锅炉燃烧优化及约束条件

锅炉燃烧优化及约束条件一、燃烧优化目标燃烧优化控制是提高锅炉燃烧效率、降低污染物特别是NOX排放量的有效措施之一。依据其目的不同可分为：燃烧控制系统优化、燃烧稳定性优化、燃烧经济性与安全性优化、燃烧过程NOX排放优化几个类型。燃烧控制系统优化主要目的在于提高现有燃烧系统的控制品质，是较低层次的优化；燃烧稳定性优化主要目的在于适应机组超低负荷工况下的灵活运行，保证不投油稳定燃烧，是新能源大规模并网背景下新的优化目标；燃烧经济性与安全性优化主要目的在于提高锅炉效率并减少锅炉受热面结焦、爆管等故障；燃烧过程NOX排放优化主要目的在于保证锅炉运行基本经济性和安全性的前提下降低

NOX排放量，是高层次的优化。燃烧优化的目标：（1）常规工况：NOX生成浓度最大降低15%，锅炉效率最高提升0.25%。运行可选择排放最低、效率最高、效率兼顾排放、排放兼顾效率模式。（2）深调工况：无需硬件设备改造实现35%BMCR

负荷稳定运行，提升脱硝入口烟温

10～20℃。可选择稳定最优、稳定兼顾效率、稳定兼顾排放模式。二、燃烧优化约束条件

最低稳燃负荷、NOX生成浓度、锅炉效率、脱硝入口烟温等信号构成了约束机组运行方式的主要信号和调节机组优化控制方案的主要指标。最低稳燃负荷：电站锅炉在运行的过程中炉内燃烧状况会受到各种外部因素的影响导致负荷波动，运行工况变得恶劣，为了接纳新能源电力并网锅炉不可避免的运行在低负荷工况，锅炉运行负荷降到一定程度时中因炉内燃烧状况恶化、炉温降低而不得不投入大量易燃的燃料（如重油、柴油）以优化炉内燃烧状况，防止炉膛灭火，这一负荷被称为最低稳燃负荷。锅炉机组的最低稳燃负荷是其参与电网调峰能力的重要表征。探究锅炉最低稳燃负荷，增大火电机组的调峰裕量对于燃烧优化控制具有重要意义。NOX生成浓度：NOX是火电厂尾部废气中主要的大气污染物，也是火电厂脱硫脱硝工作中最主要的被控对象。“十二五”以来国家对于火电厂排放标准一再提高，并且随着机组负荷的降低，炉内温度水平不断下降，NOX的生成浓度大幅度增加，成为燃烧优化的重要约束条件。锅炉效率：锅炉运行效率是是指锅炉在实际运行工况下的效率。锅炉效率是指锅炉有效利用热量与燃烧的煤所具有的总热量的百分比，因此，锅炉效率的高低锅炉机组运行的经济性的直观反映。同时，锅炉效率与火电机组负荷之间有着紧密的联系，随着锅炉负荷由低到高，锅炉效率先增后减，过量空气系数、排烟热损失、机械不完全燃烧热损失、化学不完全燃烧热损失以及煤粉质量等诸多因素都会对锅炉效率产生影响，因此锅炉效率是一个对火电机组整体运行状态进行判断的综合性指标。脱硝入口烟温：温度是影响脱硝反应催化剂活性的重要因素，同时也是判断催化剂是否喷氨的一个重要条件，在温度较低时不能喷入还原剂氨。机组负荷降低，炉温降低，进而导致脱硝入口烟温降低，会严重影响脱硝工作，导致NOX排放浓度大幅增加，因此必须在锅炉机组超低负荷运行的过程中提高其脱硝入口烟温，从而提高机组发电过程的环保性。三、燃烧优化面临的重点问题1．超低负荷下保证燃烧稳定性（1）稳定燃烧。在火电机组持续降负荷的过程中，火电机组会偏离锅炉的最佳设计工况，随着燃料量的减少，燃烧物的浓度降低，导致燃烧过程的化学反应速率降低，炉膛的温度会急剧下降，要想保持并强化炉内燃烧过程，必须保持炉内具有足够高的燃烧温度，因此，炉温的降低导致煤粉的快速着火出现困难，进而引发火焰稳定性变差，造成经济性和安全性都会降低，这就会使得出现燃烧不稳定、炉膛燃烧温度过低、水循环安全性降低、制粉系统和炉膛爆炸等一系列问题。这些安全性问题大多都是由于炉内燃烧不稳定引起的。而锅炉运行的经济性与安全性在很大程度上影响了整个机组的运行安全性和经济性，锅炉燃烧安全性主要是由燃烧不稳定造成的。锅炉燃烧不稳定不仅会影响锅炉的热效率使锅炉热效率降低，进入炉膛的煤不能完全燃烧造成经济上的损失，而且会产生更多的噪声和污染物严重影响了周围环境；如果不及时处理或处理不当，还会使炉膛灭火，甚者则会诱发炉膛爆炸等重大事故。所以锅炉在低负荷运行时的不稳定燃烧对整个电厂的危害极大，锅炉的燃烧稳定对整个电厂的安全经济运行至关重要。（2）提升烟温。超低负荷工况下，排烟温度降低到300摄氏度以下，会严重影响脱硝系统效率。据文献表明，温度降低，脱硝效率降低，温度增加，脱硝效率也相应增加。如果仍要保证NOX排放，需要大大增加催化剂成本；否则机组无法满足环保指标造成停机。因此，如何在超低负荷下提高烟温，是燃烧优化需要解决的重点问题。2．常规负荷工况下兼顾NOX排放和锅炉效率现有锅炉燃烧控制系统只能保证风煤总量配比的准确性，不能发挥多个独立调节手段共存的优势保证燃烧过程中不同燃烧阶段的风煤最佳配比、最优火焰中心和最优配风形状等影响锅炉效率和NOX排放量的关键参数。大型锅炉建造完成后，由电科院等专业测试单位进行燃烧调整实验：在几个常见锅炉运行工况下，调整锅炉煤量、一次风量、二次风量等控制机构并监测锅炉运行状态参数，寻找并记录使锅炉运行状态达到最优的控制机构输出位置，为今后锅炉运行提供参考。另外，实际锅炉运行过程中，运行人员也会监视锅炉运行状态并根据实际情况优化调整各个控制机构输出，维持锅炉燃烧处于最佳状态，长期工作积累丰富的燃烧调整经验。但目前锅炉自动控制系统尚不能把这些实验数据和运行经验加以归纳整理，实现燃烧过程的自动优化控制。遇有责任心较差或缺乏经验的运行人员，难以保证各种工况下燃烧都处于最佳状态附近。煤粉锅炉燃烧过程是一复杂的被控对象，存在多变量强耦合、非线性、时变性等多种复杂特征。一些燃烧优化方法采用神经网络模拟对象特性，通过训练