鍋爐性能優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)用范文

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《華電技術(shù)雜志》2014年第九期

通過現(xiàn)場技術(shù)調(diào)研論證，收集歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，劃分安全邊界與限制條件，分析鍋爐優(yōu)化方向及可能存在的優(yōu)化空間，確定可調(diào)參數(shù)和反應(yīng)參數(shù)，制訂一系列的試驗(yàn)方案，包括680MW負(fù)荷下5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行、480MW負(fù)荷下5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行、430MW負(fù)荷下4臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行的性能優(yōu)化試驗(yàn)。在不同負(fù)荷、不同磨煤機(jī)組合運(yùn)行方式下，對(duì)鍋爐進(jìn)行全方位系統(tǒng)化試驗(yàn)，試驗(yàn)包括吹灰優(yōu)化、二次風(fēng)風(fēng)量與風(fēng)壓的調(diào)節(jié)、二次風(fēng)風(fēng)配風(fēng)方式的調(diào)節(jié)、一次風(fēng)風(fēng)量的調(diào)節(jié)、一次風(fēng)風(fēng)壓的調(diào)節(jié)、燃盡風(fēng)(OFA)風(fēng)量的調(diào)節(jié)、燃燒器使用的組合、煙氣擋板的調(diào)節(jié)等。使用SOAP軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練和分析后得出優(yōu)化結(jié)果，為運(yùn)行人員提供最佳運(yùn)行曲線。完成優(yōu)化結(jié)果的現(xiàn)場驗(yàn)證后，優(yōu)化指導(dǎo)方案。

1SOAP對(duì)供電煤耗的作用

鍋爐性能優(yōu)化試驗(yàn)可全面協(xié)調(diào)并改善鍋爐系統(tǒng)的能量交換，是在鍋爐系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)與可靠性指標(biāo)中尋求統(tǒng)一的過程。例如，為了減緩氧化皮生長速度，需要適當(dāng)降低爐膛溫度，但爐膛溫度降低會(huì)造成飛灰可燃物指標(biāo)惡化。因此，對(duì)單一指標(biāo)進(jìn)行局部調(diào)試或優(yōu)化調(diào)整，可能改善了某項(xiàng)指標(biāo)，但對(duì)其他經(jīng)濟(jì)性或可靠性指標(biāo)可能造成負(fù)面影響。只有對(duì)鍋爐系統(tǒng)指標(biāo)進(jìn)行全面尋優(yōu)并挖掘系統(tǒng)冗余空間，才有可能在超超臨界鍋爐系統(tǒng)的現(xiàn)有水平下實(shí)現(xiàn)突破。優(yōu)化結(jié)果主要表現(xiàn)在同步降低廠用電率、降低飛灰可燃物和排煙溫度、全面減少減溫水投放量、達(dá)到并保持額定蒸汽溫度和壓力等鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、尋求并建立最佳運(yùn)行組合模式。現(xiàn)對(duì)680MW負(fù)荷下5臺(tái)磨煤機(jī)(A，B，C，D，E)燃燒組合方式試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在保證鍋爐安全、穩(wěn)定燃燒的前提下，重新調(diào)整燃燒器擺角、OFA、燃燒器二次風(fēng)、送風(fēng)機(jī)電流。由圖1～圖3可以看出，在5臺(tái)磨煤機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行工況下，鍋爐的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)均得到了極大改善:蒸汽參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)值，氧量從1．95%降至1．39%，空氣預(yù)熱器(以下簡稱空預(yù)器)入口煙氣溫度從358℃降至356℃，飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從3．71%降至2．07%。根據(jù)節(jié)能對(duì)標(biāo)手冊(cè)《600MW機(jī)組參數(shù)變化對(duì)煤耗率的影響》計(jì)算得到供電煤耗共降低3．614g/(kW•h)，見表3。該機(jī)組鍋爐在500MW負(fù)荷下5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行、430MW負(fù)荷下4臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行試驗(yàn)顯示，優(yōu)化后分別降低供電煤耗2．052和2．454g/(kW•h)，見表4、表5。通過挖掘鍋爐系統(tǒng)的節(jié)能冗余空間，實(shí)現(xiàn)了在低氧運(yùn)行方式下提高與燃燒有關(guān)的鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的目的。按照傳統(tǒng)燃燒理論，爐膛氧量的降低會(huì)造成過熱蒸汽和再熱蒸汽溫度降低，可能對(duì)供電煤耗指標(biāo)產(chǎn)生負(fù)面作用。但系統(tǒng)優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果顯示，鍋爐系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和運(yùn)行方式方面存在可挖掘的空間，可以采用系統(tǒng)優(yōu)化的方法同步改善各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)性和可靠性指標(biāo)。

2SOAP實(shí)現(xiàn)吹灰優(yōu)化

吹灰系統(tǒng)優(yōu)化是根據(jù)鍋爐受熱面進(jìn)、出口煙氣溫度的變化來判斷鍋爐各受熱面的結(jié)焦、結(jié)渣與積灰情況，優(yōu)化吹灰次數(shù)、吹灰時(shí)間和吹灰次序，對(duì)鍋爐系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行產(chǎn)生良好影響。在該項(xiàng)目中，結(jié)合爐膛測溫儀提供的爐膛出口煙溫以及各子系統(tǒng)的入口和出口溫度，進(jìn)行鍋爐系統(tǒng)能量交換的邏輯分析和優(yōu)化。電廠之前的吹灰習(xí)慣為每天每班對(duì)鍋爐爐膛、水平煙道、豎井煙道吹掃1次，對(duì)空預(yù)器吹掃2次，即爐膛、水平煙道、豎井煙道每天吹掃3次，空預(yù)器吹掃6次。

2．1爐膛吹灰圖4為吹灰試驗(yàn)時(shí)爐膛煙溫(即爐膛出口煙溫)的變化。09:00—10:40為爐膛吹灰期，爐膛出口煙溫從1030℃降至940℃，降低了90℃;10:40—14:30為非吹灰時(shí)段，爐膛出口煙溫有明顯上升趨勢(shì)，上升至1020℃左右后基本穩(wěn)定。說明爐膛吹灰對(duì)煙溫影響較大，應(yīng)配合蒸汽溫度參數(shù)和減溫水投放情況進(jìn)行綜合分析，做出最佳吹灰時(shí)機(jī)、吹灰時(shí)間以及次數(shù)的選擇。此外，這種煙氣溫度的變化形式表明結(jié)焦情況不嚴(yán)重，利用吹灰改善結(jié)焦情況作用不大。3．2．2水平煙道吹灰圖5為水平煙道吹灰試驗(yàn)時(shí)過熱器煙溫變化曲線。12:50—14:10為吹灰期，過熱器煙道右側(cè)煙溫從528℃下降到517℃，降低了11℃;14:10—15:50停止吹灰，過熱器煙道右側(cè)煙溫1h后回升到524℃，并保持穩(wěn)定。該現(xiàn)象表明，水平煙道吹灰對(duì)煙氣溫度的影響有限，在積灰與落灰處于某種動(dòng)態(tài)平衡的情況下，水平煙道可以減少吹灰次數(shù)甚至不吹。

2．3豎井煙道吹灰圖6為豎井煙道吹灰試驗(yàn)時(shí)再熱器煙溫變化曲線。15:20—16:00為吹灰期，16:00—17:35為非吹灰時(shí)段，在這兩個(gè)區(qū)間中，再熱器煙氣擋板入口與省煤器出口煙溫基本無明顯變化，說明豎井煙道無積灰現(xiàn)象，可減少吹灰或不吹。

2．4空預(yù)器吹灰圖7為吹灰試驗(yàn)時(shí)空預(yù)器出口煙溫的變化。14:00—15:15為吹灰期，空預(yù)器出口煙溫下降約1℃，吹灰效果不明顯，對(duì)排煙溫度影響很小。因此，可減少空預(yù)器吹灰次數(shù)，可根據(jù)現(xiàn)場煙氣溫度變化情況1天吹1次或2天吹1次即可，既可節(jié)省吹灰損耗也可降低過吹造成吹灰器磨損。

3SOAP對(duì)降低NOx的作用

在保證鍋爐系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性參數(shù)達(dá)標(biāo)的前提下，合理采用低氧運(yùn)行方式能有效抑制NOx的生成和排放。由圖8～圖10可知，NOx的排放質(zhì)量濃度隨氧量的減少而減少，在燃用接近設(shè)計(jì)煤種和BMCR工況下，鍋爐NOx的排放質(zhì)量濃度不超過160mg/m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家排放標(biāo)準(zhǔn)400mg/m3。在680MW負(fù)荷5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)前，NOx排放質(zhì)量濃度為260mg/m3，煙氣中氧的體積分?jǐn)?shù)為2．51%，經(jīng)過全方面系統(tǒng)化的試驗(yàn)后，NOx排放質(zhì)量濃度降至163mg/m3，煙氣中氧的體積分?jǐn)?shù)降至1．90%。在500MW負(fù)荷5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)前NOx排放質(zhì)量濃度為267mg/m3，鍋爐性能優(yōu)化試驗(yàn)后NOx質(zhì)量濃度降至195mg/m3。在430MW負(fù)荷4臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)后，NOx排放質(zhì)量濃度由試驗(yàn)前的282mg/m3降至213mg/m3。

4SOAP提高鍋爐系統(tǒng)的可靠性

爐膛出口煙溫是整個(gè)煙氣系統(tǒng)的上游參數(shù)，如果控制好該溫度，煙氣系統(tǒng)所面臨的超溫、鍋爐頂部結(jié)焦結(jié)渣等問題將迎刃而解。圖11為680MW負(fù)荷時(shí)爐膛出口煙氣溫度的變化趨勢(shì)。優(yōu)化試驗(yàn)期間，爐膛出口煙溫從1100℃左右降至1060℃左右且一直保持平穩(wěn)，下降約40℃，這對(duì)控制管壁超溫、降低排煙溫度并減緩氧化皮的生長速率等都有積極作用。同時(shí)，SOAP可實(shí)時(shí)讀取管壁溫度，實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)測氧化皮的生長速率及高溫受熱面管材的剩余壽命，可有效提高鍋爐管材的可靠性。

5結(jié)論

通過鍋爐性能優(yōu)化試驗(yàn)，提高了鍋爐設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，在滿負(fù)荷(680MW)工況下降低發(fā)電機(jī)組供電煤耗3．24g/(kW•h)，同時(shí)提高了運(yùn)行的可靠性;鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)全面優(yōu)化，可預(yù)防或治理鍋爐四管超溫、結(jié)焦結(jié)渣以及高溫腐蝕，并具有氧化皮生長速率評(píng)估功能;實(shí)現(xiàn)了鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行科學(xué)化管理，規(guī)范了運(yùn)行人員的運(yùn)行方式。

作者：趙志宏劉吉王莉宿云山李金麗單位：內(nèi)蒙古京隆發(fā)電有限責(zé)任公司北京埃普瑞電力科技有限公司