刘 念
（太原锅炉集团有限公司，山西 太原 030053）
引言贝叶斯理论是根据经验和假设设定先验分布，再设定含有误差信息的似然函数，通过优化先验分布导出后验分布。由于后验分布的复杂性影响，使目标分布难以直接绘制得到。我们采用数值抽样方法近似表达出后验概率分布情况，进而得到参数的近似值。
生物质能主要通过植物的光合作用产生。每年，植物的光合作用可将光能转变为约1 700 亿t 的生物质能，并广泛分布在陆地及海洋中[1]。其中，生物质废弃物开发为我国生物质能利用的主要方向，如农作物茎叶、树木枝干、人畜排泄物等。目前，生物质能废弃物的利用方式分为两种：直接利用，如燃烧；处理后利用，如热解[2]。直接利用生物质能废弃物燃烧发电具有广阔的应用前景[3]，可有效实现生物质废弃物的二次利用，降低其储量和有害性，并增加燃料资源[4]，既可以改善日益紧缺的化石能源问题，又能缓解温室效应降低碳排放，充分高效利用生物质能于我国具有重要意义。
循环流化床锅炉（CFB）对燃料的要求标准低，燃烧时氮氧化物原始排放低，且可实现排放气的原位脱硫处理，并具有原料能量利用率高和负荷调节比宽等优势，恰好与生物质的燃烧特性相符。外加循环流化床锅炉具有蓄热量大、循环倍率高的特点，可保证生物质燃料着火并稳定燃烧。同时燃料的往复循环燃烧，将会延长燃料在炉内的停留时间，加长燃尽时间保证燃料燃尽。由此可知，最适合生物质燃烧的锅炉是循环流化床锅炉。
基于国内现有燃用不同生物质CFB 运行和设计的经验与方案，充分运用贝叶斯理论建模修正现有的问题与设计理念，针对具体的燃料特性与区域燃料燃烧特点，优化现有CFB 设计理念与燃料入炉燃烧数据，保证生物质热电厂连续稳定长周期运行提供理论保证。
1 贝叶斯概率说明与应用通过贝叶斯原理得出的目标概率称为贝叶斯概率，即通过条件概率来计算后验概率，其基础公式如下（推导过程省略）：
式中：A，B 分别代表某一事件；P（A）和P（B）分别代表该事件发生的相应概率；P（A）是A 的先验概率或边缘概率，是因为它不考虑任何B 方面的因素；P（B）是B 的先验概率或边缘概率，也作标准化常量；P（AB）是已知B 发生后A 的条件概率，也由于得自B 的取值而被称作A 的后验概率；P（BA）是已知A 发生后B 的条件概率，也由于得自A 的取值而被称作B 的后验概率。
贝叶斯原理可以通过统计学方法计算某一尚未发生事件的发生概率，即贝叶斯概率[5]，可表述为：后验概率=（似然度×先验概率）/标准化常量，其中，比例P（BA）/P（B）也有时被称作标准似然度。也可表述为：后验概率=标准似然度×先验概率[6]。
近年来，贝叶斯理论已然是人工智能领域的核心内容之一，其中大数据贝叶斯学习成为人们关注的焦点，加强贝叶斯学习的灵活性以及加快贝叶斯学习的推理过程，使其更加适应大数据时代的挑战成为人们考虑的问题[7]。以拼音输入法为例，如果输入了错误的拼音，输入法里会进行相对的概率计算，再得出应该正确打出的汉字，这种概率的计算，就是以贝叶斯理论为基础。
当代贝叶斯理论已经渗透进多个领域，其中在优化生物质CFB 理论设计方面可以提供数学模型之借鉴，在建立大量现有锅炉不同参数的具体运行数据基础上，充分调研现有在用不同区域类似生物质燃料燃烧及掺烧比例不同时详细数据的运行参数模型，加大标准似然度修正准确率，以现有锅炉运行大数据为前提，就具备优化现有生物质CFB 设计运行参数的可能性，进而降低锅炉岛的非正常启停事故率，为用户提供高品质的锅炉岛系统的理论数据支撑。
2 生物质燃料与循环流化床生物质锅炉的燃烧特性与传统燃料不同，纯生物质燃料含有较高的碱金属和氧含量，且其易挥发，灰分、硫含量和固定碳低。然而，在生物质电厂实际运行中由于生物质燃料来源的复杂性，水分含量波动范围大、导致燃料热值变化幅度较大、给料的波动性对锅炉的负荷影响较大，最终导致对司炉人员要求极为严格，这也是近年来生物质电厂优秀司炉人员高价也难寻的原因，现就东北地区生物质燃料的特点总结如下[8]：
1）受生物质燃料成因影响，水分含量分布范围广、差别大；
2）密度小，松散蓬松，易被吹起，输送需要特殊考虑；
3）燃烧热值、灰熔点、燃烧温度均较低，且碱金属含量较高；
4）挥发份高，易于着火，需及时补充大量空气避免不完全燃烧；
5）部分燃料含氯量高，易造成尾部对流受热面的高低温腐蚀；
6）实际运行时生物质燃料来源复杂，且杂质含量较高，例如秸秆中含土、石等；
7）硫、氮、碳含量低，SO2、NOx的排放量将会降低，同时CO2近似零排放。
基于以上生物质的燃烧特性，为了保证生物质CFB 连续稳定高效运行，并尽可能地兼顾炉内污染物原始低排放甚至超低排放，生物质CFB 需具备以下特点：
1）炉膛温度较低，一般采用750～800 ℃（具体温度由设计燃料灰熔点确定）；
2）燃料适应性强，对未燃尽物质都将保持较高的燃烧效率；
3）SO2排放远低于国家标准排放限值；
4）通过调节尾部受热面管组布置和管排横向节距，有效阻止了飞灰搭桥现象；
5）分级送风保证燃烧、气固混合良好，多数未燃尽的燃料往复循环，具备高的燃烧效率。
3 生物质循环流化床锅炉腐蚀问题及贝叶斯分析论证由于高碱含量特性，生物质燃料燃烧过程中易发生结团、结焦的现象，在高温状态下碱金属化合物极为活跃且具有固氯特性，当遇到低温管壁碱金属化合物将会凝结在受热面管壁上，易出现高温受热面碱金属腐蚀、低温受热面氯腐蚀及各受热面管排之间飞灰搭桥等的问题。现针对生物质燃料的高温腐蚀问题为例子进行锅炉贝叶斯优化分析概述。
先预估一个“先验概率”，再加入相似生物质锅炉运行案例，看类似运行案例是增强还是削弱了“先验概率”，修正后得到更接近事实的“后验概率”。
问题描述：高温腐蚀主要发生在过热器等高温部位。
先验概率分析P（A）：
1）过热器管子的壁温处于易腐蚀区域，蒸汽温度高，是高温腐蚀主要区域；
2）过热器管子表面的高温黏结灰中含有碱金属氯化物，在该温区碱金属氯化物与燃烧时所生成的硫化物和氯化物将发生化学反应，从而对受热面的管壁造成腐蚀。
基于先验概率防高温腐蚀的方法：
1）过热器的管壁温度避开腐蚀率较高的温度区域，采用高低温过热器错位布置等方式；
2）过热器管材选取耐腐蚀性高的不锈钢管材，以减缓管子的腐蚀；
3）受热面管子采取顺列布置并加大横向管间距，减少管排间飞灰搭桥、堵塞的概率；
4）布置性能良好的吹灰器，且增加投入频次，以防止灰分黏结在受热面管子表面；
标准化常量P（B）：高温条件下，锅炉由于燃烧氧化和脱碳反应而发生的金属腐蚀为化学腐蚀。不同于电化学腐蚀，该腐蚀仅发生于金属表面，且无电流产生[9]。通过调节钢铁中耐蚀性合金元素的组分含量，可以控制高温燃烧过程中锅炉的耐蚀性。即选用高等级的材料增加其抗腐蚀性能，但同时亦增加产品成本，需综合考虑寻求最优解。
似然度P（BA）：收集现有的生物质CFB 运行的数据，分析出现主要运行问题时对高温腐蚀的影响因素：
东北某生物质CFB 燃料为70%秸秆，剩余为稻壳、芦苇、少量木片；燃料直径300～450 mm 之间，且杂质较多，燃料水分偏差大。当燃料热值在2 500～2 600 之间，水分含量少时可带满负荷。常规时炉膛运行温度540 ℃，分离器温度560～570 ℃，检修时发现分离器内挂壁软化焦分层累积，尾部过热器暂未发现磨损，但是该温度下蒸汽品质较难保证，需2 人超盘，分别控制燃料风和减温水量；由于分离器分离效率低尾部积灰不多，吹灰方式采用激波吹灰，为了保证吹灰效果，130 t 生物质锅炉设计48 个激波吹灰点，安装位置点需尾部砌筑时和吹灰器厂家、锅炉厂家现场设计安装位置和角度，尾部竖井烟道收灰口设计气力除灰节省人力。
后验概率分析P（AB）：后验概率P（AB）=（似然度P（BA）×先验概率P（A））/标准化常量P（B），进行初步统计分析引起高温腐蚀的主要原因：壁温在500 ℃时碱金属共晶体化合物被烟尘携带对受热面的高温热化学腐蚀与冲刷。
基于此需对生物质CFB 整体设计时在常规统筹分析的基础上重点考虑：
1）优化炉膛的吸热与传热设计，在保证主蒸品质的基础上适当降炉膛温度，增大锅炉整体水容积以应对负荷变动速率高的问题，增大锅炉水容积从增大受热面和增大锅筒容积两方面进行统筹考虑，并设计避开500 ℃壁温时碱金属腐蚀温度区间；
2）优化尾部竖井烟道流场结构和传热设计，减小高温受热面迎风面的冲刷和碱金属积灰富集，并根据设计燃料含水量优化吹灰器的布置位置、角度与数量；
3）优化分离器结构，减小尾部含尘量，使大量循环灰在炉膛与分离器之间循环，水冷床上针对设计返料灰排灰口，将大部分碱金属共晶体化合物随细渣在冷渣机中排出，进而减小尾部烟尘中碱金属共晶体的含量，避免尾部积灰和高低温腐蚀问题；
4）继续深入研究高温热化学腐蚀问题，分析高温碱金属共晶体液态流化过程中是否存在电化学腐蚀现象，从而在电化学腐蚀方向考虑采用牺牲阴极的阳极保护措施等方法，已避免选用高等级的材质引起成本增加的无奈选择。
4 结语随着国家工业4.0 的发布，基于工业互联网大数据前提下的锅炉优化设计时代即将到来，借鉴现有智能制造的贝叶斯算法与算力的经验数据，充分利用即将到来的5G 这新技术动能更好地针对性设计循环流化床生物质锅炉，从而为缓解化石燃料资源日益紧缺的现状，更高效地利用生物质可再生能源已迫在眉睫。让人工智能技术为重工业插上腾飞的翅膀，相信生物质循环流化床锅炉的应用也将更加科学。
