火电厂集控运行节能分析：基于配煤掺烧的运行优化

引言

火电厂集控运行是发电过程中最核心的一环，优化运行对提高整体发电效率及环保性能具有十分重要的意义。配煤掺烧技术是运行优化的有效方法之一，对不同煤种进行合理的选择与搭配，可以显著提高锅炉燃烧效率、降低煤耗、有效地控制污染物排放。

一、火电厂集控配煤掺烧技术概述

（一）配煤掺烧的定义与原理

配煤掺烧就是在火力发电厂煤炭燃烧时，对不同属性和不同产地的煤炭按一定比例进行掺混掺烧以实现最佳燃烧、提高热效率、降低煤耗、减少污染物排放等目标。其原则主要是在煤种差异化基础上采取合理配煤方案以最大限度地发挥煤种燃烧特性和改善炉内燃烧环境。如一些高挥发分煤和低挥发分煤混合燃烧可提高燃烧稳定性和减少有害物质产生[1]。同时不同煤种在热值、灰分等物理性质上存在差异，可以通过调整配煤策略使燃料利用率达到最大。科学地进行配煤掺烧能够有效地促进火电厂经济环保发展。

（二）火电厂集控系统的构成与功能

监控系统、调度系统和优化控制系统三部分共同构成火电厂集控系统。其作用是借助集中监控和智能调度达成火电厂的自动化、智能化与高效化，集控系统里，监控系统是极为关键的组成，它承担起对火电厂各类设备的管理，诸如锅炉、汽轮机、发电机等设备的运行情况开展实时监控，也留意燃料、空气、水等关键物质的流动情形。调度系统的核心任务是依据监测数据开展生产调度工作，合理规划各类设备的运行时段与负荷分布，以此保证电厂的运营既经济又安稳。在集控系统里面，优化控制系统被认为属于最前沿的技术，它依靠对生产数据做智能化的分析，可自动调控锅炉的燃烧及负荷分配等作业，以达至最佳运行情形，进而提升发电效能，削减能源的消耗。

二、当前火电厂集控运行中存在的问题

（一）燃烧效率不高，煤耗偏高

当前火电厂集控系统的燃烧效率仍存在一些挑战。主要体现在燃料消耗过高，煤炭燃烧不充分，造成煤耗高、效率低。造成燃烧效率低下的原因有很多，主要有炉膛温度控制不够准确，燃料配比不尽合理以及煤种掺烧计划不到位。由于煤种组成及燃烧特性千差万别，如果配煤方案不够科学，将导致部分煤种不能完全燃尽，浪费了大量的能源。另外，集控系统缺乏自动化调节灵活性，不能针对不同煤种特性适时优化调节燃烧条件，造成煤炭燃烧时热损失加大和煤耗水平较高。

（二）污染物协同控制难度大

伴随民众对环境保护的要求逐步升高，火电厂控制污染物排放的压力正日益攀升，尤其如二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）以及粉尘等多种污染物的排放，还是给火电厂环境管理带来了极大挑战[2]。即便火电厂集控系统可对排放数据实施实时监测，而且通过对燃烧状况的调整实现一定程度管控。可是即便这样，污染物的生成依旧与煤炭的特性，同燃烧阶段里温度及氧气的分布有着紧密联系。

（三）设备运行稳定性有待提高

火电厂集控系统于设备运行稳定性上同样存在一定问题。设备若长时间高负荷运作，极易引发故障或造成设备磨损，尤其是碰到突发情况的时候，设备稳定性及响应速度无法获得及时保障，诸如燃烧系统、锅炉和蒸汽轮机等设备的稳定性，对电厂整体运行的效率与安全性起着直接影响。现今不少火电厂集控系统处理突发情况之际，自动化水平依旧偏低，部分设备在故障诊断及预警机制上不够灵敏，导致部分设备出现长时间运行状态不稳定的现象，甚或出现设备毁坏或停止工作。

（四）现有节能措施及其局限性

尽管现有的火电厂集控系统已经采用了一些节能措施，如优化配煤、热量回收、负荷调节等手段，但这些措施的效果仍然有限。一是现有节能技术多数取决于煤的热值优化与燃烧过程调节，但各煤种能源利用效率存在差异，不能达到煤炭资源充分优化使用。二是现有节能设备技术上还具有局限性，特别是高温，高压环境中节能效果难以为继且稳定性差。三是火电厂节能技术投资大，在短期内很难产生明显经济效益。

三、基于配煤掺烧的火电厂集控运行优化

（一）配煤掺烧对集控运行参数的影响

1.对锅炉燃烧的影响

配煤掺烧对于锅炉燃烧有着显著影响，特别是对于煤种的选择以及比例调配等环节，可以使燃烧时热效率达到最佳。无烟煤与烟煤燃烧特性差别较大，特别是热值、挥发分及灰分。无烟煤比较坚硬，在燃烧过程中挥发分比较少，但烟煤挥发分比较多，在燃烧中可以更充分地放热。所以合理的配煤掺烧方案可以使得锅炉的燃烧过程更平稳，更有效率。以电力市场为例，目前一些火电厂正面临着无烟煤货源短缺的问题，所以有必要对烟煤和无烟煤进行一定配比的掺混。配煤掺烧在实践中可以通过调整燃料挥发性来改善火焰形态和促进锅炉燃烧效率。

2.对汽轮机运行的影响

配煤掺烧对汽轮机工况有直接的影响。汽轮机运行稳定性及负荷调节能力关系到锅炉蒸汽质量，蒸汽温度，压力及含水量则关系到燃烧过程稳定[3]。通过合理配煤掺烧可提高锅炉燃烧稳定性以保证汽轮机持续稳定地提供蒸汽。如果燃烧不够充分，或燃料燃烧不均，易造成蒸汽质量的波动，从而影响汽轮机效率。比如煤灰分过高或者煤种挥发分过低都会造成锅炉蒸汽温度不稳而影响汽轮机功率输出及安全。

3.对污染物排放的影响

配煤掺烧对火电厂控制污染物排放意义非凡，各类煤炭在燃烧过程中，产生的污染物种类和数量存在差异。依靠合理的煤炭比例调配，能显著降低二氧化硫（ SO₂ ）、氮氧化物（NO□ ）及粉尘的排放数量，无烟煤的含硫量极低，掺烧无烟煤可高效降低SO2 排放量，只是其低挥发分特性会使得NOx 排放量上涨。烟煤的含硫量极高，虽然它的挥发分含量颇高，有利于提升燃烧效率，增加SO2 排放数量，精准调控配煤比例能有效降低污染物排放，同时维持燃烧效率。就电力市场而言，无烟煤已慢慢成为煤源的主要源头，但按某一配比掺烧烟煤，可通过把控氧气量及温度来削减NOx 产生量，依靠脱硫技术可进一步削减SO2 的排放数值。

（二）配煤掺烧优化方案

1.煤种选择与配比优化

煤种选择及配比优化是配煤掺烧技术的关键环节，煤种搭配得当可有效地提高燃烧效率，减少污染物排放。受电力市场变化的影响，火电厂目前面临煤源供应不充足的情况，尤其是无烟煤采购成本的增加，许多电厂都开始逐步以烟煤为主。但由于烟煤热值高、挥发分大，因此直接利用烟煤将造成燃烧效率低、污染物排放量高等问题。所以有必要对煤种配比进行优化，将无烟煤和烟煤配比考虑在内，使二者优势相互补充，从而实现燃烧效果最优化。实际运行时可通过实验及数据分析确定各煤种混合比例。在确保煤炭供应的同时，控制烟煤比例于一定范围，并适量添加无烟煤来确保锅炉稳定燃烧和热效率高污染物排放少。

2.集控运行参数优化

集控系统采用自动化控制来调整火电厂运行参数，使锅炉、汽轮机和其他设备达到最佳工况。针对配煤掺烧问题，集控系统能够根据煤种特性及燃烧状态对运行参数进行实时优化。以配煤为例，无烟煤与烟煤掺烧比例对锅炉温度、压力及氧气量均有影响，集控系统需根据上述变化自动调整燃烧系统运行参数[4]。集控系统在实践中应能对锅炉炉膛温度，燃烧空气流量及燃料输送量等参数进行基于不同煤种燃烧特性的智能调节，以保证燃烧过程高效平稳。同时该集控系统还应具有实时监控功能，实现燃烧时温度、压力、氧气浓度等参数的动态监控，当有异常情况发生时，应立即做出调整。

（三）基于数据分析的运行优化

1.数据采集与监测

现代火电厂使用了大量的传感器以及监测设备来对锅炉，汽轮机以及烟气排放的各种运行数据进行实时的采集。数据涉及温度、压力、流量、氧气浓度、煤种配比等诸多参数。对优化配煤掺烧而言，精确的数据采集非常关键。该集控系统通过对锅炉燃烧时各种数据的收集，可以实时了解煤种燃烧状况和燃烧时变化趋势。这些数据是否准确，直接决定着后续优化策略实施的结果。所以电厂要在各关键节点上布置精度更高的传感器以及建立良好的数据采集系统来保证能及时准确地得到全部关键数据以便于后续分析与优化。

2.数据分析与建模

根据收集的海量数据分析建模，电厂可实现配煤掺烧精细化控制。数据分析可以揭示煤种特性，燃烧效率和污染物排放之间存在的错综复杂的关系。分析燃烧过程温度，压力和氧气量历史数据可找到潜在优化空间[5]。如根据历史数据进行回归分析以及机器学习方法能够对不同煤种比例的燃烧效率以及排放情况进行预测，并且依据上述预测结果进行分析，调节煤种配比及燃烧参数以达到最佳运行状态。

3.智能优化控制

通过把数据分析和建模结果反馈给集控系统，电厂可以进行实时智能控制。配煤掺烧时，集控系统基于实时监测数据，采用智能算法对煤种配比及燃烧参数进行动态调节，以达到最佳燃烧效率及污染物协同控制。以机器学习算法为例，该系统能够对不同煤种比例下燃烧时温度变化及污染物产生趋势做出预测并做出提前调整。另外，智能优化控制可以根据电力市场变化对发电负荷进行实时调节，对煤炭消耗进行优化，使电厂在各种煤种及市场需求情况下都能维持最优运行。

结束语

总之，配煤掺烧技术对火电厂集控运行的优化是十分重要的。通过对不同煤种的合理选择与搭配，可有效地提高锅炉燃烧效率、降低煤耗、减少污染物的排放。文章首先对目前火电厂集控运行过程中出现的一些问题进行分析，讨论现有节能措施所具有的局限性。随后，提出了一种基于配煤掺烧技术的集控运行优化方案，该方案涵盖了煤种的选择和配比优化、集控运行参数的优化等多个方面，并通过数据的收集和分析，成功构建了一个智能优化控制模型。实践证明，此方案可显著提高火电厂运行效率及环保性能。但是配煤掺烧技术在电厂中的运用仍然需要根据具体电厂实际运行状况进行不断地调整与优化。今后随着智能控制技术与数据分析方法研究的深入推进，火电厂配煤掺烧技术将会有更广泛的应用。

参考文献

[1]赵炜, 郑明洪, 林庆忠, 江忠平, 沈碧璟. 配煤掺烧全过程优化决策系统设计与应用[J].今日制造与升级, 2024, (11): 87-90.

[2]王文兆. 火电厂集控运行的节能降耗措施分析[J]. 能源与节能, 2023, (10): 77-79.

[3]谈正强. 火电厂集控运行节能降耗技术措施分析[J]. 城市建设理论研究(电子版), 2023,(21): 1-3.

[4]张海林, 杨博, 董玉亮, 张健, 袁家海. 面向燃煤机组高效灵活运行的智能化配煤掺烧优化决策方法[J]. 热力发电, 2022, 51 (04): 30-37.

[5]方然. 火电厂集控运行节能降耗技术措施分析[J]. 科技创新与应用, 2022, 12 (08):126-128.