電站鍋爐燃料及燃燒分析

廖申丁

摘 要：在電廠運行過程中，電站鍋爐的科學引入和合理化運用，有助于提高電能資源利用率，實現節能減排，與環境保護理念保持高度一致，并且有助于改善電廠生產效率。基于此，本文主要對電站鍋爐燃料及燃燒進行了簡要的分析，希望可以讓更多的人對電站鍋爐有一個更深的了解和認識。

關鍵詞：電廠；熱能動力；鍋爐燃料；燃燒分析

引言

近年來，電站鍋爐在我國得到了廣泛應用，也成為了我國電力產業在經營發展過程中重要的動力來源，能夠有效提高電廠熱力動能的應用效果。從當前電站鍋爐的應用情況來看，其本身所存在能耗較高、污染等問題是影響電站鍋爐發展，應當采取有效措施來加以優化改善。

1 電站鍋爐燃料及燃燒分析改進的必要性

首先做好分析工作能夠提高煤炭等能源的燃燒效率，使其能夠更好地發揮作用，滿足人們的用電需求；其次，對電站熱能動力鍋爐燃料及燃燒進行分析，并科學地改造鍋爐結構，設計燃燒方式，還能有效保護鍋爐，降低鍋爐的磨損率，提高鍋爐燃燒效率，降低燃燒消耗量，從而減少電站對環境的影響。

2 電站鍋爐燃料

在電廠的生產過程中，首先在鍋爐內通過燃料充分燃燒，將燃料的化學能熱能傳遞給水，令其變成高溫高壓的過熱蒸汽，然后過熱蒸汽在汽輪機膨脹做工轉換為機械能，最后在發電機實現機械能到電能的轉換。從根本上來說，電站鍋爐可以看作是一種換熱器，燃料來源種類較多，比如燃氣（天然氣、煤氣）、燃煤、燃油等。但是我國很多火力發電廠建設與發展的過程中，受到經濟因素以及技術因素的影響，在電站鍋爐燃料的選擇上大多以煤炭為主。就煤炭的組成情況來看，其中包含大量的氧碳氫硫等元素，其中碳元素所占比例在50%以上，但不超出70%，其余氧氫硫等元素可滿足燃燒需求，促進燃料，達到充分燃燒的狀態。

3 燃料燃燒特性

通常認為燃料自身的發熱量、固定的碳含量以及揮發性是燃料燃燒過程的重要技術特征。燃料的熱可以分為低熱量和高熱量，當水蒸汽釋放出來時的液化以及在燃料燃燒時產生熱量的計數值，也就是高發熱量，一般不計算的部分，通常將稱為低熱。實際生產過程中，鍋爐的煙氣溫度可以達到（1100～1600）℃，如鍋爐的規格較小、結構簡單，其溫度可能還會升高。冷凝溫度通常要比水蒸汽要求的溫度高，這樣能夠讓水蒸汽一直維持在氣體狀態。為了便于比較，將不同燃料轉換為統一標準比較熱量。比如可采用固體燃料加熱和隔離加熱的方式，將水、氧、氫、硫以及其他揮發性中的一個隔開。分離一些氣體物質的揮發性，同時將揮發物和水分離，留存的就稱為焦炭。焦炭燃燒的主要成分，也是固定碳灰的組成部分。燃料具有較高的揮發性，使其更易被點燃，且燃燒比較穩定，燃燒效率更高；揮發性較低的燃料，點火相對困難，同時燃燒時不穩定，不采取其他輔助措施，難以充分燃燒，繼而浪費資源。

4 電站鍋爐燃燒流程

4.1預熱

之所以要進行預熱，最為重要的目的是提高燃料蒸發效果，當燃料經歷蒸發后再對其進行燃燒，能夠更加容易燃燒，所以通常在燃燒前需要對燃料進行處理，然后再利用熱處理來對其進行加溫，通常需要將溫度加至350℃～3500℃，在該環境下煤炭熱能才能夠最大程度得以有效激發，也能夠去除燃料中的水分，提高燃料燃燒時的效率。

4.2燃燒

當完成預熱工作后，燃料中的水分得到了充分發揮，使煤炭轉變成具有良好燃燒效果的焦炭。在進行燃燒時還需要為其提供所需要的氧氣，當氧氣含量保持充足時，那么焦炭則會產生良好的燃燒效果，從而解決鍋爐本身所存在的燃燒效果不佳的現象。

4.3燃盡

當經過一段時間燃燒后，燃料當中可燃部分便完成了燃燒工作，但依然會遺留一部分，這主要是因為燃料以后所產生的灰燼將會覆蓋一部分燃料，使其得不到充分的燃燒，此時便需要為其提供所需要的空氣和氧氣，以此來最大程度提高燃料的利用率。

5 提高電站鍋爐燃燒效率的措施

煤炭理論上產生的熱量取收到基低位發熱量值Qnet.ar，MJ/kg。煤炭燃燒時實際產生的熱量為理論上產生的熱量與煙氣中化學未完全燃燒損失熱量、機械未完全燃燒損失熱量之和的差值。

煤炭燃燒效率ηC計算公式如下：

ηC=Qnet.ar-（Q3- Q4）/ Qnet.ar

式中Qnet，ar為煤炭收到基低位發熱量，MJ/kg；Q3為化學未完全燃燒損失熱量，MJ/kg；Q4為機械（固體）未完全燃燒損失熱量，MJ/kg。

影響化學未完全燃燒損失熱量的主要因素是爐膛空氣過剩系數、爐膛溫度和運行水平。機械未完全燃燒損失熱量系指灰渣、飛灰和漏煤（層燃爐）中未燃盡的碳所造成的熱損失。影響機械未完全燃燒損失熱量的主要因素為煤的種類和性質、燃燒設備和操作水平。

5.1 減少化學未完全燃燒損失熱量（Q3）

5.1.1 合理控制爐膛空氣過剩系數

合理控制爐膛空氣過剩系統，就是最大程度的使實際空氣量與理論空氣量匹配起來，具體需要注意以下幾點：

1）通過燃燒調整確定最佳過剩空氣系數根據經驗當爐膛過剩空氣系數1.3～1.5左右時，鍋爐的熱效率最高。省煤器級出口的最佳過剩空氣系數控制在1.7以內，如果α過高，一方面使煙氣量增加，排煙熱損失加大，另一方面使爐內溫度降低，燃燒惡化，造成機械不完全燃燒損失和化學不燃燒損失增大。

2）根據負荷和煤種變化等情況，及時調整送、引風門開度。如鍋爐負荷降低時，燃料的需要量相應減少，燃燒所需的空氣量也相應減少，此時如不及時調節風量，就會使爐膛過剩空氣系數增大。

3）裝設二氧化碳或氧氣分析儀，連續自動地檢測煙氣中二氧化碳或氧氣含量，以便及時地對爐膛或出口處過剩空氣系數作必要的調整。

5.1.2設置合理的爐膛溫度

燃煤鍋爐采用的燃料為煤粉，在燃燒過程中，爐膛與受熱面的換熱是一個相當復雜的過程。爐膛的溫度動態特性具有大滯后、時變、非線性等特點。想要設置合理的爐膛溫度，需要設置動態且精確的控制系統，具體要點如下：

1）設計合理的溫度控制理論數學模型。燃煤鍋爐現場運行環境中，爐膛內的溫度是不斷變化的，用一個固定的數學公式很難將爐膛溫度變化規律總結出來。爐體的容量、結構型式、檢測元件及其安放位置等影響著滯后的大小。它是一個

2）設置精確的控制單位元件。具體包括溫度檢測變送器和流量檢測變送器的選擇。

3）根據以上兩條編制合理的控制系統。

5.2 減少機械（固體）未完全燃燒損失熱量（Q4）

5.2.1控制煤質對燃燒效率的影響。

煤質揮發分增大時，煤粉著火溫度降低，著火迅速，燃燒完全，可以降低Q4值；減少煤質水分，著火熱會隨之增小，煤粉著火提前，火焰中心下移，使得爐膛整體溫度提升，煤粉燃盡程度變高，從而降低Q4值；減少煤粉灰分，可以盡可能的提高煤粉的燃盡程度，從而降低Q4值。

5.2.2 鍋爐運行控制方面。

當鍋爐在經濟負荷工況以下（額定負荷80%左右）增加負荷時，風煤混合比較更加均勻，燃燒更加充分，從而降低Q4值；當鍋爐在經濟負荷工況以上（額定負荷80%左右）增加負荷時，會使爐膛的容積熱負荷增加，縮短煤粉在爐內停留時間，導致燃燒不充分，導致Q4值增加。

參考文獻

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