王家新
摘要：电站锅炉的在线监测系统与安全与经济优化运行相关简单介绍两种具有节能技术的电站锅炉在线监侧系统。
关键词：节能；在线监测；电站锅炉
中图分类号：TK31文献标识码：A文章编号：1004一7948(2006)12一0024一02
1引言
发电企业既是能源转换企业，又是能源消耗大户。我国火力发电厂年用煤占全国煤炭产量的50%。因此电站燃煤锅炉的节能工作既特别重要又非常繁重，涉及的领域点多面广
随着计算机技术的快速发展，大部分火力发电厂都安装了计算机监测系统，其中新投产的发电机组基本配备机组分散式数据采集及控制系统(DCS)，对提高发电厂设备的安全性、经济性发挥了重要作用，并大大提高设备的自动化程度，降低运行入员的劳动强度DCS具有在线监测装置的数据采集与控制功能，即对主要参数进行监视、记录、报警；而且能够实现性能指标计算、报表自动制作、事故追忆、趋势图显示分析等功能。另外随着提高设备技术水平和效益的各种在线监测系统得到推广应用，实现了设备在线效率、节能、运行优化、最佳运行方式等系统功能。下面仅就电站锅炉的两种监测节能技术进行探讨。
2火力发电厂系统在线优化技术在电站锅炉的节能应用
由于火力发电厂燃煤锅炉在设计方面偏差，煤种多变，设备老化，运行方式变化，机组的改造与大修等原因，存在实施优化调整的必要性电站锅炉煤粉悬浮燃烧的过程复杂，可变因素多，而且运行参数之间相互影响和变化，存在着很大的节能潜力
美国嘉兆一奥特麦斯（CORAD一ULTRIVIAX）公司的在线优化技术主要是研制开发一套设备在线数据采集分析系统，几乎不需要补充特定计算模型，采用最优化的数学处理原则，并完全利用原有系统设备的数据资源，实现电力生产过程优化。此技术通过了美国电力科学研究院（EPRI）的技术鉴定，并在美国电力工业获得成功应用，已有100多个电站锅炉等的成功的工程实例，其应用方式既有离线操作指导，又有与DCS系统相集成的全自动优化控制运行。技术特点：
(1)具有系统辨识、性能预测功能。
(2)不需要优化对象的理论模型。
(3)能实现多重优化目标，如同时提高锅炉热效率与降低NIOx排放水平。
(4)方便、灵活及友好的调整参数的选择。快捷的优化调整启动
(5)能寻找到运行历史范围之外的最优运行方式。
(6)确保系统的安全及运行要求。输出变量可以是二次参数。适用于复杂的多输入多输出的系统，能考虑变量间的藕合效应集最优化原理与系统辨识于一体。
优化技术效果：锅炉热效率提高1%～3%，氮氧化物NOx降低15％～30%，降低飞灰含碳量，降低锅炉排烟温度，改善锅炉燃烧器工作状态或解决主蒸汽及再热器超温等问题。
优化调整方案：确定优化目标（如锅炉热效率、NOx、飞灰含碳量、主汽温度、再热汽温度、燃烧器温度），最优化过程将使这一目标达到最大值或最小值。建立具体优化调整方案对所选输入输出参数进行定义，根据提供所选输入输出参数的当前值、正常运行范围及上下限值；可以自动生成一优化方案报告。然后实施滚动优化调整，进行数据管理，在滚动优化调整中推荐值生成，实际达到优化的目标。
离线操作指导：根据机组常遇的多种运行工况，分别进行优化调整试验，得出对应的可调整输入参数的最优值，并制成图表或参考曲线，以此指导运行入员根据实际情况进行锅炉燃烧的运行调整，进而提高锅炉运行的经济性与环保水平。优化调整试验时，输入、输出参数的数据采集可以是入工或自动完成。这种方式适合于数据采集水平尚待完善的老机组。
在线操作指导：利用数据采集装置，自动采集输出输入的数据。可以根据机组当前实际情况，实时给出可调整输入参数的最优值。这种方式可实时考虑到所有能影响锅炉运行特性的因素，给出基于当前机组实际情况的最优值。进而提高锅炉运行的经济性和环保水平：适合数据采集水平较完善的机组，同时锅炉操作员具有一定的自主性，也可根据经验视具体情况采用或不采用该调整值。
在线闭环优化控制（与DCS系统集成结合）：利用单独的数据采集装置或通过控制系统的数据采集系统，自动采集输入输出参数，根据机组当前实际情况，实时给出可调整输入参数的最优值。通过与控制系统的通讯能自动完成可调整输入参数的最优化调整，实现闭环控制优化
3电站锅炉优化燃烧在线监测系统
对于电站煤粉锅炉均衡控制各个燃烧器的出力，合理配置燃烧器喷口的煤粉浓度和出口风速是锅炉安全、经济运行的重要条件和保证。山东电力研究院研制开发的“电站锅炉优化燃烧在线监测系统”在邹县、沾化电厂的应用，为运行中及时有效地进行燃烧调整提供了依据和条件。经过几年的运行实践，该系统设计合理，运行稳定，测量部件可靠，信号处理准确，画面直观实用，能指导燃烧，调整风粉均匀合理，技术达到国内先进水平，获得山东省2003年科技进步三等奖。锅炉燃烧优化在线监测系统在现场的安装投运，彻底改变了司炉的习惯操作方式，为运行入员监视每只燃烧器的风速/煤粉情况并及时有效地进行燃烧优化调整提供了条件和依据，其节能效果显著，很受运行入员欢迎。近年来，与FOXBORO、新华控制、西屋等公司合作，成功地在它们的各种DCS软件平台上开发了燃烧优化在线监测系统。
指导锅炉燃烧的主要功能：
(1)每只一次风管喷燃器出口风速在线监测。
(2)每只一次风管煤粉浓度在线监测。
(3)可实现燃烧优化的控制，实现每只风管一次风速／煤粉调节，均衡燃烧。
(4)二次风速在线监测。
(5)锅妒各项热损失和锅炉效率在线监恻及燃烧优化指导。
(6)用屏幕显示器对以上参数进行实时监测与处理，并具有多幅画面的丰富显示功能。
(7)利用显示器对比显示一次风管风速与煤粉浓度的条型图，以指导司炉将风速与煤粉浓度调平，降低烟温偏差；防止断风、断粉等造成的锅炉灭火事故发生，使锅炉在最佳工况下运行
系统特点：一次测量元件的信号至风速、煤粉浓度变送器转变为的4～20mA信号，在进入机组DCS系统的软件平台计算组态，开发风速及煤粉浓度在线监测系统软件模块，通过工作站显示器显示一、二次风速及煤粉浓度数字量和棒状图。直观地反映各只一次风管的煤粉浓度和一、二次风速，根据需要追忆一、二次风管风速、煤粉浓度实时数据及曲线趋势图；在线监测为锅炉运行入员监视每只燃烧器的风、粉情况并及时调整燃烧提供可靠准确的手段。通过优化燃烧试验，机组根据负荷、煤质等，控制炉膛出口氧量及一、二次风风速等变化参数，找出最佳燃烧运行方式。精确的控制，不仅提高了锅炉的热效率、低负荷稳燃能力和煤种的适应性，而且能够较好地控制NOx的生成。搜寻最佳风矛煤比值，使燃烧状态稳定运行在效率最高点附近；燃料燃烧的配风量达到最佳，从而实现锅炉的优化燃烧。
其中的关键技术煤粉浓度的测量方法、新型风速测量装置分别获得国家发明专利和实用新型专利。开发研制的新型测速装置，设计新颖，不易堵塞，能测量纯空气或低含尘气流风速，适应能力强，测量准确了煤粉浓度的测量技术突破常规的热平衡推算法，利用一次风与煤粉混合前后的能量关系，确定煤粉浓度，经试验台试验与现场应用表明，计算简明，数据可靠
锅炉优化燃烧在线监测系统通过邹县发电厂4#锅炉的优化燃烧调整，锅炉热效率平均提高0.36%，煤耗降低约1.22g/kWh，每年节约标准煤1972t。本项目提高机组的安全经济性和自动化水平，降低锅炉出口烟温偏差，提高机组稳燃能力，提高机组的安全性。为进一步实现燃烧均衡自动控制提供条件。降低排烟温度和飞灰可燃物含量，直接提高锅炉热效率，节能效果明显。
新投入商业运行或经过技改的发电机组的一般配备分散控制系统（DCS）。“电站锅炉优化燃烧在线监测系统”一般可与各种DCS系统嵌入结合，风速及煤粉浓度的测量信号的在线监测系统利用机组DCS系统资源组成数据采集分析系统。在DCS软件平台开发独立模块，实现本技木的功能，与机组运行控制画面有机结合，使系统资源得到充分、有效的利用，因而系统的可靠性高、安全性高。解决了锅炉燃烧参数运行调整的复杂问题，提高了机组的安全经济性。
“燃烧在线监测系统”亦可采用独立的工控机完成数据采集、处理，软件及画面显示数据可以通讯至机组的有关系统。系统的计算机硬件设备采用国内外知名品牌或系统，使系统安全可靠，易于管理和维护。软件采用WINDOWS操作平台，整个系统的入机界面友好，易于操作，易于修改扩充。采用抗磨测量元件，保证整个系统反应灵敏，故障率低，其耐磨寿命可达一个大修周期。画面直观醒目，风速及煤粉浓度采用运行入员习惯的柱式棒状图显示。
4结语
随着《国务院关于加强节能工作的决定》落实实施，坚持开发与节约并举、节约优先的方针，大力推进节能降耗，提高能源利用效率将成为各行业的重点。我国电力体制改革的深入使发电企业的竞争激烈，节能工作将成为重中之重。随着科学技术的进步，各种锅炉节能技术将被推广应用锅炉优化运行控制技术、电站锅炉优化燃烧在线监测系统以及锅炉飞灰在线监测装置、锅炉优化吹灰等在线监测系统，将发挥提高能源利用效率作用。通过调查研究和技术经济性比较，选择应用经过考验的具有节能技术在线监测系统，能够不断提高电站锅炉的安全经济运行水平，满足国家资源节约与环保指标的控制要求，并将取得显著的社会效益和经济效益。
参考文献
杨兴森，王家新，郝卫东，等．乏气送粉锅炉一次风煤粉浓度测量方法的试验研究．热力发电，2004，33(2):38-40.
杨兴森，王家新，郝卫东一次风流动的数值模拟与准确测量．华东电力，2003，31(3):12一14.