电厂热能动力锅炉燃料及燃烧分析 高向旗

电厂热能动力锅炉燃料及燃烧分析高向旗

发表时间：2019-03-12T16:34:03.963Z 来源：《电力设备》2018年第28期作者：高向旗

[导读] 摘要：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。

（神华榆林能源化工有限公司陕西榆林 719000）

摘要：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分析非常重要。

关键词：电厂；热能动力；锅炉燃料；燃烧分析

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。电厂锅炉机组是由锅炉本体、辅助系统和附属设备、锅炉附件等构成。锅炉本体主要包括“锅”和“炉”。此外，锅炉本体还包括用来构成封闭的炉膛和烟道的炉墙以及用来支撑和悬吊汽包、受热面、炉墙等设备的构架。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、下降管、过热器、再热器等设备。风烟系统：燃料燃烧时产生烟气，烟气经过水平烟道、竖井烟道与各种受热面进行热量交换，最后经过脱硝、除尘器、脱硫等系统，通过烟囱排入大气层。制粉系统主要由原煤仓、给煤机、磨煤机以及煤分离器等组成。汽包又称为锅筒，锅炉内的水循环分成自然循环与强制循环，通过加热、蒸发以及过热等过程，使工质在整个过程中能够正常循环。

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、石油等。就现目前的技术以及自然资源而言，煤炭的储量要多于石油和天然气。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。水分高的煤不但热量低，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]

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位热量和高位热量，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，也就是高位发热量，一般不计算的部分，通常将称为低位发热量。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、硫以及其他挥发分中的一个隔开。分离一些气体物质的挥发分，同时将挥发分和水分离，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分含量可将其分为褐煤、烟煤、贫煤、无烟煤等烟煤、无烟煤的碳含量比较高，挥发分含量高，热值高，是优质的锅炉燃料。褐煤是煤化程度最低的煤，其挥发分高，但是水分大，所以热值较低。[2，3]

4电厂热能动力锅炉燃料燃烧过程

就电厂热能动力锅炉内部燃料燃烧过程来看，其燃烧作用的形成主要是由碳、氢、硫三种元素所实现的。在电厂热能动力锅炉燃料燃烧过程中，煤粉未充分燃烧，除了生成有害气体，比如一氧化硫等外，同时造成不完全燃烧热损失，导致电厂热能动力锅炉内部资源出现不同程度的浪费。而当电厂热能动力锅炉内燃料达到充分燃烧后，能够有效提高燃料利用率，促进电厂热能动力锅炉使用价值的充分发挥。为确保电厂热能动力锅炉内部燃料达到完全燃烧，可从三个阶段加以控制。

第一阶段是着火前的准备阶段，在此阶段内，燃料被充分加热，温度逐渐上升，燃料表面和缝隙中的水分就会被蒸发，使燃料表面变得干燥，而随着温度的进一步上升，燃料内部的水分也会慢慢消失。总而言之，这一部分燃料并没有放出热量，反而吸收了大部分热量，而燃料中的水分含量越多，热量吸收也就越多。因此在此阶段，可令电厂热能动力锅炉内保持高温条件，令进入锅炉内的燃料达到预热效果，促进其自身水分蒸发，在预热作用下，燃料的温度继续升高至着火温度。

第二阶段是燃烧阶段，这一阶段燃料继续被加热，温度继续升高，当达到一定程度时就会开始析出挥发分，进而形成热分解反应。当温度继续上升时，挥发分与氧的化学反应速度会加快，随后挥发分就会连续着火，在初期燃料表面覆盖的都是挥发分，阻滞了氧气与燃料的接触，燃烧的主体是燃料析出的物质，而随着挥发分的消耗，燃料最终得以与氧气进行接触，实现充分燃烧，物质得以充分发挥，待燃尽后，部分焦炭处于燃烧状态，此时即进入整个燃烧过程。为确保燃烧充分，这一阶段中必须引入氧气，满足燃烧需求，在燃烧阶段令氧气与燃料充分接触，达到强烈燃烧的状态，此时可充分释放热量，电厂热能动力锅炉的使用功能也得到充分发挥。为了保证整个燃烧阶段的质量，就需要合理控制氧气的投入以及整个锅炉的温度，如果空气过少则会导致燃料的不完全燃烧，造成损失，而空气过多则会影响整体的温度，同样也会影响整体的燃烧程度，降低了锅炉的热效率，同时也要给予充分的燃烧时间，确保其足够充分的燃烧。[2，3] 第三阶段是燃尽阶段，当燃烧反应的持续进行时，燃料的体积会逐渐变小，而燃料原本没有参与燃烧的中心也会加入到燃烧反应中来，形成一个循序渐进的过程。随着燃烧的持续进行，燃料与氧气的反应最后会渐渐减弱，由于燃料的量已经消耗了许多，所以这一部分的燃烧就接近了尾声，这是电厂热能动力锅炉内部燃料燃烧的最后阶段，焦炭中可燃物质充分燃烧，电厂热能动力锅炉内部几乎无所剩余。通过对炭灰进行观察可以发现，其包裹内部仅存部分可燃性物质成分，在这一过程中燃烧的速度会越来越慢，其热辐射的效率也会受到影响。与燃烧阶段不同，往往这时的锅炉中已经形成了较大的温差，越接近燃烧的地方温度越高，而炉膛出口的温度则会与燃烧中心的