电厂热能动力锅炉燃料及燃烧分析

2018-03-30陈祖长

设备管理与维修 2018年11期

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。