关于锅炉安全运行与节能减排的研究

关于锅炉安全运行与节能减排的研究

张晓萌 张文斌 程明辉

浙江省特种设备科学研究院， 浙江 杭州 310000

摘要：锅炉的生命周期污染排放量是决定其环境友好性的主要指标，锅炉设备的使用存在很大的危险性，对能源的消耗较大，随着科技的发展锅炉设备设计技术水平不断提高，锅炉运行中仍存在一些问题制约了锅炉设备的安全性能，从全生命周期角度，对锅炉设备安全运行的探讨成为设备设计生产的重要研究内容。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：锅炉安全；节能减排；生命周期

引言：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

（一）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。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]。

（二）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。

（三）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]。

（四）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。这个思路的设计基于突扩型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

1. 除尘增效技术

针对一般和重点地区，烟尘最低排放浓度要求满足30 mg／m³或20 ms／m³的限值，现有火电厂排放浓度大部分超过该限值。目前，国内外绝大多数燃煤机组采用静电除尘技术控制烟尘排放。要使现有电除尘器出口烟尘在大部分工况下能满足新标准的要求，应首先考虑加强管理、维护和优化运行，无法达标排放的将面临技术改造的问题。目前，主要依靠6类技术实现30 mg／m³或20mg／m³甚至更低限值排放：①烟气深度冷却除尘增效技术，对现役机组进行技术改造，可以达到30 mg／m³标准，与WFGD配套，实现20 mg／m³；②移动电极式电除尘技术，可以达到20 mg／m³的排放标准；③电袋复合技术（一体式，分体式），可以达到20 mg／m³的排放标准；④对特定煤种选用烟气调质（S03，NH3，SO，+NH3双重调质）技术，可以达到30 mg／m

³的排放标准。

2. 烟气深度冷却技术

烟气深度冷却技术是在静电除尘器的前后或脱硫塔的前后增加烟气深度冷却器换热系统降低排烟温度，回收烟气余热，增加发电功率或供热功率，提高机组循环热效率的成套技术。烟气深度冷却器又可称为低温省煤器、烟气余热利用装置、烟气余热回收装置、烟气冷却器等。在低烟温条件下，为了减少烟气深度冷却器的重量，一般采用外翅片强化传热管作为换热元件，翅片管内通水，烟气流经翅片管外壁，因水温低于烟气温度，水经翅片管吸收烟气的热量，水温升高的同时使烟气温度降低^[3]。

3. 汞脱除技术

火电厂烟气中的汞控制方式主要分为燃烧前脱汞、燃烧中脱汞、燃烧后尾部烟气脱汞。燃烧前脱汞包括洗煤、混煤及使用添加剂等手段。燃烧中脱汞主要是改进燃烧方式，在降低NO。排放的同时，抑制一部分汞的排放；燃烧后脱汞是今后电厂关注的重点，主要包括：①利用现有设备实施综合治理脱汞，电厂现有的除尘装置、脱硫装置、脱硝装置对脱汞具有一定的协同脱除效果，如通过烟气冷却后除尘脱汞；②利用活性添加剂脱汞。活性添加剂法主要包括烟道喷入活性炭和炉内添加氧化剂（卤素或卤化物等），脱汞效率可达30％以上；③其他方法，如电晕放电、电子束照射、低温氧化等^[4]。

未来燃煤电厂污染物综合治理技术的发展方向是除尘、脱硫、脱硝、除汞及SO，烟气综合治理一体化，如：通过烟气深度冷却实现除尘增效和SO，脱除，通过脱销催化剂氧化汞蒸气成为价态汞，利用飞灰吸附作用去除烟气中的汞及其氧化物，然后通过烟气深度冷却、脱硫和湿式除尘器联合脱除，实现减排的多重目的。

结束语：我国在锅炉安全高效运行和节能减排方面技术的应用还处于借鉴与模仿阶段，还没有把握核心的技术，因此，我国的锅炉设计相关人员还需要加大研究力度，以促进我国锅炉设备这项国民经济基础设施的快速发展。

参考文献：

[1] 许宏宇. 锅炉全生命周期安全高效运行和节能减排[J]. 锅炉制造, 2019（4）:28-29.

[2] 荣丰吉. 锅炉安全运行与节能减排[J]. 科技创新导报, 2019, 000（033）:66,68.

[3] 杨健. 锅炉运行与节能减排[J]. 百科论坛电子杂志, 2019, 000（006）:433.

[4] 刘滨. 锅炉运行与节能减排[J]. 区域治理, 2019, 000(005):50.