锅炉节能减排探讨

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摘要：本文主要就锅炉全生命周期的安全高效运行与节能减排，展开了相关的分析与探讨，首先就造成锅炉安全运行事故的原因及技术突破予以了简要的概述，然后针对具体的安全高效运行设计展开深入的研究，其中主要包括电站锅炉、燃煤工业锅炉、燃油燃气锅炉、余热锅炉等四方面内容的设计工作，结合本次研究基于运行设计，提出了烟气深度冷却技术、除尘增效技术等相关节能减排技术。最终希望借助于本文的分析研究能够给相关的设计人员提供一些可供参考的内容。

关键词：锅炉；全生命周期；安全高效运行；节能减排

锅炉设备的危险性较大且能耗较高，同时也是确保国民经济健康发展的关键基础设施。近些年来，锅炉设备的设计与制造已经取得了极大的技术发展与突破，实现了更大容量、更高蒸汽参数的持续发展，然而此过程当中也面临着诸多的难题，例如高温耐热钢的炼制及设计等相关技术依然还未能够取得实质性的突破，使得锅炉安全事故频发，因此就锅炉全生命周期的安全高效运行，以及节能减排工作展开相关的分析与探讨，具有十分重要的作用与价值，据此下文之中将主要就这一问题展开具体的阐述。

一、概述

锅炉具备有高危险性，因此导致的安全事故时有发生，而造成锅炉在日常的运行过程当中存在有安全隐患的因素主要有：第一，高温耐热钢的炼制及生产技术还不能取得新的突破；第二，以前的设计选型技术达不到高温耐热钢的实际要求；第三，锅炉耐热材料在实际生产与制造时所选用的焊接、弯制以及热处理等技术依然无法达到新材料应用的需求；第四，不具备有高效的离线检测、在线监测、安全评估方法等；第五，缺少安全有效的锅炉与燃烧器整体结构优化设计方式。由于锅炉的安全高效运行牵涉到了动力工程、工程物理、材料科学、测量控制等多学科内容，因此其具体的运行设计机制十分复杂，且难度极高；并且锅炉的安全高效运行所牵涉的诸多方面因素在过程控制当中，大多会出现互相耦合。因而，传统以往单一性的学科研究与运行设计技术已经难以应对在复杂环境下运行的锅炉运行，以及由于材料耦合从而造成的锅炉失效技术难题。

二、安全高效运行设计

（一）电站锅炉

在电站锅炉的设计过程当中，安全高效的设计其核心即为对所选材料以及结构设计的高效应用，在本次研究当中运用高温耐热钢非均匀成核蠕变寿命预测法，给予锅炉厂家与发电厂家的高温耐热钢型号选取作出了明确的依据判定，由锅炉的选型设计过程中保障了对耐热钢材的准确选取，进而再通过对锅炉选型的合理设计来确保实现安全高效的运行。通过对削弱炉膛出口残余旋转的新结构设计，指出了在炉膛出口的烟气偏差值判定准则数为XJ，并由此便可促进对炉膛以及燃烧器构造的合理优化，能够显著的缓解炉膛出口的热偏差值，同时也可促使炉膛之中水冷壁结渣与腐蚀情况得以改善，进而避免了过热器与再热器发生爆裂事故。通过对高效煤粉燃烧器的应用，能够借助于燃烧器的着火稳定性与安全性，实现燃料更为广泛的适应以及提升燃烧效率。以上技术发明现已得到了大规模的普及应用，且常以600MW与1000MW的超（超）临界锅炉设计当中应用较多。这也就由材料的选型以及锅炉设计的优化方面为电站锅炉的全生命周期安全高效运行，打下了坚实的基础，创造出了极大的社会经济价值。

（二）燃煤工业锅炉

在长时间的火力发电过程中，由于供应来源的煤质材料较为多变，且负荷改变幅度较大，由于导致燃煤工业锅炉长期处于热效率不足、水循环稳定性较差等运行困境，这同时也是限制锅炉容量扩大化的重要原因之一。针对工业锅炉采取新的结构设计，明确配风装置以及具体的设计方法，可由本质上改善燃煤锅炉长期所存在的问题。当前较为常用的燃煤工业锅炉产品当中，以29MW~140MW国产系列较为先进，并且此系列的产品性能已经在某些方面实现了对国外垄断技术的超越，现已应用于我国的多家企业之中，满足了燃煤工业安全高效运行的目的。

（三）燃油燃气锅炉

燃油燃烧器是此类锅炉的绝对核心部件，同时也是限制这一类型锅炉发展的主要制约因素。我有由于在燃烧器的检测技术方面存在空白，因此长期以来需要国外进口，其成本十分高昂。而经过我国相关科研单位与相关高校所开展的技术攻关合作，目前在这一领域当中已经取得了极大的突破，我国自主研发的油气燃烧器测试设备，已经具备了对于烟气与燃烧器功率曲线的测绘功能，能够针对燃烧器的输出功率、燃烧效率以及相应的安全性予以同时检测，弥补了我国在这一方面的不足。所设计研发出的0.35MW~7MW系列产品已经得到了国内多家企业的购置，给予油气燃烧器及锅炉安全高效设计作出了重要的技术贡献。

（四）余热锅炉

余热锅炉是对工业发电的余热进行回收的一项锅炉设备，在这一方面我国的发展时间较短，由于没有足够的基础理论研究工作，在对于设备的积灰、磨损、腐蚀、烟气泄露等设计方面依然具有较大的盲目性。而伴随着近些年来尤其是“十一五”与“十二五”等相关科研项目的不断深入，在此方面的设计工作已经取得了较大的突破，其中一项较为可行的设计方案支出，采用烟尘特性数据规范设计思路，打破了传统的思路概念，在这一设计过程当中设计团队人员创造性的提出了突扩形烟风通道导流装置设计，并对钢珠撒播与入口多级防磨装置进行了改进，有效的解决了余热锅炉的积灰、磨损、腐蚀等相关问题，并提出了余热锅炉的热力计算标准，并且设计出了2500t/d~6000t/d系列水泥窑，对有毒烟气余热锅炉进行了高效的处理，这一技术已经得到了十分广泛的应用，有效的促成了余热锅炉的安全高效运行。

三、节能减排技术

（一）烟气深度冷却技术

此项技术通常是运用在采取静电除尘前后，亦或是应用在脱硫塔前后进而来提升烟气深度冷却器的置换系统，并对于排烟温度及其余热采取处理，同时促成发电功率的热能能够得到极大的提升，且使得整体机组的热循环效率得到明显的增强。烟气深度冷却器常常也被人们制作低温省煤器、烟气余热应用装置等。在低烟温度环境下，为了有效地降低烟气深度冷却器的实际重量，通常选用外翅片来对传热管进行加强处理，进而达到换热元件的功能性。由于翅片管中往往会附着有一定的残存水分，因此烟气在经过之时翅片管便会吸收到相应的热量，从而促使水温升高。烟气深度冷却器能够借助于加热工质水来实现对于烟气余热的回收，并且此部分余热还可应用在以下几个方面：第一，加热凝结水，降低由汽轮机之中的抽气量，促使汽轮机的发电性能得以显著提升；第二，加热网水可应用在集中供热，同时也可用在冷暖空调的热源中；第三，应用在加热脱硫之后的低温烟气，来降低烟囱的腐蚀状况，并且能够显著的去除烟囱当中的“烟羽”情形；第四，可充当暖风器的一部分热力来源，共同参与至锅炉燃烧的冷空气当中；第五，在开展静电除尘前应当加装烟气深度冷却设备，促使电除尘器当中的温度值能够得以显著的下降，并且也可减小烟气体的流量，使得烟气流速下降，并且是飞灰比电阻下降，也能够使的电除尘器的工作效率得到显著的提升。

（二）除尘增效技术

目前我国所实行的《火电厂大气污染物排放标准》当中明确规定了对氮氧化物的排放控制程度，并且严格了二氧化硫、盐城等物质的排放限定数值；对于一些环境承载性较差，且较易出现重大环境问题的地区实行了更为苛刻的地方排放标准，旨在增强对燃煤锅炉汞，以及相关化合物的排放控制。当前我国大量的燃煤机组均运用静电除尘技术进行烟尘的排放，要想促使目前的电除尘器出口烟尘，能够符合以最新的排放标准规范，首先需强化监管措施，提高维护与运行工作的不断优化处理。第一，利用烟气深度冷却除尘增强技术，针对现役的发电机组予以全面性的技术改造升级，以达到30mg/m3，并通过与WFGD协同配合，尽力实现20mg/m3；第二，运用移动电极式除尘技术，能够满足于20mg/m3的处理标准；第三，选用电袋复合技术能够达到20mg/m3的处理标准；第四，针对某类特定的煤种选取烟气调质技术，能够实现30mg/m3的排放标准；第五，应用颗粒聚合技术可达到燮20mg/m3的排放标准；第六，湿式电除尘技术的排放效果最佳可达到燮10mg/m3的排放标准。

四、结语

总而言之，在目前的众多电力生产方式当中，火力发电依旧具备有高校、清洁、使用以及稳定等特点。为了促进对火力发电的不断完善，就应针对发电所用锅炉的材料、设计、制造以及运行等多项核心技术予以深入研究。目前我国在此方面的研究与应用依然处于对世界先进国家的模仿与引进阶段，相关的产业自主发展依然还有相当漫长的一段过程，还需要广大的设计参与人员为之做出不懈的努力。

作者:林康华 单位:湛江电力有限公司

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