火力发电厂锅炉运行优化研究

摘要：锅炉运行优化是发电企业实现企业节能消耗, 提高企业市场竞争力的主要方法和手段, 本文从以下方面针对电厂锅炉运行优化进行了详细分析和探讨。

关键词：电厂锅炉；运行； 优化研究

中图分类号：TM62文献标识码： A

前言

锅炉、汽轮机、发电机作为火力发电厂三大主机，其运行调节关系着电力供应及整个系统的安全性和经济性。尤其是锅炉，作为能源的入口和能量转换的源头，更是对整个系统有着重要的影响。由于燃煤价格的上涨和污染排放的限制,国内燃煤电站面临提高锅炉效率与降低污染排放的双重要求,高效低污染的优化运行问题日益引起关注。但由于电站锅炉优化试验时间间隔较长,设备改造频繁,煤质不稳定,运行人员缺乏对锅炉进行及时调整的依据,很难对环保排放和锅炉效率进行优化协调,因此国内电站普遍存在运行效率低、污染排放偏高的缺点,存在较大的优化空间和节能潜力。本文对锅炉的运行原理以及锅炉运行优化调整进行了研究。

1．火力发电厂锅炉运行原理

锅炉是火力发电厂重要的设备，是能量转换的场所，燃料送进炉膛后，与空气发生剧烈的燃烧反应，将燃料的化学能转换成热能的同时，生成大量的高温烟气，高温烟气流经锅炉内水冷壁、屏式过热器、高温过热器、再热器等受热面，与受热面内的工质进行换热，高温烟气将热量传递给工质，最终将工质加热到一定温度和压力的水蒸汽，水蒸汽进入汽轮机做功，将热能转化成为机械能。根据锅炉内工质循环的驱动力不同，锅炉可以分为自然循环、强制循环、混合循环等方式。自然循环锅炉循环动力是依靠水和蒸汽的密度差驱动，强制循环锅炉主要驱动力是循环泵。

2．火力发电厂锅炉的运行优化 锅炉运行优化系统是一套对锅炉系统性能进行多目标全面优化的系统，可解决的

问题有：热效率、煤耗、减温水量与排烟温度的改进，控制过热器与再热器超温和受热面结焦结渣，氮氧化物、飞灰含碳量等的减低。其关键是优化系统实现协调控制并挖掘了锅炉系统的冗余空间。用户即可选择优化系统对锅炉运行进行多目标优化，也可针对电厂自身的需求选择着重优化对象。

3．锅炉运行方式的优化调整

3.1 提高锅炉热效率

不同的煤种, 不同的燃烧方式, 其锅炉效率就会有很大的差别。对于难燃的无烟煤来说, 锅炉效率比较低, 一般在88% ~ 92% 之间( 低位发热值计算效率) 。对于容易燃烧的烟煤, 现在大型锅炉的效率可以达到93%~ 94%；对于一般普通的烟煤来说, 效率通常都在91% ~ 93%之间。就影响锅炉效率的主要因素来说, 主要是锅炉尾部排烟的烟气温度和飞灰含碳量损失。如何降低锅炉尾部排烟温度和如何减少飞灰含碳量就能显著地提高锅炉的效率。

3.1.1排烟温度对锅炉效率的影响

对于普通的烟煤锅炉, 排烟温度每上升10摄氏度, 锅炉效率通常下降0. 55%, 供电煤耗就会相应地上升1. 6 克/ 千瓦时。

影响排烟温度的主要原因：锅炉尾部受热面布置不合理，或者受热面布置不够，导致排烟温度上升10摄氏度；锅炉受热面积灰，影响受热面传热效率，从而降低受热面吸热，导致尾部排烟温度上升5-10摄氏度；空气预热器入口温度偏高，或氧气偏大，空气预热器热面不够或热面被腐蚀或堵塞，也可使排烟温度上升5-10摄氏度；制粉系统中掺入冷风量太多，使通过空气预热器的风量降低成10%-15%，从而促使排烟温度升高10摄氏度左右。

降低排烟温度的措施：通过增加省煤器受热面（如果锅炉尾部空间位置受限，可以采用鳍片式或者翅片式省煤器），可以大大提高热面面积，从而降低排烟温度至10摄氏度；加强尾部受热面吹灰，可采用蒸气吹灰或者声波吹灰器，加强吹灰效果从而增强受热面换热效率，可以将排烟温度降低5-10摄氏度；改造空余预热器，通过增加波形换热板面积，或者更换热面，清洗热面等方法，使排烟温度减低5-10摄氏度；改造制粉系统：通过过经济性技术进行评估，必要时改造制粉系统，减少煤粉管直径等来减少冷风比率（仓储式乏气送粉系统）。

3.1.2飞灰含碳量对锅炉效率的影响

􀀁 经过计算, 对于发热量为21000kJ/kg 的普通烟煤, 飞灰含碳量每上升1%, 锅炉效率下降0.37% ,供电煤耗上升1g/ kWh。降低飞灰含碳量的主要措施如下:

(1)改造燃烧器: 使燃料着火稳定和提前,火焰中心温度提高,加快燃烧速度, 使燃烧更充分,降低未燃尽碳损失,即降低飞灰含碳量;

(2)运行调整: 通过燃烧调试,摸索最佳的配风方式以及最佳的燃烧器运行层搭配,目的也是更好地组织燃烧,使煤粉燃烧的更充分;

(3)合理的使用掺烧煤: 对于比较难燃的煤种,可以通过掺混易燃的煤种来加强燃烧效果;

(4)提高热风温度: 对于有些比较难燃的煤种,提高热风温度有利于着火和燃尽, 可以对预热器和热风系统进行改造,提高热风温度;

5)改进制粉系统煤粉分离器: 提高制粉系统煤粉分离器效率,提高煤粉细度, 同时在仓储式制粉系统中,减少三次风及乏气含粉率,也有利于降低飞灰含碳量

3.1.3针对锅炉而言降低电厂供电煤耗的其它措施

1)保证蒸汽参数

􀀁 有些锅炉由于炉膛太大, 计算不准确或者煤种改变等原因, 过热器或再热器出口汽温明显偏低, 有的过热汽温或再热汽温低于保证值10-15摄氏度, 这显然会大大影响机组效率和供电煤耗。出现这种情况时, 应该通过热力计算分析, 决定增加部分受热面。而有些锅炉则刚好相反, 汽温太高, 需要喷入很多减温水才能达到要求的汽温, 同样会影响机组的效率, 增加供电煤耗, 可以通过热力计算分析, 决定改造和减少部分受热面来达到需要的汽温。

2)降低空气预热器漏风率

􀀁 一些老的回转式空气预热器, 漏风率高达10%~ 25%, 可以通过目前比较可靠和先进的技术改造, 将漏风率降低到5% ~ 7%, 从而显著地提高锅炉机组的效率, 节省风机等设备厂用电,达到降低机组煤耗的目的。目前比较成熟的空气预热器改造是增加双道密封, 使空气预热器改造后漏风率降低到5%~ 8%左右, 如果之前空气预热器漏风达到15% ,那么通过空气预热器改造就可以降低煤耗1.4g/kWh左右,并且风机等设备还因为漏风减少降低了厂用电耗。

3)降低锅炉汽水阻力

􀀁 锅炉汽水阻力在锅炉设计时就已经确定, 在通常运行中一般都能满足当初设计要求, 但是随着超临界机组直流锅炉的大量投产发电, 锅炉汽水阻力降会在运行中有所增加。主要是水冷壁系统。国外有资料报道, 由于直流锅炉没有排污

系统,所以水冷壁结垢后会增加汽水阻力。据计算,600 MW 机组锅炉汽水阻力降每上升0.1 MPa,给水泵功率上升63 kW。直流锅炉水冷壁阻力降会以0. 4~ 0. 5 MPa/ 年的速度增加。每个大修周期内都要进行酸洗, 现在采用给水加氧水处理技术后情况有所好转。

总结

综上所述，锅炉燃烧运行优化已成为提高经济性、安全性、环保性能和机组利用率的关键技术之一，而影响锅炉安全、经济、环保运行的因素错综复杂，涉及到炉内燃烧过程的优化调整，炉内结渣、积灰、腐蚀、磨损等过程，以及烟气温度与偏差、汽温偏差，制粉系统及其他辅助系统的安全经济运行等，同时煤质的掺配技术及低污染运行技术也与此密切相关，随着煤炭资源的收缩和煤炭原料价格的日益递增, 电力行业的竞争日趋激烈,燃煤火力发电利润在直线快速下降, 提高火力发电厂锅炉经济运行水平和综合竞争力是各个发电集团的面临的重要课题。锅炉运行过程中的优化调整对提高运行管理水平, 降低机组供电煤耗,具有十分重要的意义。

参考文献：

[1]冯俊凯.锅炉原理及计算的研究[J].科学杂志，2009（11）. [2]周正兴.锅炉燃烧系统仿真研究[J].电力期刊，2010（8）. [3]赵景波.火电厂锅炉燃烧研究[J].工业仪器与自动化装置，2011（3）.