火电厂锅炉燃烧技术的优化调整研究

从现阶段的实际情况来看，伴随着环保政策的日益严格和科学技术的快速发展，火电厂锅炉燃烧技术也在这个过程中不断发展，已经在提高燃烧效率、降低污染物排放方面取得了显著的成绩，但同时也存在着燃料多样化、燃烧过程复杂化等挑战，尚需进一步推进锅炉燃烧技术优化调整。因此，为进一步提升火电厂经济效益与社会效益，推进火电厂锅炉燃烧技术优化调整就成为当前亟须解决的重要课题。

一、火电厂锅炉燃烧基础理论

（一）锅炉燃烧的基本原理与过程

从锅炉的燃烧过程来看，主要指的是一个涉及物理化学反应的复杂过程，当中主要涉及燃料的破碎、输送、混合以及与氧气进行氧化还原反应等，通过上述原理生成热量并释放出水蒸气和各种气体产物。从锅炉燃烧的实际流程来看，主要包括以下几个阶段：①着火：燃料处于适当的温度和充足的氧气条件下完成点燃，然后产生初始火焰。②燃烧：燃料继续完成氧化分解，这个过程中放出大量热能，会逐步生成高温火焰区域（动力燃烧区）。③燃尽：没有完全燃烧的碳粒会处于高温环境下持续燃烧，一直持续到燃烧充分以后（燃尽区）。

（二）燃料特性对燃烧效率的影响分析

从火电厂锅炉燃料特性来看，包含燃料类型（煤炭、天然气、生物质等）、热值、含硫量、水分含量、灰分含量、颗粒大小、挥发等相关因素，均会显著影响锅炉的燃烧效率和污染物排放情况。

（三）锅炉燃烧过程中常见的问题及其影响因素

1.不完善燃烧

因为空气供应不足或者燃料与空气混合不均的因素，使得部分燃料不能彻底转化为热量，会导致燃烧效率的显著降低，这个过程中还可能增加CO、CH4等有害气体的排放。

2.热效率低下

火电厂锅炉除了不完全燃烧外，还包括传热效率差、排烟损失大等因素，而上述问题需要通过优化燃烧室设计、改善换热器性能等途径来解决。

3.污染物排放超标

燃料中硫、氮化合物长时间处于高温下，会转化为SO2、NO2等各种污染物，且还会面临颗粒物（PM）、重金属等排放问题。上述问题的产生，都受到燃料品质、燃烧条件、脱硫脱硝设施运行状况等相关因素的影响。

4.结焦和积灰

对于燃煤锅炉来说，燃料中的灰分处于高温作用下非常容易产生硬壳状物质，使得受热面受到堵塞，导致传热效果受到负面影响，严重的还会导致设备损坏。

二、现有火电厂锅炉燃烧技术评述

（一）主流燃烧技术

1.分层燃烧技术

对于大型煤粉炉来说，分层燃烧是一种能够有效优化燃料燃烧和减少氮氧化物排放的燃烧技术，实际运行过程中，主要是通过合理布置燃料和空气的输入位置以及控制送风方式，使得炉膛内能够逐步形成不同的氧浓度区域，最终形成低氮氧化物生成的燃烧环境。

2.循环流化床燃烧技术（CFBC）

循环流化床锅炉主要是燃料颗粒悬浮在由一次风驱动的高速气流中进行燃烧，这种技术能够使用劣质燃料，通过炉内直接添加石灰石等脱硫剂，能够燃烧后完成脱硫，有效降低了SO2排放。

（二）当前火电厂锅炉燃烧系统存在的主要问题与挑战

随着我国环保法规日趋严格，如何进一步降低NO2、SO2、PM2.5等污染物排放已经成为火电厂节能减排的重要内容。与此同时，越来越多清洁能源的推广应用，火电厂需要处理更多种类和品质各异的燃料，当中的生物质燃料、废弃物衍生燃料等，无疑对火电厂锅炉燃烧系统的灵活性提出了更高的要求。

三、火电厂锅炉燃烧技术优化调整策略

（一）燃料预处理与配比优化

对于火电厂锅炉燃烧技术的优化调整来说，燃料预处理与配比优化是基础所在。从燃料预处理来看，原煤通过破碎设备进行粉碎处理，能够达到锅炉燃烧的粒度要求。燃料粒度过大过小都会导致火电厂锅炉燃烧效率受到影响，粒度过大可能造成燃烧不充分，粒度过小则可能导致气流携带能力下降。因此，对于燃料预处理，需要充分结合火电厂锅炉燃烧需求，科学合理地粉碎原煤，保障煤粉粒度达到理想要求，从而有效促进煤粉与氧气接触，加快燃烧反应速度。与此同时，煤炭如果存在过高的水分，不仅会降低单位质量燃料的有效热值，还会导致燃烧不稳定，增加烟气排放中的水蒸气含量，从而降低锅炉的整体热效率。因此，必须针对水分偏高的煤炭实施干燥处理，保障煤炭含水量达标，从而有效提升燃烧效率。

（二）炉内空气分级供风与燃料分散控制技术

炉内空气分级供风技术作为低NO2燃烧策略中的核心环节，是提升火电厂锅炉燃烧效率的关键内容。从炉内空气分级供风技术的流程来看，一次风主要是负责将煤粉输送至炉膛，然后在燃料着火区域提供适量的氧气，从而有效初始燃烧的稳定性。因为一次风区域氧浓度相对较低，能够针对燃烧初期的温度进行有效地控制，以此来抑制氮氧化物（NO2）。二次风一般选择设置在炉膛上部或中部，能够提供充足的氧气，用于主燃区和燃尽区的有效燃烧。相较于一次风来说，二次风具有更高的氧气浓度，能够有效保障煤粉充分燃烧，同时防止局部产生过高的火焰温度，进一步针对NO2的排放进行控制。此外，三次风或其他更多级数的供风系统，一般是应用于某些高级设计，能够更为精准地控制燃烧与污染物排放。燃料分散控制技术主要是与空气分级相辅相成的重要手段，通过将煤粉磨细至更小颗粒，能够有效增大比表面积，实现更快更均匀地燃烧目标，从而有效减少局部高温现象。

（三）燃烧器设计改进与布置优化

对于火电厂锅炉燃烧技术的优化调整来说，燃烧器设计改进是提高煤粉炉燃烧性能和环保指标的重要环节。火电厂可以选择W型火焰燃烧器，主要通过特殊的燃烧器结构设计，使得燃料与空气在燃烧室内产生W型火焰，W型火焰燃烧器的燃烧方式能够增加烟气在火焰区的停留时间，促进燃烧温度的降低，特别是在火焰根部区域，能够有效抑制氮氧化物的生成，并且W型火焰燃烧器的长焰面特性增强了混合效果，有效保障了燃烧稳定性。火电厂也可以选择低NO2燃烧器，NO2燃烧器作为一种集合了多种技术手段的燃烧器，包含分级供风、浓淡燃烧、烟气再循环等，能够有效控制燃烧过程中的氧浓度分布和温度分布，使得NO2大幅减少。从NO2燃烧器的分型来看，一些燃烧器还采用特殊喷嘴设计，保障燃料和空气在进入炉膛前就得到充分预混，能够保障低温高效燃烧的有效兼顾。对于燃烧器布置优化来说，则着重于空间布局和方向调整，需要保障各燃烧器之间的合理间距和角度，让整个燃烧过程更均匀，防止局部高温现象出现。

（四）先进燃烧控制系统的应用与实施

具体来说，火电厂可以引进在线监测系统，通过系统实时收集锅炉运行过程中的各类关键数据，包含氧含量、一氧化碳和二氧化碳浓度、煤粉浓度分布、炉膛温度场等相关信息，然后针对这些信息进行动态分析，通过精确测量和快速反馈，使得工作人员能够全面了解燃烧状态，第一时间发现并解决可能出现的不均衡燃烧、局部过热或低温燃烧等各种问题。与此同时，火电厂还可以引进智能调节系统，充分利用先进的控制算法和硬件设施，使得智能调节系统能够兼顾自动化控制、智能化控制，通过自动调整燃烧器的供风量、燃料供应量以及相关辅助设备的参数信息，能够有效保持最佳的空气/燃料比（AFR）和稳定的炉温分布，从而有效提高燃烧效率，减少未完全燃烧损失，并针对氮氧化物和其他污染物的生成进行抑制。

（五）洁净燃烧与污染物减排技术的应用

对火电厂锅炉燃烧技术的优化调整来说，可以积极引入循环流化床燃烧（CFBC）技术，通过将燃料颗粒悬浮在快速流动的空气或气体介质中，然后形成类似沸腾液体状态的流态化床层进行充分燃烧，因为该技术具有良好的燃料适应性和低温燃烧特性，可以在整个燃烧过程中有效控制硫氧化物排放，同时也能够减少氮氧化物生成，并且在燃烧过程中添加石灰石等脱硫剂，能够直接实现炉内脱硫的目标。与此同时，火电厂还可以引入整体煤气化联合循环（IGCC）技术，该技术将煤或其他固体燃料气化为合成气（主要成分为氢气和一氧化碳），通过净化处理以后，送入燃气轮机发电，这个过程中产生的高温烟气再进入余热锅炉产生蒸汽驱动蒸汽轮机二次发电，不仅具有理想的能源转换率，同时能够显著降低硫氧化物、粉尘和部分氮氧化物排放。此外，火电厂还可以引入氮氧化物控制技术，可以采用选择性非催化还原（SNCR），能够在不使用催化剂的情况下，保证处于适当温度窗口下向烟气中喷射氨或尿素等还原剂，促使氮氧化物还原为氮气和水蒸气，最终实现节能减排的目标。也可以采用选择性催化还原（SCR），相较于SNCR来说，SCR技术在催化剂的作用下，能够处于更低的温度下，高效地将氮氧化物转化为无害的氮气和水蒸气，能够进一步提升NO2去除率。火电厂还可以选择污染物减排设备，通过应用脱硝装置，将其安装于SCR或SNCR系统，能够把烟气中的氮氧化物含量降至法规标准；通过电除尘器，综合利用高电压静电场捕集烟气中的粉尘颗粒，本身的效率更高，可以大幅度降低粉尘排放量；火电厂也可以选择湿法或半干法脱硫设施，湿法脱硫（如石灰石-石膏法）主要是让烟气与吸收剂浆液接触，针对硫氧化物进行吸收处理；半干法脱硫则使用干燥反应条件下的固态吸收剂，同样能够有效地转化SO2，使其成为固态硫酸盐产物，最终从烟气中分离出来。

四、结语

综上所述，火电厂锅炉燃烧技术的优化调整是各个火电厂研究的焦点，对于提高能源利用效率、减少污染物排放以及实现可持续发展目标等均具有重要的意义。这就需要我们从火电厂锅炉燃烧技术现状入手，针对现有技术进行全面的分析，然后充分结合科学技术、信息技术发展动态，通过燃料预处理与配比优化、炉内空气分级供风与燃料分散控制技术、燃烧器设计改进与布置优化、先进燃烧控制系统应用以及洁净燃烧与污染物减排技术的应用等多个方面优化设计，从而有效提升火电厂锅炉燃烧效率，降低燃烧过程中的污染物排放。

（作者单位：靖西天桂铝业有限公司）