浅谈发电厂热动系统运行优化管理

国家能源集团宿迁发电有限公司 马士松 高红雨 韩 翔 国能智深控制技术有限公司 杜 伟 王沛沛

1 发电厂热动系统运行优化管理意义

1.1 有利于降低环境污染

当前，我国经济发展迅速，但同时能源消耗也较大，尤其是对于发电厂来说，不仅能耗较大，而且在运行和生产过程中会产生大量的有毒有害物质，这些物质排放到生态环境中会造成严重的环境污染，破坏生态系统平衡的同时，也威胁到人类的生存。对于发电厂而言，热动系统的能耗普遍较大，通过对热动系统进行运行优化管理，使其在确保稳定运行的基础上最大限度降低能耗[1]。

1.2 有利于减少成本投入

在社会生产过程中，行业发展普遍所使用的能源包括石油、煤炭以及天然气等，这些都属于不可再生能源，所以在实际生产当中虽然带来了良好的经济效益，但是也面临着资源枯竭的严重威胁。在此背景下，不可再生能源的市场价格一直处于上涨趋势，因此生产企业的成本投入不断增加，这就导致自身生产经营获取的经济效益较低。在发电厂正常的运行和生产过程中，通过对热动系统进行优化和改良，一方面可以实现系统节能降耗的理想效果，另一方面也能有效较少发电厂方面的成本投入，提升自身的经济效益，最终确保发电厂稳定有效发展和经营[2-3]。

1.3 有利于实现技术升级

为了达到良好的节能降耗效果，在实际对发电厂热动系统进行优化和改进过程中，需要运用到一系列的技术手段，对系统实施有效的改造和升级。通过运用相关的技术工艺，一方面可以达到降低能耗的作用效果，另一方面也能凭借先进技术提升热动系统的运行效率。在实际的运行优化过程中，需要利用相关的技术获取全面的数据信息，结合热动系统的实际状态，进行有针对性的改造和优化，如此一来不仅可以满足热动系统的运行发展需求，同时也实现了技术层面的升级和改进，为促进发电厂自身的健康有序发展奠定了坚实的技术基础。

2 发电厂热动系统运行优化管理

2.1 燃煤锅炉运行参数检测

发电厂燃煤锅炉作为典型的热动系统，其节能效果的显著与否对于电厂运行管理质效影响较大。因此，在燃煤锅炉系统运行过程中，相关的运行管理人员要定期检查锅炉系统的各项参数指标，然后结合实际情况进行运行方式优化或者系统运行优化设计及改造[4]。通常而言，负责电厂燃煤锅炉运行管理的人员大都需要进行专业化培训，在日常运行管理中，要格外注意锅炉燃烧的各项节能性指标。在对燃煤锅炉进行运行状况检查中，需要工作人员结合先进的技术手段，然后对锅炉运行时的热损耗进行检测和计算。锅炉热损失会影响到锅炉效率，锅炉热损失主要包括排烟热损失、气体不完全燃烧热损失、固体不完全燃烧热损失、锅炉散热损失、灰渣物理热损失及其他热损失。热损失计算如公式（1）所示：

其中排烟热损失用q2表示、气体不完全燃烧热损失用q3表示、固体不完全燃烧热损失用q4表示、锅炉散热损失用q5表示、灰渣物理热损失用q6表示、其他热损失用q7表示。

在锅炉所有的热损失中，排烟热损失是锅炉排烟温度越高，燃料中愈多的热量被烟气带走并散失在大气中，进而造成锅炉排烟热损失。结合锅炉热工性能试验规程及锅炉设计计算，燃煤锅炉的排烟热损失计算如公式2所示：

在上述公式中，m 代表的是计算系数，ap代表的是空预器出口过量空气系数；tp代表的是排烟温度；t1代表的是空预器入口冷空气温度。

由上述公式（2）可知，电厂燃煤锅炉热损耗问题的影响因素大致包括以下三方面，即ap、tp、t1，所以实际的锅炉运行参数检测应侧重于以下几个方面：第一，漏风率。一般而言，电厂燃煤锅炉使用的是负压燃烧的方式，当锅炉观察孔和烟道孔等位置的漏风率增加时，锅炉排烟量随之增加，这将导致排烟热损失增大，因而在锅炉运行参数检查中要重点进行漏风率的检测。第二，排烟温度。排烟温度是衡量燃煤锅炉设计指标及锅炉性能的重要指标。在实际运行过程中，运行管理人员的不规范操作会导致排烟温度升高，影响锅炉热效率，进而造成较大的热损耗。通常来说，电厂燃煤热水锅炉温度处于150℃，而燃煤蒸汽锅炉的温度处于200℃，当排烟温度比较高的情况下，会直接导致锅炉运行效率降低，详细见表1所示。第三，空预器进口空气温度。当空预器进口空气温度明显高于设计数值时，会导致空气预热器传热温差大幅度降低，从而影响传热效率，导致排烟温度上升。

表1 不同条件下锅炉排烟热损失率

2.2 燃煤锅炉优化改造

本文重点针对燃煤锅炉的排烟热损失问题进行分析，并设计了一种节能改造方案。改造方案的关键技术包括：湍流循环燃烧炉芯板技术和燃煤锅炉自动监测控制技术。这项关键技术主要是通过控制过量空气系数，降低排烟热损失，同时增强炉膛内烟气扰动，从而使得风煤充分混合，以确保煤粉充分燃烧，进而降低固体不完全燃烧热损失[5-6]。

2.2.1 湍流循环燃烧炉芯板技术

通过在燃煤锅炉炉膛的两侧设置带有气孔的专用炉芯板，在该炉芯板的作用下促使形成横向烟气气流组织，增大炉膛内的烟气扰流，进而增强烟气换热效果。与此同时，在燃煤锅炉的引风机出口位置处设置一个烟气管道，用以连接炉膛内炉芯板的下端，形成烟气循环系统。锅炉尾部烟气经管道进入炉芯板下端，在炉膛负压作用下进入燃烧室，在湍流扰动的影响下，二次循环的烟气射流不断卷吸火焰上方的可燃气体，增强炉膛内的燃烧反应，促进可燃物在燃烧区域得到充分燃烧，放出更多的热能，进而提升锅炉燃烧效率。

2.2.2 锅炉燃烧自动监测控制技术

考虑到排烟热损失在各项热损失中占比较高，同时为确保煤粉在炉膛内部的燃烧效率，本文设计了一种自动监测控制系统，其可以对燃煤锅炉内部燃烧状况进行监测和控制，同时还可以结合风煤比在线寻优，确保燃煤锅炉一直处于最佳的运行状况，最大限度降低排烟热损失问题。风煤比在线寻优策略是通过对送风摄动信号的响应来判别当前数值是否合理，进而搜索最佳风煤比。即在稳定运行时，施以适当的送风摄动信号，若炉膛的烟温升高，表明新的风煤比要比原来的好；否则再施加反向的摄动信号；若两个方向都没有取得更好的指标，则表明当前的风煤比是最佳的，该策略对负荷及煤种等条件的变化具有自适应性，该种控制原理如图1所示。

图1 锅炉控制系统原理

2.3 优化改进结果分析

在开展实验分析之前，选取参数已知的某660MW 机组锅炉作为热动系统原型。在明确热动系统相关参数的基础上，按上述要求对系统硬件和软件进行优化设计，并且构建与之对应的实验环境。对比改造前后燃煤锅炉热动系统的节能情况，其中改造后系统节煤率达到1%、节电率达到0.5%，详细情况如表2所示。

表2 燃煤锅炉优化前后的能耗对比

由表2可知，以660MW 超超临界锅炉为对象，发电厂燃煤锅炉热动系统在优化改进后，年节煤量可达17893.1t，按900元/t 的价格计算，年燃煤成本可节省1610万元；厂用电年节电量可达437671 kWh，按0.39元/kWh 的价格计算，年节省电费可达17.1万元，本次改造年节省费用合计可达1627.1万元。同时，改造后烟尘和二氧化硫的排放量降低超过15%，说明本次改造同时具有环保效益，可以起到良好的环境保护作用效果。

3 发电厂热动系统运行优化管理对策

3.1 树立正确的运行生产理念

第一，转变工作人员思想观念，将节能减排、可持续发展等理念灌输给员工，让运行人员在日常工作中以此为基准开展作业；第二，在日常的培训与教育工作中，将节能减排等理念融入其中，例如通过规范对系统的操作以及运行管理，达到降低能耗的效果；第三，通过规范人员对于系统的操作，一方面可以降低系统的能源消耗，另一方面也可以减少安全事故的发生，确保工作人员自身的生命安全；第四，建立完善的人员薪资待遇体系，将日常工作情况与薪资待遇相挂钩，调动工作人员工作的积极性和主动性，为发电厂创造更高的经济效益。

3.2 全面检查热动系统、严守规范流程

在热工系统启动之前，需要对锅炉机组做到全面检查，操作人员必须重视。针对不同关键环节进行精细化控制，包括设备、人员和安全。针对各个系统也要做到精细化控制，主要包括给水、减温水、疏放水等过程。在实施具体检查运行时，如给料情况和温度在引风机启动后的控制情况、为提升燃料利用效率而根据燃烧情况及温度变化情况控制二次风机的开启，上述过程均需要严格按照相关规范及流程。

3.3 建立健全系统应急管理机制

由于发电厂热动系统运行管理过程中涉及多方面内容，实际当中要想达到节能优化的实质性效果，必须要建立健全完善的应急管理机制，详细体现如下：

第一，结合发电厂实际运行情况进行机制的制定，确保符合发电厂运行管理实际需求。

第二，针对于发电厂热动锅炉紧急停炉问题，要执行停止进料、送风机以及关闭进风挡板等动作，此时如果热动锅炉在较短的时间内恢复正常运行，此时需要保持炉膛和烟道温度符合标准，同时降低通风过程中造成的热损失，在重新启动装置过程中要进行吹扫操作，并且在温炉的基础上实施启动处理；而如果实际当中面临长时间的停炉情况，为了确保热动锅炉装置实现节能优化效果，必须要严格按照规定的流程和要求对承压部件进行防水处理，同时还需要保持汽水系统足够干燥，一般可以向系统内通入适量的氮气，保持系统干燥的同时，也能起到维持设备安全运行的实质性目的。

第三，对于发电厂热动锅炉运行过程中可能存在的其他风险隐患，要结合大数据平台及相关软件进行识别、预测，然后制定行之有效的防范措施，确保后续出现问题可以及时消除隐患，提升热动锅炉系统运行的稳定性和可靠性。

综上所述，本文设计一种基于节能降耗理念的发电厂热动系统，从硬件和软件两个层面进行系统优化设计，通过仿真实验分析，最终证明该系统可以发挥出理想的节能降耗效果。为了达到理想的运行优化效果，本文针对于发电厂热动系统运行中存在的问题，制定了几点优化管理对策，包括树立正确的运行生产管理理念、全面检查热动系统且规范流程、建立健全系统应急管理机制等，实现发电厂热动系统优化管理的同时，也为热动系统节能降耗效果的充分发挥奠定坚实基础。