基于全生命周期的锅炉安全高效运行及节能减排探讨

2017-05-11赵静波

科技创新与应用 2017年1期

赵静波

摘要：国民经济安全运行的一项基础设施建设就是对锅炉设备的建设，对于提高锅炉的安全性、高效性以及节能减排等具有重要意义。文章对基于全生命周期的锅炉安全高效运行及节能减排进行相关分析与探讨，为锅炉设备的生产与设计提供参考依据。

关键词：全生命周期；安全高效运行；节能减排

锅炉设备的使用存在很大的危险性，隐藏了一定的安全隐患，而且对能源的消耗比较大。随着科学技术的发展锅炉设备的设计与生产技术得到了一定的提高，使锅炉设备能够拥有更高的蒸汽参数与容量，但是在这个过程中仍然存在一些问题，制约了锅炉设备安全性能的提高与能源消耗的减少。因此，对全生命周期的锅炉设备安全高效运行及节能减排的探讨成为了当前锅炉设备设计与生产的一项重要研究内容。

1 锅炉安全高效运行设计

1.1 电站锅炉

高效应用材料和结构设计是电站锅炉设计中获得安全高效的核心，本文对锅炉生产厂家以及电厂高温耐热钢型号的判定使用的是高温耐热钢非均匀成核蠕寿命预测法，对耐热钢材的选取在锅炉造型设计过程完成，锅炉安全高效运行的获得也是利用锅炉造型设计环节来完成的。炉膛和燃烧器结构的优化设计可以利用新结构中削弱炉膛出口残余旋转而获得，并得出准则数为XJ的炉膛出口烟气偏差值，进而使炉膛出口的热偏差值得到有效缓解，而且还可以改善炉膛的腐蚀与冷壁结渣现象，避免了爆炸事故在过热器与再热器中的发生。燃料燃烧效率以及广泛适应能够应用高煤粉燃烧器的安全性与稳定性而获得。上述技术已经得到了大范围应用，应用较多的是600MW和1000MW的超临界锅炉[1]。这是通过锅炉设计的优化与材料的选型而为基于全生命周期电站锅炉安全高效提供的坚实保障，以产生巨大社会经济效益。

1.2 燃煤工业锅炉

煤质材料在火力发电过程中容易变质，其负荷也会发生较大的改变幅度，而且如果将燃煤工业锅炉长期处于一个水循环稳定差、热效率不足的环境中，会不利于锅炉容量的扩大。设计方法和配风装置在新设计的工业锅炉结构中得到了明确，工业锅炉长期存在的问题得到本质上的解决。29MW～140MW过程系列锅炉是当前工业生产中使用较多的，而且该系列产品已经打破了国外技术的垄断，在我国企业生产中得到了广泛应用，使燃煤工业得到了安全高效运行。

1.3 燃油燃气工业锅炉

燃油燃气工业锅炉设计核心是燃油燃气燃烧器，也是这种类型锅炉发展的主要制约因素。我国燃烧器检测技术的匮乏无法完成对这类锅炉的检测而长期依赖于国外技术与产品。但是近年来我国的相关科研单位对这一技术进行了不懈的研究并获得了巨大的成功，我国已经自主研制出了具有测绘燃烧器功率曲线功能的油气燃烧器测试设备，能够同时检测燃烧器的燃烧效率、安全性和输出功率，使我国在这一技术缺口上得到了填补[2]。

1.4 余热锅炉

余热锅炉也是工业发电中常用的一种锅炉，主要是对余热的回收，我国对这一锅炉的研究与设计起步较晚，因此相关的研究还没有形成完整的理论体系，对于余热锅炉的积灰、腐蚀、磨损等方面还缺乏明确的目标与方向。但是随着我国“十一五”“十二五”规划的发展与完成，对于余热锅炉的研究也取得了较大的进步，使用烟尘设计思路的提出是众多设计方案中一项非常可行的方案[3]。这个思路的设计基于突扩形烟风通道导流装置设计，改进了入口多级防磨装置，使积灰、腐蚀问题得到了有效解决，并且对余热锅炉的热力计算标准作出了研究。对有毒烟气余热锅炉的处理，设计并使用了2500t/d～6000t/d系列水泥窑，当前已经对这一技术进行了很好的应用，使余热锅炉的安全高效运行得到了显著提高。

2 锅炉节能减排技术应用

2.1 烟气深度冷却技术

锅炉节能减排技术中的烟气深度冷却技术一般应用在提升烟气深度冷却器系统中，在静电除尘前后或者脱硫塔前后使用，处理锅炉的排烟温度与余热，进而提高发电功率的热能，且明显增强了机组热循环效率。在烟气余热应用等装置中也经常用到烟气深度冷却器。为了使烟气深度冷却器的重量在低温环境下得到降低，一般对热传管的处理会使用外翅片，以与换热原件的功能相符合。翅片管中经常会存在一些水分，烟气经过时就会吸收一部分热量而提高水温。

烟气深度冷却器对烟气余热的回收是通过加热工质水来实现的，而且以下几个方面也可以应用到这部分产生的余热：

（1）对冷凝水进行加热，使汽轮中的抽气量得到降低，以提升汽轮机的发电性能。

（2）集中供热中能够应用到加热网水，冷暖空调中的热源中也可以应用。

（3）加热脱硫之后的低温烟气也可以得到应用，减少烟囱内腐蚀情况的发生，而且对于烟囱中的“烟羽”情况能够有效去除。

（4）可以作为热力来源应用到暖风器中，加热锅炉的冷空气。

（5）将烟气深度冷却设备应用在静电除尘前后，以降低除尘器的温度，而且能够使烟气的流量得到减少，降低烟气流速，提高电除尘器的工作效率。

2.2 减排增效技术

我国对氮氧化物的排放量做出了明确规定，对二氧化硫等物质的排放量给出了严格的数值范围。对于一些环境较差的地区实行的物质排放量规定更加苛刻，以控制燃煤锅炉汞等化合物的排放量。我国使用的燃煤机组要想使当前的烟尘排放与国家标准相符合，就需要加大监管措施的投入，以优化处理运行与维护工作。

烟尘排放有以下几点建议：

（1）对现役发电机组的改造与升级应用烟气深度冷却除冷技术，烟尘排放尽量从30mg/m3降至20mg/m3。

（2）排放标准20mg/m3要求的可以通过移动电极式除尘技术或电袋复合技术满足。

（3）排放标准30mg/m3要求的可以利用烟气调制技术来满足。