火力发电厂燃烧系统初步设计中的安全性探讨

火力发电厂燃烧系统初步设计中的安全性探讨【摘要】火力发电厂机组运行的安全性和经济效益主要取决于锅炉是否能够正常的安全的运转，而锅炉是否能够正常安全运转在很大程度上又取决于锅炉燃烧系统的安全性。传统的自动控制理论在运行条件下遇到了很多的难题，本文充分考虑了燃烧过程三个被调量的调节存在的相互影响，风煤比能够在静态和动态过程中保持一致；送、引风控制系统在逻辑控制系统的配合下运行的平稳性和安全性提高，炉膛负压波动减小，满足了运行的要求。【关键词】火力发电厂，燃烧系统，安全性火力发电厂机组运行的安全性和经济效益主要取决于锅炉是否能够正常的安全的运转，而锅炉是否能够正常安全运转在很大程度上又取决于锅炉燃烧系统的安全性。为了探讨火力发电厂燃烧系统初步设计中的安全性，笔者结合燃煤锅炉运行的实际情况，在燃煤锅炉自动控制原理的基础上对火电厂发电燃煤锅炉的运行状态进行了分析，现报道如下：1燃烧系统发展概述锅炉的燃烧控制系统制作的主要目的是实现了锅炉在燃烧过程中能够安全经济平稳运行，随着计算机信息的发展和通信技术的进步，自动控制理论为锅炉的燃烧控制系统实现了高度的智能化和一体化。在信息管理过程与控制集成化过程中，总线控制系统和智能仪表控制系统融入了锅炉的燃烧控制，在锅炉自动燃烧控制过程中发挥着重要的作用，而现代控制理论与智能控制理论作为自动控制的发展现今阶段，在锅炉的燃烧控制方面得到了十分具体的体现。传统的自动控制理论在运行条件下遇到了很多的难题，分析主要原因可概括为如下几点：一是传统的控制理论针对的数学模型都是十分精确的，而与实际的燃烧系统不相融洽，这些精确地以数学模型为基础的传统燃烧理论具有很大的不确定性和不安全性，与现实的系统就有较大的差距，二是传统的控制理论提出时，必须以很多苛刻的假设为前提，而这些假设往往与现实情况不相符合，三是对于实际情况中某些复杂的和不确定的控制因素，根本无法用传统的数学模型来进行精确的描述，四是传统的控制理论不但大大增加了锅炉燃烧设备的投资，又大大降低了燃烧系统的可靠性，降低了燃烧系统的安全性，随着人们对火力发电厂燃烧高度自动化的要求，传统的经典的自动控制理论已经越来越不能满足人们的要求。2燃烧锅炉工作的过程与工作原理炉膛既是燃烧空间，又是锅炉的换热部件，因此它的结构必须能保证燃料的完全燃烧，又能使烟气到达炉膛出口时已被冷却到受热面不结渣的温度。为此，炉膛应满足以下要求：一是应具有足够的空间和合理的形状，以便组织燃烧，减小不完全燃烧热损失。二是要有合理的米内温度场和良好的炉内空气动力特性，不仅能够保证燃料在炉内稳定着火和完全燃烧，又能够避免火焰冲击炉墙，防止炉膛水冷壁结渣。三是应能布置足够的受热面，将炉膛出口烟温降到允许的数值，以保证炉膛出口及其后面的受热面不结渣。燃烧锅炉工作过程包括以下四个步骤：原煤破碎——原煤干燥与磨制煤粉——输送煤粉——组织燃烧；空气加热——燃料燃烧配风；锅炉给水由省煤器受热面加热升温——由蒸发受热面（水冷壁）吸热将给水转变为汽水混合物，或直接转变为蒸汽——由过热器受热面讲蒸汽进一步加热达到过热状态；排渣、清灰、除灰、烟气排放。具体工作原理如下图：3火力发电厂燃烧系统初步设计中的安全性火力发电厂燃烧系统初步设计中的安全性问题应该从以下几个方面进行考虑：一是炉膛压力控制系统，二是3.1炉膛压力控制系统的安全性在锅炉正常运行过程中，为了维持炉膛内的正常压力，必须对引风量进行相应地调节，如果燃烧锅炉内压力高于正常范围，这可能会导致高温的烟气以及炉膛里的火焰向外泄露，影响锅炉的安全运行，与此同时，如果燃烧室炉膛内的压力过大，燃烧锅炉炉膛内的引风风量将会大大增加，甚至会因为燃烧不完，产生有毒气体，因此炉膛的压力必须控制在一定的范围之内。炉膛压力调节系统具体工作原理如下图2：Δ∫TRACK∑K4443PTCT&&&&≥1≥1COUTCOUTZTƒ(x)A↕IIIIA440189192191188190223AIN×T41247Δ∫TRACK∑PTCT&&&&≥1≥1COUTCOUTZTƒ(x)A↕II194197196193195224AIN42×T248AAAMCS-FD06-01MCS-FD06-01MCS-FD06-01MCS-FD06-01MCS-FD06-01MCS-FD06-01MCS-LD06-02MCS-LD06-05MCS-LD06-02MCS-LD06-03MCS-LD06-03MCS-LD06-03MCS-LD06-03MCS-LD06-03MCS-LD06-03MCS-LD06-05A引风机入口调节挡板B引风机入口调节挡板3.2烟气含氧量调节及偏差限制系统的安全性发电厂锅炉燃烧控制的最根本的要求就是要保证炉膛内的燃料在燃烧的过程中具有高度的警惕性和平稳性，在炉膛内燃烧处于稳态状态是应该根据的乳糖主控的质量，对于燃料的数量以及氧气的含量进行协调给予，保持最佳的空气与燃料的配比和最佳的烟气含氧量，电厂所需风机种类很多。诸如锅炉鼓引风机、一次空气风机、排尘风机、烟气再循环风机、脱硫风机及密封风机等等。这些风机对电厂核定经济运行均有其重要作用。但这几种风机中脱硫风机目前尚未摆在日程上，而烟气再循环风机、排粉风机、密封风机由其工作性质所决定都采用离心式已无需讨论，但锅炉鼓引风机及一次空气风机则常有不同见解和配套方式。引风机，其作用是及时排出燃料在锅炉炉膛内燃烧时所生成的烟气；一次风机，其作用是将磨制好的煤粉排送至炉膛。在炉膛内燃烧的动态过程中，要保证增负荷时先增风后增燃料，减负荷时先送减燃料后减风，达到空气/燃料交叉限制的目的。烟气中最佳含氧量与机组的负荷之间存在如图：ATATATAT2632AINAINAINAIN±ƒ(x)331ATIIII144H/LΔH/LΔ333333333333161718192021∑/4K∫TRACKΔ142141140139143K∫TRACKΔX%100%第一级压力氧量设定值MCS-FD04-01氧量校正MCS-LD04-05(DEC)(INC)MCS-FD07-02第一级压力烟气含氧量MCS-FD04-01MCS-FD02-03总风量总燃料量MCS-LD04-05MCS-LD04-05MCS-LD04-05MCS-LD04-05(DEC)(INC)MCS-LD04-05MCS-FD02-04MCS-FD02-04MCS-FD02-04MCS-FD02-04MCS-FD02-05MCS-FD02-05MCS-FD02-04MCS-FD02-04MCS-FD02-04MCS-FD02-05给煤机转速指令MCS-FD02-05MCS-FD02-053总结以直吹式制粉锅炉为例对锅炉燃烧控制系统结构和运行原理进行分析，设计出原理正确、考虑较为周全的大型机组燃烧过程控制系统。分析设计的1000MW锅炉燃烧控制系统具有普遍通用性。充分考虑了燃烧过程三个被调量的调节存在的相互影响，风煤比能够在静态和动态过程中保持一致；送、引风控制系统在逻辑控制系统的配合下运行的平稳性和安全性提高，炉膛负压波动减小，满足了运行的要求；在机组负荷不变时，锅炉燃烧稳定，各被调参数动态偏差显著减少，实现了锅炉的优化燃烧。炉膛压力，在稳定工况下，为防止引风机入口调节挡板频繁动作，有利于机组安全运行。传统的调节方案采用惯性组件来滤波，其缺点是增加了炉膛压力测量值的反应时间，使调节灵敏度降低本方案采用死区模块来改善调节性能。参考文献[1]于景旭,姚恩,王宝贵等.掺烧非设计煤种优化燃烧调节方式提高炉效的方法研究[C].//全国火电300MW级机组能效对标及竞赛第四十一届年会论文集.2012:153-158.[2]蒋宏利,丁海波,魏铜生等.切圆燃烧锅炉低负荷NOx生成浓度偏高的原因及措施[J].中国电力,2014,47(12):13-16.DOI:10.3969/j.issn.1004-9649.2014.12.003.[3]唐浩.关于300MW火力发电机组锅炉的燃烧和调整的探究[J].三角洲,2014,(8):143-144.DOI:10.3969/j.issn.1003-9643.2014.08.089.[4]付忠广,卢可,周扬等.氮气稀释富氢合成气高压燃烧特性数值模拟[J].热力发电,2014,(11):19-23.DOI:10.3969/j.issn.1002-3364.2014.11.019.[5]雷霖,段学农,汪华剑等.W型火焰锅炉二次风改造对燃烧影响的试验研究[J].热能动力工程,2009,24(6):770-772.