(湖北襄阳发电有限公司湖北省襄阳市441141)
摘要：文章以本公司炉内三维温度场在线监测及燃烧优化控制改造技术为例，介绍此改造技术的研究背景，分析此技术的主要创新点和此技术在电厂中的应用效益分析，以供参考。
关键词：炉内三维温度场；在线检测；燃烧优化控制
1引言
在火电三大主机中，锅炉不仅故障率最高，而且是污染排放的主要根源，如何进一步提高燃煤电站锅炉的效率就变得至关重要。实现燃煤电站锅炉燃烧优化运行的前提之一是在线实时监测炉内三维燃烧工况，这是国内外火力发电行业一直未能突破的难点和关键技术，制约了电站锅炉效率及运行水平的进一步提高。炉内三维温度场在线监测及燃烧优化技术能够适应煤质多变的燃烧特性，对各种炉型均具有较好的通用性。还能够推广应用到集团公司相关火力发电机组，并对国内其它四大发电集团燃煤机组燃烧优化提供借鉴意义。
2在线检测及燃烧优化控制改造技术研究背景
燃煤电站锅炉炉内燃烧是大空间内发生的高温、非均匀、带剧烈化学反应的复杂气固多相流动过程，而炉内的热辐射传输过程又与燃烧过程及炉内温度场分布强烈耦合。国内火电厂燃用的煤质较差且波动大、灰分大，现有的燃烧温度检测手段，如热电偶、红外高温计及热像仪等，均不能实现炉内火焰辐射率（黑度）及燃烧温度场的在线测量。由于煤粉在炉内的燃烧状况目前尚无法实时监测，也无法给出变煤种情况下的燃烧经济性调整指导，火电机组安全性、经济性的提高受到制约。炉膛内典型区域的燃烧实时监测技术尚不成熟。当锅炉炉膛一定区域的燃烧过程中出现偏离优化工况时，依靠现有的燃烧监测技术，并不能进行有效的识别，无法采取相应的燃烧调整和控制措施加以克服，易导致水冷壁结焦、爆管，过热器积灰和超温等降低经济性的运行故障和事故。目前火电机组协调控制策略基本是仅考虑锅炉出口、汽机进口蒸汽携带的能量和机组发电负荷需求之间的平衡，没有充分考虑燃烧过程放热和通过传热将其传递给汽水系统这些能量转换的初级阶段，导致机组负荷控制水平很难进一步提高。由于通过炉管的热传导过程动态时间较长，锅炉必然存在调节滞后的特性。当燃料品质或者燃料输送系统局部发生变化时，首先反应在炉膛火焰温度和燃烧过程释放的能量水平的变化。常规的锅炉燃烧控制系统中，没有充分考虑燃烧过程放热的能量转换的初级阶段，没有有效的办法对燃烧过程进行直接闭环优化控制，锅炉及机组运行经济性的提高受到制约。
3在线检测及燃烧优化控制改造技术的主要科技创新点分析
3.1煤粉火焰温度、颗粒黑度和辐射能在线检测技术
本项技术要求从炉内获取的火焰彩色图像中利用比色法检测火焰温度，并从火焰单色绝对辐射强度中计算煤粉火焰颗粒黑度。进一步根据火焰温度和黑度计算火焰辐射能。火焰温度、黑度和辐射能检测技术为燃烧过程检测和诊断提供了简易途径。
3.2炉内三维温度场在线检测技术
本项技术采用一种修正的Tikhonov正则化炉内温度场重建方法，该方法的实质是将充分搅拌条件下的炉内三维温度空间分布具有的平滑特性引入到重建算法中，在较大的测量误差下，仍能很好地一次重建出炉膛三维温度分布。要求技术指标达到：炉内三维温度场检测处理的刷新时间在2-5秒之内，三维温度场可视化系统检测温度与抽气水冷热电偶检测结果相比的误差在5%之内，满足在线工业监测的要求。
3.3基于辐射能信号的高效低污染燃烧优化控制技术
本项技术要求将炉内辐射能信号代替（或部分代替）机组原来的热量信号反馈，进行燃料和锅炉负荷控制。通过对辐射能信号的寻优，在线搜寻匹配于燃料量的最佳风量和烟气含氧量。同时，在达到相当的锅炉效率前提下，还可控制相对较小的风量，以降低氮氧化物排放，实现炉内燃烧精确化优化控制。
3.4对系统优化的创新
优化系统通过反馈控制手段实现锅炉燃烧优化控制。燃烧优化调整控制系统从DCS获取机组的实时数据，并通过对锅炉系统的控制实现锅炉优化。优化系统安全、可靠、先进。系统利用火焰探测器获得的炉膛辐射能信号，将其引入控制系统，加上机组实时运行参数分析，参与配风和主汽压的控制，显著改善锅炉的燃烧调整和运行品质。优化系统实现闭环自动控制。优化系统易于组态、易于使用、易于维护。优化系统应具有数据验证和相应功能，完善的自诊断功能和采取有效措施，具有高度的可靠性。优化系统提供故障报警信号，发生故障时自动切除控制环节，不影响DCS的正常工作和锅炉安全运行。优化系统应采取有效的防护措施，能够防止各类计算机病毒的侵害、人为的破坏。优化系统应能够达到锅炉系统全面优化的效果。采用供电煤耗指标作为评价依据来考核优化系统的效果。优化系统应能实时显示炉膛内不同截面温度分布情况、火焰中心位置及温度、燃烧器区域温度、壁面热流分布情况等；优化系统监测数据应能够实时显示输出，同时在服务器硬盘上存储备份，以便事故追忆和锅炉燃烧优化分析。优化系统应结合工艺系统和机组特点进行设计，是专用于本工程的锅炉系统性能优化项目。优化系统对锅炉煤质的变化具有±30%的适应性，即能够适应煤质主要指标在30％以内的变化。
3.5其他创新点
在温度场的基础上获得锅炉的辐射能信号作为炉内燃烧负荷，并将燃耗负荷检测用于襄阳电厂330MW机组的锅炉燃料控制；运用新的风、煤、水独立解耦的方法对锅炉的风、煤、水予以跟随负荷指令的精确前馈控制，提高锅炉控制水平；挖掘历史运行数据建立优化模型，对锅炉总风量和全部小风门进行在线闭环优化调节，使锅炉运行处于最优状态。
4在线检测及燃烧优化控制改造技术在电厂的应用效益分析
自2015年12月在襄阳电厂一号机组实施炉内三维温度场在线检测及燃烧优化控制改造项目。一是实现了炉内三维温度场在线检测及燃烧诊断：通过从炉膛中获取燃烧火焰辐射图像信息，在线监测炉膛三维燃烧温度场、火焰中心及其分布、易结渣部位温度水平、炉膛水冷壁辐射热流分布、炉膛容积热负荷、断面热负荷分布，提供反映炉内燃烧工况的实时信息，及时诊断、调整燃烧工况；二是基于辐射能信号的高效低污染锅炉燃烧优化控制：将在线检测的辐射能信作为炉内燃烧率的反馈信号，加入机组负荷控制回路，调整锅炉燃料量，消除燃料侧扰动，快速响应和稳定锅炉出力和蒸汽流量，稳定蒸汽压力和温度；三是实现了送风机投自动并引入辐射能信号进行风量优化控制，优化锅炉风煤比，避免大幅度负荷调整、燃烧工况剧烈变化，提高锅炉热效率。
5结语
炉内三维温度场在线检测及燃烧优化控制技术，采用先进的温度场在线检测及燃烧诊断、控制技术，通过湖北华电襄阳发电有限公司330MW机组的应用实践和改造后运行数据对比分析，证明该技术对解决燃烧调整响应不及时、燃烧工况及蒸汽参数波动大，降低煤耗和氮氧化物具有显著的效果，对同类燃煤机组燃烧优化提供借鉴意义。
参考文献：
[1]王然.炉膛三维温度场声学测量及其在燃烧优化中的应用研究[D].华北电力大学,2015.