火力發(fā)電廠中熱能動力鍋爐的燃料及其燃燒探究

中國電力工程有限公司 榮坤鵬

1 火力發(fā)電廠熱能動力鍋爐及燃料的概述

1.1 熱能動力鍋爐的概述

鍋爐主要是由外部框架中的外殼及內(nèi)部鍋爐燃?xì)饪刂平M件構(gòu)成，外部框架又分為底殼和面殼，底殼的主要作用是固定鍋爐的燃燒，具有穩(wěn)定性的作用，通常也會用一些輔助的設(shè)備安裝在固定鍋爐的位置，從而使底殼和墻體固定連接。面殼的主要作用是防止塵土等因素對鍋爐的影響，具有防護(hù)作用。燃?xì)忮仩t內(nèi)部電氣控制組件是整個鍋爐的核心，隨著技術(shù)水平的不斷創(chuàng)新和改進(jìn)，目前在控制鍋爐燃燒上逐漸向自動化、智能化發(fā)展，而鍋爐燃燒的溫度控制也越來越準(zhǔn)確。

熱能動力鍋爐的本質(zhì)作用就是將熱能向電能轉(zhuǎn)化，但在轉(zhuǎn)化過程中需輸送的能量很多，包括煤炭等燃料中的化學(xué)能、電能以及燃燒中所產(chǎn)生的熱能等，所有的能源都將通過鍋爐裝置實(shí)現(xiàn)能源的轉(zhuǎn)化過程，最終給外界產(chǎn)生豐富的蒸汽和其他有機(jī)物質(zhì)。根據(jù)熱能動力鍋爐在不同階段的燃料燃燒最終產(chǎn)生所需能量，但由于工作特性的需要，在整個燃燒過程中還需大量氧氣支持，燃料只有充分的與空氣接觸才能最大程度發(fā)揮效用，產(chǎn)生更多能量。

1.2 熱能動力鍋爐燃料的概述

熱能動力鍋爐的工作性質(zhì)就是能量設(shè)備的轉(zhuǎn)換。從目前火力發(fā)電廠的工作流程中可知，常見燃料中工業(yè)油、煤炭等都是不可再生資源。從經(jīng)濟(jì)效益、技術(shù)水平及能源利用率等方面看，即使我國的天然氣、石油等資源比較豐富，但通過燃燒方式來獲取所需能源的方式是非常不合理的，因?yàn)槿紵a(chǎn)生的價值比本身的價值要低很多，用來作為燃料是一種浪費(fèi)[1]。我國煤炭資源十分豐富且煤炭產(chǎn)量也在逐年增長，而且可滿足火力發(fā)電廠的資源供應(yīng)，所以現(xiàn)階段我國大部分火力發(fā)電廠都是依靠煤炭資源作為熱能動力鍋爐的主要燃料。

煤炭構(gòu)成非常復(fù)雜，包含氧、氨、氫、碳、硫等多種化學(xué)成分。硫分為好幾種，其中硫單質(zhì)的同素異形體也有很多種，有斜方硫、單斜硫和彈性硫等。硫元素在自然界中通常以硫化物、硫酸鹽或單質(zhì)的形式存在，對人體而言，天然單質(zhì)硫是無毒無害的，而稀硫酸、硫酸鹽、亞硫酸和亞硫酸鹽有毒，硫化物通常有劇毒。濃硫酸會腐蝕人體皮膚，另外硫化物能通過燃燒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對鍋爐來說是非常危險的因素，可能會使鍋爐的金屬結(jié)構(gòu)遭到腐蝕而損壞，影響鍋爐的正常運(yùn)行，最終縮短鍋爐的使用壽命。另外這些氣體會對環(huán)境產(chǎn)生一定污染，必須進(jìn)行處理后才能排放。煤炭中有一定含量的水分，這些水對能量的轉(zhuǎn)換也有一定的影響，會降低能量的轉(zhuǎn)換效率，在實(shí)際的運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)中也可能會因煤炭進(jìn)水而增加鍋爐燃燒難度、降低煤炭資源的使用率，進(jìn)而極大降低火力發(fā)電的效率和質(zhì)量。

2 火力發(fā)電廠熱能動力鍋爐的燃燒分析

2.1 熱能動力鍋爐燃料

火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程中離不開燃料的使用，通過燃料的燃燒來產(chǎn)生所需的能源，首先將燃料的化學(xué)能熱能傳遞給中間的介質(zhì)，如常用的介質(zhì)之一水，然后將其溫度逐漸升高產(chǎn)生蒸汽，當(dāng)蒸汽達(dá)到一定的壓力后，燃料的化學(xué)能通過轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)化為熱能，在汽輪機(jī)中將熱能在向機(jī)械能轉(zhuǎn)換，最后在發(fā)電機(jī)中實(shí)現(xiàn)機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)化。

從熱能動力鍋爐的本質(zhì)看鍋爐就是一種換熱器裝置，從不同資源中獲取所需能量，我國的燃?xì)狻⑷济旱荣Y源類型比較豐富，因此可給發(fā)電廠供應(yīng)所需燃料資源[2]。但鍋爐燃料本身還存在一定特殊性，煤炭是鍋爐燃燒的主要燃料，在鍋爐內(nèi)部通過煤炭的燃燒來釋放大量熱量，且熱量可滿足熱媒水加熱的需求，當(dāng)水達(dá)到一定的溫度才能保證所需的壓力，熱能動力鍋爐的運(yùn)行才能發(fā)揮應(yīng)有的價值。相對的還有燃油和燃?xì)忮仩t，燃油鍋爐的燃料類型也非常繁多，常見的是柴油燃料和重油燃料。而燃?xì)忮仩t主要是以天然氣、液化石油氣體等作為燃料。目前我國很多火力發(fā)電廠受到經(jīng)濟(jì)與技術(shù)等因素的影響，在發(fā)展過程中以煤炭作為主要燃料。煤炭組成來看，氧、硫等元素可滿足燃燒要求，可以促進(jìn)鍋爐的燃燒。

在火力發(fā)電廠中還有固體燃料，固體燃料的燃燒通常是說不能在燃燒的過程中揮發(fā)或揮發(fā)性較差的燃料。一般燃燒的整體結(jié)構(gòu)以一氧化碳和二氧化碳為主，在有足夠的燃燒條件下，二氧化碳會通過氧化轉(zhuǎn)化為一氧化碳。如燃燒條件熔點(diǎn)較低，在進(jìn)行燃燒過程中沒有和氧氣充分的融合接觸，會大大降低固體燃料結(jié)構(gòu)的可燃性，從而出現(xiàn)固體燃燒的形態(tài)[3]。固體燃燒在生活中是比常見的，比較瀝青的燃燒，只有經(jīng)過長時間的燃燒才能充分體現(xiàn)出固體燃料本身特有的獨(dú)特性。固體燃燒又分為兩類，其中一類為蒸發(fā)/升華的氣體燃燒，燃燒速度取決于揮發(fā)速度，如萘的燃燒；另外一類為固體直接燃燒，燃燒速度取決于空氣入侵固體的速度，如焦碳的燃燒、粉塵燃燒或爆炸。固體燃料是易分解的結(jié)構(gòu)，不同的燃料在燃燒時所產(chǎn)生的形態(tài)不同，在進(jìn)行燃燒時也要選擇合適的固體燃料，從而提高熱能動力鍋爐的效率。

2.2 燃料的燃燒形態(tài)分析

火力發(fā)電廠離不開熱能動力鍋爐的應(yīng)用，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對電能的需求量不斷上升，在電力廠的發(fā)展過程中出現(xiàn)了能源不足的問題，為更好處理能源問題，還需提高熱能動力鍋爐的利用率，選擇合理的燃料進(jìn)行燃燒，降低鍋爐的運(yùn)行成本。通過對燃料的燃燒形態(tài)進(jìn)行分析，進(jìn)一步提高鍋爐的工作效率。

分層次的燃燒。該燃燒形態(tài)主要應(yīng)用于固體燃料的燃燒過程，根據(jù)鍋爐內(nèi)燃料的燃燒特征，按照一定的燃燒流程進(jìn)行燃燒[4]。該燃燒形式適應(yīng)多種原料的燃燒，沒有對燃料大小的要求。其優(yōu)勢是燃燒的層次所釋放的能量較多且燃燒過程較穩(wěn)定，鍋爐以長時間運(yùn)行。缺點(diǎn)是在需保證燃料與空氣的充分融合，避免出現(xiàn)燃燒不充分，影響鍋爐的經(jīng)濟(jì)效益。

懸浮狀態(tài)下的燃燒。需把燃料進(jìn)行二次加工成粉末或氣體等形狀與空氣一起進(jìn)行燃燒。在燃燒過程中還需注意將爐膛高度升高，保證懸浮燃燒。其優(yōu)點(diǎn)在于燃料可充分燃燒，燃燒效率也較高。缺點(diǎn)是燃料易與空氣在燃燒過程中產(chǎn)生很多粉末物質(zhì)[5]。

旋風(fēng)情況下的燃燒。燃料與周圍空氣是沿著切線的角度被送進(jìn)鍋爐內(nèi)部，可產(chǎn)生較強(qiáng)的氣流，形成螺旋運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行燃燒。其優(yōu)點(diǎn)在于燃燒狀態(tài)穩(wěn)定，可節(jié)省很多燃料。缺點(diǎn)是在進(jìn)行通風(fēng)操作上會損失很多能量。

3 提高火力發(fā)電廠中熱能動力鍋爐燃燒效率的措施

引進(jìn)新技術(shù)提高汽輪機(jī)的工作效率?，F(xiàn)階段我國火力發(fā)電廠最常用的發(fā)電方式是通過汽輪機(jī)來進(jìn)行，將蒸汽中的熱能轉(zhuǎn)化為電能。但在實(shí)際的汽輪機(jī)運(yùn)行過程中會出現(xiàn)各種運(yùn)行問題，如汽輪機(jī)內(nèi)部各種零件相互摩擦?xí)?dǎo)致工作效率降低，損失大量的能量。因此可以引進(jìn)新技術(shù)來提高氣流通過速度，或?qū)ζ啓C(jī)內(nèi)部零件利用新技術(shù)進(jìn)行改造，改變零件形狀減少相互摩擦中的阻力，加強(qiáng)日常的保養(yǎng)和維護(hù)，從而提高工作效率、減少能量消耗。

選擇合適的送風(fēng)方式。在熱能動力鍋爐中不同的送風(fēng)方式對工作效率和質(zhì)量也會有不同的影響，要想提高燃料的使用率還需結(jié)合火力發(fā)電廠實(shí)際需求，在操作過程中不同的燃燒環(huán)節(jié)選擇合適的送風(fēng)方式，并根據(jù)在燃燒過程中可能受到的不同因素影響及時調(diào)整風(fēng)速、控制好溫度，從而保證煤炭燃燒的效率[6]。

選擇合適的燃煤類型。在火力發(fā)電廠中不同的燃料類型和性能對鍋爐的燃燒狀態(tài)具有一定影響，因此不同型號鍋爐所選擇的燃煤類型不同，在實(shí)際工作過程中要結(jié)合鍋爐的實(shí)際工作狀態(tài)選擇合適的燃煤種類，減少火力發(fā)電廠的燃料成本，提高鍋爐的使用率，從而保證鍋爐的燃燒質(zhì)量。

綜上，熱能動力鍋爐在實(shí)際的運(yùn)行中還存在一些問題，運(yùn)行的狀態(tài)對火力發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益也產(chǎn)生了一定影響，為保證其經(jīng)濟(jì)效益需提高燃料的利用率，利用先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，改善熱能動力鍋爐的燃燒狀態(tài)。選擇合適的煤炭燃料和送風(fēng)方式，借助新技術(shù)加強(qiáng)鍋爐內(nèi)部零件的日常保養(yǎng)和維護(hù)，進(jìn)一步提高鍋爐的工作效率。