电厂锅炉温度场对燃烧运行优化策略的分析

电厂锅炉温度场对燃烧运行优化策略的分析

张君毅

国网能源哈密煤电有限公司花园电厂，新疆 哈密 839000

摘要：随着碳达峰碳中和目标的提出，电厂的节能降耗成为了一个重要的研究方向。然而，电厂锅炉是典型的能源消耗大、环境污染重的设备，其能源利用率不高、燃烧过程波动大、废气排放较多等问题对电厂经济收益产生显著负面影响。目前，国内开展锅炉炉膛温度场的研究主要依靠声波和火焰辐射图像的方法，声波法多用于分析单层火焰温度场，而火焰辐射图像则依测温仪表的数量而得出不同准确度的火焰温度场，但受限于安装数量，准确度尚不尽人意，因此,开展锅炉炉膛温度场系统分析与研究具有重要的显示意义。本文主要探讨测温型火焰检测仪表在电厂锅炉燃烧运作的优化方法原理，旨在提高发电厂锅炉的运行效益。

关键词：锅炉燃烧优化；锅炉温度场；碳达峰碳中和

我国成为全球煤炭消耗领军者，每年大约燃烧1.5亿吨煤炭，超过全球煤炭消耗比例的三分之一。然而，电厂锅炉的燃烧机制相当复杂，涵盖了燃烧器、燃烧室、炉膛、烟气净化设备、排烟设施等多个组成部分。现阶段，我国锅炉的能量转换效率偏低，大部分地区锅炉的热效能仅约为35%，这种状况对我国能源构成转型及经济社会持续发展产生了严重制约[1]。

另外，我国锅炉产业普遍存在的难题是，众多企业的技术能力相对较弱，制造业设施陈旧，产品品质波动较大，能源效益不高，能源利用率不高，环境状况堪忧，紧迫的锅炉节能革新势在必行[2]。因此，企业需加速可视化锅炉炉膛温度场系统的开发和应用，以提高锅炉的热效性和能源利用率，其燃烧运行优化的目的是提高锅炉的效率和稳定性

一、电厂可视化锅炉燃烧运行优化的基本情况

(一)可视化锅炉温度场系统原理介绍

据维恩位移定律，当温度增高时，理论中的绝对黑体的最大单色辐射强度向波长减小的方向移动，使两个固定波长的亮度比随温度变化，因此测量其亮度比值即可知相应温度。而且即使在非常恶劣的环境条件下，火焰和传感器之间存在灰烬、烟雾和颗粒等物质，仍不会影响它们之间的比值。而这种采用波长窄带比较技术，利用两个相邻狭窄波段内辐射强度的比值测温称之为比色测温法。

(二)可视化锅炉温度场运行优化的价值

电厂可视化锅炉燃烧运行的优化对于提升经济效益和减轻环境负担具有显著意义，这种方法对于提升能源效益具有积极作用，降低污染物释放，增强设备的安全性和稳定性，进一步全面优化电力系统的稳固性与效能。

首先，发电厂锅炉燃烧过程的优化有助于提升能源效益，降低污染物排放及减小碳足迹。通过对燃烧参数与控制系统的改进，实现高效燃烧，诸如燃料调整、空气调控以及炉内温度管理等，确保锅炉高效运行，从而大力提升热能利用效率并降低废气产出量。在这个过程中，企业通过调节燃尽风来控制炉内煤粉燃烧，控制炉膛主燃烧区域的温度，减少热力型NOx的生成。

其次，锅炉燃烧运行优化有助于减少运营费用。通过对能源消耗和废气排放的实时监控与分析，企业能迅速识别并处理燃烧过程中的难题，从而减少能源消耗与降低排放费用。此外，企业还可以根据对燃烧器区域温度的测量，调整燃烧器的平衡角度，控制整个炉膛火焰中心位置，防止火焰直接冲刷水冷壁，减少水冷壁的应力磨损，改善水循环。这些策略的执行不仅能增进经济收益，还可为企业提供持续发展的好处。

最后，测温型火焰检测器不仅具备通常的火焰强度、频率等功能来指示燃烧器有火无火状态，指导和监督锅炉的安全燃烧，还增加了燃烧器的火焰温度测点，以便于操作人员能够随时了解每个燃烧器的火焰温度，进而了解每层燃烧的情况和整体炉膛的燃烧情况。同时，相比于声学测温和光学测温，测温型火焰检测器的另一优势是，省却在炉膛另外打孔来安装温度检测设备，安装和调试更为便捷。

二、电厂锅炉燃烧运行优化策略

(一)提高对炉膛温度场内燃料质量的控制

随着能源需求的持续上升，煤制电力已逐步成为我国电力来源的重要部分。然而，在实际执行过程中，电力锅炉的燃烧进程或存在一些瑕疵，例如，燃料燃烧不充分、排放指标超出标准等现象出去[4]。因此，发电厂锅炉的需提高炉膛温度场内燃烧燃料的品质监测力度并加以控制，保证能源品质达到规定标准，逐步降低燃烧环节形成的废弃物和污染物数量。此外，对于某些高浓度的废气，例如，一氧化碳、硫化氢等有毒气体，可以采用脱硫塔或催化转化器等设备进行污染防治。这样便能够减少废气中有害成分的比重，有助于降低其对环境的负面影响。

（二）加强炉膛温度场的控制，提高锅炉热效率

随着双碳理念的不断推进，电厂都逐步开始不断改进燃烧技术来提高能源利用率。其中，电厂锅炉燃烧可以通过安装温度传感器和监测系统，实时监测并调整炉膛内的温度分布，这样能够确保燃料得到充分的燃烧，从而减少废弃物的排放。同时，锅炉燃烧还能够根据燃烧需求设置不同的燃烧这模式，如预混燃烧、分层燃烧等形势，便于达到最优的燃烧效果[5]。另外，还能够通过改进燃烧器结构设计和使用新型高效燃烧技术实现热能转换效率，达到节能减排的效果。

（三）建立锅炉炉膛燃烧温度场

随着现代产业的进步，电厂锅炉的燃烧效能对能源运用及环境保护具有重大影响。为了优化燃烧效果并降低排放量，电厂锅炉的运行状况可通过配备传感器和监控设施来实现实时监测，持续关注锅炉内部的温度、压力及流量等重要指标，这样能够迅速识别并处理所有潜在问题。这有利于确保锅炉处于最优运作状况，提高锅炉的燃烧效能。

其次，操作人员和维护人员需要仔细检查和清洁锅炉的燃料和排烟系统。这包括定期更换燃料滤清器、清理燃烧室以及确保排烟管道畅通无阻。一旦锅炉炉膛的燃烧温度达到正常水平，就可以开始监测并记录其变化情况。操作人员和维护人员可以使用热电偶或其他传感器来测量炉内的温度分布，并将其与标准值进行比较以确定是否存在异常。

（四）安全保护措施

在保证锅炉炉膛燃烧的安全运行，电厂锅炉燃烧运行应建立完善的安全监测系统和报警机制，及时发现和处理可能引发事故的风险因素。在锅炉运行过程中，机组管理人员应定期进行检查和维护，确保设备的正常运行和安全可靠。此外，机组管理人员还可以利用人工智能技术对数据进行分析和预测，提前预警可能发生的故障或事故风险。

另外，机组管理人员还需要定期对锅炉进行全面检查、清洁和维修，以确保设备的正常运行和安全性。这包括检查燃料系统、水处理系统和热交换器等关键部件，能够有助于识别和消除由于燃烧器故障导致的燃烧异常现象。同时，企业还需要通过培训和实践，使员工了解锅炉运行的基本原理和注意事项，掌握正确的操作方法和工作流程，提高他们对安全的意识和操作技能水平，从而有效减少人为因素导致的错误和事故。

总结

总的来说，电厂锅炉燃烧运行优化方案是根据锅炉的工况特点，针对锅炉的热能表现、经济效益、环保特性等因素进行全面权衡。而锅炉炉膛燃烧温度场的建立，为操作人员和维护人员显示燃烧器各层的火焰温度场分布、过燃层火焰温度场分布以及整体炉膛切面的温度场分布，为运行人员提供非常直观的操作显示，作为他们进行燃烧调整和燃烧优化的参考。从而，达到机组节能和提高效率的目的，最终提升整体机组运营水平。

参考文献：

[1]卫明曾建军崔丰计京津孙博.燃气轮机电厂部分负荷性能优化与效果评估[J].热力透平,2022,51(1):26-30.

[2]梁会朋,赵冠雄.燃煤电厂锅炉燃烧运行优化策略研究[J].现代工业经济和信息化,2022(008):012.

[3]许西建.燃煤电厂锅炉燃烧运行优化策略探讨[J].通讯世界,2023, 30(5):76-78.

[4]徐导李双江.电厂锅炉热效率提升与运行维护策略研究[J].光源与照明,2021(9):134-136.

[5]张新庭艾建龙.电站锅炉安全检验及运行节能优化策略探究[J].前卫,2022(4):0203-0205.