鍋爐全生命周期安全高效運(yùn)行和節(jié)能減排

林康華

摘 要：本文主要就鍋爐全生命周期的安全高效運(yùn)行與節(jié)能減排，展開了相關(guān)的分析與探討，首先就造成鍋爐安全運(yùn)行事故的原因及技術(shù)突破予以了簡(jiǎn)要的概述，然后針對(duì)具體的安全高效運(yùn)行設(shè)計(jì)展開深入的研究，其中主要包括電站鍋爐、燃煤工業(yè)鍋爐、燃油燃?xì)忮仩t、余熱鍋爐等四方面內(nèi)容的設(shè)計(jì)工作，結(jié)合本次研究基于運(yùn)行設(shè)計(jì)，提出了煙氣深度冷卻技術(shù)、除塵增效技術(shù)等相關(guān)節(jié)能減排技術(shù)。最終希望借助于本文的分析研究能夠給相關(guān)的設(shè)計(jì)人員提供一些可供參考的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：鍋爐；全生命周期；安全高效運(yùn)行；節(jié)能減排

鍋爐設(shè)備的危險(xiǎn)性較大且能耗較高，同時(shí)也是確保國民經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。近些年來，鍋爐設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造已經(jīng)取得了極大的技術(shù)發(fā)展與突破，實(shí)現(xiàn)了更大容量、更高蒸汽參數(shù)的持續(xù)發(fā)展，然而此過程當(dāng)中也面臨著諸多的難題，例如高溫耐熱鋼的煉制及設(shè)計(jì)等相關(guān)技術(shù)依然還未能夠取得實(shí)質(zhì)性的突破，使得鍋爐安全事故頻發(fā)，因此就鍋爐全生命周期的安全高效運(yùn)行，以及節(jié)能減排工作展開相關(guān)的分析與探討，具有十分重要的作用與價(jià)值，據(jù)此下文之中將主要就這一問題展開具體的闡述。

一、概述

鍋爐具備有高危險(xiǎn)性，因此導(dǎo)致的安全事故時(shí)有發(fā)生，而造成鍋爐在日常的運(yùn)行過程當(dāng)中存在有安全隱患的因素主要有：

第一，高溫耐熱鋼的煉制及生產(chǎn)技術(shù)還不能取得新的突破；

第二，以前的設(shè)計(jì)選型技術(shù)達(dá)不到高溫耐熱鋼的實(shí)際要求；

第三，鍋爐耐熱材料在實(shí)際生產(chǎn)與制造時(shí)所選用的焊接、彎制以及熱處理等技術(shù)依然無法達(dá)到新材料應(yīng)用的需求；

第四，不具備有高效的離線檢測(cè)、在線監(jiān)測(cè)、安全評(píng)估方法等；

第五，缺少安全有效的鍋爐與燃燒器整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方式。

由于鍋爐的安全高效運(yùn)行牽涉到了動(dòng)力工程、工程物理、材料科學(xué)、測(cè)量控制等多學(xué)科內(nèi)容，因此其具體的運(yùn)行設(shè)計(jì)機(jī)制十分復(fù)雜，且難度極高；并且鍋爐的安全高效運(yùn)行所牽涉的諸多方面因素在過程控制當(dāng)中，大多會(huì)出現(xiàn)互相耦合。

因而，傳統(tǒng)以往單一性的學(xué)科研究與運(yùn)行設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)難以應(yīng)對(duì)在復(fù)雜環(huán)境下運(yùn)行的鍋爐運(yùn)行，以及由于材料耦合從而造成的鍋爐失效技術(shù)難題。

二、安全高效運(yùn)行設(shè)計(jì)

（一）電站鍋爐

在電站鍋爐的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，安全高效的設(shè)計(jì)其核心即為對(duì)所選材料以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的高效應(yīng)用，在本次研究當(dāng)中運(yùn)用高溫耐熱鋼非均勻成核蠕變壽命預(yù)測(cè)法，給予鍋爐廠家與發(fā)電廠家的高溫耐熱鋼型號(hào)選取作出了明確的依據(jù)判定，由鍋爐的選型設(shè)計(jì)過程中保障了對(duì)耐熱鋼材的準(zhǔn)確選取，進(jìn)而再通過對(duì)鍋爐選型的合理設(shè)計(jì)來確保實(shí)現(xiàn)安全高效的運(yùn)行。

通過對(duì)削弱爐膛出口殘余旋轉(zhuǎn)的新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，指出了在爐膛出口的煙氣偏差值判定準(zhǔn)則數(shù)為XJ，并由此便可促進(jìn)對(duì)爐膛以及燃燒器構(gòu)造的合理優(yōu)化，能夠顯著的緩解爐膛出口的熱偏差值，同時(shí)也可促使?fàn)t膛之中水冷壁結(jié)渣與腐蝕情況得以改善，進(jìn)而避免了過熱器與再熱器發(fā)生爆裂事故。

通過對(duì)高效煤粉燃燒器的應(yīng)用，能夠借助于燃燒器的著火穩(wěn)定性與安全性，實(shí)現(xiàn)燃料更為廣泛的適應(yīng)以及提升燃燒效率。以上技術(shù)發(fā)明現(xiàn)已得到了大規(guī)模的普及應(yīng)用，且常以600MW與1000MW的超（超）臨界鍋爐設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)用較多。這也就由材料的選型以及鍋爐設(shè)計(jì)的優(yōu)化方面為電站鍋爐的全生命周期安全高效運(yùn)行，打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，創(chuàng)造出了極大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

下圖1為煤粉燃燒器與1000MW超超臨界鍋爐。

（二）燃煤工業(yè)鍋爐

在長時(shí)間的火力發(fā)電過程中，由于供應(yīng)來源的煤質(zhì)材料較為多變，且負(fù)荷改變幅度較大，由于導(dǎo)致燃煤工業(yè)鍋爐長期處于熱效率不足、水循環(huán)穩(wěn)定性較差等運(yùn)行困境，這同時(shí)也是限制鍋爐容量擴(kuò)大化的重要原因之一。

針對(duì)工業(yè)鍋爐采取新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，明確配風(fēng)裝置以及具體的設(shè)計(jì)方法，可由本質(zhì)上改善燃煤鍋爐長期所存在的問題。

當(dāng)前較為常用的燃煤工業(yè)鍋爐產(chǎn)品當(dāng)中，以29MW～140MW國產(chǎn)系列較為先進(jìn)，并且此系列的產(chǎn)品性能已經(jīng)在某些方面實(shí)現(xiàn)了對(duì)國外壟斷技術(shù)的超越，現(xiàn)已應(yīng)用于我國的多家企業(yè)之中，滿足了燃煤工業(yè)安全高效運(yùn)行的目的。

（三）燃油燃?xì)忮仩t

燃油燃燒器是此類鍋爐的絕對(duì)核心部件，同時(shí)也是限制這一類型鍋爐發(fā)展的主要制約因素。我有由于在燃燒器的檢測(cè)技術(shù)方面存在空白，因此長期以來需要國外進(jìn)口，其成本十分高昂。

而經(jīng)過我國相關(guān)科研單位與相關(guān)高校所開展的技術(shù)攻關(guān)合作，目前在這一領(lǐng)域當(dāng)中已經(jīng)取得了極大的突破，我國自主研發(fā)的油氣燃燒器測(cè)試設(shè)備，已經(jīng)具備了對(duì)于煙氣與燃燒器功率曲線的測(cè)繪功能，能夠針對(duì)燃燒器的輸出功率、燃燒效率以及相應(yīng)的安全性予以同時(shí)檢測(cè)，彌補(bǔ)了我國在這一方面的不足。所設(shè)計(jì)研發(fā)出的0.35MW～7MW系列產(chǎn)品已經(jīng)得到了國內(nèi)多家企業(yè)的購置，給予油氣燃燒器及鍋爐安全高效設(shè)計(jì)作出了重要的技術(shù)貢獻(xiàn)。

（四）余熱鍋爐

余熱鍋爐是對(duì)工業(yè)發(fā)電的余熱進(jìn)行回收的一項(xiàng)鍋爐設(shè)備，在這一方面我國的發(fā)展時(shí)間較短，由于沒有足夠的基礎(chǔ)理論研究工作，在對(duì)于設(shè)備的積灰、磨損、腐蝕、煙氣泄露等設(shè)計(jì)方面依然具有較大的盲目性。而伴隨著近些年來尤其是“十一五”與“十二五”等相關(guān)科研項(xiàng)目的不斷深入，在此方面的設(shè)計(jì)工作已經(jīng)取得了較大的突破，其中一項(xiàng)較為可行的設(shè)計(jì)方案支出，采用煙塵特性數(shù)據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)思路，打破了傳統(tǒng)的思路概念，在這一設(shè)計(jì)過程當(dāng)中設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)人員創(chuàng)造性的提出了突擴(kuò)形煙風(fēng)通道導(dǎo)流裝置設(shè)計(jì)，并對(duì)鋼珠撒播與入口多級(jí)防磨裝置進(jìn)行了改進(jìn)，有效的解決了余熱鍋爐的積灰、磨損、腐蝕等相關(guān)問題，并提出了余熱鍋爐的熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，并且設(shè)計(jì)出了2500t/d～6000t/d系列水泥窯，對(duì)有毒煙氣余熱鍋爐進(jìn)行了高效的處理，這一技術(shù)已經(jīng)得到了十分廣泛的應(yīng)用，有效的促成了余熱鍋爐的安全高效運(yùn)行。

三、節(jié)能減排技術(shù)

（一）煙氣深度冷卻技術(shù)

此項(xiàng)技術(shù)通常是運(yùn)用在采取靜電除塵前后，亦或是應(yīng)用在脫硫塔前后進(jìn)而來提升煙氣深度冷卻器的置換系統(tǒng)，并對(duì)于排煙溫度及其余熱采取處理，同時(shí)促成發(fā)電功率的熱能能夠得到極大的提升，且使得整體機(jī)組的熱循環(huán)效率得到明顯的增強(qiáng)。煙氣深度冷卻器常常也被人們制作低溫省煤器、煙氣余熱應(yīng)用裝置等。在低煙溫度環(huán)境下，為了有效地降低煙氣深度冷卻器的實(shí)際重量，通常選用外翅片來對(duì)傳熱管進(jìn)行加強(qiáng)處理，進(jìn)而達(dá)到換熱元件的功能性。由于翅片管中往往會(huì)附著有一定的殘存水分，因此煙氣在經(jīng)過之時(shí)翅片管便會(huì)吸收到相應(yīng)的熱量，從而促使水溫升高。如下圖2所示。

煙氣深度冷卻器能夠借助于加熱工質(zhì)水來實(shí)現(xiàn)對(duì)于煙氣余熱的回收，并且此部分余熱還可應(yīng)用在以下幾個(gè)方面：

第一，加熱凝結(jié)水，降低由汽輪機(jī)之中的抽氣量，促使汽輪機(jī)的發(fā)電性能得以顯著提升；

第二，加熱網(wǎng)水可應(yīng)用在集中供熱，同時(shí)也可用在冷暖空調(diào)的熱源中；

第三，應(yīng)用在加熱脫硫之后的低溫?zé)煔猓瑏斫档蜔焽璧母g狀況，并且能夠顯著的去除煙囪當(dāng)中的“煙羽”情形；

第四，可充當(dāng)暖風(fēng)器的一部分熱力來源，共同參與至鍋爐燃燒的冷空氣當(dāng)中；

第五，在開展靜電除塵前應(yīng)當(dāng)加裝煙氣深度冷卻設(shè)備，促使電除塵器當(dāng)中的溫度值能夠得以顯著的下降，并且也可減小煙氣體的流量，使得煙氣流速下降，并且是飛灰比電阻下降，也能夠使的電除塵器的工作效率得到顯著的提升。

當(dāng)前，在大唐集團(tuán)托克托電廠的6號(hào)600MW發(fā)電機(jī)組，與潮州電廠的4號(hào)1000MW發(fā)電機(jī)組當(dāng)中，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)低溫腐蝕試驗(yàn)，收獲到了在煙氣深度冷卻器當(dāng)中的核心技術(shù)內(nèi)容，明確出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，下圖3為潮州電廠的低溫腐蝕試驗(yàn)結(jié)果。其中圖4為相應(yīng)的發(fā)電機(jī)組實(shí)物圖片。

（二）除塵增效技術(shù)

目前我國所實(shí)行的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》當(dāng)中明確規(guī)定了對(duì)氮氧化物的排放控制程度，并且嚴(yán)格了二氧化硫、鹽城等物質(zhì)的排放限定數(shù)值；對(duì)于一些環(huán)境承載性較差，且較易出現(xiàn)重大環(huán)境問題的地區(qū)實(shí)行了更為苛刻的地方排放標(biāo)準(zhǔn)，旨在增強(qiáng)對(duì)燃煤鍋爐汞，以及相關(guān)化合物的排放控制。

當(dāng)前我國大量的燃煤機(jī)組均運(yùn)用靜電除塵技術(shù)進(jìn)行煙塵的排放，要想促使目前的電除塵器出口煙塵，能夠符合以最新的排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，首先需強(qiáng)化監(jiān)管措施，提高維護(hù)與運(yùn)行工作的不斷優(yōu)化處理。

第一，利用煙氣深度冷卻除塵增強(qiáng)技術(shù)，針對(duì)現(xiàn)役的發(fā)電機(jī)組予以全面性的技術(shù)改造升級(jí)，以達(dá)到30mg/m3，并通過與WFGD協(xié)同配合，盡力實(shí)現(xiàn)20mg/m3；

第二，運(yùn)用移動(dòng)電極式除塵技術(shù)，能夠滿足于20mg/m3的處理標(biāo)準(zhǔn)；

第三，選用電袋復(fù)合技術(shù)能夠達(dá)到20mg/m3的處理標(biāo)準(zhǔn)；

第四，針對(duì)某類特定的煤種選取煙氣調(diào)質(zhì)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)30mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)；

第五，應(yīng)用顆粒聚合技術(shù)可達(dá)到？燮20mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)；

第六，濕式電除塵技術(shù)的排放效果最佳可達(dá)到？燮10mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)。

四、結(jié)語

總而言之，在目前的眾多電力生產(chǎn)方式當(dāng)中，火力發(fā)電依舊具備有高校、清潔、使用以及穩(wěn)定等特點(diǎn)。為了促進(jìn)對(duì)火力發(fā)電的不斷完善，就應(yīng)針對(duì)發(fā)電所用鍋爐的材料、設(shè)計(jì)、制造以及運(yùn)行等多項(xiàng)核心技術(shù)予以深入研究。

目前我國在此方面的研究與應(yīng)用依然處于對(duì)世界先進(jìn)國家的模仿與引進(jìn)階段，相關(guān)的產(chǎn)業(yè)自主發(fā)展依然還有相當(dāng)漫長的一段過程，還需要廣大的設(shè)計(jì)參與人員為之做出不懈的努力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 智育平，竇智航，馬寧等.基于全生命周期的生產(chǎn)商回收鍋爐設(shè)備研究[J].裝備制造技術(shù)，2014，（11）.

[2] 劉韻，師華定，曾賢剛等.基于全生命周期評(píng)價(jià)的電力企業(yè)碳足跡評(píng)估——以山西省呂梁市某燃煤電廠為例[J].資源科學(xué)，2013，（4）.

[3] 胡文平，李兵，張方煒等.煤燃燒全生命周期在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用[C].2014年中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集，2014.

[4] 胡文平，李兵，張方煒等.煤燃燒全生命周期在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用[C].全國電站輔機(jī)及汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)論壇論文集，2013.

[5] 吳昊.基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的A公司電站鍋爐國際分包項(xiàng)目的進(jìn)度管理[D].上海交通大學(xué)，2013.

[6] 賈哲，彭文莉，李元豐等.淺議多晶硅生產(chǎn)企業(yè)特種設(shè)備管理的思路及措施[J].中國化工貿(mào)易，2015，（30）.