技术｜锅炉全生命周期安全高效运行和节能减排

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技术｜锅炉全生命周期安全高效运行和节能减排

锅炉高效安全运行的改进措施

锅炉在运行期间需要消耗大量能量，有效提高锅炉运行效率能够减少锅炉能耗，提高整个发电厂的效率。由于运行过程中产生了大量高温高压蒸汽，锅炉作为承压容器必然需要保持对安全问题的高度重视，提升锅炉运行稳定性。

1.1加强材料研发
随着近些年国内发电事业的蓬勃发展，在锅炉制造领域我国已经处于世界领先地位，并不断开展着对更高等级参数锅炉的研发和制造，正在研制的最新型锅炉主蒸汽参数已经可以达到700℃、29Mpa，而制约参数继续提高的重要条件就是材料，对更高参数高温受热面的材料研发仍然未能得到有效解决，而如果全部采用进口材料则会导致成本快速攀升，无法真正应用于工业生产。因此我们应该组织专家围绕材料研发展开更加深入的研究，一方面要研发能够承受高温高压的优质材料，另一方面也要尽量降低材料制造成本，使其能够更好地应用与锅炉制造领域。
1.2 优化锅炉设计
锅炉的设计参数直接决定了锅炉的效率，越来越多的高参数、百万级、超超临界等类型锅炉投入到研发和运营阶段，高效的提升了锅炉的运行效率，国内投运的百万等级超超临界二次再热锅炉效率测试已经达到了 95. 2% 。
为了更加有效地提高锅炉运行效率并保持安全运行，设计人员应对锅炉持续进行优化设计，重点研究方向应包括燃烧器优化、锅炉受热面布置调整、在尾部增加多级受热面等，以期减少燃烧污染物生成数量、减小烟温损失等。
例如通过燃烧器性能优化，我们可以在实现减少 Nox 等污染物排放的同时有效提升煤粉燃烬效果，进而减低锅炉大渣和飞灰中的碳含量损失，使锅炉效率获得进一步提高。
1.3 加强燃烧调整
锅炉在燃烧过程中的燃烧状态将会直接影响到锅炉的燃烧效率，保持炉膛较低结焦率、较好的稳定性，是保障锅炉安全高效运行的基础。
无论最新建成机组还是老机组，都应邀请专业调试团队协同运行人员共同开展锅炉系统化燃烧调整，通过制粉系统调整、一二次风 配比 调整、汽水参数调整等来综合改善锅炉的燃烧状态，相关研究表明，进行系统的燃烧调整后可以将锅炉飞灰含碳量控制1% 以内，可以将排烟温度控制在设计范围内，可以实现锅炉燃烧运行方式的最优化。
同时，在燃烧调整过程中，我们应该重点关注锅炉的风粉配比问题，这方面的调整利于锅炉燃烧处于稳定状态，能够有效减少锅炉燃烧不完全现象。

锅炉节能减排的改进措施

电站锅炉能源供应基本以煤炭、油气、天然气等化石能源为主，这类能源本身的矿物质特性造成了在入炉燃烧时，产生大量的硫化物和氮化物等污染气体，伴有 CO2等温室气体，并且燃烧产生的烟气还会带走大量的余热，未来应着重研发炉内降低污染物排放燃烧技术，和余热利用技术。
2.1 烟气深度冷却与利用技术
目前国内锅炉尾部换热器经常布置有低温省煤器和烟气冷却器等，低温省煤器改造是很多电厂都在采用的烟气深度冷却与利用方式。
为了更好地实现烟气深度利用，在低温省煤器的制造过程中可以借鉴余热锅炉的设计理念，替代以翅片型管作为换热元件，有效加大换热面积。
对此，低温省煤器改造将成为烟气深度冷区与利用的最有效措施，玉环电厂某机组在实施了低温省煤器改造后就有效的提升了锅炉效率，为国内其他大参数锅炉低温区改造起到较好的借鉴和参考作用。
2.2积极开展燃烧器改造
近几年来，我国发电厂已经完成了脱硫脱硝改造工作，尾部烟气处理已经能够满足需要。
为适应将来更高的减排目标，应在锅炉效率不受影响的前提下，进行燃烧器构造的深入研发改造，从结构上来实现高效燃烧和低氮燃烧，如近些年研究的分层燃烧技术理念，就是从物理上实现燃料的逐级燃烧，解决燃料燃烧不充分的情况，减少燃烧过程中生成大量污染气体的问题。从长远看，燃烧器改造配合受热面改造是未来节能减排改造的最有效措施。

图 1 国产翅片型管图片示例

2.3SCＲ 脱硝及清洗再生技术
SCＲ 可以利用催化剂氮氧化物进行还原处理，进一步降低锅炉氮氧化物排放，使氮氧化物从锅炉出口的 100ppm 以上降至 10ppm 以内。
SCＲ的核心设备是催化剂，如何保持好催化剂活性是生产过程时减低 NOx 排放量的工作之重，从这方面考虑应加强对催化剂清洗方面的材料结构研发和设备研发，加强对催化剂再生技术方面的材料研发，来避免出现生产时催化剂失效的意外情况。
同时，从发电厂运营角度思考，开发更高效耐用的催化剂结构和技术有助于提升 SCＲ 工作效率和催化剂使用寿命，从设备根本上实现降低脱硝成本。

结束语

综上，电站锅炉继续在高参数和大容量道路上研发的同时，也应持续开展对现有设备结构的深度开发和改造，无论哪个方向的提升都会对锅炉的运行安全和节能减排产生积极影响，和实现锅炉运行效率提升。
而受制于材料和工艺的限制，我们更应该重点关注锅炉设计优化、燃烧器改造、受热面改造，通过这些改造来保护锅炉长时间高效稳定的运行，同时达成节能减排的目标。