火力發(fā)電廠中熱能動(dòng)力鍋爐的燃料及其燃燒探究

肖金平　蔣曉霞

摘要：電力資源供需問(wèn)題始終阻礙著電力企業(yè)的發(fā)展，為了有效地處理這個(gè)問(wèn)題，需要?jiǎng)?chuàng)新新型技術(shù)來(lái)改善。文章從熱能動(dòng)力鍋爐的概述出發(fā)，對(duì)電廠發(fā)電鍋爐燃料以及對(duì)火電廠鍋爐的燃燒進(jìn)行了探究，最后提出了加強(qiáng)火電廠熱能動(dòng)力鍋爐燃燒效率的策略。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠；熱能動(dòng)力鍋爐；燃料；燃燒；電力資源 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM62 文章編號(hào)：1009-2374（2016）34-0110-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.054

伴隨著當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展、人口的增多、可利用資源的不斷銳減，我們需要充分地利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)來(lái)促進(jìn)各種資源利用率的提升，并積極開發(fā)出新型能源。在電力行業(yè)中，電力資源供需的問(wèn)題一直阻礙著電力企業(yè)的發(fā)展，為了有效地處理這一問(wèn)題，需要?jiǎng)?chuàng)新新型技術(shù)來(lái)改善。下文主要以電廠熱能動(dòng)力鍋爐燃燒技術(shù)為例進(jìn)行分析，在電力行業(yè)中，熱能動(dòng)力鍋爐作為一種常見的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備得以廣泛的應(yīng)用。

1 熱能動(dòng)力鍋爐概述

鍋爐的組成是由外殼部分以及燃?xì)忮仩t電器控制部分組成的，其外殼部分主要分為底殼和面殼，其中底殼主要是用來(lái)固定鍋爐的燃燒，通常也叫燃燒器，在底殼部位會(huì)安裝一些其他的設(shè)備，然后底殼能夠與墻體固定連接；而面殼主要是起到防風(fēng)防灰塵防外物影響的保護(hù)作用，燃?xì)忮仩t電器控制部分對(duì)于鍋爐來(lái)說(shuō)是最主要的硬件部分。當(dāng)前實(shí)際生產(chǎn)中逐漸開始采用電腦自動(dòng)控制運(yùn)行的方式，有利于精確的操控溫度。

熱能動(dòng)力鍋爐其本質(zhì)就是一類能量轉(zhuǎn)化裝置，給鍋爐輸送的能量包含燃煤中的化學(xué)、電力能、空氣和燃料所攜帶的內(nèi)能等能源類型，而依托鍋爐裝置進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化，給外界送出攜帶一定能量的飽和水蒸汽或過(guò)熱蒸汽，還輸送出具有很高溫度的熱水及有機(jī)熱載體。熱能動(dòng)力鍋爐燃料燃燒的基本工作過(guò)程是：首先，預(yù)熱階段，在燃料進(jìn)行燃燒之前，對(duì)將要燃燒的燃料進(jìn)行烘干、揮發(fā)、預(yù)熱的過(guò)程；其次，燃燒階段，該階段主要是指燃料經(jīng)過(guò)充分的預(yù)熱后，在燃燒爐內(nèi)充分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)并放出燃燒熱，將這些熱量傳送給鍋爐盤管內(nèi)的水，促使水吸收熱量后溫度升至所需要的范圍或者使水轉(zhuǎn)變成具有相應(yīng)壓力蒸汽的熱力裝置。在燃燒爐內(nèi)，燃料通過(guò)不斷的燃燒反應(yīng)進(jìn)而不斷產(chǎn)生熱量，在依靠熱輻射和熱傳導(dǎo)的方式，將熱量傳送到鍋爐內(nèi)盤管傳熱表面，從而把自身溫度降低一定幅度，且從煙筒口排入大氣；最后，燃盡階段，該階段主要是焦炭中的可燃物質(zhì)已經(jīng)燃燒的所剩無(wú)幾，只有在炭灰內(nèi)部還殘留少量沒(méi)有燃盡的物質(zhì)，所以在這個(gè)過(guò)程中需要提供足夠的空氣，使其充分燃燒，產(chǎn)生熱能。

2 火力發(fā)電廠熱能動(dòng)力鍋爐的燃料分析

上述可知，鍋爐其本質(zhì)就是一種能量的轉(zhuǎn)換裝置，按其能量來(lái)源，通常可以分為太陽(yáng)能、余熱、電、燃煤、燃油、燃?xì)狻⑺簼{等鍋爐種類。在火力發(fā)電廠中，熱能動(dòng)力鍋爐常用的燃料主要有煤炭、重油、天然氣等，從經(jīng)濟(jì)利益、技術(shù)條件以及資源應(yīng)用上來(lái)說(shuō)，雖然我國(guó)的石油、天然氣等資源豐富，但是從其利用價(jià)值來(lái)看遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其直接燃燒的價(jià)值，并且我國(guó)煤炭資源豐富且煤炭的產(chǎn)量也在持續(xù)增加，足以滿足火力發(fā)電廠的供銷，因此我國(guó)絕大部分的火力發(fā)電廠中都是采用以煤炭作為主要的燃料的熱能動(dòng)力鍋爐。

煤炭是一種成分非常復(fù)雜的固體燃料，它的化學(xué)基本成分主要有氧、碳、氨、氮、氫、硫、水分等。在煤炭的這些成分中，硫主要以有機(jī)硫、硫鐵礦和一些硫酸鹽等形式存在，在燃燒的過(guò)程中，有機(jī)硫和硫鐵礦生成二氧化硫等有腐蝕性的氣體，這些氣體不僅容易造成熱能動(dòng)力鍋爐內(nèi)的金屬等結(jié)構(gòu)的腐蝕，進(jìn)而降低了鍋爐的使用壽命，同時(shí)如果把這些氣體直接排放到空氣中，非常容易引起空氣的污染，因此還需對(duì)這些廢氣進(jìn)行一系列的處理。此外，在煤炭中水分的影響也不容忽視，在煤炭中的全水分，主要指表面和內(nèi)在的兩種水分，其中表面水分主要是在開采或運(yùn)輸過(guò)程中進(jìn)入的，這些水分是不可避免的，其含量也是受自然條件的影響無(wú)法控制的，但是正是由于這種水分的存在，影響了煤炭在鍋爐中的燃燒，導(dǎo)致煤炭燃燒的程度減小，發(fā)熱量也大幅度減小，進(jìn)而影響火力發(fā)電的發(fā)電效率。

3 火力發(fā)電廠熱能動(dòng)力鍋爐的燃燒分析

3.1 燃料的燃燒形式

在熱能動(dòng)力鍋爐當(dāng)中，燃料的燃燒主要有以下三種形式：

3.1.1 分層次的燃燒。主要應(yīng)用于固體可燃物質(zhì)的燃燒過(guò)程中，根據(jù)鍋爐內(nèi)的可燃物質(zhì)的特征，按照特定的薄厚程度分布在鍋爐的爐排上進(jìn)行燃燒。這種燃燒形式，可以適用于多種原料煤的燃燒，并且對(duì)于煤炭固體顆粒大小沒(méi)有要求。其優(yōu)點(diǎn)在于：燃料的層次所蘊(yùn)含的能量很多，燃燒的進(jìn)程比較穩(wěn)定；新添加的可燃物質(zhì)，可以和已經(jīng)燃燒起來(lái)的原料實(shí)現(xiàn)接觸，所以鍋爐中途熄滅的可行性小。其缺點(diǎn)在于：只能適用在采用固體作為燃料的情況下，并且需要保障燃料與周圍的空氣充分融合，否則就容易因空氣供給不達(dá)標(biāo)引起燃燒不充分，進(jìn)而影響效益。

3.1.2 懸浮狀態(tài)下的燃燒。主要指把可燃物質(zhì)加工成粉末形狀、噴霧形狀或者氣體形狀，并將空氣一同送進(jìn)鍋爐中進(jìn)行燃燒。為保證燃燒是在懸浮情況下進(jìn)行的，就需要爐膛高度較高。懸浮狀態(tài)下的燃燒形式，其優(yōu)點(diǎn)在于：可燃物質(zhì)能夠迅速著火，燃燒得比較充分，效率也比較高；燃料對(duì)于負(fù)荷量改變的適應(yīng)性較強(qiáng)，較容易進(jìn)行自動(dòng)形式的燃燒控制。其缺點(diǎn)在于：在某些情況下，燃料的運(yùn)動(dòng)與周圍空氣并不同步，產(chǎn)生的粉末

較多。

3.1.3 旋風(fēng)情況下的燃燒。主要指的是可燃物質(zhì)和周圍的空氣，沿著切線的角度被送進(jìn)鍋爐內(nèi)部，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)速度很高的氣流，形成強(qiáng)度較大的螺旋狀態(tài)運(yùn)動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)燃燒。其優(yōu)點(diǎn)在于：燃燒的流程穩(wěn)定，遺留的燃料物質(zhì)很少；能夠運(yùn)用在多種類型煤炭的燃燒上；節(jié)省燃料成本，具有較強(qiáng)的利用剩余燃料的能力。其缺點(diǎn)在于：在通風(fēng)操作時(shí)，會(huì)損失較多的能量；鍋爐設(shè)施的構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，在實(shí)現(xiàn)灰量較大的煤原料燃燒時(shí)，會(huì)損失一部分物理狀態(tài)的熱量。

3.2 熱能動(dòng)力鍋爐燃燒的控制措施

通常，對(duì)于熱能動(dòng)力鍋爐的燃燒控制主要在對(duì)燃料量的控制、送風(fēng)量的控制以及引風(fēng)量的控制。首先，對(duì)于燃料的控制，主要是按照鍋爐蒸汽的負(fù)荷要求，燃燒量的控制是最重要的一個(gè)系統(tǒng)，因?yàn)殄仩t給風(fēng)的多少直接影響到送風(fēng)和引風(fēng)的控制。對(duì)于燃料的控制主要的目的就是消除燃料的內(nèi)部擾動(dòng)，改善系統(tǒng)的品質(zhì)，由于各個(gè)部分聯(lián)系比較緊密，所以各個(gè)部分之間的影響不能夠忽略，所以必須要注意燃料的品質(zhì)和燃料供給裝置的機(jī)械的數(shù)量。在送風(fēng)量的控制方面，為了保證經(jīng)濟(jì)的燃燒，所以我們需要為了燃料量的變化來(lái)改變相應(yīng)的送風(fēng)量，送風(fēng)量的任務(wù)也就是讓送風(fēng)量與燃料量相互協(xié)調(diào)，可以讓鍋爐的燃燒效率達(dá)到最高，最終使鍋爐的經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到人們的要求。而在引風(fēng)量的控制系統(tǒng)中，因?yàn)樾枰獱t膛的壓力滿足在一定的標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，所以在引風(fēng)量與送風(fēng)量之間需要有一個(gè)良好的平衡，同時(shí)爐膛的壓力也是直接關(guān)聯(lián)到鍋爐燃燒過(guò)程的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，壓力大噴火甚至爆炸，壓力小冷風(fēng)入爐膛，影響燃燒。所以我們可以把送風(fēng)量當(dāng)成一種前饋的信號(hào)，用來(lái)改善系統(tǒng)的調(diào)節(jié)的能力，同時(shí)因?yàn)檎{(diào)節(jié)的對(duì)象是一種比例，所以被調(diào)節(jié)的量比較靈敏，為了減少由于小幅度的偏差而導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)檔板不間斷動(dòng)作，可以在調(diào)節(jié)器上設(shè)置一個(gè)比例，自動(dòng)修正，在出現(xiàn)小的偏差時(shí)調(diào)節(jié)器的比例帶增大。

4 提高火力發(fā)電廠熱能動(dòng)力鍋爐燃燒效率的策略

4.1 提高火力發(fā)電廠中汽輪機(jī)的工作效率

在火力發(fā)電廠中，通常都是采用的汽輪機(jī)將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)力勢(shì)能來(lái)進(jìn)行發(fā)電。但是，因?yàn)樵谄啓C(jī)當(dāng)中，當(dāng)內(nèi)部的汽流經(jīng)過(guò)噴嘴和葉片出現(xiàn)摩擦?xí)r，由于葉片間隙的漏汽，導(dǎo)致汽輪機(jī)在蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化過(guò)程中，會(huì)有部分的熱能損耗。因此在實(shí)際操作過(guò)程中，我們需要通過(guò)提高蒸汽流過(guò)動(dòng)葉柵時(shí)的相對(duì)速度或者是采用漸縮型葉片等措施來(lái)減小葉片出口邊的厚度，最終實(shí)現(xiàn)減少噴嘴和葉片的摩擦而造成動(dòng)能的損耗問(wèn)題。

4.2 采取合理送風(fēng)措施

合理送風(fēng)要求對(duì)于保障鍋爐的充分燃燒具有重要意義，因此我們需要加強(qiáng)對(duì)送風(fēng)過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行合理優(yōu)化，合理地控制送風(fēng)過(guò)程中的風(fēng)速和風(fēng)量，因此，當(dāng)風(fēng)速不夠時(shí)，就會(huì)造成噴燃器的溫度過(guò)高而燒壞，并導(dǎo)致煤粉的沉淀，而風(fēng)速過(guò)大時(shí)就會(huì)推遲煤粉著火時(shí)間，導(dǎo)致燃燒不充分，所以一定要加強(qiáng)控制送風(fēng)的風(fēng)速和風(fēng)量，確保風(fēng)粉充分混合。

4.3 科學(xué)合理地選擇燃煤類型

通常由于選擇的燃煤種類不同，其相應(yīng)的鍋爐爐型在結(jié)構(gòu)上也會(huì)有所差別。因此在選用燃煤過(guò)程中，如果選用的燃煤符合鍋爐的功能，那么就容易影響鍋爐的運(yùn)行狀況，不僅容易導(dǎo)致鍋爐損壞，同時(shí)還無(wú)法達(dá)到預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益，所以，我們?cè)谌济哼x擇過(guò)程中，一定要重視那些影響鍋爐運(yùn)行的重要因素。并且，需要安排相關(guān)研究人員，在選用燃煤過(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。

4.4 控制鍋爐給水品質(zhì)，加強(qiáng)保養(yǎng)維護(hù)

在火電廠鍋爐中，對(duì)于給水設(shè)備，為了保證給水能夠滿足鍋爐使用標(biāo)準(zhǔn)，不僅需嚴(yán)格依據(jù)鍋爐給水處理的操作標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)施和加強(qiáng)控制水中的各項(xiàng)雜質(zhì)，同時(shí)還要根據(jù)鍋爐的受熱面結(jié)渣狀況來(lái)實(shí)施監(jiān)察管理，定期地進(jìn)行鍋爐管道當(dāng)中的結(jié)垢、結(jié)渣的清除，做好保養(yǎng)維護(hù)工作。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在火力發(fā)電廠熱能動(dòng)力鍋爐中，其運(yùn)行的狀態(tài)直接影響了整個(gè)火力發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益，因此我們不僅要注意燃料煤炭的質(zhì)量，更需要了解整個(gè)鍋爐在燃燒發(fā)電時(shí)的實(shí)際工作情況，調(diào)節(jié)好各個(gè)小組件的工作，保證經(jīng)濟(jì)性的燃燒，獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益，然而我們?cè)谠S多方面仍有不足，需要繼續(xù)努力改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉久斌.電廠鍋爐燃料量控制系統(tǒng)研究[J].熱力發(fā)電，2008，（8）.

[2] 關(guān)振海.鍋爐燃料的燃燒過(guò)程分析與燃燒方式分析

[J].經(jīng)營(yíng)管理者，2009，（7）.

（責(zé)任編輯：王 波）