电厂热能动力锅炉燃料及燃烧分析
2018-03-29陈祖长
陈祖长
(贺州广济医院血液透析室,广西贺州 542800)
0 引言
电厂是能源消耗非常多的场所,需要不断找寻新的燃烧调控技术,才能适应节能减排的要求。近年来,电厂通过引进新的热能动力锅炉和应用新型燃料技术,有效缓解了现阶段存在的电能供需矛盾。促进电能更为合理的利用以及调配,缓解资源短缺问题是电厂持续健康运转的基础条件。电力的生产过程是燃料燃烧,热传递,水的蒸发,过热蒸汽能量转换的过程。因此,电厂热能动力锅炉燃料及燃烧的分析非常重要。
1 锅炉系统
电厂主要设备锅炉的主要作用是在高温高压的条件下将水变成蒸汽。燃料燃烧、热传递贯穿锅炉工作的整个过程。锅炉一般是由外壳和用于控制的电器以及辅助设备组成。外壳又分为表面外壳和底部外壳,底部外壳的主要作用是固定燃烧成分,组成部分包括汽水系统、烟道、炉膛以及炉墙和构架等。表面外壳的作用是抵挡外界的灰尘对锅炉的损坏,锅炉设备还需要配备一系列的附件,如水位计、安全伐、热工测量仪、吹灰机等。汽水系统:通过对水进行加热,蒸发,设备过热等。整个过程会涉及到省煤器、水冷壁、下管、鼓、过热器、再热器等设备。风烟系统:燃料燃烧与风结合时产生烟气,烟气中的热量再进入大气层。制粉系统主要由磨、煤以及煤分离器等组成。
锅通又称为滚筒,将锅炉的压力部件达成自然循环与强制循环,通过加热、蒸发以及连接轮毂过热等过程,使工作流体在整个过程中能够正常循环。为确保锅炉水循环正常,还需要安装连续排污以及筒式磁选机等装置。只有其存在一定量的水,才能确保其储热能力,使锅炉的运行顺利。降液管:在汽包管的底部有几根下降管接头,安装在汽包底部确保下降管入口的上部水层高度为最大,有利于进口工质汽化。
水冷壁是炉膛周围炉墙上敷设的受热面。水冷壁几乎全部属于蒸发受热面的是中压自然循环锅炉,通常在炉膛的上部布置辐射式再热器或辐射式过热器,水冷壁不但是水加热和蒸发的受热面,还是过热器的受热面。
2 锅炉使用的燃料
电厂锅炉使用的燃料种类较多,有气体燃料、液体燃料和固体燃料等,其中使用最多的是天然气、煤、重油等。就现目前的技术以及自然资源而言,煤炭的储量要多于重油和天然气。因此,为保障火电厂的经济效益,一般以煤为主要燃料。对煤炭资源尽可能的多利用、节省以及降低自身的运营成本,需要在保证煤锅炉混合物效率的前提下,合理地采用低质量的煤资源,最终达到降低成本的目的。混合搭配使用时,要坚持安全为主、兼顾高效的原则,并结合科技手段不断改善,为机组安全稳定运行提供保障。一般燃料组合物主要包括氧、氢、碳、硫、氮等元素和一定量的灰分及水分,碳、硫会在运行的过程中被燃烧掉,其与氧气在燃烧的过程中发生化学反应转变为二氧化硫、二氧化碳和水蒸气等,同时释放出大量的热量。煤燃料中50%~70%的碳是最基础的成分燃烧燃料,多数煤燃烧过程中被碳放热。氢的燃烧热虽然非常高,但其含量较少,因此可以忽略。比氢含量高的硫,虽然可以燃烧放热,但在燃烧过程中产生的二氧化硫,是锅炉发生腐蚀以及污染空气的有害物质,因此其含量越高则表明煤质越差。高灰煤由于发热量比较低,会对锅炉的传热性能造成影响,严重时还会导致停机,因此,需要认真仔细的处理。水分煤不但热量低,蒸发过程中还会降低锅炉的内部温度,使燃料的燃烧不充分,增加金属加热面的低温腐蚀。
3 燃料燃烧特性
通常认为燃料自身的发热量、固定的碳含量以及挥发性是燃料燃烧过程的重要技术特征。物理学用J/kg表示每kg的燃料充分燃烧产生的热值。如果燃料的热可以分为低热量和高热量,当水蒸汽释放出来时的液化以及在燃料燃烧时产生热量的计数值,也就是高发热量,一般不计算的部分,通常将称为低热。实际生产过程中,锅炉的废气温度可以达到(1100~1600)℃,如锅炉的规格较小、结构简单,其温度可能还会升高。冷凝温度通常要比水蒸汽要求的温度高,这样能够让水蒸汽一直维持在气体状态。
为了便于比较,将不同燃料转换为统一标准比较热量。比如可采用固体燃料加热和隔离加热的方式,将水、氧、氢、硫以及其他挥发性中的一个隔开。分离一些气体物质的挥发性,同时将挥发物和水分离,留存的就称为焦炭。焦炭燃烧的主要成分,也是固定碳灰的组成部分。燃料具有较高的挥发性,使其更易被点燃,且燃烧比较稳定,燃烧效率更高;挥发性较低的燃料,点火相对困难,同时燃烧时不稳定,不采取其他辅助措施,难以充分燃烧,继而浪费资源。煤焦有块状或粉末状,根据煤中物质的挥发性可将其分为褐煤、无烟煤以及烟煤等3种类型。最早使用的是无烟煤,其挥发性在3种类型中最小。烟煤无烟煤的碳含量比较高,挥发物含量高,热值高,是优质的锅炉燃料。褐煤是煤化程度最低的煤,其挥发性高,但是水分大,所以热值较低。
4 燃料的燃烧过程
锅炉燃烧的主要成分为碳和氢,而硫为可燃的一部分,如果充分燃烧,会产生二氧化碳、水蒸气以及二氧化硫。煤灰经过充分燃烧后会产生的化合物,不含任何形式的易燃成分。而燃烧不充分,烟道气会产生氢、烃以及一氧化碳等可燃物质,还会产生固体燃料的碎片,不能完全释放燃料热量,造成资源浪费。对此,为确保燃料充分燃烧,需要根据作业流程,将固体燃料燃烧分为3个阶段:①预热阶段。包括预热、燃料干燥以及挥发性分离等步骤。燃料进入锅炉,燃料中的水分在非常短的时间内以(300~400)℃的温度迅速蒸发。蒸发完成后,燃料残留的部分变成焦炭。整个过程中燃料自身不参与燃烧,主要是锅炉吸收热量,燃料含水量越小,细煤研磨,需要的预热时间相对较短。②燃烧阶段。预热完成后,逐渐提高燃烧温度。此阶段为燃料燃烧的成分和氧相结合,产生较强烈的燃烧热。迅速送风,保障可燃物质燃烧充分。③燃尽阶段。此阶段完全燃烧,且没有残留的焦炭等可燃物质,多数为灰。由于残留的焦炭燃烧物料处于内、外裹的灰不能与空气充分的接触,所以燃料的燃烧过程相对较慢,继而大大的降低了放热量。
5 结语
电厂锅炉燃料以及燃烧技术对生产效率和经济效益具有很大的影响。为了使燃料得到充分的利用,使燃烧过程的安全性更高,提供合理的炉温和空气,以及在一定的空间环境中,使空气和燃料能够充分的接触混合。对此,电厂相关工作人员需要在确保质量和经济效益的前提下,积极研发新型燃料以及燃烧技术,推动电厂持续健康发展。
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