锅炉性能优化系统的运用
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《华电技术杂志》2014年第九期
通过现场技术调研论证，收集历史运行数据和实时运行数据，划分安全边界与限制条件，分析锅炉优化方向及可能存在的优化空间，确定可调参数和反应参数，制订一系列的试验方案，包括680MW负荷下5台磨煤机运行、480MW负荷下5台磨煤机运行、430MW负荷下4台磨煤机运行的性能优化试验。在不同负荷、不同磨煤机组合运行方式下，对锅炉进行全方位系统化试验，试验包括吹灰优化、二次风风量与风压的调节、二次风风配风方式的调节、一次风风量的调节、一次风风压的调节、燃尽风(OFA)风量的调节、燃烧器使用的组合、烟气挡板的调节等。使用SOAP软件对试验数据进行筛选，通过人工神经网络对数据进行训练和分析后得出优化结果，为运行人员提供最佳运行曲线。完成优化结果的现场验证后，优化指导方案。
1SOAP对供电煤耗的作用
锅炉性能优化试验可全面协调并改善锅炉系统的能量交换，是在锅炉系统经济性指标与可靠性指标中寻求统一的过程。例如，为了减缓氧化皮生长速度，需要适当降低炉膛温度，但炉膛温度降低会造成飞灰可燃物指标恶化。因此，对单一指标进行局部调试或优化调整，可能改善了某项指标，但对其他经济性或可靠性指标可能造成负面影响。只有对锅炉系统指标进行全面寻优并挖掘系统冗余空间，才有可能在超超临界锅炉系统的现有水平下实现突破。优化结果主要表现在同步降低厂用电率、降低飞灰可燃物和排烟温度、全面减少减温水投放量、达到并保持额定蒸汽温度和压力等锅炉运行经济指标、寻求并建立最佳运行组合模式。现对680MW负荷下5台磨煤机(A，B，C，D，E)燃烧组合方式试验数据进行分析。在保证锅炉安全、稳定燃烧的前提下，重新调整燃烧器摆角、OFA、燃烧器二次风、送风机电流。由图1～图3可以看出，在5台磨煤机满负荷运行工况下，锅炉的各项运行参数均得到了极大改善:蒸汽参数达到设计值，氧量从1．95%降至1．39%，空气预热器(以下简称空预器)入口烟气温度从358℃降至356℃，飞灰中碳的质量分数从3．71%降至2．07%。根据节能对标手册《600MW机组参数变化对煤耗率的影响》计算得到供电煤耗共降低3．614g/(kW•h)，见表3。该机组锅炉在500MW负荷下5台磨煤机运行、430MW负荷下4台磨煤机运行试验显示，优化后分别降低供电煤耗2．052和2．454g/(kW•h)，见表4、表5。通过挖掘锅炉系统的节能冗余空间，实现了在低氧运行方式下提高与燃烧有关的锅炉运行经济指标的目的。按照传统燃烧理论，炉膛氧量的降低会造成过热蒸汽和再热蒸汽温度降低，可能对供电煤耗指标产生负面作用。但系统优化试验结果显示，锅炉系统在设计和运行方式方面存在可挖掘的空间，可以采用系统优化的方法同步改善各项经济性和可靠性指标。
2SOAP实现吹灰优化
吹灰系统优化是根据锅炉受热面进、出口烟气温度的变化来判断锅炉各受热面的结焦、结渣与积灰情况，优化吹灰次数、吹灰时间和吹灰次序，对锅炉系统的经济运行产生良好影响。在该项目中，结合炉膛测温仪提供的炉膛出口烟温以及各子系统的入口和出口温度，进行锅炉系统能量交换的逻辑分析和优化。电厂之前的吹灰习惯为每天每班对锅炉炉膛、水平烟道、竖井烟道吹扫1次，对空预器吹扫2次，即炉膛、水平烟道、竖井烟道每天吹扫3次，空预器吹扫6次。
2．1炉膛吹灰图4为吹灰试验时炉膛烟温(即炉膛出口烟温)的变化。09:00—10:40为炉膛吹灰期，炉膛出口烟温从1030℃降至940℃，降低了90℃;10:40—14:30为非吹灰时段，炉膛出口烟温有明显上升趋势，上升至1020℃左右后基本稳定。说明炉膛吹灰对烟温影响较大，应配合蒸汽温度参数和减温水投放情况进行综合分析，做出最佳吹灰时机、吹灰时间以及次数的选择。此外，这种烟气温度的变化形式表明结焦情况不严重，利用吹灰改善结焦情况作用不大。3．2．2水平烟道吹灰图5为水平烟道吹灰试验时过热器烟温变化曲线。12:50—14:10为吹灰期，过热器烟道右侧烟温从528℃下降到517℃，降低了11℃;14:10—15:50停止吹灰，过热器烟道右侧烟温1h后回升到524℃，并保持稳定。该现象表明，水平烟道吹灰对烟气温度的影响有限，在积灰与落灰处于某种动态平衡的情况下，水平烟道可以减少吹灰次数甚至不吹。
2．3竖井烟道吹灰图6为竖井烟道吹灰试验时再热器烟温变化曲线。15:20—16:00为吹灰期，16:00—17:35为非吹灰时段，在这两个区间中，再热器烟气挡板入口与省煤器出口烟温基本无明显变化，说明竖井烟道无积灰现象，可减少吹灰或不吹。
2．4空预器吹灰图7为吹灰试验时空预器出口烟温的变化。14:00—15:15为吹灰期，空预器出口烟温下降约1℃，吹灰效果不明显，对排烟温度影响很小。因此，可减少空预器吹灰次数，可根据现场烟气温度变化情况1天吹1次或2天吹1次即可，既可节省吹灰损耗也可降低过吹造成吹灰器磨损。
3SOAP对降低NOx的作用
在保证锅炉系统经济性参数达标的前提下，合理采用低氧运行方式能有效抑制NOx的生成和排放。由图8～图10可知，NOx的排放质量浓度随氧量的减少而减少，在燃用接近设计煤种和BMCR工况下，锅炉NOx的排放质量浓度不超过160mg/m3，远远低于国家排放标准400mg/m3。在680MW负荷5台磨煤机运行优化试验前，NOx排放质量浓度为260mg/m3，烟气中氧的体积分数为2．51%，经过全方面系统化的试验后，NOx排放质量浓度降至163mg/m3，烟气中氧的体积分数降至1．90%。在500MW负荷5台磨煤机运行优化试验前NOx排放质量浓度为267mg/m3，锅炉性能优化试验后NOx质量浓度降至195mg/m3。在430MW负荷4台磨煤机运行优化试验后，NOx排放质量浓度由试验前的282mg/m3降至213mg/m3。
4SOAP提高锅炉系统的可靠性
炉膛出口烟温是整个烟气系统的上游参数，如果控制好该温度，烟气系统所面临的超温、锅炉顶部结焦结渣等问题将迎刃而解。图11为680MW负荷时炉膛出口烟气温度的变化趋势。优化试验期间，炉膛出口烟温从1100℃左右降至1060℃左右且一直保持平稳，下降约40℃，这对控制管壁超温、降低排烟温度并减缓氧化皮的生长速率等都有积极作用。同时，SOAP可实时读取管壁温度，实时监控和预测氧化皮的生长速率及高温受热面管材的剩余寿命，可有效提高锅炉管材的可靠性。
5结论
通过锅炉性能优化试验，提高了锅炉设备运行的经济性，在满负荷(680MW)工况下降低发电机组供电煤耗3．24g/(kW•h)，同时提高了运行的可靠性;锅炉系统运行参数全面优化，可预防或治理锅炉四管超温、结焦结渣以及高温腐蚀，并具有氧化皮生长速率评估功能;实现了锅炉系统运行科学化管理，规范了运行人员的运行方式。
作者：赵志宏刘吉王莉宿云山李金丽单位：内蒙古京隆发电有限责任公司北京埃普瑞电力科技有限公司