基于電廠熱能動(dòng)力鍋爐燃料及燃燒分析

黃凱

【摘 ?要】近年來(lái)，工業(yè)鍋爐在我國(guó)得到了廣泛應(yīng)用，也成為了我國(guó)電力產(chǎn)業(yè)在經(jīng)營(yíng)發(fā)展過(guò)程中重要的動(dòng)力來(lái)源，能夠有效提高電廠熱力動(dòng)能的應(yīng)用效果。從當(dāng)前工業(yè)鍋爐的應(yīng)用情況來(lái)看，其本身所存在能耗較高、污染等問(wèn)題是影響工業(yè)鍋爐發(fā)展和使用的重要因素，應(yīng)當(dāng)采取有效措施來(lái)加以改善。

【關(guān)鍵詞】電廠熱能動(dòng)力;鍋爐燃料;燃燒分析

中圖分類號(hào)：TM621 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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(lái)，電廠通過(guò)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(wèn)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(guò)程是燃料燃燒，熱傳遞，水的蒸發(fā)，過(guò)熱蒸汽能量轉(zhuǎn)換的過(guò)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電廠熱能動(dòng)力鍋爐燃料及燃燒特點(diǎn)

1.1電廠熱能動(dòng)力鍋爐運(yùn)行特點(diǎn)

所謂熱能動(dòng)力鍋爐，主要指的是在鍋爐內(nèi)部加入適量燃料，這些燃料經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的燃燒之后，能夠?qū)⒆陨淼臒崮芡暾尫牛捎跓崮芫邆湟欢ǖ囊?guī)模性，主要通過(guò)水為載體進(jìn)行傳遞，熱能夠以水為載體傳遞給外界。鍋爐外部的水進(jìn)入到其內(nèi)部之后，會(huì)經(jīng)過(guò)動(dòng)力鍋爐的受熱部分，吸收大量的熱量，使得水的溫度越來(lái)越高，以水蒸氣為主要體現(xiàn)形式，操作人員利用專門的引出裝置將水蒸氣引出，保證熱能動(dòng)力鍋爐內(nèi)部的燃料能夠進(jìn)一步充分燃燒。

鍋爐內(nèi)部燃料在燃燒的過(guò)程當(dāng)中，會(huì)持續(xù)、不間斷的放出大量熱量，在鍋爐內(nèi)部高溫的作用之下，產(chǎn)生一定量的高溫?zé)煔猓\(yùn)用熱傳播原理進(jìn)行分析能夠得知，高溫?zé)煔庖材軌驅(qū)㈠仩t中的熱量進(jìn)行有效傳遞，高溫?zé)煔鈧鬟f完熱量之后，其自身的溫度越來(lái)越低，經(jīng)過(guò)鍋爐煙囪全部排放。

想要保證電廠中的熱能動(dòng)力鍋爐真正實(shí)現(xiàn)有序、穩(wěn)定的運(yùn)行，有關(guān)操作人員需要在鍋爐內(nèi)部投入一定量的燃料，如果鍋爐燃料投入量過(guò)多，會(huì)降低熱量轉(zhuǎn)換效率，如果燃料投入量過(guò)少，燃料雖然能夠進(jìn)行充分燃燒，但是熱量的傳遞時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)，影響電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2燃料燃燒特點(diǎn)分析

第一點(diǎn)，火室燃燒，由于鍋爐燃料在懸浮狀態(tài)下進(jìn)行燃燒，有關(guān)操作人員利用先進(jìn)的工藝將鍋爐燃料加工成粉末或者氣體，并將燃料與空氣共同輸入到鍋爐內(nèi)部，在輸入燃料的過(guò)程當(dāng)中，要保障鍋爐內(nèi)部的燃燒溫度達(dá)到燃料的燃點(diǎn)，保證燃料始終處于懸浮狀態(tài)。因?yàn)殄仩t燃料能夠和空氣進(jìn)行全面接觸，采用火勢(shì)燃燒法進(jìn)行燃燒，能夠保證燃料在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入燃燒狀態(tài)，但是，由于空氣與燃料不能夠同時(shí)送入，很容易出現(xiàn)鍋爐燃料浪費(fèi)現(xiàn)象。

第二點(diǎn)，旋風(fēng)燃燒特點(diǎn)，操作人員通過(guò)準(zhǔn)備一定量的可燃物，并以切線角度將燃料送入鍋爐當(dāng)中，短時(shí)間之內(nèi)，鍋爐內(nèi)部產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)速率特別高的氣流，使得燃料形成強(qiáng)度特別大的螺旋狀態(tài)。采用旋風(fēng)燃燒方式，能夠減少燃料的剩余量，但是，采用該方法也有缺陷，如操作人員需要定期進(jìn)行送風(fēng)，包括煤炭燃燒過(guò)程當(dāng)中，很可能會(huì)造成部分物理狀態(tài)能量的浪費(fèi)。

第三點(diǎn)，分層次燃燒特點(diǎn)，在熱能動(dòng)力鍋爐燃燒時(shí)，將一些固體可燃物均勻的排布在鍋爐爐排表面，固體可燃物能夠進(jìn)行分層燃燒。采用這種燃燒方式，能夠?qū)⑷紵械母鱾€(gè)層次能量全部釋放，燃料的燃燒進(jìn)程特別穩(wěn)定。缺點(diǎn)也特別明顯，操作人員需要準(zhǔn)確計(jì)算通風(fēng)時(shí)間，一旦通風(fēng)不及時(shí)，很容易產(chǎn)生大量的有害氣體。

2電廠熱能動(dòng)力鍋爐燃料及燃燒分析

2.1預(yù)熱處理

預(yù)熱階段，就是對(duì)燃料進(jìn)行科學(xué)處理，待烘干揮發(fā)后，對(duì)其進(jìn)行預(yù)熱，以促進(jìn)燃料燃燒。在這一階段，燃料被充分加熱，溫度逐漸上升，燃料表面和縫隙中的水分就會(huì)被蒸發(fā)，使燃料表面變得干燥，而隨著溫度的進(jìn)一步上升，燃料內(nèi)部的水分也會(huì)慢慢消失。總而言之，這一部分燃料并沒(méi)有放出熱量，反而吸收了大部分熱量，而燃料中的水分含量越多，熱量吸收也就越多。一般情況下，電廠熱能動(dòng)力鍋爐內(nèi)的固體燃料可在300℃條件下實(shí)現(xiàn)充分燃燒，進(jìn)而蒸發(fā)，并產(chǎn)生分解作用，一般燃料最佳預(yù)熱溫度不可低于300℃，不可超出400℃，如表2所示。因此在預(yù)熱階段，可令電廠熱能動(dòng)力鍋爐內(nèi)保持高溫條件，令進(jìn)入鍋爐內(nèi)的燃料達(dá)到預(yù)熱效果，促進(jìn)其自身水分蒸發(fā)，在預(yù)熱作用下，燃料最終成為焦炭。在電廠熱能動(dòng)力鍋爐內(nèi)燃料燃燒的預(yù)熱階段，鍋爐爐膛中無(wú)需引入氧氣即可實(shí)現(xiàn)預(yù)熱。在這一過(guò)程中要注意的是燃料水分的影響，當(dāng)燃料水分越大時(shí)，排風(fēng)量也進(jìn)一步加大，同時(shí)也要注意溫度的保持，過(guò)高或者過(guò)低的溫度都會(huì)影響預(yù)熱的質(zhì)量，在鍋爐燃燒中需要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)對(duì)預(yù)熱進(jìn)行科學(xué)的調(diào)整。

2.2對(duì)汽輪機(jī)的使用效率進(jìn)行提升

在鍋爐燃燒過(guò)程中，火力發(fā)電廠的發(fā)電原理主要是通過(guò)汽輪機(jī)做功，把其中蒸汽產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為發(fā)電所需的動(dòng)能。可是，在汽輪機(jī)的使用過(guò)程中，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)置存在著一定的問(wèn)題，比如由于葉片存在著一定間隙，在汽流經(jīng)過(guò)時(shí)會(huì)造成一定的熱能損失。針對(duì)這樣的問(wèn)題存在，相關(guān)人員應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行修改，可以采用更改葉片類型或加快汽流經(jīng)過(guò)速度等措施，使汽輪機(jī)在火力發(fā)電過(guò)程中，使用效率得到提高。

2.3對(duì)燃煤類型進(jìn)行合理選擇

因?yàn)殄仩t爐型的結(jié)構(gòu)是具有一定的差異，所以燃煤類型也是多種多樣的，在對(duì)燃煤類型進(jìn)行選擇時(shí)，相關(guān)人員要從鍋爐的運(yùn)行情況、經(jīng)濟(jì)效益等多方面進(jìn)行考慮，對(duì)可能造成鍋爐無(wú)法正常運(yùn)行的原因進(jìn)行分析。此外，在燃煤類型的選擇過(guò)程中，可以事先開展相應(yīng)的燃燒試驗(yàn)，進(jìn)而合理地選出合適的燃煤類型。

2.4燃燒階段

這一階段燃料繼續(xù)被加熱，溫度繼續(xù)升高，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)就會(huì)開始析出揮發(fā)分，進(jìn)而形成熱分解反應(yīng)。當(dāng)溫度繼續(xù)上升時(shí)，揮發(fā)分與氧的化學(xué)反應(yīng)速度會(huì)加快，隨后揮發(fā)分就會(huì)連續(xù)著火，在初期燃料表面覆蓋的都是揮發(fā)分，阻滯了氧氣與燃料的接觸，燃燒的主體是燃料析出的物質(zhì)，而隨著揮發(fā)分的消耗，燃料最終得以與氧氣進(jìn)行接觸，實(shí)現(xiàn)充分燃燒，物質(zhì)得以充分發(fā)揮，待燃盡后，部分焦炭處于燃燒狀態(tài)，此時(shí)即進(jìn)入整個(gè)燃燒過(guò)程。為確保燃燒充分，這一階段中必須引入氧氣，滿足燃燒需求，在燃燒階段令氧氣與燃料充分接觸，達(dá)到強(qiáng)烈燃燒的狀態(tài)，此時(shí)可充分釋放熱量，電廠熱能動(dòng)力鍋爐的使用功能也得到充分發(fā)揮。為了保證整個(gè)燃燒階段的質(zhì)量，就需要合理控制氧氣的投入以及整個(gè)鍋爐的溫度，如果空氣過(guò)少則會(huì)導(dǎo)致燃料的不完全燃燒，造成損失，而空氣過(guò)多則會(huì)影響整體的溫度，同樣也會(huì)影響整體的燃燒程度，降低了鍋爐的熱效率，同時(shí)也要給予充分的燃燒時(shí)間，確保其足夠充分的燃燒。

2.5燃盡階段

通過(guò)對(duì)炭灰進(jìn)行觀察可以發(fā)現(xiàn)，其包裹內(nèi)部?jī)H存部分可燃性物質(zhì)成分，在這一過(guò)程中燃燒的速度會(huì)越來(lái)越慢，其熱輻射的效率也會(huì)受到影響。與燃燒階段不同，往往這時(shí)的鍋爐中已經(jīng)形成了較大的溫差，越接近燃燒的地方溫度越高，而爐膛出口的溫度則會(huì)與燃燒中心的溫度有著較大的差距，這是一個(gè)溫度場(chǎng)逐漸減弱的過(guò)程。雖然燃燒已經(jīng)接近了尾聲，但實(shí)際上，在燃盡階段也離不開氧氣的支持，以確保炭灰內(nèi)部包裹的可燃性物質(zhì)成分得以充分燃燒，滿足生產(chǎn)生活的熱能需求，從而避免資源出現(xiàn)浪費(fèi)。

結(jié)束語(yǔ)

總之，隨著能源問(wèn)題日益嚴(yán)峻，在可持續(xù)發(fā)展理念下，要注重提高資源利用率，并在科學(xué)技術(shù)的支持下，合理開發(fā)新能源，并優(yōu)化鍋爐燃燒技術(shù)，促進(jìn)電廠熱能動(dòng)力鍋爐內(nèi)部燃料達(dá)到充分燃燒狀態(tài)，維護(hù)電廠熱能動(dòng)力鍋爐的安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)，從而真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境。

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（作者單位：武漢鍋爐股份有限公司）