论文部分内容阅读
摘要：随着全球气候变暖，环境污染严重，走低碳发展道路成为过街社会共同的呼声，目前我国的能源消费结构中煤炭仍占相当大的比重，而电站锅炉是最大的耗煤设备。节能和环保成为电站锅炉发展的指向标。因此电站锅炉向大容量高参数、低污染物燃烧技术、洁净煤发电技术等方向不断发展。进一步提高电厂能源利用效率，减少NOX、SOX等污染物的排放。
关键字：电站锅炉；发展；环保
一、前言
作为火电机组的三大主要设备之一，锅炉的发展一直备受关注。最初，电厂采用火管锅炉。这种锅炉容量小，压力低，效率低，适应不了电厂对动力日益增长的需求，因而被水管锅炉代替。水管锅炉经历了由直水管向弯水管形式的发展。后者与中参数机组配套，是电厂锅炉发展史上的一大进步。
中国在50年代前不能制造电厂锅炉。1953年成立了第一家锅炉厂（上海锅炉厂），1955年生产了第一台中国自行制造的中压链条锅炉，蒸发量为40吨/时。1958年哈尔滨锅炉厂试制成230吨/时的高压电厂锅炉。80年代末已能制造1000吨/时的垂直上升管直流锅炉，以及为300MW机组和600MW机组配套的电厂锅炉。截止2007年底，我国的发电装机容量达到713290MW，居世界第二位，仅次于美国。其中火电554420MW占77.73%。而据中国电力技术网统计，到2011年底全国电力总装机容量约为10.5亿千瓦，火电约为7.6亿千瓦，占72.3%。火电仍是我国电力的最主要主力军。因此化石燃料仍被大量消耗，而且需求会越来越大。
目前节能减排成为世界发展的重要课题。随着化石资源的日益短缺，温室效应等污染问题的不断加剧，对电站锅炉提出了新的要求，主要是从节能和环保这两个方面。
节能问题：世界范围内普遍存在燃料价格上涨和供应不足问题，发达国家的煤矿已开采多年，现在只能开采更深、难度更大的矿层，但大部分依靠海外进口，使得煤炭价格上涨。我国是煤炭开采大国，但同样开采速度赶不上工业的需求量，煤炭供应短缺。这就要求电站锅炉能更好地利用燃料，提高发电效率。
环保问题：现在低碳成为全球共同的口号和愿望，既要发展又不破坏环境，给我们带来新的困难，这就要求改善煤炭燃烧技术，不断研发新的燃烧技术，降低氮氧化物（NOX）、硫氧化物（SOX）、碳氧化物（CO、CO2）碳氢化合物（HC）和粉尘的产生和排放。因此脱硫、脱硝技术也成为电站锅炉的发展趋势。
二、电站锅炉的发展方向
电站锅炉紧紧围绕节能和环保这两大主题不断发展：一是节约能源，提高燃料利用率；二是减少污染物的排放，保护环境，积极开发低碳技术。主要的方向有：采用大容量高参数的机组；优化燃烧技术，采用低污染的燃烧技术；新型洁净煤发电技术等。
（一）采用大容量、高参数机组。提高锅炉的蒸汽压力和温度是提高热电转换效率的有效方法，据统计分析，采用新一代超临界和超超临界机组，热效率将提高10%，节煤近25%，一台1000MW的超临界机组，一年就可以节煤约70万吨。2.1.1国外的发展情况
从20世纪50年代开始，以美国、德国为代表，就开始采用超超临界机组，但由于可靠性问题，从60年代后期开始，美国将其参数降至常规超临界。直到80年代，美国超临界机组参数基本稳定在这个水平，伴随着技术的不断发展，材料科学的提高和对电厂水化学认识的深入，可靠性问题得到解决。
英国计划到2020年，蒸汽温度为650～700℃，循环效率为50%～55%。欧盟则提出Thermie 700计划：蒸汽压力37.5MPa，主蒸汽温度700℃，再热蒸汽温度700℃，效率55%（海水冷却）或52%（冷却塔），CO2排放减低15%，到2014年完成。美国的“760℃”计划则是在目前现有材料的基础上，通过不太多的技术改进工作，将超超临界机组的主蒸汽温度提高到760℃的水平，从而大大提高超超临界机组的效率，使电厂的效率达到52-55%。
1、国内的发展情况。上世纪90年代，我国超临界机组主要依赖进口，发展了22台超临界机组。目前600MW的超临界机组已逐渐成为主力军，而国产化的600MW超临界机组蒸汽参数基本为25.4MPa/571℃。已投产的1000MW的机组有玉环电厂、邹县电厂、外高桥电厂、汕头电厂等。我国已进入超超临界机组快速发展的时期。预计到2020年我国总装机容量将达到950GW，火电机组占60%以上。
2、超（超）临界技术面临的问题
（1）材料问题。发展大容量、高参数机组面临最大的问题就是材料问题，所使用的材料必须耐高温高压。
（2）制造安装问题。现在超临界机组普遍采用内螺纹垂直管屏型水冷壁结构，但由于容量超大，为确保水循环可靠所需的内螺纹管的管径将相应增加，才有利于水循环的安全。另外，对于采用超（超）临界的机组，一般的焊接技术很难满足其要求。这就会造成制造、安装等方面的问题。
（3）经济问题。超（超）临界机组，体积庞大，用料量大，而且必须采用昂贵的材料，造成了初投资巨大。
虽然，超（超）临界机组仍存在许多技术难关，但其在节能减排方面相比常规火电有着明显优势。因此它将会有广阔的发展空间。
（二）低污染燃烧技术。低污染燃烧技术主要包括低NOX燃烧技术、炉内加钙固硫、循环流化床锅炉等。目标是在不配备尾部烟气净化装置的情况下，减少NOX、SOX的排放，在燃料燃烧过程中实现脱硝、脱硫。
1、低NOX燃烧技术。按照NOX的生成方式可分为热力型NOX、快速型NOX和燃料型NOX三种。低NOX燃烧技术主要包括低氧燃烧、分级燃烧、烟气再循环、采用低NOX燃烧器等。
（1）低氧燃烧方法，通过降低过量空气系数，从而减小NO的生成。但此方法会造成燃烧不充分，炉内结渣和腐蚀等问题。
（2）烟气再循环。在空气预热器前抽取10%～20%的低温烟气，将其与空气混合后在进入炉内，降低了高温火焰温度和氧气浓度，形成富燃料氛围，可使NOX排放量降低50%左右。 （3）低NOX燃烧器。低NOX燃烧器分为阶段型、混合促进型、分割火焰型和自身烟气再循环型。其技术应用较好的有：CE公司的LNCFS燃烧器、三菱重工的PM燃烧器、美国的B&M公司的DRB-XCL型及DRB-Airejet型燃烧器和哈尔滨工业大学的复合分级低氮燃烧技术等。NOX排放量可降低30%～60%。
2、炉内加钙固硫。这是一种经济的炉内烟气脱硫方法，在锅炉内加入氢氧化钙，使其与SO2反应生成硫酸钙：
其最佳反应温度在800～850℃，所以一般在高温过热器烟气出口处喷入氢氧化钙。
3、循环流化床锅炉。由于循环流化床（CFB）具有低污染物排放，适应燃料种类广泛，燃烧利用效率高等优点，近20、30年CFB技术分得到了快速发展，我国已有大批电站采用CFB锅炉。目前CFB正往大容量、超临界、高洁净方向前进。波兰Lagisza电厂采用了Foster Wheeler公司研发CFB锅炉，容量达到460MW。而由西班牙Endesa Generacio电力公司、Foster Wheeler公司等6家公司开展了CFB800（800MW，30MPa/600℃/620℃）的研究。这种CFB锅炉结合了超临界和循环流化床锅炉两者的技术优势，具有广阔的前景。另外CFB锅炉向深度脱硝和脱硫方向不断研发，进一步降低污染物的排放。CFB锅炉还可以以其为技术基础，发展整体煤气化联合循环系统（IGCC）、增压循环流化床系统（PCFBC），实现与其他能源或原材料加工系统整合从事能源的高效利用。
（三）新型洁净煤发电技术。近年来洁净煤发电技术不断发展，这方面技术有蒸汽-燃气联合循环（GTCC）、整体煤气化蒸汽燃气联合循环（IGCC）、热电冷多联产、以煤气化为基础的多联产技术等。
IGCC技术是将煤先制成水煤浆，以高压水煤浆泵将其喷入液态排渣气化炉中，从高压制氧设备送来的氧气也同时喷入气化炉中，在过量空气系数远低于1的情况下是煤部分燃烧、气化。煤气经过清洗、除尘、脱硫后送入燃气轮机燃烧、发电、排出的废气进入废热锅炉，所产生的蒸汽送入蒸汽轮机发电。它具有发电效率高、污染物少、节水、低碳排放等特点。目前IGCC也朝大容量高参数方向发展。而且把燃煤发电和煤化工结合，形成以煤气化为基础的煤化工、液体燃料、氢气和高效洁净发电系统为一体的真正意义上的多联产的“绿色煤电”技术。
而我国的在发展IGCC过程中主要面临：一，某些关键设备研发滞后，没有形成可靠的原创性技术；二，集成创新成果有待提升；三，缺少示范工程带头。需加大力度惊醒研发利用。
因此我国的洁净煤发电技术加大了研发利用的力度。
三、结论
全球对“低碳生活”的期望愈来愈强烈，对于电站锅炉来说，节能减排已是摆在其面前不得不解决的问题。“十二五”规划中我国制定了更加严格的环保标准，而且要加快能源结构的转变。在目前还是以煤炭为主要能源的情况下，不断发展新型洁净燃烧技术、洁净燃烧以及节能型锅炉，才能更好地实现节约能源和保护环境的双重目标。
关键字：电站锅炉；发展；环保
一、前言
作为火电机组的三大主要设备之一，锅炉的发展一直备受关注。最初，电厂采用火管锅炉。这种锅炉容量小，压力低，效率低，适应不了电厂对动力日益增长的需求，因而被水管锅炉代替。水管锅炉经历了由直水管向弯水管形式的发展。后者与中参数机组配套，是电厂锅炉发展史上的一大进步。
中国在50年代前不能制造电厂锅炉。1953年成立了第一家锅炉厂（上海锅炉厂），1955年生产了第一台中国自行制造的中压链条锅炉，蒸发量为40吨/时。1958年哈尔滨锅炉厂试制成230吨/时的高压电厂锅炉。80年代末已能制造1000吨/时的垂直上升管直流锅炉，以及为300MW机组和600MW机组配套的电厂锅炉。截止2007年底，我国的发电装机容量达到713290MW，居世界第二位，仅次于美国。其中火电554420MW占77.73%。而据中国电力技术网统计，到2011年底全国电力总装机容量约为10.5亿千瓦，火电约为7.6亿千瓦，占72.3%。火电仍是我国电力的最主要主力军。因此化石燃料仍被大量消耗，而且需求会越来越大。
目前节能减排成为世界发展的重要课题。随着化石资源的日益短缺，温室效应等污染问题的不断加剧，对电站锅炉提出了新的要求，主要是从节能和环保这两个方面。
节能问题：世界范围内普遍存在燃料价格上涨和供应不足问题，发达国家的煤矿已开采多年，现在只能开采更深、难度更大的矿层，但大部分依靠海外进口，使得煤炭价格上涨。我国是煤炭开采大国，但同样开采速度赶不上工业的需求量，煤炭供应短缺。这就要求电站锅炉能更好地利用燃料，提高发电效率。
环保问题：现在低碳成为全球共同的口号和愿望，既要发展又不破坏环境，给我们带来新的困难，这就要求改善煤炭燃烧技术，不断研发新的燃烧技术，降低氮氧化物（NOX）、硫氧化物（SOX）、碳氧化物（CO、CO2）碳氢化合物（HC）和粉尘的产生和排放。因此脱硫、脱硝技术也成为电站锅炉的发展趋势。
二、电站锅炉的发展方向
电站锅炉紧紧围绕节能和环保这两大主题不断发展：一是节约能源，提高燃料利用率；二是减少污染物的排放，保护环境，积极开发低碳技术。主要的方向有：采用大容量高参数的机组；优化燃烧技术，采用低污染的燃烧技术；新型洁净煤发电技术等。
（一）采用大容量、高参数机组。提高锅炉的蒸汽压力和温度是提高热电转换效率的有效方法，据统计分析，采用新一代超临界和超超临界机组，热效率将提高10%，节煤近25%，一台1000MW的超临界机组，一年就可以节煤约70万吨。2.1.1国外的发展情况
从20世纪50年代开始，以美国、德国为代表，就开始采用超超临界机组，但由于可靠性问题，从60年代后期开始，美国将其参数降至常规超临界。直到80年代，美国超临界机组参数基本稳定在这个水平，伴随着技术的不断发展，材料科学的提高和对电厂水化学认识的深入，可靠性问题得到解决。
英国计划到2020年，蒸汽温度为650～700℃，循环效率为50%～55%。欧盟则提出Thermie 700计划：蒸汽压力37.5MPa，主蒸汽温度700℃，再热蒸汽温度700℃，效率55%（海水冷却）或52%（冷却塔），CO2排放减低15%，到2014年完成。美国的“760℃”计划则是在目前现有材料的基础上，通过不太多的技术改进工作，将超超临界机组的主蒸汽温度提高到760℃的水平，从而大大提高超超临界机组的效率，使电厂的效率达到52-55%。
1、国内的发展情况。上世纪90年代，我国超临界机组主要依赖进口，发展了22台超临界机组。目前600MW的超临界机组已逐渐成为主力军，而国产化的600MW超临界机组蒸汽参数基本为25.4MPa/571℃。已投产的1000MW的机组有玉环电厂、邹县电厂、外高桥电厂、汕头电厂等。我国已进入超超临界机组快速发展的时期。预计到2020年我国总装机容量将达到950GW，火电机组占60%以上。
2、超（超）临界技术面临的问题
（1）材料问题。发展大容量、高参数机组面临最大的问题就是材料问题，所使用的材料必须耐高温高压。
（2）制造安装问题。现在超临界机组普遍采用内螺纹垂直管屏型水冷壁结构，但由于容量超大，为确保水循环可靠所需的内螺纹管的管径将相应增加，才有利于水循环的安全。另外，对于采用超（超）临界的机组，一般的焊接技术很难满足其要求。这就会造成制造、安装等方面的问题。
（3）经济问题。超（超）临界机组，体积庞大，用料量大，而且必须采用昂贵的材料，造成了初投资巨大。
虽然，超（超）临界机组仍存在许多技术难关，但其在节能减排方面相比常规火电有着明显优势。因此它将会有广阔的发展空间。
（二）低污染燃烧技术。低污染燃烧技术主要包括低NOX燃烧技术、炉内加钙固硫、循环流化床锅炉等。目标是在不配备尾部烟气净化装置的情况下，减少NOX、SOX的排放，在燃料燃烧过程中实现脱硝、脱硫。
1、低NOX燃烧技术。按照NOX的生成方式可分为热力型NOX、快速型NOX和燃料型NOX三种。低NOX燃烧技术主要包括低氧燃烧、分级燃烧、烟气再循环、采用低NOX燃烧器等。
（1）低氧燃烧方法，通过降低过量空气系数，从而减小NO的生成。但此方法会造成燃烧不充分，炉内结渣和腐蚀等问题。
（2）烟气再循环。在空气预热器前抽取10%～20%的低温烟气，将其与空气混合后在进入炉内，降低了高温火焰温度和氧气浓度，形成富燃料氛围，可使NOX排放量降低50%左右。 （3）低NOX燃烧器。低NOX燃烧器分为阶段型、混合促进型、分割火焰型和自身烟气再循环型。其技术应用较好的有：CE公司的LNCFS燃烧器、三菱重工的PM燃烧器、美国的B&M公司的DRB-XCL型及DRB-Airejet型燃烧器和哈尔滨工业大学的复合分级低氮燃烧技术等。NOX排放量可降低30%～60%。
2、炉内加钙固硫。这是一种经济的炉内烟气脱硫方法，在锅炉内加入氢氧化钙，使其与SO2反应生成硫酸钙：
其最佳反应温度在800～850℃，所以一般在高温过热器烟气出口处喷入氢氧化钙。
3、循环流化床锅炉。由于循环流化床（CFB）具有低污染物排放，适应燃料种类广泛，燃烧利用效率高等优点，近20、30年CFB技术分得到了快速发展，我国已有大批电站采用CFB锅炉。目前CFB正往大容量、超临界、高洁净方向前进。波兰Lagisza电厂采用了Foster Wheeler公司研发CFB锅炉，容量达到460MW。而由西班牙Endesa Generacio电力公司、Foster Wheeler公司等6家公司开展了CFB800（800MW，30MPa/600℃/620℃）的研究。这种CFB锅炉结合了超临界和循环流化床锅炉两者的技术优势，具有广阔的前景。另外CFB锅炉向深度脱硝和脱硫方向不断研发，进一步降低污染物的排放。CFB锅炉还可以以其为技术基础，发展整体煤气化联合循环系统（IGCC）、增压循环流化床系统（PCFBC），实现与其他能源或原材料加工系统整合从事能源的高效利用。
（三）新型洁净煤发电技术。近年来洁净煤发电技术不断发展，这方面技术有蒸汽-燃气联合循环（GTCC）、整体煤气化蒸汽燃气联合循环（IGCC）、热电冷多联产、以煤气化为基础的多联产技术等。
IGCC技术是将煤先制成水煤浆，以高压水煤浆泵将其喷入液态排渣气化炉中，从高压制氧设备送来的氧气也同时喷入气化炉中，在过量空气系数远低于1的情况下是煤部分燃烧、气化。煤气经过清洗、除尘、脱硫后送入燃气轮机燃烧、发电、排出的废气进入废热锅炉，所产生的蒸汽送入蒸汽轮机发电。它具有发电效率高、污染物少、节水、低碳排放等特点。目前IGCC也朝大容量高参数方向发展。而且把燃煤发电和煤化工结合，形成以煤气化为基础的煤化工、液体燃料、氢气和高效洁净发电系统为一体的真正意义上的多联产的“绿色煤电”技术。
而我国的在发展IGCC过程中主要面临：一，某些关键设备研发滞后，没有形成可靠的原创性技术；二，集成创新成果有待提升；三，缺少示范工程带头。需加大力度惊醒研发利用。
因此我国的洁净煤发电技术加大了研发利用的力度。
三、结论
全球对“低碳生活”的期望愈来愈强烈，对于电站锅炉来说，节能减排已是摆在其面前不得不解决的问题。“十二五”规划中我国制定了更加严格的环保标准，而且要加快能源结构的转变。在目前还是以煤炭为主要能源的情况下，不断发展新型洁净燃烧技术、洁净燃烧以及节能型锅炉，才能更好地实现节约能源和保护环境的双重目标。