電廠熱能動(dòng)力鍋爐燃料及燃燒分析

陳祖長(zhǎng)

（賀州廣濟(jì)醫(yī)院血液透析室，廣西賀州 542800）

0 引言

電廠是能源消耗非常多的場(chǎng)所，需要不斷找尋新的燃燒調(diào)控技術(shù)，才能適應(yīng)節(jié)能減排的要求。近年來，電廠通過引進(jìn)新的熱能動(dòng)力鍋爐和應(yīng)用新型燃料技術(shù)，有效緩解了現(xiàn)階段存在的電能供需矛盾。促進(jìn)電能更為合理的利用以及調(diào)配，緩解資源短缺問題是電廠持續(xù)健康運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)條件。電力的生產(chǎn)過程是燃料燃燒，熱傳遞，水的蒸發(fā)，過熱蒸汽能量轉(zhuǎn)換的過程。因此，電廠熱能動(dòng)力鍋爐燃料及燃燒的分析非常重要。

1 鍋爐系統(tǒng)

電廠主要設(shè)備鍋爐的主要作用是在高溫高壓的條件下將水變成蒸汽。燃料燃燒、熱傳遞貫穿鍋爐工作的整個(gè)過程。鍋爐一般是由外殼和用于控制的電器以及輔助設(shè)備組成。外殼又分為表面外殼和底部外殼，底部外殼的主要作用是固定燃燒成分，組成部分包括汽水系統(tǒng)、煙道、爐膛以及爐墻和構(gòu)架等。表面外殼的作用是抵擋外界的灰塵對(duì)鍋爐的損壞，鍋爐設(shè)備還需要配備一系列的附件，如水位計(jì)、安全伐、熱工測(cè)量?jī)x、吹灰機(jī)等。汽水系統(tǒng)：通過對(duì)水進(jìn)行加熱，蒸發(fā)，設(shè)備過熱等。整個(gè)過程會(huì)涉及到省煤器、水冷壁、下管、鼓、過熱器、再熱器等設(shè)備。風(fēng)煙系統(tǒng)：燃料燃燒與風(fēng)結(jié)合時(shí)產(chǎn)生煙氣，煙氣中的熱量再進(jìn)入大氣層。制粉系統(tǒng)主要由磨、煤以及煤分離器等組成。

鍋通又稱為滾筒，將鍋爐的壓力部件達(dá)成自然循環(huán)與強(qiáng)制循環(huán)，通過加熱、蒸發(fā)以及連接輪轂過熱等過程，使工作流體在整個(gè)過程中能夠正常循環(huán)。為確保鍋爐水循環(huán)正常，還需要安裝連續(xù)排污以及筒式磁選機(jī)等裝置。只有其存在一定量的水，才能確保其儲(chǔ)熱能力，使鍋爐的運(yùn)行順利。降液管：在汽包管的底部有幾根下降管接頭，安裝在汽包底部確保下降管入口的上部水層高度為最大，有利于進(jìn)口工質(zhì)汽化。

水冷壁是爐膛周圍爐墻上敷設(shè)的受熱面。水冷壁幾乎全部屬于蒸發(fā)受熱面的是中壓自然循環(huán)鍋爐，通常在爐膛的上部布置輻射式再熱器或輻射式過熱器，水冷壁不但是水加熱和蒸發(fā)的受熱面，還是過熱器的受熱面。

2 鍋爐使用的燃料

電廠鍋爐使用的燃料種類較多，有氣體燃料、液體燃料和固體燃料等，其中使用最多的是天然氣、煤、重油等。就現(xiàn)目前的技術(shù)以及自然資源而言，煤炭的儲(chǔ)量要多于重油和天然氣。因此，為保障火電廠的經(jīng)濟(jì)效益，一般以煤為主要燃料。對(duì)煤炭資源盡可能的多利用、節(jié)省以及降低自身的運(yùn)營(yíng)成本，需要在保證煤鍋爐混合物效率的前提下，合理地采用低質(zhì)量的煤資源，最終達(dá)到降低成本的目的?；旌洗钆涫褂脮r(shí)，要堅(jiān)持安全為主、兼顧高效的原則，并結(jié)合科技手段不斷改善，為機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。一般燃料組合物主要包括氧、氫、碳、硫、氮等元素和一定量的灰分及水分，碳、硫會(huì)在運(yùn)行的過程中被燃燒掉，其與氧氣在燃燒的過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸?、二氧化碳和水蒸氣等，同時(shí)釋放出大量的熱量。煤燃料中50%～70%的碳是最基礎(chǔ)的成分燃燒燃料，多數(shù)煤燃燒過程中被碳放熱。氫的燃燒熱雖然非常高，但其含量較少，因此可以忽略。比氫含量高的硫，雖然可以燃燒放熱，但在燃燒過程中產(chǎn)生的二氧化硫，是鍋爐發(fā)生腐蝕以及污染空氣的有害物質(zhì)，因此其含量越高則表明煤質(zhì)越差。高灰煤由于發(fā)熱量比較低，會(huì)對(duì)鍋爐的傳熱性能造成影響，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致停機(jī)，因此，需要認(rèn)真仔細(xì)的處理。水分煤不但熱量低，蒸發(fā)過程中還會(huì)降低鍋爐的內(nèi)部溫度，使燃料的燃燒不充分，增加金屬加熱面的低溫腐蝕。

3 燃料燃燒特性

通常認(rèn)為燃料自身的發(fā)熱量、固定的碳含量以及揮發(fā)性是燃料燃燒過程的重要技術(shù)特征。物理學(xué)用J/kg表示每kg的燃料充分燃燒產(chǎn)生的熱值。如果燃料的熱可以分為低熱量和高熱量，當(dāng)水蒸汽釋放出來時(shí)的液化以及在燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生熱量的計(jì)數(shù)值，也就是高發(fā)熱量，一般不計(jì)算的部分，通常將稱為低熱。實(shí)際生產(chǎn)過程中，鍋爐的廢氣溫度可以達(dá)到（1100～1600）℃，如鍋爐的規(guī)格較小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其溫度可能還會(huì)升高。冷凝溫度通常要比水蒸汽要求的溫度高，這樣能夠讓水蒸汽一直維持在氣體狀態(tài)。

為了便于比較，將不同燃料轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)比較熱量。比如可采用固體燃料加熱和隔離加熱的方式，將水、氧、氫、硫以及其他揮發(fā)性中的一個(gè)隔開。分離一些氣體物質(zhì)的揮發(fā)性，同時(shí)將揮發(fā)物和水分離，留存的就稱為焦炭。焦炭燃燒的主要成分，也是固定碳灰的組成部分。燃料具有較高的揮發(fā)性，使其更易被點(diǎn)燃，且燃燒比較穩(wěn)定，燃燒效率更高；揮發(fā)性較低的燃料，點(diǎn)火相對(duì)困難，同時(shí)燃燒時(shí)不穩(wěn)定，不采取其他輔助措施，難以充分燃燒，繼而浪費(fèi)資源。煤焦有塊狀或粉末狀，根據(jù)煤中物質(zhì)的揮發(fā)性可將其分為褐煤、無煙煤以及煙煤等3種類型。最早使用的是無煙煤，其揮發(fā)性在3種類型中最小。煙煤無煙煤的碳含量比較高，揮發(fā)物含量高，熱值高，是優(yōu)質(zhì)的鍋爐燃料。褐煤是煤化程度最低的煤，其揮發(fā)性高，但是水分大，所以熱值較低。

4 燃料的燃燒過程

鍋爐燃燒的主要成分為碳和氫，而硫?yàn)榭扇嫉囊徊糠?，如果充分燃燒，?huì)產(chǎn)生二氧化碳、水蒸氣以及二氧化硫。煤灰經(jīng)過充分燃燒后會(huì)產(chǎn)生的化合物，不含任何形式的易燃成分。而燃燒不充分，煙道氣會(huì)產(chǎn)生氫、烴以及一氧化碳等可燃物質(zhì)，還會(huì)產(chǎn)生固體燃料的碎片，不能完全釋放燃料熱量，造成資源浪費(fèi)。對(duì)此，為確保燃料充分燃燒，需要根據(jù)作業(yè)流程，將固體燃料燃燒分為3個(gè)階段：①預(yù)熱階段。包括預(yù)熱、燃料干燥以及揮發(fā)性分離等步驟。燃料進(jìn)入鍋爐，燃料中的水分在非常短的時(shí)間內(nèi)以（300～400）℃的溫度迅速蒸發(fā)。蒸發(fā)完成后，燃料殘留的部分變成焦炭。整個(gè)過程中燃料自身不參與燃燒，主要是鍋爐吸收熱量，燃料含水量越小，細(xì)煤研磨，需要的預(yù)熱時(shí)間相對(duì)較短。②燃燒階段。預(yù)熱完成后，逐漸提高燃燒溫度。此階段為燃料燃燒的成分和氧相結(jié)合，產(chǎn)生較強(qiáng)烈的燃燒熱。迅速送風(fēng)，保障可燃物質(zhì)燃燒充分。③燃盡階段。此階段完全燃燒，且沒有殘留的焦炭等可燃物質(zhì)，多數(shù)為灰。由于殘留的焦炭燃燒物料處于內(nèi)、外裹的灰不能與空氣充分的接觸，所以燃料的燃燒過程相對(duì)較慢，繼而大大的降低了放熱量。

5 結(jié)語

電廠鍋爐燃料以及燃燒技術(shù)對(duì)生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益具有很大的影響。為了使燃料得到充分的利用，使燃燒過程的安全性更高，提供合理的爐溫和空氣，以及在一定的空間環(huán)境中，使空氣和燃料能夠充分的接觸混合。對(duì)此，電廠相關(guān)工作人員需要在確保質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的前提下，積極研發(fā)新型燃料以及燃燒技術(shù)，推動(dòng)電廠持續(xù)健康發(fā)展。