锅炉全生命周期安全高效运行和节能减排

锅炉全生命周期安全高效运行和节能减排

武文杰 孙永生

霍煤鸿骏铝电公司电力分公司 内蒙古自治区通辽市霍林郭勒市 029200

摘 要：对锅炉全生命周期运行问题进行了阐述，并围绕其安全高效运行与节能减排技术的运用进行探讨，以供参考。

关键词：锅炉；全生命周期；安全高效；节能减排

使用锅炉设备危险性很高，一些安全隐患蕴含其中，同时大量消耗能源。科学技术越来越进步，与锅炉设备相关的设计、生产技术等得到显著提升，锅炉设备的蒸汽参数与容量更高，尽管如此，但在整个过程中仍有问题不可避免地存在着，对于提高锅炉设备安全性十分不利，不能有效降低能源损耗，制约了其发展进步。基于以上，探讨基于全生命周期的锅炉安全高效运行及节能减排这一课题意义重大，可以大大促进锅炉设备的安全高效运行，同时大大降低能源消耗。

1锅炉全生命周期评价流程

1.1原材料获取及制造

在获取原材料的基础上，利用原材料生产及制造，为锅炉全生命周期评价的两大首要流程：（１）原材料获取：锅炉运行过程中所需要的原材料，以煤炭为主。煤炭资源，属于不可再生资源。加之锅炉的煤炭消耗量较大，必然导致我国的资源占有量不断减少，对子孙后代的发展造成威胁。因，如原材料获取及使用量较大，则表明锅炉的节能效果较差。（２）制造：将原材料应用到生产过程中，直至形成最终产品的过程，即制造的过程。制造效率，是决定锅炉运行效率的重要指标，同时也是锅炉全生命周期评价的关键因素。

1.2使用、维护及处理

原材料的使用情况、生产设备的维护情况，以及污染物的处理情况是否符合高效、节能、减排的要求，属于锅炉全生命周期评价需关注的三大重点问题。使用：锅炉使用过程中，原材料的利用率，与锅炉的节能效果正相关。简言之，随着利用率的提高，节能效果明显改善。（２）维护：各项生产设备使用过程中，发生故障不可避免。加强设备维护，是提高设备运行效率、增强设备性能的关键。对锅炉节能减排效果的改善，具有积极意义。（３）污染物处理：氮及二氧化硫为锅炉运行所产生的主要污染物，严格控制污染物的排放量，是锅炉运行优化的主要目标。

2 安全高效运行设计

2.1 电站锅炉

在设计电站锅炉中，为了使安全高效运行得以实现，就必须致力于提高材料与结构设计应用的高效性。以高温耐热钢非均匀成核蠕变寿命预测法的应用为例，首先需要对锅炉厂家与发电厂家的高温耐热钢型号进行确定，并在锅炉选型设计中，准确选用耐热钢材，如此才能够使锅炉选型设计的合理性得到提升，进而实现运行的安全高效。在炉膛出口残余旋转方面，结构设计首先要采取削弱措施，对炉膛出口的烟气偏差值判定准则数予以明确，即XJ，基于此优化炉膛与燃烧器构造，使炉膛出口的热偏差值得到缓解，并且改善炉膛中水冷壁结渣与腐蚀现象，最终使过热器与再热器爆裂事故得到有效控制。其次，为了使燃烧器的着火稳定性与安全性得到提升，可以应用高效煤粉燃烧器，使燃料适用性得到提升，并且实现燃烧率的提升。现阶段，该项技术的应用已趋于广泛，并且在600MW与100MW的超临界锅炉设计中具有较强的适用性。通过材料选型与锅炉设计优化，可以使电站锅炉的全生命周期运行的安全性与高效性得到强化。

2.2 燃烧工业锅炉

对于火力发电方面，其供应来源的煤质材料具有较强的多变性，并且负荷变化也比较大，随着锅炉运行时间的增长，燃煤工业锅炉可能会出现热效率缺失以及水循环缺乏稳定性等问题，进而导致锅炉容量难以扩大。针对此，在工业锅炉结构设计中，可以对配风装置及具体设计方法加以运用，使锅炉长期运行中出现的问题得到解决。现阶段，燃煤工业锅炉产品的应用主要有29MW~140MW国产系列，相较于部分国外垄断技术，该系列产品的性能甚至更加优越，在我国很多企业中都有所运用，燃煤工业锅炉安全高效运行目标也基本实现。

2.3 燃油燃气锅炉

对于燃油燃气锅炉而言，其核心部件就在于燃油燃烧器。目前，关于燃烧器的检测技术研究，我国依然停留在空白阶段，国外进口是主要技术来源，这就需要付出十分巨大的成本。针对此，相关科研机构与高校通过合作，围绕相关技术展开了深入研究，并取得了一定的成效。例如由我国自主研发的油气燃烧器测试设备，能够对烟气与燃烧器功率曲线进行测绘，可以同步检测燃烧器输出功率、燃烧功率以及相关安全参数。以0.35MW~7MW系列产品为例，国内很多企业已经对其加以运用，在油气燃烧器与锅炉安全高效运行中起到了关键的作用。

3、锅炉全生命周期安全高效运行   高温耐热钢炼制及其关键生产技术不达标；设计选型不能满足高温耐热钢精确选型的实际要求；锅炉耐热材料在处理的过程中不能满足安全需要；离线、在线监测的可靠性、高效性不达标、安全评估装置或方法不全面；整体优化设计锅炉和燃烧器的设计技术在安全、效率方面不能满足需求五个方面是制约我国锅炉全生命周期安全高效运行的主要因素。现阶段我国相关方面的技术取得了较大的突破，为锅炉全生命周期安全高效运行奠定了技术基础，如现阶段锅炉高温耐热钢综合性能可以依靠对杂质、残余元素含量进行针对性控制实现；利用耐热性能数据库系统实现锅炉高温耐热钢国产，是我国锅炉原料得到保证，这在一定程度上有利于其全生命周期安全运行。其次，在锅炉耐热钢选型方面，我国研发出非均匀成核的蠕变寿命预测和性能评价机制，其不仅有利于对原材料潜在有力性能进行充分挖掘，而且可以结合原材料在性能、成分等方面的特征实现针对性的优化和选型，使锅炉在选型设计过程中的安全性提升；再次，在锅炉制造时质量控制方面发现通过对成形变形率、热处理参数等进行合理控制，可以有效地避免焊接结构在制造的过程中受到损坏，此研究成果建立在锅炉原料结构强度弱化机理的原因和锅炉原料在变形后的热处理状态深入研究的基础上，可见此方面的相关技术都得到了较大程度的优化，这在一定程度上也推动了锅炉全生命周期安全运行的实现。另外在锅炉运行的过程中，我国针对锅炉运行风险展开了技术研究，锅炉结构中具有较大安全风险的承压部件实现了在线实时监测，安全状态评估、风险预警等技术突破，而且相关控制装置也呈现出多样化发展的态势，使我国针对运行中的锅炉状态进行检测的水平向更可靠、更全面、更精准的方向深化，在危险部件的运行状态发生异常的情况下，监测系统不仅能够及时准确地发现，还会自动对风险进行评估，对风险的原因、趋势等进行判断，并提出有效的风险控制方案，为锅炉全生命周期安全运行奠定了基础，同时我国锅炉风险控制也从传统的事后被动处理向事前主动预防转变，为锅炉全生命周期安全高效运行提供了保证。除此之外，我国在各项技术不断深化的过程中有意识的将各项技术有机整合，对锅炉的结构不断进行优化设计，而且使燃烧器的整体性能不断提升，并在此基础上使锅炉和燃烧器的品种向多样化的趋势不断发展，使锅炉整体性能一直处于不断优化的状态，这也为我国锅炉全生命周期安全运行提供了技术支持，例如在电站锅炉安全设计过程中研发的能够缩减炉腔出口残余旋转的结构，使炉腔和燃烧器的结构得到了显著优化，而且炉腔出口的热偏差也明显降低，使炉腔水冷壁受腐蚀或过热器爆管等危险得到大幅缩减。  

 结语：   综上所述，可以得知，只有不断加强和完善锅炉技术体系，建立更加严格的锅炉安全保障体制，才能进一步提高锅炉运行效率，促使锅炉全生命周期安全高效运行，从而达到理想的节能减排效果，促使我国锅炉事业的蓬勃发展。      参考文献：   [1]赵钦新，郭元亮，史进渊，窦文宇.锅炉全生命周期安全高效运行和节能减排[J].压力容器，2013，01：1-14.   [2]王春娜，张林全，周雷.100MW循环流化床锅炉长周期安全高效运行研究[J].应用能源技术，2014，02：20-23.   [3]梁晓晔.煤基多联产系统的全生命周期评价及关键问题研究[D].杭州：浙江大学，2013.

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