火電廠鍋爐燃燒技術的優化調整研究

從現階段的實際情況來看，伴隨著環保政策的日益嚴格和科學技術的快速發展，火電廠鍋爐燃燒技術也在這個過程中不斷發展，已經在提高燃燒效率、降低污染物排放方面取得了顯著的成績，但同時也存在著燃料多樣化、燃燒過程復雜化等挑戰，尚需進一步推進鍋爐燃燒技術優化調整。因此，為進一步提升火電廠經濟效益與社會效益，推進火電廠鍋爐燃燒技術優化調整就成為當前亟須解決的重要課題。

一、火電廠鍋爐燃燒基礎理論

（一）鍋爐燃燒的基本原理與過程

從鍋爐的燃燒過程來看，主要指的是一個涉及物理化學反應的復雜過程，當中主要涉及燃料的破碎、輸送、混合以及與氧氣進行氧化還原反應等，通過上述原理生成熱量并釋放出水蒸氣和各種氣體產物。從鍋爐燃燒的實際流程來看，主要包括以下幾個階段：①著火：燃料處于適當的溫度和充足的氧氣條件下完成點燃，然后產生初始火焰。②燃燒：燃料繼續完成氧化分解，這個過程中放出大量熱能，會逐步生成高溫火焰區域（動力燃燒區）。③燃盡：沒有完全燃燒的碳粒會處于高溫環境下持續燃燒，一直持續到燃燒充分以后（燃盡區）。

（二）燃料特性對燃燒效率的影響分析

從火電廠鍋爐燃料特性來看，包含燃料類型（煤炭、天然氣、生物質等）、熱值、含硫量、水分含量、灰分含量、顆粒大小、揮發等相關因素，均會顯著影響鍋爐的燃燒效率和污染物排放情況。

（三）鍋爐燃燒過程中常見的問題及其影響因素

1.不完善燃燒

因為空氣供應不足或者燃料與空氣混合不均的因素，使得部分燃料不能徹底轉化為熱量，會導致燃燒效率的顯著降低，這個過程中還可能增加CO、CH4等有害氣體的排放。

2.熱效率低下

火電廠鍋爐除了不完全燃燒外，還包括傳熱效率差、排煙損失大等因素，而上述問題需要通過優化燃燒室設計、改善換熱器性能等途徑來解決。

3.污染物排放超標

燃料中硫、氮化合物長時間處于高溫下，會轉化為SO2、NO2等各種污染物，且還會面臨顆粒物（PM）、重金屬等排放問題。上述問題的產生，都受到燃料品質、燃燒條件、脫硫脫硝設施運行狀況等相關因素的影響。

4.結焦和積灰

對于燃煤鍋爐來說，燃料中的灰分處于高溫作用下非常容易產生硬殼狀物質，使得受熱面受到堵塞，導致傳熱效果受到負面影響，嚴重的還會導致設備損壞。

二、現有火電廠鍋爐燃燒技術評述

（一）主流燃燒技術

1.分層燃燒技術

對于大型煤粉爐來說，分層燃燒是一種能夠有效優化燃料燃燒和減少氮氧化物排放的燃燒技術，實際運行過程中，主要是通過合理布置燃料和空氣的輸入位置以及控制送風方式，使得爐膛內能夠逐步形成不同的氧濃度區域，最終形成低氮氧化物生成的燃燒環境。

2.循環流化床燃燒技術（CFBC）

循環流化床鍋爐主要是燃料顆粒懸浮在由一次風驅動的高速氣流中進行燃燒，這種技術能夠使用劣質燃料，通過爐內直接添加石灰石等脫硫劑，能夠燃燒后完成脫硫，有效降低了SO2排放。

（二）當前火電廠鍋爐燃燒系統存在的主要問題與挑戰

隨著我國環保法規日趨嚴格，如何進一步降低NO2、SO2、PM2.5等污染物排放已經成為火電廠節能減排的重要內容。與此同時，越來越多清潔能源的推廣應用，火電廠需要處理更多種類和品質各異的燃料，當中的生物質燃料、廢棄物衍生燃料等，無疑對火電廠鍋爐燃燒系統的靈活性提出了更高的要求。

三、火電廠鍋爐燃燒技術優化調整策略

（一）燃料預處理與配比優化

對于火電廠鍋爐燃燒技術的優化調整來說，燃料預處理與配比優化是基礎所在。從燃料預處理來看，原煤通過破碎設備進行粉碎處理，能夠達到鍋爐燃燒的粒度要求。燃料粒度過大過小都會導致火電廠鍋爐燃燒效率受到影響，粒度過大可能造成燃燒不充分，粒度過小則可能導致氣流攜帶能力下降。因此，對于燃料預處理，需要充分結合火電廠鍋爐燃燒需求，科學合理地粉碎原煤，保障煤粉粒度達到理想要求，從而有效促進煤粉與氧氣接觸，加快燃燒反應速度。與此同時，煤炭如果存在過高的水分，不僅會降低單位質量燃料的有效熱值，還會導致燃燒不穩定，增加煙氣排放中的水蒸氣含量，從而降低鍋爐的整體熱效率。因此，必須針對水分偏高的煤炭實施干燥處理，保障煤炭含水量達標，從而有效提升燃燒效率。

（二）爐內空氣分級供風與燃料分散控制技術

爐內空氣分級供風技術作為低NO2燃燒策略中的核心環節，是提升火電廠鍋爐燃燒效率的關鍵內容。從爐內空氣分級供風技術的流程來看，一次風主要是負責將煤粉輸送至爐膛，然后在燃料著火區域提供適量的氧氣，從而有效初始燃燒的穩定性。因為一次風區域氧濃度相對較低，能夠針對燃燒初期的溫度進行有效地控制，以此來抑制氮氧化物（NO2）。二次風一般選擇設置在爐膛上部或中部，能夠提供充足的氧氣，用于主燃區和燃盡區的有效燃燒。相較于一次風來說，二次風具有更高的氧氣濃度，能夠有效保障煤粉充分燃燒，同時防止局部產生過高的火焰溫度，進一步針對NO2的排放進行控制。此外，三次風或其他更多級數的供風系統，一般是應用于某些高級設計，能夠更為精準地控制燃燒與污染物排放。燃料分散控制技術主要是與空氣分級相輔相成的重要手段，通過將煤粉磨細至更小顆粒，能夠有效增大比表面積，實現更快更均勻地燃燒目標，從而有效減少局部高溫現象。

（三）燃燒器設計改進與布置優化

對于火電廠鍋爐燃燒技術的優化調整來說，燃燒器設計改進是提高煤粉爐燃燒性能和環保指標的重要環節。火電廠可以選擇W型火焰燃燒器，主要通過特殊的燃燒器結構設計，使得燃料與空氣在燃燒室內產生W型火焰，W型火焰燃燒器的燃燒方式能夠增加煙氣在火焰區的停留時間，促進燃燒溫度的降低，特別是在火焰根部區域，能夠有效抑制氮氧化物的生成，并且W型火焰燃燒器的長焰面特性增強了混合效果，有效保障了燃燒穩定性。火電廠也可以選擇低NO2燃燒器，NO2燃燒器作為一種集合了多種技術手段的燃燒器，包含分級供風、濃淡燃燒、煙氣再循環等，能夠有效控制燃燒過程中的氧濃度分布和溫度分布，使得NO2大幅減少。從NO2燃燒器的分型來看，一些燃燒器還采用特殊噴嘴設計，保障燃料和空氣在進入爐膛前就得到充分預混，能夠保障低溫高效燃燒的有效兼顧。對于燃燒器布置優化來說，則著重于空間布局和方向調整，需要保障各燃燒器之間的合理間距和角度，讓整個燃燒過程更均勻，防止局部高溫現象出現。

（四）先進燃燒控制系統的應用與實施

具體來說，火電廠可以引進在線監測系統，通過系統實時收集鍋爐運行過程中的各類關鍵數據，包含氧含量、一氧化碳和二氧化碳濃度、煤粉濃度分布、爐膛溫度場等相關信息，然后針對這些信息進行動態分析，通過精確測量和快速反饋，使得工作人員能夠全面了解燃燒狀態，第一時間發現并解決可能出現的不均衡燃燒、局部過熱或低溫燃燒等各種問題。與此同時，火電廠還可以引進智能調節系統，充分利用先進的控制算法和硬件設施，使得智能調節系統能夠兼顧自動化控制、智能化控制，通過自動調整燃燒器的供風量、燃料供應量以及相關輔助設備的參數信息，能夠有效保持最佳的空氣/燃料比（AFR）和穩定的爐溫分布，從而有效提高燃燒效率，減少未完全燃燒損失，并針對氮氧化物和其他污染物的生成進行抑制。

（五）潔凈燃燒與污染物減排技術的應用

對火電廠鍋爐燃燒技術的優化調整來說，可以積極引入循環流化床燃燒（CFBC）技術，通過將燃料顆粒懸浮在快速流動的空氣或氣體介質中，然后形成類似沸騰液體狀態的流態化床層進行充分燃燒，因為該技術具有良好的燃料適應性和低溫燃燒特性，可以在整個燃燒過程中有效控制硫氧化物排放，同時也能夠減少氮氧化物生成，并且在燃燒過程中添加石灰石等脫硫劑，能夠直接實現爐內脫硫的目標。與此同時，火電廠還可以引入整體煤氣化聯合循環（IGCC）技術，該技術將煤或其他固體燃料氣化為合成氣（主要成分為氫氣和一氧化碳），通過凈化處理以后，送入燃氣輪機發電，這個過程中產生的高溫煙氣再進入余熱鍋爐產生蒸汽驅動蒸汽輪機二次發電，不僅具有理想的能源轉換率，同時能夠顯著降低硫氧化物、粉塵和部分氮氧化物排放。此外，火電廠還可以引入氮氧化物控制技術，可以采用選擇性非催化還原（SNCR），能夠在不使用催化劑的情況下，保證處于適當溫度窗口下向煙氣中噴射氨或尿素等還原劑，促使氮氧化物還原為氮氣和水蒸氣，最終實現節能減排的目標。也可以采用選擇性催化還原（SCR），相較于SNCR來說，SCR技術在催化劑的作用下，能夠處于更低的溫度下，高效地將氮氧化物轉化為無害的氮氣和水蒸氣，能夠進一步提升NO2去除率?；痣姀S還可以選擇污染物減排設備，通過應用脫硝裝置，將其安裝于SCR或SNCR系統，能夠把煙氣中的氮氧化物含量降至法規標準；通過電除塵器，綜合利用高電壓靜電場捕集煙氣中的粉塵顆粒，本身的效率更高，可以大幅度降低粉塵排放量；火電廠也可以選擇濕法或半干法脫硫設施，濕法脫硫（如石灰石-石膏法）主要是讓煙氣與吸收劑漿液接觸，針對硫氧化物進行吸收處理；半干法脫硫則使用干燥反應條件下的固態吸收劑，同樣能夠有效地轉化SO2，使其成為固態硫酸鹽產物，最終從煙氣中分離出來。

四、結語

綜上所述，火電廠鍋爐燃燒技術的優化調整是各個火電廠研究的焦點，對于提高能源利用效率、減少污染物排放以及實現可持續發展目標等均具有重要的意義。這就需要我們從火電廠鍋爐燃燒技術現狀入手，針對現有技術進行全面的分析，然后充分結合科學技術、信息技術發展動態，通過燃料預處理與配比優化、爐內空氣分級供風與燃料分散控制技術、燃燒器設計改進與布置優化、先進燃燒控制系統應用以及潔凈燃燒與污染物減排技術的應用等多個方面優化設計，從而有效提升火電廠鍋爐燃燒效率，降低燃燒過程中的污染物排放。

（作者單位：靖西天桂鋁業有限公司）