产效率还是降低能源消耗都具有极为重要的意义，既实现电厂锅炉生产节能降耗的目标，又为环境效益的提升打下坚实的基础。