提高锅炉燃烧之富氧新技术

提高锅炉燃烧之富氧新技术

张慧芬

山东益通安装有限公司 山东省肥城市 271607

摘要：本文通过了解燃煤蒸汽发电技术以及核心设备之锅炉的一些基本内容，原理，特性及工作要求，从提高锅炉运行热效率和节约能源出发，提出富氧燃烧技术在锅炉上应用的可行性。从提高炉膛温度、减少排烟热损失和消除氮氧化物对大气的污染等三哥方面论述了富氧燃烧训技术的优越性。从能源形式的分析到利用前景为锅炉的新产品开发提出了新思路。

关键词：富氧燃烧、炉膛温度、热损失、氮氧化物、热效率

1、燃煤蒸汽发电技术简单介绍
燃煤发电机组，是将煤等化石燃料的化学能转化为电能的机械设备。 燃煤发电机组工作原理：是将煤燃烧产生的热能，通过发电动力装置（电厂锅炉、 汽轮机和发电机及其辅助装置等）转换成电能。燃煤发电历史较悠久，也是较为重要 的一种。 燃煤发电机组主要由燃烧系统（以锅炉为核心）、汽水系统（主要由各类泵、给 水加热器、凝汽器、管道、水冷壁等组成）、电气系统（以汽轮发电机、主变压器等 为主）、控制系统等组成。前二者产生高温高压蒸汽；电气系统实现由热能、机械能 到电能的转变；控制系统保证各系统安全、合理、经济运行。 火力发电厂的电能生产过程为：燃料在锅炉中燃烧放能，并将热能传递给水及蒸 汽，使其成为高品位的过热蒸汽，蒸汽在汽轮机中逐级膨胀做功，将热能转换为机械 能，最后，发动机将机械能转换成电能。由此可见，锅炉、汽轮机及发电机为汽轮发 电厂三大核心设备。

2、核心设备之锅炉介绍

2.1 国产锅炉基本形式及工作原理

国产锅炉 300MW 发电机组所配置的锅炉共有三种基本形式：UP 型直流炉、自然循环 汽包炉和控制循环锅炉，主要制造厂有上海锅炉厂，东方锅炉厂，哈尔滨锅炉厂和北京锅炉厂等。

现代汽包炉有两种基本形式：自然循环汽包炉和控制循环汽包炉。

汽包炉的基本工作原理是：在锅炉蒸发受热面与过热面之间设备有汽包，它使得各受热面的功能固定化，即蒸发点固定不变。 汽包的主要作用是对水冷壁来的汽水混合物进行汽水分离， 并将分离出来的饱和蒸汽送至过热器继续加热， 面将分离出的水与省煤器来的给水混合后送至水冷器加热蒸发。其一次工质的基本流程如下：

（给水）→水冷器→汽包省煤器→过热器→（蒸汽） ↓ （水）

2.2 控制循环锅炉特点

控制循环锅炉拥有八大特点：

【1】 循环可靠。由于在水循环回路中加装了炉水强 制循环汞，使得控制循环锅炉在启动时，可先循环后点火，水冷壁膨胀均匀。

【2】汽包上、下避温度均匀。采用炉水循环汞后，循环系统内各部分允许有较高的阻力， 因而控制循环锅炉的锅筒采用了内夹层锅筒。

【3】快速启动。控制循环锅炉运行中变化速率高，适宜于调峰运行。其允许符合变化速率为： 定压运行 5% MCR/min（MCR 指机组最大连续出力） 滑压运行 3% MCR/min 。

【4】停炉后冷却速度快。控制循环锅炉熄火后仍然保持循环，锅炉得以强制冷却， 有利于事故出理。

【5】有利于锅炉的酸洗。控制循环锅炉酸洗时利用循环汞使酸
溶液在循环系统的每根管子，包括省煤器管在内，连续的进行循环，以保证得到良好 的酸洗效果。

【6】 预测水冷壁管内水垢程度。根据炉水循环汞的进出口压差与循环系统内阻力直接有关的特点，可以预测水冷壁管内结垢程度。

【7】 炉膛蒸发受热面 布置自由，可满足最合适的燃烧要求。

【8】水冷壁管径细，锅筒长度短，循环系统 重量轻。控制循环锅炉循环系统中允许压降大，故水冷壁管直径较小，相应壁较薄。 而且，下降管和上升管数量均较自然循环为少。

所以，整个循环系统较为紧凑，重量较自然循环锅炉大大减轻。

3.提高锅炉热效率的新技术——富氧燃烧

从提高锅炉运行热效率和节约能源出发提出富氧燃烧新技术在锅炉上应用的可行性.从提高炉膛温度、减少排烟热损失和消除氮氧化物对大气的污染等三个方面论述了富氧燃烧新技术的优越性
3.1 原始提高锅炉运行热效率技术

多年来，为提高锅炉运行热效率，节约能源，人们研究了许多新技术，新炉型， 使用了许多新材料、新工艺，如：

【1】 原煤分层燃烧技术；

【2】 符合环境保护要求的洁净燃烧技术 （循环流化床燃烧技术、 型煤燃烧技术、 煤转化成煤气后再燃烧的技术等）;

【3】 采用微机控制，变频调控技术；

【4】 采用硅酸铝材料对炉墙保温，减少散热损失；

【5】 针对用户的具体煤种，设计优化炉型及炉拱；

【6】 加强锅炉房管理，提高锅炉运行热效率。

上述技术成果对整个燃烧系统工程的发展变化起了很好的作用。

3.2、富氧燃烧新技术
随着世界能源的枯竭, 合理利用现有能源已经显现出越来越重要的地位。 富氧燃烧新技术就是把送入炉膛的空气变成纯度在 95% 以上的工业氧气.这种方法的节能效果可以从以下几方面去论证.

3.2.1 提高理论燃烧温度

可提高理论燃烧温度, 而辐射换热量按绝对温度的四次方之差值的倍率增长; 能降低排烟热损失, 因为空气中有79%的氮气不参与燃烧, 也就不会带走燃烧过程中的热量。但由于纯氧制造困难的原因, 富氧燃烧新技术一直未得到实际应用。随着科学技术的突飞猛进, 纯氧的制取技术在武汉某公司有突破性进展。这就为富氧燃烧新技术带来了生机, 它能最大限度地使送入炉膛的燃料达到完全燃烧而节约能源。经多层次论证, 设计为富氧燃烧结构的特种锅

炉，在目前也已经成为可行，在能源枯竭的将来会有更好的前景。它要考虑的关键技术问题，就是要防止富氧对燃烧设备的氧化腐蚀以及尾部受热面的紧凑布置。
3.2.2 富氧燃烧炉膛温度的计算
我国原来一直沿用前苏联1957年热力计算标准，后来开发了符合我国国情的循环流化床锅炉，其炉膛埋管部分的热力计算方法是按我国《沸腾燃烧锅炉热力计算方法》进行计算。其理论计算温度还是把燃烧产物的发热焓值相加后反查出它们的理论计算温度来，而实际上得炉膛燃烧温度会比理论计算温度低些。这是为了让燃料能充分燃烧必须送入过量的空气来消除不完全燃烧损失。从感性上讲也应该是这样的, 实际上此时炉膛燃烧温度会比理论计算温度高些。这是因 为富氧燃烧技术输入的是纯净的氧气, 没有过剩的空气和含量 79% 的氮气参与整个换热过程。由于纯净的氧气能把原本较难燃烧的物质其炉也完全燃烧了, 固膛燃烧温度就比原来的 理论计算温度变高了许多。 这是从感性认识来理解的炉膛燃烧温度会比理论计算温度高的原因。

4、世界能源形式分析
能源是人类生存和发展的基本保证，是世界经济发展的基础。 世界经济发展带动着能源 消费持续增长，能源供应形势也发生了明显的变化。 世界能源消费量增长较快，从 1973 年的 60.40 亿吨油当量增长到 2004 年的 102.24 亿 吨油当量，增长 69.27%，年平均增长率为 2.23%。近十多年，世界能源消费增长最快的地区不是在发达地区，而是在中东地区、亚太地区、中南美洲地区和非洲地区这些经济处于发展中的地区。 世界石油天然气资源量增加探明储量呈 增长趋势。2000年，美国地质调查局以1996年的资源量为基数对世界石油资源量做的最新评价结果，全球原油资源量为 4138 亿吨，天 然气为 436万亿立方米天然气凝析液为 444 亿吨。与1994 年的评估结果相比，原油和天然气可采资源均增加了 33%。全球待发现可采处量为 1003 亿吨，老油田的原油待发现储量达到 838 亿吨，天然气达 94 万亿立方米，天然气液为 56 亿吨，老油田石油量储量增长的潜力巨大。

参考文献：
【1】陈立勋，曹子栋。锅炉本体布置及计算【M】。

西安：西安交通大学出版社，1990.

【2】JB/T 8659-1997 热水锅炉动力计算方法【S】.

【3】GB 1576-2001 工业锅炉水质【S】

【4】柳青 主编 世界能源形式和前景

【5】翁史烈 主编 热能提高锅炉热效率的新技术

2005 年 11 月第一版 地质出版社

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