鍋爐燃燒優(yōu)化及約束條件

鍋爐燃燒優(yōu)化及約束條件一、燃燒優(yōu)化目標燃燒優(yōu)化控制是提高鍋爐燃燒效率、降低污染物特別是NOX排放量的有效措施之一。依據(jù)其目的不同可分為：燃燒控制系統(tǒng)優(yōu)化、燃燒穩(wěn)定性優(yōu)化、燃燒經(jīng)濟性與安全性優(yōu)化、燃燒過程NOX排放優(yōu)化幾個類型。燃燒控制系統(tǒng)優(yōu)化主要目的在于提高現(xiàn)有燃燒系統(tǒng)的控制品質(zhì)，是較低層次的優(yōu)化；燃燒穩(wěn)定性優(yōu)化主要目的在于適應機組超低負荷工況下的靈活運行，保證不投油穩(wěn)定燃燒，是新能源大規(guī)模并網(wǎng)背景下新的優(yōu)化目標；燃燒經(jīng)濟性與安全性優(yōu)化主要目的在于提高鍋爐效率并減少鍋爐受熱面結(jié)焦、爆管等故障；燃燒過程NOX排放優(yōu)化主要目的在于保證鍋爐運行基本經(jīng)濟性和安全性的前提下降低

NOX排放量，是高層次的優(yōu)化。燃燒優(yōu)化的目標：（1）常規(guī)工況：NOX生成濃度最大降低15%，鍋爐效率最高提升0.25%。運行可選擇排放最低、效率最高、效率兼顧排放、排放兼顧效率模式。（2）深調(diào)工況：無需硬件設備改造實現(xiàn)35%BMCR

負荷穩(wěn)定運行，提升脫硝入口煙溫

10～20℃?？蛇x擇穩(wěn)定最優(yōu)、穩(wěn)定兼顧效率、穩(wěn)定兼顧排放模式。二、燃燒優(yōu)化約束條件

最低穩(wěn)燃負荷、NOX生成濃度、鍋爐效率、脫硝入口煙溫等信號構(gòu)成了約束機組運行方式的主要信號和調(diào)節(jié)機組優(yōu)化控制方案的主要指標。最低穩(wěn)燃負荷：電站鍋爐在運行的過程中爐內(nèi)燃燒狀況會受到各種外部因素的影響導致負荷波動，運行工況變得惡劣，為了接納新能源電力并網(wǎng)鍋爐不可避免的運行在低負荷工況，鍋爐運行負荷降到一定程度時中因爐內(nèi)燃燒狀況惡化、爐溫降低而不得不投入大量易燃的燃料（如重油、柴油）以優(yōu)化爐內(nèi)燃燒狀況，防止爐膛滅火，這一負荷被稱為最低穩(wěn)燃負荷。鍋爐機組的最低穩(wěn)燃負荷是其參與電網(wǎng)調(diào)峰能力的重要表征。探究鍋爐最低穩(wěn)燃負荷，增大火電機組的調(diào)峰裕量對于燃燒優(yōu)化控制具有重要意義。NOX生成濃度：NOX是火電廠尾部廢氣中主要的大氣污染物，也是火電廠脫硫脫硝工作中最主要的被控對象?！笆濉币詠韲覍τ诨痣姀S排放標準一再提高，并且隨著機組負荷的降低，爐內(nèi)溫度水平不斷下降，NOX的生成濃度大幅度增加，成為燃燒優(yōu)化的重要約束條件。鍋爐效率：鍋爐運行效率是是指鍋爐在實際運行工況下的效率。鍋爐效率是指鍋爐有效利用熱量與燃燒的煤所具有的總熱量的百分比，因此，鍋爐效率的高低鍋爐機組運行的經(jīng)濟性的直觀反映。同時，鍋爐效率與火電機組負荷之間有著緊密的聯(lián)系，隨著鍋爐負荷由低到高，鍋爐效率先增后減，過量空氣系數(shù)、排煙熱損失、機械不完全燃燒熱損失、化學不完全燃燒熱損失以及煤粉質(zhì)量等諸多因素都會對鍋爐效率產(chǎn)生影響，因此鍋爐效率是一個對火電機組整體運行狀態(tài)進行判斷的綜合性指標。脫硝入口煙溫：溫度是影響脫硝反應催化劑活性的重要因素，同時也是判斷催化劑是否噴氨的一個重要條件，在溫度較低時不能噴入還原劑氨。機組負荷降低，爐溫降低，進而導致脫硝入口煙溫降低，會嚴重影響脫硝工作，導致NOX排放濃度大幅增加，因此必須在鍋爐機組超低負荷運行的過程中提高其脫硝入口煙溫，從而提高機組發(fā)電過程的環(huán)保性。三、燃燒優(yōu)化面臨的重點問題1．超低負荷下保證燃燒穩(wěn)定性（1）穩(wěn)定燃燒。在火電機組持續(xù)降負荷的過程中，火電機組會偏離鍋爐的最佳設計工況，隨著燃料量的減少，燃燒物的濃度降低，導致燃燒過程的化學反應速率降低，爐膛的溫度會急劇下降，要想保持并強化爐內(nèi)燃燒過程，必須保持爐內(nèi)具有足夠高的燃燒溫度，因此，爐溫的降低導致煤粉的快速著火出現(xiàn)困難，進而引發(fā)火焰穩(wěn)定性變差，造成經(jīng)濟性和安全性都會降低，這就會使得出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定、爐膛燃燒溫度過低、水循環(huán)安全性降低、制粉系統(tǒng)和爐膛爆炸等一系列問題。這些安全性問題大多都是由于爐內(nèi)燃燒不穩(wěn)定引起的。而鍋爐運行的經(jīng)濟性與安全性在很大程度上影響了整個機組的運行安全性和經(jīng)濟性，鍋爐燃燒安全性主要是由燃燒不穩(wěn)定造成的。鍋爐燃燒不穩(wěn)定不僅會影響鍋爐的熱效率使鍋爐熱效率降低，進入爐膛的煤不能完全燃燒造成經(jīng)濟上的損失，而且會產(chǎn)生更多的噪聲和污染物嚴重影響了周圍環(huán)境；如果不及時處理或處理不當，還會使爐膛滅火，甚者則會誘發(fā)爐膛爆炸等重大事故。所以鍋爐在低負荷運行時的不穩(wěn)定燃燒對整個電廠的危害極大，鍋爐的燃燒穩(wěn)定對整個電廠的安全經(jīng)濟運行至關(guān)重要。（2）提升煙溫。超低負荷工況下，排煙溫度降低到300攝氏度以下，會嚴重影響脫硝系統(tǒng)效率。據(jù)文獻表明，溫度降低，脫硝效率降低，溫度增加，脫硝效率也相應增加。如果仍要保證NOX排放，需要大大增加催化劑成本；否則機組無法滿足環(huán)保指標造成停機。因此，如何在超低負荷下提高煙溫，是燃燒優(yōu)化需要解決的重點問題。2．常規(guī)負荷工況下兼顧NOX排放和鍋爐效率現(xiàn)有鍋爐燃燒控制系統(tǒng)只能保證風煤總量配比的準確性，不能發(fā)揮多個獨立調(diào)節(jié)手段共存的優(yōu)勢保證燃燒過程中不同燃燒階段的風煤最佳配比、最優(yōu)火焰中心和最優(yōu)配風形狀等影響鍋爐效率和NOX排放量的關(guān)鍵參數(shù)。大型鍋爐建造完成后，由電科院等專業(yè)測試單位進行燃燒調(diào)整實驗：在幾個常見鍋爐運行工況下，調(diào)整鍋爐煤量、一次風量、二次風量等控制機構(gòu)并監(jiān)測鍋爐運行狀態(tài)參數(shù)，尋找并記錄使鍋爐運行狀態(tài)達到最優(yōu)的控制機構(gòu)輸出位置，為今后鍋爐運行提供參考。另外，實際鍋爐運行過程中，運行人員也會監(jiān)視鍋爐運行狀態(tài)并根據(jù)實際情況優(yōu)化調(diào)整各個控制機構(gòu)輸出，維持鍋爐燃燒處于最佳狀態(tài)，長期工作積累豐富的燃燒調(diào)整經(jīng)驗。但目前鍋爐自動控制系統(tǒng)尚不能把這些實驗數(shù)據(jù)和運行經(jīng)驗加以歸納整理，實現(xiàn)燃燒過程的自動優(yōu)化控制。遇有責任心較差或缺乏經(jīng)驗的運行人員，難以保證各種工況下燃燒都處于最佳狀態(tài)附近。煤粉鍋爐燃燒過程是一復雜的被控對象，存在多變量強耦合、非線性、時變性等多種復雜特征。一些燃燒優(yōu)化方法采用神經(jīng)網(wǎng)絡模擬對象特性，通過訓練