鹿庆 王光燕
（山东华能莱芜热电有限公司 山东莱芜 271100）
摘要：本文主要介绍通过在电站锅炉侧加装一套在线分析炉膛声波温度场测量系统来实现进入炉膛的二次风量和燃尽风量的DCS系统实时在线调整，优化炉膛区域的燃烧状态，同时温度场测量系统的实时监测数据可提供给DCS系统直接应用于锅炉调整和燃烧器的闭环控制回路，从而改善燃烧过程，提高锅炉效率。
关键词：锅炉温度场；燃烧调整；DCS优化；闭环控制；
引言
现代大型火电厂的燃煤锅炉中由于燃烧调整与煤质等原因经常会出现炉膛火焰和温度场中心的偏移而引起炉内温度场不均匀，造成燃烧效率降低，甚至引起炉膛灭火、炉膛爆炸、二次燃烧等运行事故。现有的控制系统和监测手段无法达到兼顾经济及排放的理想燃烧状态。同时，随着炉膛火焰温度监测技术的日臻成熟，温度场的优化反而显得更加重要。本文主要介绍BOILERWATCH声波气体温度测量系统在33MW电站锅炉中的应用及基于此系统的燃烧优化闭环控制的实现方法。
1 系统配置
BOILERWATCH声波气体温度测量系统由BOILERWATCH MMP-Ⅱ型DPU控制器、声波传感器、声波发射接收器、前置放大器、TMSIS 3500硬件处理器、TMS-2000系统管理程序等部分组成。配置图如图1：
图2 声波传播路径图
2 工艺流程
（1）在锅炉炉膛被测面标高38.5米处安装8个声波传感器, 这样在整个测量平面内共形成24条声波传播路径。系统运行后，按设定的程序, 在一个检测周期内顺序启闭各个声波发射接收器, 信号经放大器进入DPU处理后得到每条路径声波传播时间。路径图如下图2所示：
（2）DPU将每个路径温度信息通过RS-422端口传输到TMSIS-4000电脑端，由TMS-2000为运行人员提供温度场等温线图、路径图、炉管泄露图、区块图以及时间趋势图等直观化的信息。运行人员根据TMS-2000提供的实时精确的炉膛温度信息，合理调整，使炉内长期稳定地保持在接近于平衡燃烧的状态。
（3）通过采集锅炉燃烧区上部16个区域的平均温度输入DCS系统，与DCS的机组运行的各类数据，例如负荷、主汽压、主汽温、送/引风机的调节挡板开度、一次风量、二次风量、氧量、辅助风挡板和燃尽风挡板开度等几十个主要参数进行综合分析，输出偏置指令，实时改变四角中辅助二次风门挡板开度，调整锅炉平衡燃烧，来使火焰中心居中和分布更均匀，使燃烧保持在最佳状态。
3 DCS燃烧优化逻辑
将炉内温度场组织为一个均匀、平衡并且运行在一个合适的温度是锅炉安全、经济和环保运行的必要条件，但由于影响炉内温度场的因素众多，就运行可控因素来讲主要有五个方面：运行氧量、制粉系统的组合投运方式、吹灰频次、SOFA的风量和燃烧器摆角等。因此燃烧优化闭环控制思路为首先通过调节二次风门(包括辅助风和燃尽风)将炉膛出口烟温调节均匀，然后根据锅炉的现场实际情况，进行以上五个方面的调节，使锅炉运行在环保和经济性最好的状态，并且实时调整。总体上说整个逻辑控制分为三部分：炉内温度场均衡逻辑；运行氧量的优化；NOx的优化。
（1）炉内温度场均衡逻辑
对炉内四个角的温度值进行比较，选出最大值和最小值，如果TMSmax-TMSmin<=70℃，不要进行调整，如果TMSmax-TMSmin〉70℃，则需要进行调整。
均匀性调整的整体步序为以步长为2%进行调整，调整一次稳定1分钟，再进行最大最小值比较，当调整到每层切换时，稳定3分钟并进行最大最小值比较，首先进行SOFA4/3，然后SOFA2/1，然后OFA2和OFA1的调整，然后再从上至下的调整其他各层辅助风。
（2）运行氧量的优化
运行氧量是运行人员最为常用的调整手段，而且运行氧量对锅炉经济性和排放特性较为敏感，在基础负荷/煤质下，根据现场辅机的运行状态，进行5-8个试验调整工况，使之能全面反应运行氧量、炉膛出口烟温、锅炉热效率和NOx的排放的关系。将运行氧量与优化氧量比较，如果运行氧量大于优化氧量，则将运行氧量调低至优化氧量；反之亦然。
（3）NOx的优化
燃烧器的上下摆动会影响火焰中心的位置，直接影响炉膛出口烟温，同时对蒸汽温度和排烟温度业产生影响，锅炉的经济性和NOx排放特性也产生变化。燃烧器的摆动分为两部分，主燃烧器的摆动和SOFA燃烧器的摆动。根据以往经验，燃烧器摆角的变化对炉膛出口温度影响较为敏感，因此在测试时分别针对主燃烧器摆角和SOFA燃烧器摆角的变化对炉膛出口烟温，锅炉热效率和NOx排放特性的影响进行全面测试，其中主燃烧器摆角变化5个工况，SOFA燃烧器摆角变化5个工况。
SOFA布置在锅炉燃烧器区域最上层，OFA风量的大小对炉膛出口烟温和NOx的排放影响十分明显，对锅炉效率的影响则是通过排烟温度和飞灰含碳量产生，在参考低NOx燃烧设计说明书的基础上将进行4-6个试验工况得出SOFA风量与锅炉效率、NOx排放浓度的关系。
NOx优化可以不依赖于氧量优化单独投入。投入后以步长为2%的速度关四层SOFA，每关2%则进行NOx的判断，当NOx浓度大于280mg/m3时停止关闭；当Nox优化切除时，所有的偏差将被取消。NOx的优化逻辑优于氧量的优化逻辑。
4 系统功能及作用
（1）炉膛出口温度监控及温度数据处理
通过监控温度可以判断火焰中心偏离度，监控锅炉燃烧劣化，监控排放劣化，防止出口温度过高导致过热器结焦和管壁超温；防止启动时出口温度升高太快和烧坏处于无蒸汽流过的再热器管（干烧）；监控出口温度判别水冷壁吸热情况优化吹灰控制。
（2）矫正燃烧不均衡
通过系统监控及时发现和矫正两侧烟温、汽温的偏差，防止烟气偏向一侧导致该侧水冷壁磨损、结焦，防止燃烧偏斜导致汽包水位两侧严重偏差，发生重大事故；防止局部过热而流渣。
（3）提高燃烧效率
通过系统分析及逻辑优化可以优化风煤比，将过量空气系数降低至合理范围内；均衡各侧（角）燃烧器的风量分配，满足经济需求的二次风量控制；控制火焰中心高度，使煤粉在炉膛内充分燃尽，又确保合理热量分配；为优化燃烧控制系统提供更直接判据，使优化系统更具可操作性；降低污染物排放；防止出现局部火焰过热，降低NOX生成；对于配置有脱硝装置的锅炉，由于烟气中NOX含量降低，可大大降低脱硝装置运行费用。
5 小结
BOILERWATCH声波气体温度测量系统在33MW电厂锅炉的现场实际应用效果良好。通过不断监控炉膛燃烧工况变化，有效的调整了锅炉燃烧不均衡状况。同时系统根据经济燃烧优化的需求，自动调整二次风量，使锅炉烟气含氧量及飞灰含碳量在合理值，提高了锅炉效率，避免超温爆管，降低发电煤耗和排放物浓度，不论是在经济效益上，还是社会效益上都有着积极意义。
参考文献
[1]焦平义.锅炉温度场优化DCS闭环控制 工程技术2015(39):198-198
[2]付海凤. 650MW锅炉温度场的数值模拟及温度自动控制研究[D].山东科技大学, 2013.
作者简介：
鹿庆（1984-），男，汉族，山东莱芜人 山东华能莱芜热电有限公司 中级工程师。
王光燕（1984-），女，汉族，山东济南人 山东华能莱芜热电有限公司 中级工程师。
论文作者:鹿庆,王光燕
论文发表刊物:《电力设备》2016年第9期
论文发表时间:2016/6/30
标签：炉膛论文; 锅炉论文; 温度论文; 声波论文; 风量论文; 氧量论文; 系统论文; 《电力设备》2016年第9期论文;