銀 浩，陳志軍，馬永吉，肖 冰

（通遼盛發(fā)熱電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古自治區(qū) 通遼 028000）

0 引言

循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一項新的較為成熟的工業(yè)技術(shù)[1]，具有燃燒效率高、煤種適應(yīng)性好、燃燒過程污染控制性能優(yōu)、運行調(diào)節(jié)簡單便利等突出優(yōu)點[2-4]。循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能工程研究是國內(nèi)長期節(jié)能專項規(guī)劃中極為重要的一項節(jié)能工程，對于該工程項目而言，要從治理角度、中國國情以及工業(yè)發(fā)展實際需要等多方面進行考慮，研究開發(fā)出新型節(jié)能技術(shù)，落實好節(jié)能減排政策，進一步提高企業(yè)的綜合效益。

針對節(jié)能這一課題，楊洪良[5]抓住循環(huán)流化床鍋爐的運行參數(shù)控制細節(jié)，探索鍋爐最佳運行參數(shù)；何青云[6]、張華[7]主要針對150MW循環(huán)流化床鍋爐展開節(jié)能分析，提出了回收排煙余熱，改進用電裝置技術(shù)，改善燃料質(zhì)量以及鍋爐送風(fēng)系統(tǒng)等措施；季海龍[8]專門針對300MW循環(huán)流化床鍋爐煙氣余熱回收節(jié)能改造技術(shù)進行了探究；徐俊紅等[9]針對產(chǎn)能下降、效率低問題，對240t/h的循環(huán)流化床鍋爐進行節(jié)能提效和低氮燃燒優(yōu)化改造；李曉宏[10]通過對循環(huán)流化床鍋爐啟動過程進行詳細分析，探索整理了一套節(jié)點式節(jié)能控制技術(shù)和管理模式。

循環(huán)流化床鍋爐微熔電磁輻射節(jié)能技術(shù)可行性研究正是針對國家長期節(jié)能專項規(guī)劃，立足科技，結(jié)合研究實踐，做好優(yōu)化運行工作，提高鍋爐燃燒效率，達到經(jīng)濟節(jié)能、穩(wěn)定可靠運行的目的，為電站循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能開辟新的方向。本文對內(nèi)蒙古盛發(fā)熱電廠135MW機組480t/h自然循環(huán)單汽包循環(huán)流化床鍋爐實施了微熔電磁輻射節(jié)能材料涂層噴涂改造，并從鍋爐運行狀況以及各項性能方面進行了分析。

1 機組鍋爐與運行分析

1.1 機組鍋爐概況

內(nèi)蒙古盛發(fā)熱電廠有兩臺自然循環(huán)單汽包循環(huán)流化床鍋爐，單爐膛，一次中間再熱，露天布置，固態(tài)排渣，受熱面采用全懸吊方式。過熱蒸汽流量480t/h，過熱蒸汽出口壓力13.73MPa，過熱蒸汽出口溫度540℃，再熱蒸汽流量360.8t/h，再熱蒸汽進口壓力3.54MPa，再熱蒸汽進口溫度358℃，再熱蒸汽出口壓力3.44MPa（g），再熱蒸汽出口溫度540℃，給水溫度245℃。

1.2 當(dāng)前存在的問題

目前，機組在運行時，存在鍋爐受熱面吸熱能力下降、床溫偏高、磨損嚴重、排煙溫度高于設(shè)計值等現(xiàn)象。出現(xiàn)問題的部位主要包括爐膛水冷壁密相區(qū)及懸吊屏等受熱面，運行過程中周期性床溫頻繁升高，水冷壁密相區(qū)、懸吊屏磨損量增大，造成停爐檢修事故。上述現(xiàn)象是該電廠長期以來存在的，之前采取了優(yōu)化燃料、優(yōu)化設(shè)計、優(yōu)化運行技術(shù)等措施，但未找到切實可靠的方法。

1.3 運行問題分析

1）受熱面磨損情況嚴重，有兩種常見情況：①受燃料作用，受熱面金屬表層被沖刷，有些部位受沖擊后被劃傷，磨損明顯；②受熱面金屬表層氧化膜脆性強。當(dāng)受到震動、敲擊后，會出現(xiàn)新的氧化膜，導(dǎo)致磨損。反復(fù)動作，水冷壁管就會被嚴重磨損，越來越薄，長時間未發(fā)現(xiàn)解決就會出現(xiàn)爆管，從而導(dǎo)致非停事故的發(fā)生。

2）結(jié)焦情況，一般是水冷壁頂棚、返料器部位結(jié)焦嚴重，有兩種常見原因：①煤種變化，導(dǎo)致局部區(qū)域溫度過高，形成結(jié)焦；②輸煤量盲目增大，爐床溫度超出工藝設(shè)定值，灰渣處于熔融態(tài)，在水冷壁及頂棚出現(xiàn)結(jié)焦情況。

1.4 解決方案

微熔電磁輻射節(jié)能涂料在煤粉爐已經(jīng)有多年的應(yīng)用。本課題是在循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)水冷壁應(yīng)用微熔電磁輻射節(jié)能提效技術(shù)，通過提高水冷壁管路輻射系數(shù)到0.9以上，達到減少燃料的消耗，增加鍋爐的出力，改善鍋爐使用效率的目的，幫助運行人員快速有效地優(yōu)化鍋爐運行調(diào)整，顯著提高鍋爐燃燒效率。

由于電磁輻射熱系數(shù)的改變，導(dǎo)致鍋爐水冷壁受熱面吸熱效率提升，可以通過檢修前后鍋爐的運行參數(shù)，包括床溫、火焰平均溫度、水冷壁溫，物料濃度、受熱面布置尺寸、煙氣速度，煙氣、顆粒對流系數(shù)、煙氣輻射系數(shù)、水冷壁管的輻射率等相關(guān)參數(shù)計算鍋爐的吸熱效率。

2 微熔電磁輻射節(jié)能涂層技術(shù)的基本原理

微熔電磁輻射節(jié)能涂料是一套無機、水性、納米陶瓷高溫耐磨涂層材料，技術(shù)先進，使用后可使噴涂區(qū)域表面形成一層保護膜，可以使噴涂區(qū)域受到最大程度的抗磨損、抗腐蝕保護。這種單組分涂層技術(shù)涂料不含揮發(fā)性有機化合物，不含溶劑，不具可燃性，固體含量為50%。

任何物體都可以不斷輻射、吸收和發(fā)射電磁波，其能力大小通常取決于其溫度和物質(zhì)本身的性質(zhì)。一般將物體與絕對黑體（一種理想模型，認為可以完全吸收外界的電磁輻射）相比較來衡量輻射熱能的大小，并以“黑度”表示。依據(jù)熱力學(xué)原理和基爾霍夫定律，黑體的吸收和發(fā)射本領(lǐng)是一致的，輻射的總能量和它表面絕對溫度的四次方成正比，預(yù)測輻射的能量，如式（1）所示。

式（1）中：Q為熱輻射能量，Ew為涂層的發(fā)射率，σ為斯蒂芬-波爾茨曼常數(shù)，TC為涂層溫度，Tl為負載溫度。

微熔電磁輻射節(jié)能材料的發(fā)射率Ew為0.90，是指輻射熱吸收達到可吸收能量的90%。大多鍋爐材料的發(fā)射率約0.4～0.75。由于ΔT被提高到第四能源級，再輻射能量的量隨著涂層和負載之間溫度差的增加而成倍增長。如果Tc4-Tl4足夠小或為零，那么高電磁輻射發(fā)射率塗料的使用將會是一個經(jīng)濟的選擇。常溫下爐管或者耐火材料的發(fā)射率一般為0.6～0.8，隨著爐溫的升高會大幅度下降，高溫下只有0.4～0.75。高溫輻射材料的輻射波長大都集中在1μm～5μm范圍內(nèi)，在1000℃和1300℃分別有76%和85%集中在這一波段。

綜合以上機理及實驗對比數(shù)據(jù)，使用微熔電磁輻射節(jié)能材料系列產(chǎn)品有如下優(yōu)勢：提高輻射效率，減少對爐管的侵蝕和減少積灰，提高了熱循環(huán)效率，減少熱損失，改善表面耐腐蝕，防止?fàn)t管表面結(jié)焦結(jié)渣。

3 微熔電磁輻射節(jié)能涂層噴涂應(yīng)用過程

應(yīng)用微熔電磁輻射節(jié)能涂層對水冷壁管和懸吊擴展屏管進行噴涂作業(yè)，先要對作業(yè)區(qū)域進行去污除垢，消除氧化層和噴砂粗化等相關(guān)預(yù)處理操作，目的是使節(jié)能涂層更好地附著在噴涂表面，提高結(jié)合強度。清潔粗化完成后，對其進行微熔電磁輻射節(jié)能材料的噴涂，如圖1為水冷壁管噴涂前后的效果。

圖1 水冷壁管噴涂節(jié)能涂層前后效果圖Fig.1 Effects before and after spraying energy-saving coating on water wall tube

微熔電磁輻射節(jié)能涂層噴涂作業(yè)完成后，機組鍋爐點火運行，期間對落渣情況進行監(jiān)控，并記錄鍋爐耗煤量等相關(guān)參數(shù)。機組正常運行3個月停爐后，對噴涂區(qū)進行檢查評判，結(jié)果發(fā)現(xiàn)水冷壁管路表面無明顯磨損，抵近觀測水冷壁頂棚及返料器區(qū)域沒有形成焦渣層，床溫明顯下降，出口煙溫、脫硝入口溫度、排煙溫度等都有不同程度地下降。

4 微熔電磁輻射節(jié)能涂層應(yīng)用經(jīng)濟和社會效益分析

微熔電磁輻射節(jié)能涂層噴涂完成后，電廠聯(lián)合有資質(zhì)的電科院多角度、全方位評判了鍋爐運行狀況，通過噴涂前后各項參數(shù)指標(biāo)的對比，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用微熔電磁輻射節(jié)能涂層后，安全穩(wěn)定生產(chǎn)、節(jié)能減排及生產(chǎn)能力增加效果顯著。涂層應(yīng)用于鍋爐水冷壁及擴展懸吊屏輻射換熱面爐管基材的綜合效果如下：①提高鍋爐單位時間負荷能力；②降低循環(huán)流化床的床溫；③節(jié)約燃料單位時間的消耗；④增加鍋爐安全穩(wěn)定運行連續(xù)時間；⑤改善鍋爐溫度場的均勻梯度分布；⑥延長爐管基材壽命；⑦降低爐膛出口溫度；⑧減少運行成本；⑨減少氮氧化物 （NOx）排放。

4.1 保證安全生產(chǎn)收益

微熔電磁輻射節(jié)能涂層可輕易地實現(xiàn)在鍋爐機組中目測識別磨損圖案、相關(guān)的侵蝕性區(qū)域和結(jié)焦區(qū)域。為發(fā)電廠的工作人員提供了一個可見的磨損指示標(biāo)志，建立鍋爐水冷壁管路減薄量3D立體圖如圖2（a）。同時提供穩(wěn)定的黑度輻射系數(shù)，減少燃料的消耗，增加鍋爐的出力。微熔電磁輻射節(jié)能涂層技術(shù)是確定高侵蝕磨損區(qū)域的有用手段。在隨后的檢查可重復(fù)涂覆涂料，通過噴砂粗糙化所述基底層并重新涂一層涂層厚度即可。

圖2 鍋爐水冷壁管路減薄量3D立體圖Fig.2 3D Perspective view of boiler water wall pipeline thinning

4.2 節(jié)能減排，降碳效益

微熔電磁輻射節(jié)能涂層噴涂完成后，依據(jù)給煤量、蒸發(fā)量、平均床溫、爐膛出口溫度、分離器出口溫度、排煙溫度、風(fēng)量、大渣含碳量、飛灰含碳量等檢測指標(biāo)對鍋爐進行節(jié)能性評估，通過表1所示數(shù)據(jù)，可知噴涂節(jié)能涂層后鍋爐能耗降低了1.2%，節(jié)能減排降碳效果顯著提高。

表1 鍋爐節(jié)能檢測指標(biāo)監(jiān)測對比情況Table 1 Monitoring and comparison of boiler energy-saving detection indicators

4.3 大氣環(huán)境保護收益

大氣污染對環(huán)境的危害是極為嚴重的，且污染源眾多，氮氧化物（NOx）是其中之一。國內(nèi)70%的氮氧化物排放來自煤炭的直接燃燒，而燃煤又是火力發(fā)電的主要動力，使得火力發(fā)電廠成為了主要排放者之一，約占35%[11]。爐溫是熱力型氮氧化物生成量的一個主要影響因素，且爐溫與氮氧化物生成占比呈正相關(guān)性。應(yīng)用微熔電磁輻射節(jié)能涂層后，基于涂層特性，使得傳熱效率提高，爐膛床溫、水冷壁管表面溫度及爐膛溫度顯著降低，其中，爐膛床溫有20℃～30℃的溫降幅度，尾部排煙溫度也下降了2℃～3℃，由此可推斷出氮氧化物生成量顯著減少，具有良好的環(huán)保效益。

4.4 鍋爐節(jié)能的社會經(jīng)濟效益

噴涂微熔電磁輻射節(jié)能涂層所產(chǎn)生的社會經(jīng)濟效益主要表現(xiàn)為3方面：

1）節(jié)能產(chǎn)生低成本經(jīng)濟效益。在同等條件下，對比分析噴涂前后能耗情況，噴涂節(jié)能涂層后，能耗降低了1.2%。按年利用 7000h 計算，一臺機組每年可節(jié)約標(biāo)煤1060t，若按1000元的標(biāo)煤單價，即每年可節(jié)約高達百萬元的煤炭成本。

2）解決運行相關(guān)問題帶來連鎖經(jīng)濟效益。噴涂節(jié)能涂層后，磨損、結(jié)渣等狀況得到改善，鍋爐可靠穩(wěn)定運行有了進一步保障，停爐頻次減少，參數(shù)波動情況緩解，可大幅提高煤種的燃燒配比，降低燃燒成本和檢修維護費用，帶來連鎖效益。

3）附加指導(dǎo)性效益。噴涂節(jié)能涂層后，能夠通過目視判讀鍋爐的防磨指數(shù)，為鍋爐爐管檢修提供指導(dǎo)建議。

5 結(jié)束語

135MW機組循環(huán)流化床鍋爐采用微熔電磁輻射節(jié)能涂層技術(shù)改造后，經(jīng)過3個月的運行及對比觀察，鍋爐運行安全穩(wěn)定可靠，各項指標(biāo)正常且得到優(yōu)化，鍋爐受熱面水冷壁及懸吊屏改造區(qū)域吸熱、抗磨損能力得到了提高，氮氧化物（NOx）排放量減少，經(jīng)濟收益和社會效益明顯。在后續(xù)運行周期，需要更長時間地監(jiān)控與分析，對現(xiàn)有能力的持續(xù)性以及鍋爐能效變化情況進行跟蹤，以評判長期運行效果，指導(dǎo)后續(xù)工作的展開。