火力发电厂中热能动力锅炉的燃料及其燃烧探究

中国电力工程有限公司 荣坤鹏

1 火力发电厂热能动力锅炉及燃料的概述

1.1 热能动力锅炉的概述

锅炉主要是由外部框架中的外壳及内部锅炉燃气控制组件构成，外部框架又分为底壳和面壳，底壳的主要作用是固定锅炉的燃烧，具有稳定性的作用，通常也会用一些辅助的设备安装在固定锅炉的位置，从而使底壳和墙体固定连接。面壳的主要作用是防止尘土等因素对锅炉的影响，具有防护作用。燃气锅炉内部电气控制组件是整个锅炉的核心，随着技术水平的不断创新和改进，目前在控制锅炉燃烧上逐渐向自动化、智能化发展，而锅炉燃烧的温度控制也越来越准确。

热能动力锅炉的本质作用就是将热能向电能转化，但在转化过程中需输送的能量很多，包括煤炭等燃料中的化学能、电能以及燃烧中所产生的热能等，所有的能源都将通过锅炉装置实现能源的转化过程，最终给外界产生丰富的蒸汽和其他有机物质。根据热能动力锅炉在不同阶段的燃料燃烧最终产生所需能量，但由于工作特性的需要，在整个燃烧过程中还需大量氧气支持，燃料只有充分的与空气接触才能最大程度发挥效用，产生更多能量。

1.2 热能动力锅炉燃料的概述

热能动力锅炉的工作性质就是能量设备的转换。从目前火力发电厂的工作流程中可知，常见燃料中工业油、煤炭等都是不可再生资源。从经济效益、技术水平及能源利用率等方面看，即使我国的天然气、石油等资源比较丰富，但通过燃烧方式来获取所需能源的方式是非常不合理的，因为燃烧所产生的价值比本身的价值要低很多，用来作为燃料是一种浪费[1]。我国煤炭资源十分丰富且煤炭产量也在逐年增长，而且可满足火力发电厂的资源供应，所以现阶段我国大部分火力发电厂都是依靠煤炭资源作为热能动力锅炉的主要燃料。

煤炭构成非常复杂，包含氧、氨、氢、碳、硫等多种化学成分。硫分为好几种，其中硫单质的同素异形体也有很多种，有斜方硫、单斜硫和弹性硫等。硫元素在自然界中通常以硫化物、硫酸盐或单质的形式存在，对人体而言，天然单质硫是无毒无害的，而稀硫酸、硫酸盐、亚硫酸和亚硫酸盐有毒，硫化物通常有剧毒。浓硫酸会腐蚀人体皮肤，另外硫化物能通过燃烧发生化学反应，对锅炉来说是非常危险的因素，可能会使锅炉的金属结构遭到腐蚀而损坏，影响锅炉的正常运行，最终缩短锅炉的使用寿命。另外这些气体会对环境产生一定污染，必须进行处理后才能排放。煤炭中有一定含量的水分，这些水对能量的转换也有一定的影响，会降低能量的转换效率，在实际的运输等环节中也可能会因煤炭进水而增加锅炉燃烧难度、降低煤炭资源的使用率，进而极大降低火力发电的效率和质量。

2 火力发电厂热能动力锅炉的燃烧分析

2.1 热能动力锅炉燃料

火力发电厂生产过程中离不开燃料的使用，通过燃料的燃烧来产生所需的能源，首先将燃料的化学能热能传递给中间的介质，如常用的介质之一水，然后将其温度逐渐升高产生蒸汽，当蒸汽达到一定的压力后，燃料的化学能通过转换装置转化为热能，在汽轮机中将热能在向机械能转换，最后在发电机中实现机械能到电能的转化。

从热能动力锅炉的本质看锅炉就是一种换热器装置，从不同资源中获取所需能量，我国的燃气、燃煤等资源类型比较丰富，因此可给发电厂供应所需燃料资源[2]。但锅炉燃料本身还存在一定特殊性，煤炭是锅炉燃烧的主要燃料，在锅炉内部通过煤炭的燃烧来释放大量热量，且热量可满足热媒水加热的需求，当水达到一定的温度才能保证所需的压力，热能动力锅炉的运行才能发挥应有的价值。相对的还有燃油和燃气锅炉，燃油锅炉的燃料类型也非常繁多，常见的是柴油燃料和重油燃料。而燃气锅炉主要是以天然气、液化石油气体等作为燃料。目前我国很多火力发电厂受到经济与技术等因素的影响，在发展过程中以煤炭作为主要燃料。煤炭组成来看，氧、硫等元素可满足燃烧要求，可以促进锅炉的燃烧。

在火力发电厂中还有固体燃料，固体燃料的燃烧通常是说不能在燃烧的过程中挥发或挥发性较差的燃料。一般燃烧的整体结构以一氧化碳和二氧化碳为主，在有足够的燃烧条件下，二氧化碳会通过氧化转化为一氧化碳。如燃烧条件熔点较低，在进行燃烧过程中没有和氧气充分的融合接触，会大大降低固体燃料结构的可燃性，从而出现固体燃烧的形态[3]。固体燃烧在生活中是比常见的，比较沥青的燃烧，只有经过长时间的燃烧才能充分体现出固体燃料本身特有的独特性。固体燃烧又分为两类，其中一类为蒸发/升华的气体燃烧，燃烧速度取决于挥发速度，如萘的燃烧；另外一类为固体直接燃烧，燃烧速度取决于空气入侵固体的速度，如焦碳的燃烧、粉尘燃烧或爆炸。固体燃料是易分解的结构，不同的燃料在燃烧时所产生的形态不同，在进行燃烧时也要选择合适的固体燃料，从而提高热能动力锅炉的效率。

2.2 燃料的燃烧形态分析

火力发电厂离不开热能动力锅炉的应用，随着社会经济的发展对电能的需求量不断上升，在电力厂的发展过程中出现了能源不足的问题，为更好处理能源问题，还需提高热能动力锅炉的利用率，选择合理的燃料进行燃烧，降低锅炉的运行成本。通过对燃料的燃烧形态进行分析，进一步提高锅炉的工作效率。

分层次的燃烧。该燃烧形态主要应用于固体燃料的燃烧过程，根据锅炉内燃料的燃烧特征，按照一定的燃烧流程进行燃烧[4]。该燃烧形式适应多种原料的燃烧，没有对燃料大小的要求。其优势是燃烧的层次所释放的能量较多且燃烧过程较稳定，锅炉以长时间运行。缺点是在需保证燃料与空气的充分融合，避免出现燃烧不充分，影响锅炉的经济效益。

悬浮状态下的燃烧。需把燃料进行二次加工成粉末或气体等形状与空气一起进行燃烧。在燃烧过程中还需注意将炉膛高度升高，保证悬浮燃烧。其优点在于燃料可充分燃烧，燃烧效率也较高。缺点是燃料易与空气在燃烧过程中产生很多粉末物质[5]。

旋风情况下的燃烧。燃料与周围空气是沿着切线的角度被送进锅炉内部，可产生较强的气流，形成螺旋运动状态进行燃烧。其优点在于燃烧状态稳定，可节省很多燃料。缺点是在进行通风操作上会损失很多能量。

3 提高火力发电厂中热能动力锅炉燃烧效率的措施

引进新技术提高汽轮机的工作效率。现阶段我国火力发电厂最常用的发电方式是通过汽轮机来进行，将蒸汽中的热能转化为电能。但在实际的汽轮机运行过程中会出现各种运行问题，如汽轮机内部各种零件相互摩擦会导致工作效率降低，损失大量的能量。因此可以引进新技术来提高气流通过速度，或对汽轮机内部零件利用新技术进行改造，改变零件形状减少相互摩擦中的阻力，加强日常的保养和维护，从而提高工作效率、减少能量消耗。

选择合适的送风方式。在热能动力锅炉中不同的送风方式对工作效率和质量也会有不同的影响，要想提高燃料的使用率还需结合火力发电厂实际需求，在操作过程中不同的燃烧环节选择合适的送风方式，并根据在燃烧过程中可能受到的不同因素影响及时调整风速、控制好温度，从而保证煤炭燃烧的效率[6]。

选择合适的燃煤类型。在火力发电厂中不同的燃料类型和性能对锅炉的燃烧状态具有一定影响，因此不同型号锅炉所选择的燃煤类型不同，在实际工作过程中要结合锅炉的实际工作状态选择合适的燃煤种类，减少火力发电厂的燃料成本，提高锅炉的使用率，从而保证锅炉的燃烧质量。

综上，热能动力锅炉在实际的运行中还存在一些问题，运行的状态对火力发电厂的经济效益也产生了一定影响，为保证其经济效益需提高燃料的利用率，利用先进的技术进行创新，改善热能动力锅炉的燃烧状态。选择合适的煤炭燃料和送风方式，借助新技术加强锅炉内部零件的日常保养和维护，进一步提高锅炉的工作效率。