火力发电厂锅炉运行优化策略

摘要：火力发电厂锅炉是火力电厂进行发电所使用的三大主机之一，很有必要对火力发电厂锅炉采取一系列的优化措施。文章从火力发电厂锅炉运行的基本原理入手，总结出火力发电厂锅炉运行的基本规律，并以此为基础，探讨了火力发电厂中的常规煤粉锅炉的优化措施以及循环流化床锅炉的优化措施。

关键词：火力发电厂；锅炉运行；优化策略

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）26-0035-03

在火力发电厂中，最重要的组成部分就是三大主机（火力发电厂锅炉、火力发电厂汽轮机、火力发电厂发电机），这三个部分的运行状态和运行效率将直接影响到火力发电厂的发电效率和发电安全性。这三大部分的最核心部分就是火力发电厂锅炉，这是因为火力发电厂锅炉是为整个火力发电厂进行发电提供所需要的能源的入口，同时，锅炉通过燃烧原料为发电机和汽轮机提供动力资源，是整个火力发电厂的动力源头，在火力发电厂之中有着举足轻重的作用。

1 火力发电厂锅炉运行的基本原理

火力发电厂锅炉是火力发电厂的核心组成部分，担负着为整个火力发电厂进行发电提供所需要的能源以及为发电机和汽轮机提供动力资源的重要作用，其发挥能量转换和能量供给的作用的基本步骤如下：

第一步，火力发电厂工作人员使用相关设备将煤炭材料输送进入火力发电厂锅炉的炉膛之中，煤炭材料在锅炉的炉膛之中发生剧烈的燃烧反应，将煤炭材料之中的化学能通过燃烧反应转化成为可以为火力发电厂其他组成部分提供能量的热能（该部分的化学能转化成为热能的效率也是火力发电厂锅炉运行优化的重要组成部分之一）。

第二步，煤炭材料发生燃烧反应之后，煤炭原材料之中的碳物质和杂质组分和氧气反应生成的物质组成了高温烟气，高温烟气组分携带有大量的热量（其原理是热能的传递，是由高温物质传导向低温物质），这些高温烟气沿着火力发电站锅炉内部运行，逐步经过锅炉内水冷壁部分、锅炉屏式过热器部分、锅炉高温过热器部分、锅炉再热器部分，并与这些部分的受热面进行接触，根据热量传递原理，高温烟气和这些锅炉部分内部的工作物质产生热量传递，将高温烟气之中的大量热能传递给锅炉部分内部的工作物质，锅炉部分内部的工作物质经过高温烟气的持续高温加热和热量传递，发生相变生成具有着一定压力和温度的水蒸气组分。

第三步，经过高温烟气加热发生相变反应的水蒸气成分进入火力发电厂锅炉的汽轮机部分，在汽轮机部分之中，水蒸气组分将吸收自高温烟气的热能传递给汽轮机部分，将水蒸气组分之中含有的热能转化成为汽轮机的机械能，完成为整个火力发电厂进行发电提供所需要的能源以及为发电机和汽轮机提供动力资源的工作

步骤。

图1 自然循环锅炉内部构造简图

以上就是火力发电厂锅炉为整个火力发电厂进行发电提供所需要的能源以及为发电机和汽轮机提供动力资源的基本原理，而在基本原理相同的情况下，根据火力发电厂锅炉内部转化成为水蒸气的工作物质的内部循环状态方式以及驱动锅炉内部转化成为水蒸气的工作物质的内部循环的驱动力的不同，可以将火力发电厂锅炉区分成为自然循环火力发电厂锅炉、强制循环火力发电厂锅炉、混合循环火力发电厂锅炉，在本文中，将在图1展示自然循环锅炉内部构造简图，在图2中展示强制循环锅炉内部构造简图。其中，自然循环火力发电厂锅炉驱动锅炉内部转化成为水蒸气的工作物质的内部循环的驱动力是工作物质和工作物质相变之后产生的水蒸气之间的密度差，强制循环火力发电厂锅炉内部转化成为水蒸气的工作物质的内部循环的驱动力是通过外设的循环泵来提供的。

图2 强制循环锅炉内部构造简图

2 火力发电厂锅炉运行优化策略

进行火力发电厂锅炉运行的优化，主要考虑的是对火力发电厂锅炉的各种设计参数、火力发电厂锅炉所使用的煤炭原料的类型和质量、火力发电厂锅炉的基本组成构造、火力发电厂锅炉的各种辅助设备的类型选择，这四个方面将直接影响到火力发电厂锅炉运行的安全性和经济性。在火力发电厂锅炉运行的过程之中，由于火力发电厂锅炉的运行参数和设计参数难以做到完全一致，火力发电厂锅炉所使用的煤炭原料的类型和质量也可能存在一定的偏差，这就导致火力发电厂锅炉难以满足设计时所规划的效率值。与此同时，火力发电厂锅炉还有可能面临所使用的工作水质不能够满足实际的工作需要。针对这样的情况，火力发电厂锅炉在运行的过程之中，要综合火力发电厂锅炉工作的实际环境，不断地采取优化措施，切实保证火力发电厂锅炉在安全运行的基础之上，获得更多的经济效益。

2.1 火力发电厂粉煤锅炉的运行优化策略

火力发电厂粉煤锅炉主要使用的是粉末状的煤炭原料当作燃烧物质来产生高温烟气，最终为整个火力发电厂提供所需要的能源以及为发电机和汽轮机提供动力资源。火力发电厂粉煤锅炉的主要组成部分包括有粉煤锅炉炉膛部分、锅炉燃烧器部分、锅炉制粉设备部分以及锅炉供风设备组成。其具体的工作原理是使用锅炉制粉设备部分以及锅炉供风设备将进入火力发电厂粉煤锅炉内部的煤炭原料加工成为粉末状的煤炭原料。然后，锅炉供风设备将生成的粉末状的煤炭原料通过一次风从粉煤锅炉的锅炉燃烧器部分卷入粉煤锅炉炉膛部分，再通过二次风在锅炉燃烧器部分形成环形风道，再一次将剩余的粉末状的煤炭原料带入粉煤锅炉炉膛部分。火力发电厂粉煤锅炉的锅炉燃烧器部分可以将粉末状的煤炭材料和空气充分地混合在一起，并通过两次吹风将粉末状煤炭材料和空气输送进入粉煤锅炉炉膛部分，进而在粉煤锅炉炉膛部分形成一个高效的空气动力场，进而保证粉末状煤炭可以在粉煤锅炉炉膛部分进行煤炭着火、煤炭燃烧、煤炭燃尽等各部分流程，保证粉末状煤炭的燃烧状态。一般情况下，粉末状煤炭材料仅仅在粉煤锅炉炉膛部分停留一秒钟左右，为了充分保证粉末状煤炭材料在这一段时间之内燃烧完毕，要求在进行一次供风和二次供风的时候，供给足够的风量，以便于强化粉煤锅炉炉膛部分的燃烧效果，保证粉末状煤炭材料在这一秒钟的时间之内燃烧完毕，完成整个供能反应。下面将进行针对火力发电厂粉煤锅炉运行参数的计算和优化设计：

表1 火力发电厂粉煤锅炉的运行参数表格

根据对表格之中的数据参数的分析，并将锅炉内部燃烧的H数值都按照1kg的煤炭原料来进行运算，可以看出燃煤锅炉的总燃烧数值为：

其中，B表示的是整个燃煤锅炉所消耗的煤炭原料的数量，q4表示的是燃煤锅炉的机械损失的量，Bj表示的是有效的燃烧量，优化的策略主要就是提升Bj的数值，提升燃煤锅炉的运行效率。

根据火力发电厂粉煤锅炉运行的基本原理和公式参数的分析，其具体的优化策略如下：

首先，做好煤炭原料质量下降时的准备。在锅炉燃烧过程之中，一旦出现煤炭原料质量下滑，使得煤炭原料的质量和设计好的煤炭原料的质量存在偏差，就很容易对火力发电厂粉煤锅炉的运行效率产生很大影响。针对这样的情况，当煤炭原料的质量和设计好的煤炭原料的质量的偏差已经开始影响生产效率的时候，可以采用原煤掺烧的解决方案，通过改变使用的煤炭材料各种类型的煤炭之间比例的调和，尽可能地减少煤炭原料的质量和设计好的煤炭原料的质量偏差，并辅之以改变锅炉供风设备所提供的一次风和二次风的风量大小，以便于保证煤炭原料在炉膛部分充分燃烧。

其次，为了了解锅炉燃烧过程之中的具体步骤，要对锅炉的运行过程进行定期的质量调平、浓度标定、高温烟气成分分析等操作，确定出火力发电厂粉煤锅炉的最优化运行参数，为火力发电厂粉煤锅炉的高效运行提供数据支持和理论帮助。

再次，要进行火力发电厂粉煤锅炉的炉内负荷调节操作，在这个过程之中，要按照具体规定的方式严格操作，不要轻易地提升调节操作的操作速度，保证整个调节过程缓慢有序地进行，以便于保证粉末状煤炭材料在火力发电厂粉煤锅炉的炉膛内部稳定的燃烧。具体的来说，如果要进行对炉内负荷调的优化调节，在降低炉内负荷的时候，要先撤出锅炉炉膛之中的粉末状煤炭材料，再停止锅炉供风设备供风，在提升炉内负荷的时候，要先加大锅炉供风设备供风，再增多锅炉炉膛之中的粉末状煤炭材料供给量，其具体的运行目的就是保证火力发电厂粉煤锅炉时刻保持在稳定状态运行。

最后，当火力发电厂粉煤锅炉在较高的负荷下工作时，高温高压的环境很容易导致在火力发电厂粉煤锅炉炉膛之中产生结焦问题。为了避免火力发电厂粉煤锅炉在运行过程之中出现炉膛结焦问题，影响火力发电厂粉煤锅炉的运行效率，就要求在火力发电厂粉煤锅炉内部采用配风试验的试验方式，不断调节火力发电厂粉煤锅炉供风设备所提供的一次风和二次风的风量大小和配比数值，并在火力发电厂粉煤锅炉的不同区域采用不同的分量配比数值，有效地阻止发电厂粉煤锅炉炉膛之中产生结焦问题。与此同时，还要不断调节火力发电厂粉煤锅炉内部的风量频率和吹风的范围，时刻保证火力发电厂粉煤锅炉内部的各个受热面不存在粉末状煤炭原料的污染。

2.2 火力发电厂循环流化床锅炉的运行优化策略

除了火力发电厂粉煤锅炉之外，火力发电厂循环流化床锅炉是另一种具有广泛应用的火力发电厂锅炉设备，在进行火力发电厂循环流化床锅炉的运行优化策略设计的时候，要考虑到的影响因素主要包括火力发电厂循环流化床所使用的煤炭原料的类型和质量、火力发电厂循环流化床锅炉内部空气过剩系数等问题。

2.2.1 燃煤调整的运行优化策略。无论是火力发电厂粉煤锅炉还是火力发电厂循环流化床锅炉，煤炭原料的质量问题都将极大影响火力发电厂锅炉的运行效率。因此，为了保证在实际的燃烧过程之中的燃烧效率，要保证实际进入火力发电厂循环流化床锅炉内部的煤炭原料粒径略小于设计的数值，以便于保证火力发电厂循环流化床锅炉的供热效率。

2.2.2 风量调整的运行优化策略。要时刻注意火力发电厂循环流化床锅炉的一次风和二次风的风量大小数值。具体来说，锅炉内部的燃烧过程就是煤炭原料和空气之中的氧气组分在锅炉的炉膛部分充分融合燃烧的过程。因此，锅炉内部的风量和煤炭原料的配比将是影响火力发电厂循环流化床锅炉供热效率的重要因素之一。在火力发电厂循环流化床锅炉的使用初期，要保证风量所占据的比例，这是因为在使用初期锅炉内部的床层压力数值可以得到充分保证，内部所使用的煤炭原料的粒径也相对较大，为了保证煤炭原料的流动性，就要求进入火力发电厂循环流化床内部的风量保证一定的数值。与此同时，为了保证风量不至于过高地提升火力发电厂循环流化床锅炉内部的空气系数，就要求在确保煤炭原料的流动性的前提之下，限制进入火力发电厂循环流化床锅炉内部的风量数值，合理地确定风量数值和配比。与此同时，要注意二次风风量的供给，以便于为煤炭原料燃烧提供足够的氧气，保证煤炭原料燃烧的彻底性。除此之外，如果能够保持一个良好的一次风，二次风风量配比，也有利于维持火力发电厂循环流化床锅炉内部的煤炭原料循环。

3 结语

在火电厂锅炉运行的过程之中，能够影响到火电厂锅炉运行的因素有很多，在进行对火力发电厂锅炉运行优化策略探索的过程之中，一定要注意对这些影响因素的分析与把握。具体来说，就是要对火电厂锅炉运行过程中使用的煤炭材料的种类变化、火电厂锅炉运行过程中的各种工作状态、火电厂锅炉运行过程中的煤炭燃烧温度压力条件等方面的参数进行实际的分析，根据实际的情况找出可行的解决方案，确保火电厂锅炉可以保持在高效率的状态运行，保证火电厂锅炉运行的安全性和经济性。

参考文献

[1] 韩志强.DGG75/3.82-2循环流化床锅炉运行调整

[J].科技专论，2014，（3）.

[2] 李祺亮.1000MW超超临界直流锅炉变煤种运行特性研究[D].上海交通大学，2013.

[3] 杨新荣.锅炉运行的优化调整[J].电力设备，2014，（4）.

[4] 黄善仿.基于BP神经网络的火电厂煤质变化对经济性影响的研究[D].西安交通大学，2013.

[5] 吴味隆.锅炉及锅炉房设备[M].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[6] 李振全，尹艳山.我国电站锅炉热力计算方法应用的现状[J].锅炉技术，2014，（3）.

[7] 霍志红，张志学，唐必光，等.电站锅炉炉膛出口烟温算法改进与实现[J].能源工程，2014，（1）.

[8] 姜继伟.循环流化床锅炉故障诊断专家系统研究[D].中国石油大学，2013.

作者简介：杨永清（1981-），男，河北任丘人，供职于陕西国华锦界能源有限责任公司，研究方向：热能与动力

工程。