火力发电中锅炉效率提升的关键技术研究

引言

火力发电利用煤炭、石油等化石燃料燃烧产生的热能，将水转化为高温高压蒸汽，推动汽轮机旋转并带动发电机发电。在整个发电过程中，锅炉是将燃料化学能转化为热能的关键设备。锅炉效率的高低直接关系到火力发电厂的能源利用效率和经济效益。提升锅炉效率，不仅能降低发电成本，还能减少能源消耗和污染物排放，对实现节能减排目标具有重要意义。

1 火力发电中锅炉效率提升的必要性

1.1 能源资源优化

火力发电作为全球主要电力供应方式，依赖大量煤炭、天然气等不可再生资源。锅炉效率提升直接降低单位发电的燃料消耗，缓解能源紧缺压力。高效燃烧技术可减少燃料浪费，使有限资源发挥更大价值，符合可持续发展战略需求。能源转化效率每提升 1% ，大型电厂年均节省燃料成本可达数百万元量级。

1.2 环境排放控制

低效锅炉会产生更多未完全燃烧的污染物，包括氮氧化物、硫化物和颗粒物。效率提升意味着更充分的燃烧过程和更完善的尾气处理空间，直接降低碳排放强度。当前全球碳减排压力下，锅炉效率改进是火电厂满足环保法规的基础手段，可避免因排放超标导致的限产或罚款风险。

1.3 经济运行效益

锅炉效率与电厂经济性呈指数级关联。效率提升既降低燃料采购成本，又减少辅机电耗（如风机、水泵功耗），同时延长设备检修周期。在电力市场化竞争背景下，效率差异直接影响上网电价竞争力。老旧锅炉改造虽需初期投入，但投资回收期通常短于 3 年，全生命周期成本优势显著。

2 影响锅炉效率的主要因素

2.1 燃烧不充分

燃烧不充分直接影响燃料化学能的释放效率，是降低锅炉热效率的关键因素。当燃料与空气混合不均时，部分区域氧气浓度不足，导致碳氢化合物无法完全氧化，生成一氧化碳和未燃尽碳颗粒。燃烧温度过低会延缓反应速率，使可燃成分未完全燃烧即随烟气排出。燃料挥发分含量、颗粒大小和水分比例都会影响燃烧完全度，过高水分会降低炉膛温度，延迟着火。

2.2 受热面积灰结渣

受热面积灰结渣会显著恶化传热性能，是制约锅炉效率的长期性问题。燃料灰分在高温下熔融后黏附于管壁，形成致密渣层，其导热系数远低于金属受热面，导致传热热阻增大。结渣厚度增加会使烟气通道变窄，流动阻力上升，引风机电耗提高。不同燃料的灰熔点差异明显，低熔点灰分更易在高温受热面形成液态渣膜。灰分化学成分中钠、钾等碱金属含量高时，会与管壁发生低温共熔，加速积灰过程。

2.3 排烟热损失

排烟热损失直接反映锅炉的余热利用程度，是评价热效率的核心指标之一。烟气离开锅炉时的显热未被充分回收，其温度每升高 10% ，热效率约下降 0.5% 。过量空气系数过大时，多余氮气等不参与反应的气体被加热后排出，徒增烟气热容量。空气预热器换热效果劣化会导致排烟温度攀升，尤其当漏风率增加时，冷空气混入烟气进一步降低余热回收率。燃料硫分高时，为避免尾部受热面低温腐蚀，需人为维持较高排烟温度，造成能量浪费。

2.4 散热损失

散热损失虽占比较小，但长期累积会显著影响锅炉经济运行效果。炉墙保温层老化开裂时，高温烟气通过缝隙直接外泄，热损失成倍增加。阀门、法兰等管道连接处若无有效保温，局部散热强度可达正常部位的

5-10 倍。锅炉负荷率降低时，单位产热量的散热损失比例上升，低负荷运行时散热效率恶化更明显。环境风速增大时，对流散热加强，露天布置的锅炉尤甚。钢架、平台等辅助金属部件若无隔热设计，会成为热桥持续散热。

3 提升锅炉效率的关键技术

3.1 燃烧优化技术

燃烧优化技术是提升锅炉效率的核心手段之一，通过精细调整燃烧过程来提高燃料利用率。合理配风技术根据不同燃料特性和燃烧工况，动态调节送风与引风比例，确保燃料与空气充分混合，实现高效完全燃烧。采用先进燃烧器，如低氮燃烧器和浓淡分离燃烧器，通过优化结构设计增强燃料与空气的接触，提高燃烧稳定性并减少污染物排放。燃料预处理技术包括破碎、筛分和干燥等工艺，改善燃料的均匀性和燃烧性能，例如降低煤炭水分可减少蒸发热量损耗，而适当减小燃料粒度则增加燃烧反应面积。

3.2 受热面改造技术

受热面改造技术通过增强传热能力和减少积灰污染来提高锅炉效率。定期清灰除渣是基础措施，采用机械或化学方法清除受热面沉积物，恢复原有传热性能，并优化燃烧工况以减少灰渣生成。采用高效传热元件，如螺纹管和鳍片管，可增大传热面积并改善对流换热效率，从而降低排烟温度并减少热损失。受热面布局优化则根据实际运行数据和热力计算，合理分配各级受热面的热负荷，避免局部过热或欠热，确保整体传热效率最大化。这些措施共同作用，可有效提升锅炉的热能转换率，降低运行成本。

3.3 余热回收利用技术

余热回收技术通过充分利用锅炉排烟中的废热，进一步提高能源利用率。安装空气预热器将烟气余热用于加热燃烧空气，既能提高燃烧效率，又可降低排烟温度。烟气余热锅炉适用于大型电厂，回收高温烟气热量产生蒸汽，实现能源梯级利用。冷凝式锅炉则进一步回收烟气中的水蒸气潜热，通过低温冷凝放热大幅提升锅炉热效率。

3.4 智能控制技术

智能控制技术通过自动化监测与优化运行，提升锅炉燃烧稳定性和整体效率。燃烧自动控制系统利用传感器实时监测炉膛参数，动态调整燃料与风量配比，确保最佳燃烧工况，提高热效率并减少污染物排放。负荷自动调节系统根据电网需求优化锅炉运行状态，避免低效工况和频繁启停，提高运行经济性。远程监控与故障诊断系统则通过大数据分析实时识别潜在问题，提前预警并采取措施，保障锅炉长期稳定高效运行。智能控制技术可实现精准调节与节能优化，全面提升锅炉的运行性能。

结束语

提升火力发电锅炉效率是实现节能减排、降低发电成本的重要途径。通过采用燃烧优化技术、受热面改造技术、余热回收利用技术和智能控制技术等关键技术，可以有效提高锅炉的燃烧效率、传热效率和能源利用效率，减少热损失和污染物排放。在实际应用中，应根据锅炉的具体情况和运行要求，综合运用这些关键技术，制定科学合理的锅炉效率提升方案，以实现火力发电的可持续发展。

参考文献

[1] 曹一峰 . 火力发电厂锅炉节能降耗策略 [J]. 中阿科技论坛 ( 中英文 ),2021,(03):52- 54.

[2] 刘明亮 . 火力发电厂锅炉燃烧优化技术的探讨 [J]. 工程技术研究 ,2019,4(11):227+247.

[3] 王军亮 .600MW 超临界火力发电机组锅炉效率分析 [J]. 科技创新导报 ,2018,15(30):53- 54.

[4] 王雨丝 , 夏家群 , 和浩浩 , 等 .600MW 超临界火力发电机组锅炉效率分析 [J]. 工业加热 ,2016,45(01):5- 8+25 .