火力發(fā)電廠中熱能動力鍋爐的燃料及其燃燒探究

王弼正 王媛媛

1.中國電建集團(tuán)福建省電力勘測設(shè)計院有限公司 福建福州 350000

2.福建省機電建筑設(shè)計研究院 福建福州 350000

隨著時代的進(jìn)步，電能成為各行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)能源。近年來社會對電能需求量日益增加，火電廠發(fā)展迅猛，煤炭等鍋爐燃料價格不斷上漲。要想保證火電廠經(jīng)濟(jì)效益，實現(xiàn)火電廠持續(xù)發(fā)展，必須加強發(fā)電成本控制，燃料管理是降低鍋爐運行的主要手段[1]。鍋爐在火電廠運行中發(fā)揮重要的作用，鍋爐運行中必須重視加強燃料管理。目前火電廠鍋爐運行中燃料管理存在許多問題，如入爐煤質(zhì)管理差等，導(dǎo)致火電廠生產(chǎn)中鍋爐運行可靠性下降，對火電廠鍋爐運行中燃料管理研究具有現(xiàn)實意義。

1 鍋爐運行中燃料管理的重要性

近幾年來，國家對煤炭市場管理，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橛媱澥袌鲭p軌并行。2002 年起，國家開放對煤炭訂貨控制，煤炭價格由市場決定，對電力企業(yè)帶來新的機遇和挑戰(zhàn)。煤炭旺銷年份，電力企業(yè)為滿足發(fā)電廠用煤需求不會提高煤價，沒有國家計劃指導(dǎo)，電力企業(yè)必須加強煤炭采購管理。電力產(chǎn)能不足主要原因與發(fā)電成本高有關(guān)，火力發(fā)電長鍋爐運行成本很高，燃料成本費占發(fā)電成本的90% 以上。煤炭是火力發(fā)電主要燃料，我國能源儲備量嚴(yán)重不足，做好燃料管理能提高煤炭利用率。燃料管理是鍋爐運行管理的重要環(huán)節(jié)，做好燃料管理對國家社會穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義，必須加強燃料管理實現(xiàn)鍋爐經(jīng)濟(jì)運行。電力工業(yè)發(fā)展關(guān)系到國計民生，由于電力不可儲存特點，電力建設(shè)發(fā)展必須與經(jīng)濟(jì)增長協(xié)調(diào)，火電廠生產(chǎn)是原煤由輸煤設(shè)備送到鍋爐原煤斗，給煤機送到磨煤機磨成煤粉送至分離器分離，煤粉送至煤粉倉儲庫送至噴煤器，噴到爐膛內(nèi)燃燒。粉煤放熱將爐膛水冷壁管水加熱，汽水分離器分離水井下降管送到水冷壁管加熱，過熱蒸汽送到汽輪機做功。電力生產(chǎn)過程復(fù)雜，提升鍋爐運行動力需要加強燃料管理。

2 鍋爐運行中燃料管理問題

當(dāng)前電廠經(jīng)濟(jì)管理中以效益為中心，管理部門經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一致，由于機組調(diào)峰等造成煤耗損失等巨大，煤耗指標(biāo)未完全控制。火電廠鍋爐運行燃料管理問題主要原因是管理不規(guī)范，缺乏入爐煤管理。大型火電廠普遍存在管理意識淡薄，燃料管理意識缺乏，采制化管理規(guī)范性受到影響。未完全確立燃料管理相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)體系，影響了管理專業(yè)化發(fā)展。燃料質(zhì)量化驗存在很多數(shù)據(jù)錯誤，對燃料管理造成嚴(yán)重的影響。入爐煤燃燼率影響燃料利用率，鍋爐運行缺乏合理的入爐煤管理制度，入爐煤存在煤料堆積現(xiàn)象，燃料不足導(dǎo)致鍋爐運行穩(wěn)定性下降。

3 多尺度分析鍋爐燃燒狀態(tài)

根據(jù)現(xiàn)場信號特點和需求選擇多尺度濾波器。首先，確定信號分解層數(shù)。一般對于熱工信號需要判斷在不同工況下的相關(guān)性，在短時間熱工信號的波動多數(shù)是由于現(xiàn)場干擾、測點故障等原因造成。故本文將現(xiàn)場信號分解為高頻分量、中頻分量和低頻分量3 層。

其次，選擇合適的濾波器參數(shù)。3 層信號需要設(shè)計2 個濾波器參數(shù)，第1 個濾波器能夠?qū)⒎从承盘栕兓厔莸牡皖l分量分解出來，第2 個濾波器將反映信號波動情況的中頻分量和信號受到干擾等高頻分量分解出來。具體濾波器參數(shù)根據(jù)信號的頻譜圖結(jié)合已知的信號特點確定。

采用多尺度相關(guān)分析方法，尋找燃料量和火檢強度之間的關(guān)系。燃料量包括總?cè)剂狭亢? 層燃料量，火檢強度包括6 層，每層4個共24 個信號，燃料層與火檢強度每層對應(yīng)布置，從下到上依次為ABCDEF 層。一般每層火檢強度受該層燃料量影響最大，受相鄰層影響次之。因此，將總?cè)剂狭?、各層燃料量和各個火檢強度信號分別分解為高頻、中頻和低頻分量，然后比較兩兩之間的相關(guān)系數(shù)。取其中相關(guān)性較強的2 對典型信號為例說明，采用多尺度相關(guān)分析法尋找火檢強度和爐膛壓力之間的關(guān)系。由于爐膛壓力信號變化較快，能夠反映整個爐膛內(nèi)的燃燒情況，而火檢強度信號分層各角布置，能夠反映爐膛不同位置的燃燒情況。因此，為了比較兩者之間的關(guān)系，將24 個火檢強度進(jìn)行加權(quán)平均，得到平均火檢強度，再與爐膛壓力進(jìn)行比較。

4 結(jié)果分析

總?cè)剂狭恐蓄l分量代表了燃料量的波動情況，爐膛壓力低頻信號代表了爐膛壓力的變化趨勢。燃料經(jīng)過制粉環(huán)節(jié)后進(jìn)入爐膛，快速燃燒，由于進(jìn)入爐膛的燃料量波動，對爐內(nèi)燃燒造成擾動，導(dǎo)致爐膛壓力發(fā)生變化。因此，總?cè)剂狭恐蓄l分量和爐膛壓力低頻信號之間高度相關(guān)，說明爐膛壓力在低頻段內(nèi)能夠反映進(jìn)入爐膛內(nèi)的燃料量變化，或者反映出由燃料量變化造成的燃燒擾動。因此可以利用這一相關(guān)關(guān)系，構(gòu)造爐膛壓力低頻分量作為控制系統(tǒng)的前饋信號、導(dǎo)前信號等來消除燃燒擾動燃料量與火檢強度中頻分量波動情況一致[2]。另外，由于燃燒除了受進(jìn)入爐膛的燃料量影響外，還與送風(fēng)、引風(fēng)等因素相關(guān)，因此描述鍋爐燃燒狀態(tài)的波動情況用火檢強度的中頻分量更加全面。由于爐膛壓力反映出送風(fēng)和引風(fēng)之間的平衡關(guān)系，因此觀察燃燒波動情況也應(yīng)該考慮爐膛壓力信號。爐膛壓力低頻分量和平均火檢強度中頻分量的波動情況相近，說明爐膛壓力和火檢強度信號都能快速反映進(jìn)入爐膛燃料的燃燒情況，而燃料量需要經(jīng)過制粉慣性與遲延才進(jìn)入爐膛燃燒。因此通過爐膛壓力和平均火檢強度可以快速判斷燃燒波動情況。經(jīng)過本文的分析發(fā)現(xiàn)，火檢強度信號低頻分量和總?cè)剂狭康皖l分量高度相關(guān)，但兩者的中高頻相關(guān)性下降。而爐膛壓力信號剛好可以彌補前兩者在中高頻段相關(guān)度不夠的劣勢。