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摘要：为了达到高效率地降低火电锅炉的NOx排放的目的，研究开发了燃煤发电厂NOx生成与控制技术在线分析系统，从而为今后控制NOx排放提供了一定的参考。
关键词：电站锅炉；氮氧化物；在线分析；人工神经网络
ABSTRACT：In order to achieve the purpose of reducing economically the emission of NOx of boiler in power plant. This paper developed an application called “online analysis system of NOx emission for coal-fired boiler” to analyze exhaust emission characters of NOx.
KEY WORDS： power plant boilers, NOx, online analysis, ANN
引言
由于经济的快速发展，使得化石能源需求日益增长，尤其是我国GDP以每年近10%的速度飞速增长，也使化石能源的需求飞速增长。我国化石能源的基本特点是“煤为主油少、气体资源缺乏”，煤炭资源储量要远大于传统的天然气、石油等传统的化石能源。目前我国已经发现的可采储煤炭量约1.15×1011吨，远超其他国家。而未探明的煤炭量将随着勘探工作的深入，逐步被发掘。我国目前一次能源消耗中约60~70%是煤炭，且将持续较长时间。目前煤炭消耗较大的行业主要是发电、建筑建材、冶金及化工生产，尤其是发电消耗的煤炭超过了一半可吸入性颗粒物和NOX是形成严重雾霾的主要原因[1]。
1我国NOx排放现状
工业废气和汽车尾气以及电站的废气排放是我国NOx排放的三个主要的源头，而其中电站的NOx排放占到30%以上，电站的废气排放是造成区域性环境问题的罪魁祸首。目前的城市污染物监测结果显示，我国许多大中型城市的污染物排放超标，甚至出现光化学酸雾的现象，这对我国城市生态系统带来危害是相当大的。空气中硫和氮的氧化物在一定条件下是会转化成PM2.5。而SOx和NOx气体污染物多为石油、煤以及垃圾等燃烧产生的，尤其是化石燃料的燃烧是主要的来源。以煤为主并且在相当长的时期内难以根本改变的能源结构下，中国实现可持续发展是一种严峻的挑战，在新的经济发展阶段中国必须积极发展新的洁净煤技术，高效洁净利用煤炭资源，优化终端能源结构。全球气候问题越来越引起人们的高度关注，低碳发展已经成为必然趋势。我国资源的特点是富煤、缺油、少气，我国每年发电量的2/3以上是煤电，因此在日后如何对煤电发电进行高效改革是决定我国能源结构和能耗清洁度的重要议题[2,3]。
2016年10月15日，全球近200个国家签署了一项具有里程碑意义的协议，以减少强效温室气体的排放，从而在本世纪末防止全球升温0.5摄氏度[4]。
火力发电的过程中存在的环境污染问题也日益得到重视。碳燃烧产生的烟尘以及SOx、NOx是主要的污染物。SOx和烟尘在此前一直受到大家的重视，且经过一定时间的技术革新后已得到了大幅的控制，而NOx目前的排放量却仍未得到明显改善。
最新的全国氮氧化物排放量统计如表1。
2014年，电力、热力生产和供应业重点调查工业企业8446家，占重点调查工业企业的5.5%；全年工业废气排放量为215 093.5亿米3（标态），占重点调查工业企业废气排放量的31.0%；二氮氧化物排放量为713.4万吨，占重点调查工业企业的54.2%[5]。
2人工神经网络模型简介
目前锅炉NOx排放优化已成为国内外学者的研究热点，排放优化的重点是对NOx排放的过程建模，目前建模方法主要有三种：基于计算流体力学建模、
集总参数模型和神经网络建模[6]。
其中，人工神经网络模型是一种较好的非线性黑箱模型，可以较高精度预测电站燃煤机组氮氧化物的排放量建立锅炉NOx非线性排放模型后，可以通过结合非线性优化算法来求解锅炉燃烧优化调整方法。因此，利用神经网络和非线性优化技术来研究锅炉高效低排优化燃烧方法目前已受到国内该领域研究人员的普遍重视[7~9]。
3某1000MW发电机组特性
选取某新建的、采用先进的炉内脱硝技术的1000MW发电机组作为研究对象。该机组的锅炉是由三菱重工供应的、哈尔滨锅炉厂生产的超超临界滑压运行直流锅炉。主燃烧器为PM、单炉膛、П型布置、燃烧方式为反向双切圆、MACT燃烧技术。
4燃煤机组NOx在线分析系统平台
NOx在线分析系统平台在研发过程中基于火电机组实际运行时的数据进行设计和开发，保证平台与实际机组保持一致。根据燃煤发电厂NOx生成与控制技术在线分析系统需要实现的功能和想要达到的目的，对于已经配备SIS系统的电厂来说，可以在SIS里面进行开发，也就是在SIS内部开发一个应用，将其作为SIS的一部分或者说一个功能。
4.1软件总体结构特点
本文选择SQLite做数据库，并选择PI系统作为该NOx在线分析系统作为主要的数据接口。
火电厂氮氧化物在线分析系统的主要功能是分析氮氧化物的排放量，并给出运行建议和反馈。在综合考虑系统功能与火电厂实际情况后，针对燃煤发电厂NOx生成与控制技术在线分析系统的主要功能是对机组NOx排放量进行分析，根据机组的实时运行情况，实时计算和显示各项机组参数。
综合考虑系统需要达到的功能，需要适应不同电厂的运行状况，提出氮氧化物在线分析系统的数据结构，如图 所示。
图8是风门挡板开度和燃烧器摆角画面，该数据的刷新频率是1次/s。
4.3 历史数据查询
除了实时数据的显示之外，历史数据的查询也是在线系统必须具备的功能之一。图9是历史数据查询界面，里面的各项数据可以生成曲线显示，从而看出历史数据。
4.4 运行优化
运行优化是软件的重点，也是开发该软件的目的所在。画面的左侧用来录入优化条件和优化目标，右侧显示优化结果。软件可以实时从SIS读取数据，因此优化条件中的负荷值可以在线读取，但煤质参数仍然需要手动输入。优化过程是利用实时数据不断训练机组NOx排放的神经网络模型，然后使用遗传算法进行全局寻优，给出优化指导。
5结论
本文阐述了NOx对自然环境和人体健康的危害、我国NOx排放的现状，并以国内有代表性的某电厂1000MW燃煤发电机组，分析了机组与NOx排放相关的技术特点，包括总体参数、燃烧系统以及采用的低NOx燃烧技术等。
然后，选择SQLite作为软件的数据库系统；编写数据接口，凭借接口从PI系统读取实时数据，设计了一套针对电厂NOx排放控制的在线分析软件，以供优化分析。
参考文献：
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[9] 赵敏,颜文俊,郑军. 基于广义动态模糊神经网络的电厂锅炉燃烧优化建模[J]. 热力发电,2010,(03)：19-22，29
论文作者:刘福华
论文发表刊物:《基层建设》2017年第33期
论文发表时间:2018/3/5
标签：在线论文; 机组论文; 氧化物论文; 神经网络论文; 系统论文; 锅炉论文; 排放量论文; 《基层建设》2017年第33期论文;