富氧燃燒對電廠鍋爐的影響

摘 要：在電廠生產(chǎn)中，電廠鍋爐是最為重要的組成部分，提高電廠鍋爐的效率是非常必要的。為了節(jié)能，鍋爐可以采用富氧燃燒，使鍋爐更加經(jīng)濟的運行。本文通過對同一鍋爐，在采用不同氧濃度的富氧燃燒時，計算鍋爐運行參數(shù)。通過對鍋爐運行參數(shù)的計算，找出鍋爐在不同氧濃度下燃燒時的理論燃燒溫度、排煙溫度及鍋爐熱效率等鍋爐運行參數(shù)的變化規(guī)律，并且可以與當使用空氣燃燒時，進行鍋爐運行參數(shù)的比較分析。同時分析鍋爐運行參數(shù)變化的原因以及如何減少鍋爐運行參數(shù)的不利變化。計算結(jié)果表明：隨著氧濃度的升高，鍋爐的熱效率提高，燃料消耗量降低，理論燃燒溫度不斷升高，爐膛出口煙溫降低，熱空氣溫度降低，造成鍋爐運行參數(shù)變化的主要原因是采用富氧燃燒時，煙氣量降低。

關(guān)鍵詞：電廠鍋爐；富氧燃燒；運行參數(shù)；節(jié)能

中圖分類號：TK229 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（c）-0000-00

富氧燃燒是指用氧含量超過21%的富氧空氣作為助燃氣體，這種燃燒方式稱為富氧燃燒。

富氧燃燒可以有效減少CO2、NOx和SO2等污染物的排放，是一項高效節(jié)能的燃燒方式[1，2]。富氧燃燒技術(shù)能夠降低燃料的燃點，加快燃燒速度、促進燃燒完全、提高火焰溫度、減少燃燒后的煙氣量、提高熱量利用率和降低過量空氣系數(shù)，被發(fā)達國家稱之為“資源創(chuàng)造性技術(shù)”[3-5]。

煤在外界的溫度較高時，揮發(fā)分將優(yōu)先燃燒，揮發(fā)分在燃燒時，供給熱量將焦炭加熱到熾熱狀態(tài)，暫時把氧都搶去燃燒掉，所以焦炭要在揮發(fā)分燒掉以后才開始燃燒[6]。加入足夠的氧氣可以使焦炭的燃燒更加完全，提高燃燒效率，降低溫室氣體的排放以及NOx和SO2的排放。

富氧燃燒可以大幅度提高理論燃燒溫度，燃燒更加完全，達到節(jié)能的效果；富氧燃燒可以減少煙氣排放量，降低NOx排放量，提高煙氣排放質(zhì)量 [7]。所以在電站鍋爐上應(yīng)用富氧燃燒技術(shù)是可行的。

1鍋爐熱力計算結(jié)果的分析

1.1 富氧燃燒對鍋爐燃燒狀況的影響

1.1.1 對熱空氣溫度的影響

隨著氧濃度的升高，熱空氣溫度是不斷降低的。隨著氧濃度的升高，熱空氣的吸熱量是不斷降低的，而且降低的幅度比較大，這是由于氧濃度的增加，煙氣量減少的較多。

1.1.2 對理論燃燒溫度的影響

隨著氧濃度的升高，理論燃燒溫度是不斷升高的，由于氧濃度的增加，使得燃料的燃燒更加劇烈，燃料能夠更加充分的燃燒，燃燒速度加快，則使得燃燒溫度提高。由于目前材料的限制，氧氣濃度不能一直增加，目前的材料不能承受過高的溫度，另一方面理論燃燒溫度過高也會影響鍋爐的安全運行。

1.1.3 對爐膛出口煙氣溫度及排煙溫度的影響

隨著氧濃度的增加，爐膛出口煙氣溫度是不斷降低的，由表可以看出，隨著氧濃度的升高，其他各受熱面的出口煙氣溫度也是不斷降低的，隨著氧濃度的升高，排煙溫度也是不斷降低的，這主要是由于氧濃度的升高，使得空氣量減少，而且煙氣量也會較少，這就造成了各受熱面出口煙氣溫度的降低。

總之，隨著氧濃度的升高，鍋爐的燃燒變得劇烈，燃燒溫度得到了提高，所需的熱空氣溫度下降，各受熱面的出口煙氣溫度和排煙溫度也呈下降的趨勢。

2.2 富氧燃燒對鍋爐經(jīng)濟性的影響

2.2.1 對排煙熱損失及鍋爐熱效率的影響

對于富氧燃燒來說影響鍋爐熱效率的主要因素就是排煙熱損失，其他的熱損失對鍋爐熱效率的影響較小或者不隨氧濃度的變化而變化，因此，在富氧燃燒的條件下排煙熱損失對于鍋爐熱效率的影響是最大的。

隨著氧濃度的升高，排煙熱損失不斷降低，其他熱損失基本不變，則隨著氧濃度的升高，鍋爐的熱效率不斷升高。主要由于排煙溫度降低了，則煙氣帶出鍋爐的熱量降低。

2.2.2 對燃料消耗量的影響

隨著氧濃度的升高，燃料的消耗量是不斷降低的，因鍋爐的熱效率提高了，燃料的燃燒更加完全，則所需的燃料有所下降。

由以上可以看出，隨著氧濃度的升高，鍋爐的熱損失是下降的，主要是排煙熱損失的下降，則鍋爐的熱效率得到了提高，同時燃料的消耗量也有所下降，這使得鍋爐的經(jīng)濟性得以提高，這也是富氧燃燒能在電廠鍋爐上應(yīng)用的重要因素。

2.3 富氧燃燒對過熱蒸汽溫度的影響

隨著氧濃度的升高，過熱蒸汽的溫度逐漸降低，由于采用富氧燃燒導(dǎo)致煙氣量降低，過熱蒸汽溫度也隨著降低，此時過熱蒸汽的溫度有可能達不到所需的溫度，在此時可以采用富氧燃燒和煙氣再循環(huán)相結(jié)合，以提高煙氣量，使得過熱蒸汽的溫度達到所需的要求。

富氧燃燒在電廠鍋爐中的應(yīng)用，一方面有足夠的優(yōu)勢，另一方面也有一些劣勢需要去克服。

綜上所述：富氧燃燒可以使鍋爐的燃燒狀況得到很大程度的改善，富氧燃燒也可以提高鍋爐的熱效率，使得鍋爐的經(jīng)濟性得到提高，同時也可以減少污染物的排放，可對CO2及SO2進行回收，減少鍋爐對環(huán)境的影響。應(yīng)用富氧燃燒技術(shù)，一方面能夠使鍋爐的燃燒更加穩(wěn)定，理論燃燒溫度得到了提高，爐膛出口煙氣溫度降低，減小了鍋爐的排煙熱損失；另一方面由于富氧燃燒還能使鍋爐的煙氣量降低，而且SO2和CO2的濃度增加，可以集中對它們進行回收處理，這樣既經(jīng)濟又合理，同時也有效的減小了對環(huán)境的排放。對于過熱蒸汽溫度過低的情況，可以采用煙氣再循環(huán)技術(shù)[8]與富氧燃燒技術(shù)聯(lián)合使用以提高煙氣量。從而提高過熱蒸汽的溫度，滿足過熱蒸汽的溫度要求。

3結(jié)語

通過富氧燃燒鍋爐的熱力計算，分析了氧含量對鍋爐效率、燃料量等的影響，得出結(jié)論如下：

（1）隨著氧濃度的升高，鍋爐的熱效率提高，燃料消耗量降低；理論燃燒溫度升高，爐膛出口煙溫降低；過熱蒸汽溫度降低；熱空氣溫度降低。

（2）當氧濃度升高時，空氣量減少，煙氣量降低，各個受熱面對熱量的吸收減少，從而影響到其他鍋爐運行參數(shù)的變化。

（3）富氧燃燒產(chǎn)生的煙氣量較低，可與煙氣再循環(huán)結(jié)合起來使用，以彌補煙氣量不足而帶來的不利影響，如：排煙溫度過低造成的低溫腐蝕和過熱蒸汽溫度過低等。

參考文獻

[1] 周慧，周耀來，李云鵬.富氧燃燒技術(shù)及其對環(huán)境的影響研究綜述[J].華東電力，2008，36（9）.

[2] 戴樹業(yè)，韓建國，李 宏.富氧燃燒技術(shù)的應(yīng)用[J].生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)驗，1999，2（28）：26-29.

[3] 蘇俊林，潘亮，朱長明.富氧燃燒技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展[J].研究與開發(fā)，2008（3）.

[4] 沈光林.膜法富氧技術(shù)用于節(jié)能研究[J].節(jié)能，1996（9）：29-30.

[5] 劉毅.富氧助燃技術(shù)及其應(yīng)用[J].節(jié)能與環(huán)保，2005（2）.

[6] 毛玉如.循環(huán)流化床富氧燃燒技術(shù)的試驗和理論研究[D].浙江大學，2003（6）.

[7] 來章蓀.電站鍋爐富氧燃燒應(yīng)用分析[J].新疆電力技術(shù)，2011（2）.

[8] E. Kakaras， A. Koumanakos， A. Doukelis， D. Giannakopoulos， I. Vorrias， Oxyfuel boiler design in a lignite-fired power plant[J]. Fuel 86 （2007） 2144–2150.