赵春洋
中国石油天然气股份有限公司抚顺石化分公司热电厂 113000
摘要：我国现阶段进入高速发展时期，第二产业成为主导，重工业的发展带来严重的环境问题，火力发电是短时间内无法替代的主要产能方式，提高燃烧效率、降低污染物如氮氧化物的排放，成为大型电站锅炉燃烧系统的重要问题。大型电站锅炉的燃烧优化可通过集散管控系统进行实际应用，对整个燃烧系统进行运行有效管控，在优化过程中，还需对管控系统进行针对性设计加工，以获得切实有效、符合实际运行情况的运行管控。氮氧化物的排放量与大型电站锅炉对于煤炭资源的燃烧利用效率矛盾，为获得更高效率的煤炭燃烧和更低排放量的氮氧化物，大型电厂的煤炭燃烧优化调整成为研究重点。
关键词：电站锅炉；氮氧化物排放；燃烧优化
受我国资源储量、开发情况决定，我国的资源利用结构将中长期以煤等化石燃料为主要能源。2017年我国煤炭消耗量已超过38亿吨[1],我国煤炭资源仍以煤炭燃烧火力发电为主要煤炭利用方式，在煤炭的燃烧发电利用过程中，会产生氮氧化物等污染物，不仅对人体影响巨大，对于全球的生态环境也存在着巨大的威胁和危害。我国的大型电站锅炉系统包括水系统、蒸汽系统和燃烧系统[2]，其中以燃烧系统最为主要，结构复杂，受多种参数影响。
一、大型电站氮氧化物的产生
2006~2014年我国供电煤耗值
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需建立锅炉运行参数和污染物排放量关系模型，以精准控制电厂燃煤氮氧化物排放量，优化锅炉燃烧运行。目前国内外研究学者多采用传统支持向量机和人工神经网络建立锅炉运行参数与氮氧化物排放关系模型[3]，而这种模型并不能精准预测氮氧化物污染物的排放，大型电站的锅炉运行数据严格依赖时间序列，是RNN模型适宜处理的序列依赖问题。
大型电站锅炉以煤等化石能源为主要能量来源，燃烧是利用这种化石燃料的重要方式，但在煤炭等化石燃料燃烧过程中，会产生大量种类不同的污染物。煤作为不均匀有机染料，成分复杂，除主要成分碳外，含有多种杂质，受植物种类不同、煤所处矿层地矿物质差异、成煤年代长短等原因影响，杂质成分不同。在煤的锅炉燃烧过程中，会导致一系列环境和运行问题：氮和硫等燃烧形成污染气体，灰粉易在炉内结成污垢和结渣，易形成粉尘污染。
煤炭中的碳在燃烧过程中受多种因素影响。温度将影响N处在挥发分和焦炭中的分配比例，温度高时，氮处于挥发分中的比例高；压力对于焦炭内氮和炭的分配比值影响较小，挥发分析出速度和产量随压力增加而降低；在煤粉燃烧锅炉产能过程中，产生多种氮氧化物，焦炭氮向氮氧化物的转化随焦炭反应活性和氮含量的增加而减少，当氧浓度上升时，氮氧化物浓度下降。煤粉的燃烧未采用分级燃烧时，燃烧释放的氮氧化物污染浓度与煤中挥发分含量、燃烧含氧量之间影响关系清晰明确，氮氧化物污染物浓度随挥发分、含氧量增加而增加；采用分级燃烧后，这种关系不明确，不同来源的氮氧化物受分级燃烧手段的控制变化情况不同，温度对挥发分的产量正向影响，温度越高挥发分生成量越高。分级燃烧手段有效控制氮氧化物生成，在多种因素相互作用的影响下，温度升高可能会导致氮氧化物生成量增加，也可能会降低氮氧化物生成量；水分可能会通过影响燃烧温度进而间接影响氮氧化物的生成量，但相对来讲影响程度较小；灰粉增加，会削弱分级燃烧对氮氧化物的有效控制效果。
采用氮氧化物控制措施可降低煤炭燃烧过程中的氮氧化物释放量，但也会导致其他系列问题，如碳燃烧利用下降、一氧化碳排放增加、飞灰再利用困难、增加锅炉内炉膛结渣等。因此，采用这种降低氮氧化物燃烧技术时，燃烧的优化控制至关重要，降低氮氧化物排放量和飞灰含碳量，以提高煤炭利用率。
低氮氧化物燃烧中，存在锅炉内结渣问题。锅炉结渣将会导致锅炉热效率降低、汽温超温、发生管壁腐蚀、磨损等问题，甚至会造成锅炉停炉，形成安全隐患。
二、大型锅炉氮氧化物浓度控制
燃煤电厂的氮氧化物生成类型主要为热力型、燃料型、快速型，其中占主要比例的氮氧化物类型为燃料型。根据不同的氮氧化物生成类型，有针对性的进行降低氮氧化物生成量的燃烧优化调整，如选择性催化还原、选择性非催化还原、空气分级、燃料分级、烟气再循环等多种方式。
（一）过量空气系数的影响
过量空气系数对氮氧化物的排放和锅炉效率产生影响，主要影响燃烧过程中的热力型氮氧化物和燃料型氮氧化物生成量。过量的空气系数和温度对燃料型氮氧化物的生成有正向促进影响，当温度超过1500K后产生的氮氧化物以热力型为主，空气中氮气成分氧化成为氮氧化物，热力型氮氧化物随过量空气系数增加而增加，锅炉效率随过量空气系数增加而降低，飞灰含碳量变化幅度较小。
（二）配风的影响
配风对氮氧化物的排放和锅炉效率产生影响，作为组织锅炉内燃烧的关键因素，配风能够保障机组高效运行低量排放。减少下层主燃区氧含量，增加上层燃烧区氧含量，这种氧气分布情况可减少下部主燃区的氮氧化物生成量，降低上部炉膛温度，减少上部热力型氮氧化物的生成。
（三）燃烧器摆角的影响
燃烧器摆角对氮氧化物的排放和锅炉效率产生影响，因燃烧器的摆角是影响锅炉内部温度场分布的最主要参数，不合理的燃烧器摆角会造成锅炉内部机组汽温汽压异常。为获得更高的能源利用效率，应优化锅炉燃烧器摆角，改变火焰中心温度，控制炉内温度场和出口烟温，影响燃烧温压和锅炉送煤量、进风量、电厂锅炉燃烧效率，并降低氮氧化物排放浓度。
三、大型电站锅炉燃烧优化
大型电站的锅炉燃烧系统优化，需要在锅炉内燃烧的同时监测重要参数，其中，维持锅炉运行所需的参数中最重要的是烟气含氧量[4]，其数值反应煤粉的充分燃烧程度、氮氧化物的生成情况、风机耗电程度等，在实际的发电生产中引入相关监测技术，切实提高电厂能源利用效率，降低氮氧化物排放。
进行蒸汽压力方面的设计要将压力控制在要求范围内，以满足生产诉求，使用蒸汽压力管同时对燃煤量、蒸汽量进行管控；炉膛压力的管控关乎整个系统的运行安全，对炉膛压力的管控通过设计合理送风量完成；进行烟气含氧量管控以提高电站锅炉燃烧效率，含氧量的实际获取存在一定滞后问题，故实际应用中通过多种管控方式进行综合管控，以进行有效控制，全面提升大型电站的运行效率和经济效益发展，减少氮氧化物的排放。
大型电站锅炉燃烧应顺应发电技术发展程度和环保要求，向高效节能和环保的大趋势发展。大型电站的锅炉应提高能量转换效率，优化运行结构[5]，及时替换损耗设备，以保证锅炉燃烧状态；同时应响应环保政策号召，严格遵照污染物排放标准，减少污染物排放。
结语
锅炉是大型电站中最为关键的动力设备，通过燃烧获得动能，其燃烧效率直接影响电站运行，对电站锅炉进行合理燃烧优化设计，通过控制过量空气系数、配风、燃烧器摆角等因素控制氮氧化物的排放浓度，通过蒸汽压力、炉膛压力、烟气含氧量等方面的调整优化锅炉燃烧，有助于降低能源损耗，降低氮氧化物污染排放，减少电站运营成本。
参考文献
[1]蔡培,葛荣存,葛铭,等.燃烧优化调整对NO_x排放和锅炉效率的影响[J].洁净煤技术,2018,24(05):77-83.
[2]王飞腾.电站锅炉燃烧优化在线控制策略探讨[J].计算机产品与流通,2020(08):109.
[3]杨青.基于LSTM的燃煤锅炉NO_x排放预测研究[J].机电信息,2019(05):21-22.
[4]薛彤,朱磊.电站锅炉燃烧系统优化运行与应用研究[J].科学技术创新,2020(05):141-142.
[5]王永辉.电站锅炉燃烧优化系统研究[J].电站系统工程,2020,36(04):43-44.