電廠熱能動力鍋爐設(shè)計(jì)及燃料燃燒分析

摘 要：在我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展下，人口數(shù)量日益增多，電力資源日益緊缺，為了提升資源的利用效率，解決能源的供需矛盾，電廠熱能動力鍋爐技術(shù)隨之出現(xiàn)。通過利用熱能動力火鍋燃燒技術(shù)，可以全面提升鍋爐效率，進(jìn)而提升電力資源的利用率。本文首先對電廠熱能動力鍋爐進(jìn)行了介紹，然后對燃燒情況進(jìn)行了分析，提高了鍋爐工作效率，可供參考。

關(guān)鍵詞：電廠熱動力鍋爐；燃料燃燒分析；預(yù)熱

中圖分類號：TM621.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）24-0271-01

電廠要想正常經(jīng)營和生產(chǎn)，就要確保鍋爐可以安全工作，所以電廠電能的供應(yīng)要想平穩(wěn)，就要使用各種各樣的先進(jìn)技術(shù)來保證鍋爐的正常運(yùn)行。在鍋爐運(yùn)行的時(shí)候，一定要將維修保養(yǎng)工作落實(shí)好，保證鍋爐設(shè)備發(fā)生故障的幾率為零，使設(shè)備檢修次數(shù)和停機(jī)次數(shù)得到不斷降低，從而使鍋爐設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行，使電廠的經(jīng)濟(jì)效益得到保證。在目前的情況下，伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，電廠鍋爐設(shè)備的技術(shù)改進(jìn)和優(yōu)化已經(jīng)與熱能動力工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)了有效的連接，這就給鍋爐工作效率的提升帶來了質(zhì)的飛躍。

1 熱能動力裝置與熱能動力鍋爐

熱能動力裝置的主要工作原理為將熱能轉(zhuǎn)化成為機(jī)械能，從而使原動力的配套設(shè)備實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行。熱能動力裝置主要包括的內(nèi)容有核能動力裝置、燃?xì)廨啓C(jī)動力裝置、內(nèi)燃機(jī)動力裝置和汽輪機(jī)動力裝置等4個(gè)重要的組成部分。熱能動力鍋爐的主要工作原理為對能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，鍋爐輸入的能量包括燃料中的高溫?zé)煔鉄崮?、電能和化學(xué)能等，鍋爐將這些能量進(jìn)行不斷的轉(zhuǎn)化，對外不斷輸出具有熱能的高溫水或者是蒸汽。鍋爐將燃料燃燒的熱能或者是工業(yè)生產(chǎn)中剩余的熱量傳遞到容器中的水里，使水的溫度達(dá)到預(yù)計(jì)值。鍋爐中的“鍋”與“爐”實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行，當(dāng)水灌入到鍋爐中以后，鍋爐受熱面就會將吸收的熱量不斷地傳輸給水，水在不斷吸收熱量以后成為了水蒸氣，將水蒸氣引出后進(jìn)行使用。在燃料設(shè)備中，燃料在燃燒的過程中釋放一定的熱量，高溫?zé)煔鈱⒉糠秩紵臒崃繋ё撸⑵鋫鬟f到鍋爐受熱面，煙氣中的熱量被鍋爐受熱面接收以后，煙氣的溫度就會降低，最終從煙囪中飄出[1]。

2 熱能動力鍋爐燃料

鍋爐也可以被認(rèn)為是換熱器，依據(jù)鍋爐的能量來源情況，可以將其分為以下幾種類型，即水煤漿鍋爐、生物質(zhì)鍋爐、燃?xì)忮仩t、燃油鍋爐、燃煤鍋爐、余熱鍋爐、太陽能鍋爐和電鍋爐等。燃煤鍋爐主要是指燃料在爐內(nèi)不斷地燃燒，從而釋放出大量的熱，將導(dǎo)熱油等有機(jī)熱載體加熱到一定的壓力或者是溫度的熱能動力裝置。燃煤鍋爐燃燒的燃料包括煤矸石、褐煤、無煙煤、煙煤和貧煤等。燃油鍋爐主要有燃油洗浴鍋爐、燃油采暖鍋爐、燃油熱水鍋爐和燃油開水鍋爐等，燃燒的燃料包括重油和柴油等。燃?xì)忮仩t主要是指以燃?xì)鉃槿剂系腻仩t，包括有燃?xì)庹羝仩t、燃?xì)鉄崴仩t和燃?xì)忾_水鍋爐等，燃燒的燃料有沼氣、頁巖氣、煤層氣、城市煤氣、天然氣和液化石油氣等。通常情況下，火力發(fā)電廠的熱能動力鍋爐一般會使用天然氣、重油和煤來當(dāng)燃料[2]。從資源使用、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益的角度進(jìn)行分析，煤炭是我國大多數(shù)的火力發(fā)電廠熱能動力鍋爐使用的主要燃料，煤燃料燃燒產(chǎn)生的熱量絕大多數(shù)都是碳釋放出來的。

3 熱能動力鍋爐燃料燃燒特點(diǎn)

燃料在燃燒的時(shí)候會包括兩個(gè)階段，即著火階段和燃燒階段。燃料由慢慢氧化逐漸轉(zhuǎn)化成為劇烈氧化反應(yīng)的一瞬間稱為著火，燃料的劇烈氧化反應(yīng)稱為是燃燒。要想實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒，就要使燃料達(dá)到著火的最佳溫度?？諝馀c氣體燃料實(shí)現(xiàn)充分混合以后，只有氣體燃料的比例達(dá)到一定程度以后，氣體燃料才能著火，燃料著火所需要滿足的程度就是火濃度極限，也稱為火濃度范圍。

燃燒產(chǎn)物與空氣的擴(kuò)散速度影響著碳氧化速度，可燃物燃燒需要滿足以下兩個(gè)條件：①擁有充足的氧氣；②氧氣與可燃物充分接觸。

氣體燃料燃燒主要包括3種形式，即無火焰式燃燒、短火焰式燃燒和長火焰式燃燒。長火焰式燃燒也叫擴(kuò)散式燃燒，燒嘴中空氣與燃料沒有混合，借助擴(kuò)散作用使燃料噴出以后與空氣充分混合，燃燒時(shí)火焰比較長。短火焰式燃燒是指燒嘴中的部分空氣與燃料實(shí)現(xiàn)混合，燃料噴出以后有一部分出現(xiàn)燃燒，另一部在噴出后與空氣混合實(shí)現(xiàn)燃燒，燃燒時(shí)火焰比較短。無火焰式燃燒是指空氣和燃料在燒嘴中或者是在進(jìn)入燒嘴前已經(jīng)混合在一起，噴出時(shí)迅速燃燒起來，基本沒有火焰出現(xiàn)。

固體燃燒主要包括冒煙燃燒、蒸發(fā)燃燒和表面燃燒等。表面燃燒只發(fā)生在碳元素為主的燃料中，碳元素表面吸附的氧氣與碳分子發(fā)生反應(yīng)，燃燒產(chǎn)物中包括一氧化碳和二氧化碳，二氧化碳再與碳元素發(fā)生還原發(fā)應(yīng)，從而生成大量的一氧化碳。蒸發(fā)燃燒是指在進(jìn)行燃燒以前，那些熔點(diǎn)較低的固體燃料被熔化成為液體，液體在受熱后會蒸發(fā)出氣體，氣體與空氣充分混合后實(shí)現(xiàn)燃燒，蠟燭就屬于此類情況。冒煙燃燒是指燃料在受熱以后分解出不穩(wěn)定物質(zhì)，熱分解物質(zhì)產(chǎn)生的熱量溫度比較燃點(diǎn)的熱量溫度低，此時(shí)出現(xiàn)的燃燒會產(chǎn)生大量的濃煙。比如，比較濕的木材或者是紙張?jiān)谶M(jìn)行燃燒的時(shí)候，熱分解物質(zhì)處于較低的溫度時(shí)，會有表面燃燒的物質(zhì)出現(xiàn)，這就比較易于出現(xiàn)冒煙燃燒的情況。在冒煙燃燒的過程中，大量的可燃成分會隨著煙霧被散失掉，這就比較易于導(dǎo)致浪費(fèi)的情況發(fā)生。

4 熱能動力鍋爐燃料燃燒過程

燃料在燃燒的時(shí)候，主要是硫、氫、碳的燃燒，如果沒有實(shí)現(xiàn)充分燃燒，就會產(chǎn)生一氧化硫等有害物質(zhì)，使燃料無法全部轉(zhuǎn)化成熱能，從而造成了資源浪費(fèi)。如果燃料被充分燃燒，就會產(chǎn)生水蒸氣、二氧化硫、二氧化碳等。

4.1 預(yù) 熱

預(yù)熱主要是指燃料在燃燒以前，對燃料進(jìn)行預(yù)熱、揮發(fā)和烘干的過程。燃料分解、蒸發(fā)最完全、最迅速的溫度為400℃，燃料在運(yùn)入到鍋爐中以后，在對其進(jìn)行高溫預(yù)熱時(shí)，會使燃料中的水分迅速蒸發(fā)掉，使其成為焦煤。在對燃料進(jìn)行預(yù)熱處理的時(shí)候，不需要使用到氧氣。

4.2 燃 燒

燃料在進(jìn)行預(yù)熱以后，燃料中的水分已經(jīng)全部被蒸發(fā)掉，燃料剩余的焦煤就會充分燃燒，從而使其進(jìn)入到了燃燒階段。燃料在燃燒的時(shí)候，需要有大量的氧氣，氧氣可以促使燃料實(shí)現(xiàn)充分燃燒，并散發(fā)出大量的熱量。

4.3 燃 盡

當(dāng)燃料中的焦煤被充分燃燒后，就進(jìn)入到了燃盡階段，炭灰包含的極少可燃物會被充分燃燒盡。此階段需要有空氣的參與，使剩余的物質(zhì)能夠?qū)崿F(xiàn)全部燃燒，并轉(zhuǎn)化成為熱量。在燃料即將燃盡的時(shí)候，燃燒速度會降低，只能有少量的熱量被散發(fā)出來。

5 結(jié)束語

綜上所述，伴隨著社會的不斷發(fā)展和進(jìn)步，資源越來越少，人口逐年增多，這就使人們不得不使用現(xiàn)代化的技術(shù)來提升資源的利用效率，不斷地研發(fā)新能源。電力資源的主要矛盾就是資源供需之間的矛盾，熱能動力鍋爐燃燒技術(shù)的出現(xiàn)，使這一矛盾得到了有效的解決。熱能動力鍋爐可以將能量進(jìn)行不斷的轉(zhuǎn)化，可以輸入的能量有很多，比如燃料中高溫?zé)煔?、電能和化學(xué)能等經(jīng)過鍋爐的不斷轉(zhuǎn)化，使其輸出的有機(jī)熱載體、高溫水和蒸汽帶來了大量的熱能。在電廠中使用熱能動力鍋爐燃燒技術(shù)，可以使鍋爐的使用頻率和能源的利用率得到不斷提升。

參考文獻(xiàn)

[1]陸紹遠(yuǎn).高爐煤氣鍋爐富氧燃燒技術(shù)應(yīng)用研究[D].長沙：中南大學(xué)，2013.

[2]周宏定.電廠熱能動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題淺析[J].中國設(shè)備工程，2017（18）：90～91.

收稿日期：2018-7-21

作者簡介：鄒成業(yè)（1978-），男，山東濟(jì)南人，工程師，本科，從事熱能動力設(shè)計(jì)工作。