電廠熱能動(dòng)力鍋爐燃料及燃燒

◎尹建武

電廠熱能動(dòng)力鍋爐燃料及燃燒

◎尹建武

近年來隨著我國的科技，經(jīng)濟(jì)發(fā)展日益加快，人口迅速的增長。我國的發(fā)展水平逐漸走在世界各國的前列。而與此帶來的人口增長加快與資源總數(shù)基本上保持不變使得人均資源持有量出現(xiàn)緊缺的現(xiàn)狀。開發(fā)資源是一項(xiàng)長期的工作，因此現(xiàn)在我們需要研究的是如何能夠?qū)①Y源合理化的運(yùn)用。我們發(fā)現(xiàn)采用高科技，能使得資源的運(yùn)用更加的合理化，也有助于尋找新能源。目前來講，全國范圍內(nèi)的電力供應(yīng)主要是火力發(fā)電。水利發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電形式僅僅占據(jù)電力市場(chǎng)的較小的一部分。若想使得資源能夠更有效地加以利用，需要開發(fā)火力發(fā)電廠的功能，加強(qiáng)電廠的熱能動(dòng)力燃燒系統(tǒng)的運(yùn)用，以及普及燃燒技術(shù)，以使熱能動(dòng)力鍋爐能夠更好地加以運(yùn)用。本文從電廠的角度出發(fā)，討論電廠熱能動(dòng)力鍋爐的燃料以及燃燒分析，目的是尋求更好的技術(shù)來應(yīng)用在現(xiàn)代電廠中。

近年來對(duì)相關(guān)問題的細(xì)致探究得出，采用熱能動(dòng)力燃燒鍋爐系統(tǒng)，不僅有利于資源的合理運(yùn)用，電廠的電能利用率也有一定程度的提升。這一系統(tǒng)的好處主要在于不僅能夠?qū)①Y源合理充分的利用并且有利于節(jié)能減排，一舉多得。是現(xiàn)在國內(nèi)電廠系統(tǒng)的大勢(shì)所趨。因此本文通過對(duì)電廠熱能動(dòng)力鍋爐燃料及燃燒進(jìn)行分析討論。

熱能動(dòng)力鍋爐設(shè)施概念

在進(jìn)行研究之前。首先要對(duì)熱能動(dòng)力裝置的概念有所明確。我們通常意義上的熱能動(dòng)力裝置，其實(shí)指的就是與熱力熱能有關(guān)的裝置設(shè)施。通過相關(guān)的設(shè)施將動(dòng)能之轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再將機(jī)械能應(yīng)用到發(fā)電領(lǐng)域之中。熱能，就定義上來講表示物體所有分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能與相互之間勢(shì)能的總和。在這里我們所運(yùn)用的動(dòng)能除了煤，燃油等化石燃料的燃燒之外，還有取之不盡用之不竭的太陽能，以及生物質(zhì)能和近年來走在科技前沿的核能。這些新型熱能都具有共同點(diǎn)—來源廣泛和污染小。了解了熱能的定義以及來源，我們還需要了解產(chǎn)生熱能動(dòng)力的裝置，主要有兩種—內(nèi)燃機(jī)和其他的輔助性裝置。除此之外還需要了解什么是火力發(fā)電，火力發(fā)電是我國現(xiàn)在大多數(shù)發(fā)電廠普遍采用的一種方式，將原材料及燃料燃燒，通過裝置將發(fā)出的熱能轉(zhuǎn)化為發(fā)電的原動(dòng)力，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)器，形成所需要的動(dòng)能。

電廠熱能動(dòng)力裝置的工作原理是將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。熱能的來源是由煤，天然氣，石油燃燒形成的，形成的熱能經(jīng)由動(dòng)力裝置作用?；鹆Πl(fā)電的作用原理正在于此，通過上述的動(dòng)力裝置產(chǎn)生的初始動(dòng)力對(duì)電廠的發(fā)電機(jī)器產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)的作用，進(jìn)而發(fā)電形成能量的轉(zhuǎn)換。電廠熱能動(dòng)力鍋爐裝置的是將產(chǎn)生的熱能等能量輸入裝置中,經(jīng)過裝置的作用輸出高溫的液體或是水蒸汽。這種輸出的作用原理正是將輸入的熱能傳遞給裝置中的水，使裝置中的水達(dá)到一定的溫度。達(dá)到一定溫度的水進(jìn)入鍋爐中后，接觸高溫的鍋爐表面會(huì)形成蒸汽或是具有壓力的高溫水，再被輸出使用。當(dāng)采用燃料燃燒提供熱能時(shí)，燃料會(huì)在裝置設(shè)備部分燃燒，燃燒產(chǎn)生持續(xù)的熱能，而這種熱能同樣會(huì)在上述的傳遞中，傳給鍋爐裝置的受熱表面。

電廠熱能動(dòng)力鍋爐使用的燃料分類

在上述的作用原理下，電廠的鍋爐裝置更為通俗的說應(yīng)該是一種傳遞能量的裝置。鍋爐的種類繁多，包括燃?xì)忮仩t，燃煤鍋爐和燃油鍋爐等等。這幾種鍋爐作用的最大區(qū)別是原料的不同。依次辨明，首先燃?xì)忮仩t有燃?xì)夥兴?，燃?xì)庹羝腿細(xì)鉄崴仩t，使用的原材料主要就是天然氣；燃煤鍋爐，是在鍋爐內(nèi)將原材料燃燒，產(chǎn)生所需要的熱能，將鍋爐內(nèi)的水加熱到一定的溫度，或者改變水的狀態(tài)，由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)。這樣的鍋爐的燃料大體分為煙煤和無煙煤兩種類型；燃油鍋爐分為燃油熱水，燃油沸水，采暖暖氣等鍋爐類型，燃料主要是柴油，石油，重油等。就現(xiàn)代的資源儲(chǔ)備，科技發(fā)展現(xiàn)狀講，我國發(fā)電采用的燃料主要是煤，也就是燃煤發(fā)電是主要發(fā)電方式。

電廠熱能動(dòng)力鍋爐燃燒的類型及特點(diǎn)

氣體燃料燃燒類型。氣體燃料燃燒類型一般也被稱為擴(kuò)散性的燃燒方式，這種燃燒方式的燒嘴一般是不直接和空氣接觸的。而是在其噴射時(shí)再將其以空氣充分結(jié)合，緊接著進(jìn)行燃燒，這種方式的燃燒后的火焰比較長一些。這種方式在燒嘴部分僅僅與小部分的空氣進(jìn)行接觸。正是因?yàn)槟軌蚪佑|的空氣比較少，導(dǎo)致接觸的氧氣比較少，在噴射之后僅能局部燃燒。在噴射時(shí)其他部分的燃料才能與空氣充分的進(jìn)行接觸燃燒，這階段的燃燒火焰相較于上個(gè)階段的火焰較短。而與空氣充分混合的氣體燃料，也可能因?yàn)槌浞只旌希紵^快使得氣體火焰很快消失。

固體燃料燃燒類型。這種燃燒類型所指的固體，主要是指很少甚至根本不會(huì)發(fā)生揮發(fā)或因?yàn)槭軣岫纸獾目赡苄缘娜剂?，主要指煤這種燃料。這種燃料的特性是在充分接觸氧氣的情況下，在一定的作用條件下產(chǎn)生較為劇烈的氧化反應(yīng)。燃料燃燒時(shí)，燃料表面會(huì)燃燒產(chǎn)生CO2或微量的CO。在這過程中，一定的作用條件下部分的CO2會(huì)和碳反應(yīng)生成CO。這種反映的原因是因?yàn)椴糠秩剂系娜埸c(diǎn)相對(duì)較低，甚至在燃燒的過程中，還未燃燒已經(jīng)融化，由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，這種液態(tài)隨著溫度的進(jìn)一步升高轉(zhuǎn)化成氣態(tài)。因此氣態(tài)的該物質(zhì)與燃料反應(yīng)進(jìn)一步生成CO，這種CO雖然可燃，但由于其是氣態(tài)，極易揮散，因此可能會(huì)導(dǎo)致燃燒不充分的后果。就具體現(xiàn)象而言，當(dāng)固體燃料燃燒產(chǎn)生濃煙時(shí)，會(huì)出現(xiàn)燃燒不充分的情況，并常伴有有害氣體的產(chǎn)生。

鍋爐燃料燃燒的過程和特點(diǎn)。所有的燃料，無論是氣態(tài)還是液態(tài)，任何燃料的燃燒都有兩個(gè)部分，通俗的說就是著火和燃燒。著火就是燃料到達(dá)一定的溫度，條件時(shí)發(fā)生的氧化反應(yīng)，這種氧化反應(yīng)從緩慢逐漸增強(qiáng)變溫劇烈的氧化反應(yīng)時(shí)叫做著火，當(dāng)這種氧化反應(yīng)持續(xù)一段時(shí)間后稱之為燃燒。而這種燃燒只有在到達(dá)特定溫度后燃料才可能會(huì)持續(xù)燃燒。當(dāng)燃料在燃燒是只有在與氣體充分結(jié)合是，也就是說當(dāng)燃料在整個(gè)混合物中占有一定的百分比后，即到達(dá)一定的限度后才能著火燃燒。也就是說燃料燃燒的條件并非只有溫度。具體來說需要有兩個(gè)方面的條件：需要有充足的氧氣和燃料與氧氣充分的接觸。在氣體燃料燃燒過程中，分為三種即分為長焰，短焰和無焰三種。在固體燃料燃燒過程中，分為表面，蒸發(fā)，分解，冒煙四種。

熱能動(dòng)力鍋爐燃料燃燒的過程

從燃燒的燃料角度來說主要是有碳,硫,氫三種，而這種燃料燃燒，通常會(huì)存在燃燒不充分的問題，如果燃燒不充分就會(huì)產(chǎn)生CO等，不僅僅使得燃料的熱能不能充分地發(fā)揮，浪費(fèi)資源。并且這種不充分燃燒的產(chǎn)物通常是有毒氣體造成大氣污染，破壞環(huán)境。而如果作用充分時(shí)這些燃料充分的燃燒會(huì)產(chǎn)生CO2，SO2或是氣態(tài)的水，使得資源充分利用。從燃燒階段將固體燃料燃燒主要分為三部分：

燃料的預(yù)熱階段。燃料的預(yù)熱階段是在燃料的燃燒階段前，將待利用的燃料進(jìn)行燃燒前的準(zhǔn)備工作，需要做的有燃料烘干，燃料預(yù)熱。燃料燃燒的最佳溫度是三百到四百攝氏度左右，在這個(gè)溫度條件下，燃料的燃燒最為充分。在燃料進(jìn)行燃燒前的預(yù)熱工作時(shí)，高溫會(huì)將燃料的水分迅速脫掉，預(yù)熱的最后部分，燃料脫水僅剩焦炭。需要注意的是在燃料預(yù)熱階段不需要氧氣。

燃料的燃燒階段。燃料的預(yù)熱階段，燃料得到揮發(fā)，在揮發(fā)盡后，脫水剩下的焦炭部分開始燃燒，進(jìn)入第二個(gè)階段，在此階段需要充分的氧氣作用，這一階段的作用原理是將燃料與氧氣充分的燃燒放熱，產(chǎn)生能量。

燃料的燃盡階段。在燃料燃盡的階段，此時(shí)燃料中剩余部分幾乎不含有可燃物質(zhì)，僅僅在被炭灰中少殘存少許，這部分的可燃物仍舊需要一定的氧氣，使得這部分的剩余可燃物質(zhì)燃燒發(fā)熱。需要注意的是，這部分的燃燒速度較慢，產(chǎn)生能量比較少。

現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展日新月異，近些年來科技和經(jīng)濟(jì)等高速發(fā)展，與之帶來的人口增多，資源緊缺已經(jīng)成為一個(gè)不容忽視的大問題，這需要我們提升資源的利用效率并且適時(shí)的開發(fā)新的能源。正因?yàn)檫@個(gè)原因，電力供應(yīng)方面面臨著緊缺的風(fēng)險(xiǎn)，資源利用不充分，資源浪費(fèi)等現(xiàn)象頻有發(fā)生。因此，電廠的熱能動(dòng)力鍋爐技術(shù)出現(xiàn)在大眾的視野中，這種鍋爐設(shè)備是一種能量轉(zhuǎn)換的裝置，將熱能，生物能等能量輸入鍋爐中，經(jīng)過一定的作用，轉(zhuǎn)換輸出高溫水及水蒸汽，這種熱能動(dòng)力鍋爐技術(shù)可以提高電廠發(fā)電的效率，減少資源的浪費(fèi)，節(jié)能減排，為現(xiàn)代發(fā)電工程提供了一種全新的思路。

（作者單位：大唐華銀金竹山火力發(fā)電分公司）