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燃煤鍋爐的燃料是煤,而煤是由碳、氫、硫、氧、氮五種成分組成的。其中碳是煤的主要成分,包括固定碳和揮發分中的碳氫化合物。它是煤的主要發熱元素,碳完全燃燒時生成二氧化碳,能放出大量熱量,不完全燃燒時生成一氧化碳,只能放出小量的熱量。氫可以自燃,有加速煤點火的作用。硫也是煤中的可燃成分,燃燒時發出熱量并生成二氧化硫、三氧化硫和氧化鐵。當與水蒸汽結合后,分別成霧狀的亞硫酸或硫酸。氧可以助燃但不能自燃。氮既不能助燃也不能自燃而且它與煤中的一部分氧和碳結合成不可燃的化合物,會降低煤的發熱值。同時,氮隨其它氣體一同排出,還會增加煙氣的熱損失。
鍋爐在燃煤的過程中,也是分五個過程進行的,即烘干、分解、著火、燃料、燃盡。
煤的烘干過程是煤中水分蒸發的階段,煤的水分越多,其加熱干燥階段就延續越久。煤的分解是在烘干后開始分解出揮發分,揮發分中的碳氫化合物如在缺氧的情況下會發生熱分解解形成小的碳粒,稱為炭黑,還有一部分隨煙氣帶走形成黑煙。
揮發分形成后開始燃燒稱為著火,揮發分著火的溫度稱為火點,煤種不同其著火點也不一樣。燃燒首先是從揮發分開始,由于揮發分首先接觸到氧,氧被大量消耗,影響了氧與焦炭表面的接觸,當揮發分燒盡后,這時焦炭也加熱到一定溫度,此時氧與焦炭大量接觸碳燃燒,放出大量的熱。焦炭燃燒是從焦炭顆粒表面逐步向內部發展,因此,焦炭的燃燒需要有一定的時間。燒的好壞,實際上燃料的節約、環保的改善,主要是由鍋爐結構、燃料的運用,運行的管理三個要素來決定的。
鍋爐整體的結構包括鍋爐本體(drum)、輔助設備和裝置兩大部分。鍋爐中的爐膛、鍋筒、燃燒器、水冷壁、過熱器、省煤器、空氣預熱器、構架和爐墻等主要部件構成生產蒸汽的核心部分,稱為鍋爐本體。鍋爐本體中兩個主要的部件是爐膛和鍋筒。 爐膛又稱燃燒室,是供燃料燃燒的空間。將固體燃料放在爐排上,進行火床燃燒的爐膛稱為層燃爐,又稱火床爐;將液體、氣體或磨成粉狀的固體燃料,噴入火室燃燒的爐膛稱為室燃爐,又稱火室爐;空氣將煤粒托起使其呈沸騰狀態燃燒,并適于燃燒劣質燃料的爐膛稱為沸騰爐,又稱流化床爐;利用空氣流使煤粒高速旋轉,并強烈火燒的圓筒形爐膛稱為旋風爐。輔助設備和裝置包括閥、壓力表、水位表、水位報警器、易熔塞等。 火力發電是我國主要的發電方式,電站鍋爐作為火力電站的三大主機設備之一,伴隨著我國火電行業的發展而發展。隨著時間的推移,環保節能成為中國電力工業結構調整的重要方向,火電行業在“上大壓小”的政策導向下積極推進產業結構優化升級,關閉大批能效低、污染重的小火電機組,在很大程度上加快了國內火電設備的更新換代。 至2010年底,單機容量30萬千瓦及以上火電機組占全部火電機組容量的60%以上。火電行業的“上大壓小”也推動了電站鍋爐向高參數、大容量方向發展。此外,循環流化床、IGCC等清潔煤技術逐漸成熟,應用也日益廣泛,從而推動了CFB鍋爐與IGCC氣化爐的發展。
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