基于环保要求的锅炉运行污染物排放控制策略

一、引言

锅炉是广泛应用于工业生产和民用生活的一种设备，在国民经济中占有重要地位。但传统锅炉燃烧过程中会向大气排放大量污染物，如二氧化硫（ SO₂ ）、氮氧化物（ NO_x ）、颗粒物等，对大气环境造成污染，危害人体健康，同时也对全球愈严苛的环保要求带来影响。因此，开展基于环保的锅炉运行污染物排放控制技术研究具有十分重要的意义。通过实施有效的控制措施，在保证锅炉正常燃烧使用的基础上，尽可能地降低锅炉运行过程中污染物的排放，实现经济效益和环境效益双赢。

二、锅炉运行中主要污染物及其产生机理

( 一 ) 二氧化硫 (so2)

煤等含一定量的硫元素。煤炭燃烧时，其中的硫被氧化成二氧化硫。化学方程式为: s+o2⟶so2 。不同的煤含硫量不同，高硫煤燃烧时将释放大量的二氧化硫。二氧化硫排放到大气中，将形成酸雨，破坏土壤、水体、建筑等。

( 二 ) 氮氧化物 (nox)

氮氧化物主要是指一氧化氮 (no)、二氧化氮 (no2) 等。氮氧化物有多种生成途径。热力型 nox 热力型 nox 是在燃烧过程中，空气中的氮气和氧气在高温下反应生成；燃料型 nox 燃料型 nox 是指燃料中的含氮化合物在燃烧过程中被氧化成 nox ；快速型 nox 快速型 nox 是在燃烧初期碳氢化合物较多、氧气不足的情况下，燃料中的碳氢自由基与空气中的氮气反应生成。氮氧化物不仅是大气光化学污染的来源，产生诸如臭氧等有毒污染物，而且会刺激和损害人体呼吸系统。

( 三 ) 颗粒物

颗粒物通常指燃料燃烧不完全时产生的碳粒、灰分 ( 煤炭燃烧时，其中的矿物质高温煅烧后成为灰分，部分灰分以颗粒物的形式随烟气排出锅炉 )、一些金属氧化物等。煤炭燃烧时，矿物质在炉内高温煅烧形成灰分，部分灰分以颗粒物的形式随烟气排出锅炉。另外，燃烧不充分产生的炭黑等也是颗粒物的主要成分。这些灰尘会降低大气能见度，而且有些灰尘可能会吸附重金属等有毒有害物质，进入人体呼吸系统，对人体产生危害。

三、基于环保要求的锅炉运行污染物排放控制策略

(-) 设备优化策略

1. 采用高效低污染燃烧器

高效低污染燃烧器是通过优化燃烧结构和燃烧过程，使燃料实现完全燃烧，降低污染物的生成。例如采用分级燃烧技术的燃烧器，将燃烧过程分为若干级，在不同分级中采用不同的氧气供给，降低燃烧空间内的温度峰值，可有效地抑制热力型 nox 的生成。合理设计燃烧器的喷口结构和燃料喷出方式，可使燃料与空气很好的混合，强化燃烧，可降低颗粒物和一氧化碳的排放。

2. 设置脱硫、脱硝、除尘设施

脱硫设施的石灰石 - 石膏湿法脱硫，是将烟气通过吸收塔，烟气中的二氧化硫与石灰石浆液反应，生成石膏从而去除二氧化硫。脱硝设施选择性催化还原 (selective catalytic reduction，scr) 脱硝，是在催化剂作用下，使用氨气等还原剂还原氮氧化物，生成氮气和水，从而达到降低氮氧化物排放的目的。除尘设施主要有布袋除尘器、静电除尘器等，能有效的捕集烟气中的灰尘，从而降低烟尘的排放。采用上述先进的污染控制设备，可以对锅炉运行过程中的污染物排放有较大的降低，能够满足环保部门的要求。

( 二) 运行策略部分

1. 燃料的选择和管理

选用低位硫、低位灰的优质燃料，可以从源头上减少污染物的产生。对燃料进行必要的前期处理，如煤的洗选可以降低燃料的硫分和灰分。并注意燃料在储存、输送过程中的储存时间不宜过长，要注意防止燃料受水、受潮、变质等，保证燃料质量的稳定性，有利于实现燃料稳定、高效的燃烧，降低污染物生成。

2. 精确控制燃烧参数 燃烧温度、空气过剩系数、燃烧时间等燃烧参数的精确控制将有利于降低污染物的排放。

适当降低燃烧温度，避免过高温度出现，可以降低热力型 no_X 的产生。适当调整空气过剩系数，保证燃料和空气的均匀混合及燃烧完全，既可提高燃烧效率，又能减少一氧化碳和颗粒物的排放。保证燃烧时间，燃料能够燃尽，有利于降低污染物的排放。采用先进的监控设备，密切监控燃烧参数，并根据监控情况动态调整，实现锅炉优化运行。

( 三) 技术创新策略

1. 采用新型燃烧技术

新型燃烧方式的应用 随着技术的发展，出现了诸如富氧燃烧、循环流化床燃烧等新的燃烧方式。富氧燃烧通过向燃烧过程中引入更高比例的氧气，使得氧气浓度高于空气氧气浓度，从而实现更充分的燃烧，同时也会减少烟气的量，更利于烟气中污染物的集中处理。循环流化床燃烧将燃料送入流化床中并不断循环燃烧，实现低温燃烧，从而有效抑制 nox 的生成，另外循环流化床燃烧对燃料的的要求不高，对不同的劣质燃料均具有良好的燃烧效率，可以有效提高能源利用效率。

2. 利用智能控制系统

借助物联网、大数据、人工智能等技术，建设智能锅炉控制系统，实现对锅炉运行及相关污染物排放情况的实时在线监测，并通过对这些数据进行分析和模型预测，实现对锅炉运行的自动控制，使得锅炉始终处于最佳燃烧状态和污染物排放状态。例如 : 使用机器学习算法对运行数据进行分析，建立污染物排放预测模型，预测污染物排放趋势，提前调整控制措施，使锅炉污染物排放始终在环保要求范围内。

四、结论

随着环保要求的不断提高，控制锅炉运行过程中的污染物排放成为锅炉健康运行的重要保证。通过对锅炉运行中主要污染物产生机理分析，认识到实施设备优化、运行管理、技术改造等方面的控制策略的重要性。通过采用高效低污染燃烧器、采用先进的脱硫脱硝除尘等设备优化措施，可以有效降低设备污染物排放；通过优化燃料利用、加强燃料管理、加强燃烧过程控制等运行措施，可以减少污染物产生；通过采用新的燃烧技术、智能控制系统等技术改造，可以为锅炉污染物排放控制提供更广阔的发展空间。采取上述锅炉运行污染物排放控制策略，不仅可以有效降低锅炉运行污染物排放，保护环境，还可提高锅炉运行水平和能源利用水平，实现经济与环境的协调发展。今后随着环保技术的发展，我们将不断探索和采用新的锅炉运行污染物排放控制策略，为环保事业发展作出更大贡献。

参考文献

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