電站鍋爐燃料及燃燒分析

廖申丁

摘 要：在電廠運(yùn)行過程中，電站鍋爐的科學(xué)引入和合理化運(yùn)用，有助于提高電能資源利用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，與環(huán)境保護(hù)理念保持高度一致，并且有助于改善電廠生產(chǎn)效率?；诖?，本文主要對電站鍋爐燃料及燃燒進(jìn)行了簡要的分析，希望可以讓更多的人對電站鍋爐有一個(gè)更深的了解和認(rèn)識。

關(guān)鍵詞：電廠；熱能動力；鍋爐燃料；燃燒分析

引言

近年來，電站鍋爐在我國得到了廣泛應(yīng)用，也成為了我國電力產(chǎn)業(yè)在經(jīng)營發(fā)展過程中重要的動力來源，能夠有效提高電廠熱力動能的應(yīng)用效果。從當(dāng)前電站鍋爐的應(yīng)用情況來看，其本身所存在能耗較高、污染等問題是影響電站鍋爐發(fā)展，應(yīng)當(dāng)采取有效措施來加以優(yōu)化改善。

1 電站鍋爐燃料及燃燒分析改進(jìn)的必要性

首先做好分析工作能夠提高煤炭等能源的燃燒效率，使其能夠更好地發(fā)揮作用，滿足人們的用電需求；其次，對電站熱能動力鍋爐燃料及燃燒進(jìn)行分析，并科學(xué)地改造鍋爐結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)燃燒方式，還能有效保護(hù)鍋爐，降低鍋爐的磨損率，提高鍋爐燃燒效率，降低燃燒消耗量，從而減少電站對環(huán)境的影響。

2 電站鍋爐燃料

在電廠的生產(chǎn)過程中，首先在鍋爐內(nèi)通過燃料充分燃燒，將燃料的化學(xué)能熱能傳遞給水，令其變成高溫高壓的過熱蒸汽，然后過熱蒸汽在汽輪機(jī)膨脹做工轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，最后在發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換。從根本上來說，電站鍋爐可以看作是一種換熱器，燃料來源種類較多，比如燃?xì)猓ㄌ烊粴?、煤氣）、燃煤、燃油等。但是我國很多火力發(fā)電廠建設(shè)與發(fā)展的過程中，受到經(jīng)濟(jì)因素以及技術(shù)因素的影響，在電站鍋爐燃料的選擇上大多以煤炭為主。就煤炭的組成情況來看，其中包含大量的氧碳?xì)淞虻仍?，其中碳元素所占比例?0%以上，但不超出70%，其余氧氫硫等元素可滿足燃燒需求，促進(jìn)燃料，達(dá)到充分燃燒的狀態(tài)。

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。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，鍋爐的煙氣溫度可以達(dá)到（1100～1600）℃，如鍋爐的規(guī)格較小、結(jié)構(gòu)簡單，其溫度可能還會升高。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。

4 電站鍋爐燃燒流程

4.1預(yù)熱

之所以要進(jìn)行預(yù)熱，最為重要的目的是提高燃料蒸發(fā)效果，當(dāng)燃料經(jīng)歷蒸發(fā)后再對其進(jìn)行燃燒，能夠更加容易燃燒，所以通常在燃燒前需要對燃料進(jìn)行處理，然后再利用熱處理來對其進(jìn)行加溫，通常需要將溫度加至350℃～3500℃，在該環(huán)境下煤炭熱能才能夠最大程度得以有效激發(fā)，也能夠去除燃料中的水分，提高燃料燃燒時(shí)的效率。

4.2燃燒

當(dāng)完成預(yù)熱工作后，燃料中的水分得到了充分發(fā)揮，使煤炭轉(zhuǎn)變成具有良好燃燒效果的焦炭。在進(jìn)行燃燒時(shí)還需要為其提供所需要的氧氣，當(dāng)氧氣含量保持充足時(shí)，那么焦炭則會產(chǎn)生良好的燃燒效果，從而解決鍋爐本身所存在的燃燒效果不佳的現(xiàn)象。

4.3燃盡

當(dāng)經(jīng)過一段時(shí)間燃燒后，燃料當(dāng)中可燃部分便完成了燃燒工作，但依然會遺留一部分，這主要是因?yàn)槿剂弦院笏a(chǎn)生的灰燼將會覆蓋一部分燃料，使其得不到充分的燃燒，此時(shí)便需要為其提供所需要的空氣和氧氣，以此來最大程度提高燃料的利用率。

5 提高電站鍋爐燃燒效率的措施

煤炭理論上產(chǎn)生的熱量取收到基低位發(fā)熱量值Qnet.ar，MJ/kg。煤炭燃燒時(shí)實(shí)際產(chǎn)生的熱量為理論上產(chǎn)生的熱量與煙氣中化學(xué)未完全燃燒損失熱量、機(jī)械未完全燃燒損失熱量之和的差值。

煤炭燃燒效率ηC計(jì)算公式如下：

ηC=Qnet.ar-（Q3- Q4）/ Qnet.ar

式中Qnet，ar為煤炭收到基低位發(fā)熱量，MJ/kg；Q3為化學(xué)未完全燃燒損失熱量，MJ/kg；Q4為機(jī)械（固體）未完全燃燒損失熱量，MJ/kg。

影響化學(xué)未完全燃燒損失熱量的主要因素是爐膛空氣過剩系數(shù)、爐膛溫度和運(yùn)行水平。機(jī)械未完全燃燒損失熱量系指灰渣、飛灰和漏煤（層燃爐）中未燃盡的碳所造成的熱損失。影響機(jī)械未完全燃燒損失熱量的主要因素為煤的種類和性質(zhì)、燃燒設(shè)備和操作水平。

5.1 減少化學(xué)未完全燃燒損失熱量（Q3）

5.1.1 合理控制爐膛空氣過剩系數(shù)

合理控制爐膛空氣過剩系統(tǒng)，就是最大程度的使實(shí)際空氣量與理論空氣量匹配起來，具體需要注意以下幾點(diǎn)：

1）通過燃燒調(diào)整確定最佳過?？諝庀禂?shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)當(dāng)爐膛過?？諝庀禂?shù)1.3～1.5左右時(shí)，鍋爐的熱效率最高。省煤器級出口的最佳過?？諝庀禂?shù)控制在1.7以內(nèi)，如果α過高，一方面使煙氣量增加，排煙熱損失加大，另一方面使?fàn)t內(nèi)溫度降低，燃燒惡化，造成機(jī)械不完全燃燒損失和化學(xué)不燃燒損失增大。

2）根據(jù)負(fù)荷和煤種變化等情況，及時(shí)調(diào)整送、引風(fēng)門開度。如鍋爐負(fù)荷降低時(shí)，燃料的需要量相應(yīng)減少，燃燒所需的空氣量也相應(yīng)減少，此時(shí)如不及時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)量，就會使?fàn)t膛過?？諝庀禂?shù)增大。

3）裝設(shè)二氧化碳或氧氣分析儀，連續(xù)自動地檢測煙氣中二氧化碳或氧氣含量，以便及時(shí)地對爐膛或出口處過?？諝庀禂?shù)作必要的調(diào)整。

5.1.2設(shè)置合理的爐膛溫度

燃煤鍋爐采用的燃料為煤粉，在燃燒過程中，爐膛與受熱面的換熱是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程。爐膛的溫度動態(tài)特性具有大滯后、時(shí)變、非線性等特點(diǎn)。想要設(shè)置合理的爐膛溫度，需要設(shè)置動態(tài)且精確的控制系統(tǒng)，具體要點(diǎn)如下：

1）設(shè)計(jì)合理的溫度控制理論數(shù)學(xué)模型。燃煤鍋爐現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境中，爐膛內(nèi)的溫度是不斷變化的，用一個(gè)固定的數(shù)學(xué)公式很難將爐膛溫度變化規(guī)律總結(jié)出來。爐體的容量、結(jié)構(gòu)型式、檢測元件及其安放位置等影響著滯后的大小。它是一個(gè)

2）設(shè)置精確的控制單位元件。具體包括溫度檢測變送器和流量檢測變送器的選擇。

3）根據(jù)以上兩條編制合理的控制系統(tǒng)。

5.2 減少機(jī)械（固體）未完全燃燒損失熱量（Q4）

5.2.1控制煤質(zhì)對燃燒效率的影響。

煤質(zhì)揮發(fā)分增大時(shí)，煤粉著火溫度降低，著火迅速，燃燒完全，可以降低Q4值；減少煤質(zhì)水分，著火熱會隨之增小，煤粉著火提前，火焰中心下移，使得爐膛整體溫度提升，煤粉燃盡程度變高，從而降低Q4值；減少煤粉灰分，可以盡可能的提高煤粉的燃盡程度，從而降低Q4值。

5.2.2 鍋爐運(yùn)行控制方面。

當(dāng)鍋爐在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷工況以下（額定負(fù)荷80%左右）增加負(fù)荷時(shí)，風(fēng)煤混合比較更加均勻，燃燒更加充分，從而降低Q4值；當(dāng)鍋爐在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷工況以上（額定負(fù)荷80%左右）增加負(fù)荷時(shí)，會使?fàn)t膛的容積熱負(fù)荷增加，縮短煤粉在爐內(nèi)停留時(shí)間，導(dǎo)致燃燒不充分，導(dǎo)致Q4值增加。

參考文獻(xiàn)

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