富氧燃烧对电厂锅炉的影响

摘 要：在电厂生产中，电厂锅炉是最为重要的组成部分，提高电厂锅炉的效率是非常必要的。为了节能，锅炉可以采用富氧燃烧，使锅炉更加经济的运行。本文通过对同一锅炉，在采用不同氧浓度的富氧燃烧时，计算锅炉运行参数。通过对锅炉运行参数的计算，找出锅炉在不同氧浓度下燃烧时的理论燃烧温度、排烟温度及锅炉热效率等锅炉运行参数的变化规律，并且可以与当使用空气燃烧时，进行锅炉运行参数的比较分析。同时分析锅炉运行参数变化的原因以及如何减少锅炉运行参数的不利变化。计算结果表明：随着氧浓度的升高，锅炉的热效率提高，燃料消耗量降低，理论燃烧温度不断升高，炉膛出口烟温降低，热空气温度降低，造成锅炉运行参数变化的主要原因是采用富氧燃烧时，烟气量降低。

关键词：电厂锅炉；富氧燃烧；运行参数；节能

中图分类号：TK229 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（c）-0000-00

富氧燃烧是指用氧含量超过21%的富氧空气作为助燃气体，这种燃烧方式称为富氧燃烧。

富氧燃烧可以有效减少CO2、NOx和SO2等污染物的排放，是一项高效节能的燃烧方式[1，2]。富氧燃烧技术能够降低燃料的燃点，加快燃烧速度、促进燃烧完全、提高火焰温度、减少燃烧后的烟气量、提高热量利用率和降低过量空气系数，被发达国家称之为“资源创造性技术”[3-5]。

煤在外界的温度较高时，挥发分将优先燃烧，挥发分在燃烧时，供给热量将焦炭加热到炽热状态，暂时把氧都抢去燃烧掉，所以焦炭要在挥发分烧掉以后才开始燃烧[6]。加入足够的氧气可以使焦炭的燃烧更加完全，提高燃烧效率，降低温室气体的排放以及NOx和SO2的排放。

富氧燃烧可以大幅度提高理论燃烧温度，燃烧更加完全，达到节能的效果；富氧燃烧可以减少烟气排放量，降低NOx排放量，提高烟气排放质量 [7]。所以在电站锅炉上应用富氧燃烧技术是可行的。

1锅炉热力计算结果的分析

1.1 富氧燃烧对锅炉燃烧状况的影响

1.1.1 对热空气温度的影响

随着氧浓度的升高，热空气温度是不断降低的。随着氧浓度的升高，热空气的吸热量是不断降低的，而且降低的幅度比较大，这是由于氧浓度的增加，烟气量减少的较多。

1.1.2 对理论燃烧温度的影响

随着氧浓度的升高，理论燃烧温度是不断升高的，由于氧浓度的增加，使得燃料的燃烧更加剧烈，燃料能够更加充分的燃烧，燃烧速度加快，则使得燃烧温度提高。由于目前材料的限制，氧气浓度不能一直增加，目前的材料不能承受过高的温度，另一方面理论燃烧温度过高也会影响锅炉的安全运行。

1.1.3 对炉膛出口烟气温度及排烟温度的影响

随着氧浓度的增加，炉膛出口烟气温度是不断降低的，由表可以看出，随着氧浓度的升高，其他各受热面的出口烟气温度也是不断降低的，随着氧浓度的升高，排烟温度也是不断降低的，这主要是由于氧浓度的升高，使得空气量减少，而且烟气量也会较少，这就造成了各受热面出口烟气温度的降低。

总之，随着氧浓度的升高，锅炉的燃烧变得剧烈，燃烧温度得到了提高，所需的热空气温度下降，各受热面的出口烟气温度和排烟温度也呈下降的趋势。

2.2 富氧燃烧对锅炉经济性的影响

2.2.1 对排烟热损失及锅炉热效率的影响

对于富氧燃烧来说影响锅炉热效率的主要因素就是排烟热损失，其他的热损失对锅炉热效率的影响较小或者不随氧浓度的变化而变化，因此，在富氧燃烧的条件下排烟热损失对于锅炉热效率的影响是最大的。

随着氧浓度的升高，排烟热损失不断降低，其他热损失基本不变，则随着氧浓度的升高，锅炉的热效率不断升高。主要由于排烟温度降低了，则烟气带出锅炉的热量降低。

2.2.2 对燃料消耗量的影响

随着氧浓度的升高，燃料的消耗量是不断降低的，因锅炉的热效率提高了，燃料的燃烧更加完全，则所需的燃料有所下降。

由以上可以看出，随着氧浓度的升高，锅炉的热损失是下降的，主要是排烟热损失的下降，则锅炉的热效率得到了提高，同时燃料的消耗量也有所下降，这使得锅炉的经济性得以提高，这也是富氧燃烧能在电厂锅炉上应用的重要因素。

2.3 富氧燃烧对过热蒸汽温度的影响

随着氧浓度的升高，过热蒸汽的温度逐渐降低，由于采用富氧燃烧导致烟气量降低，过热蒸汽温度也随着降低，此时过热蒸汽的温度有可能达不到所需的温度，在此时可以采用富氧燃烧和烟气再循环相结合，以提高烟气量，使得过热蒸汽的温度达到所需的要求。

富氧燃烧在电厂锅炉中的应用，一方面有足够的优势，另一方面也有一些劣势需要去克服。

综上所述：富氧燃烧可以使锅炉的燃烧状况得到很大程度的改善，富氧燃烧也可以提高锅炉的热效率，使得锅炉的经济性得到提高，同时也可以减少污染物的排放，可对CO2及SO2进行回收，减少锅炉对环境的影响。应用富氧燃烧技术，一方面能够使锅炉的燃烧更加稳定，理论燃烧温度得到了提高，炉膛出口烟气温度降低，减小了锅炉的排烟热损失；另一方面由于富氧燃烧还能使锅炉的烟气量降低，而且SO2和CO2的浓度增加，可以集中对它们进行回收处理，这样既经济又合理，同时也有效的减小了对环境的排放。对于过热蒸汽温度过低的情况，可以采用烟气再循环技术[8]与富氧燃烧技术联合使用以提高烟气量。从而提高过热蒸汽的温度，满足过热蒸汽的温度要求。

3结语

通过富氧燃烧锅炉的热力计算，分析了氧含量对锅炉效率、燃料量等的影响，得出结论如下：

（1）随着氧浓度的升高，锅炉的热效率提高，燃料消耗量降低；理论燃烧温度升高，炉膛出口烟温降低；过热蒸汽温度降低；热空气温度降低。

（2）当氧浓度升高时，空气量减少，烟气量降低，各个受热面对热量的吸收减少，从而影响到其他锅炉运行参数的变化。

（3）富氧燃烧产生的烟气量较低，可与烟气再循环结合起来使用，以弥补烟气量不足而带来的不利影响，如：排烟温度过低造成的低温腐蚀和过热蒸汽温度过低等。

参考文献

[1] 周慧，周耀来，李云鹏.富氧燃烧技术及其对环境的影响研究综述[J].华东电力，2008，36（9）.

[2] 戴树业，韩建国，李 宏.富氧燃烧技术的应用[J].生产技术经验，1999，2（28）：26-29.

[3] 苏俊林，潘亮，朱长明.富氧燃烧技术研究现状及发展[J].研究与开发，2008（3）.

[4] 沈光林.膜法富氧技术用于节能研究[J].节能，1996（9）：29-30.

[5] 刘毅.富氧助燃技术及其应用[J].节能与环保，2005（2）.

[6] 毛玉如.循环流化床富氧燃烧技术的试验和理论研究[D].浙江大学，2003（6）.

[7] 来章荪.电站锅炉富氧燃烧应用分析[J].新疆电力技术，2011（2）.

[8] E. Kakaras， A. Koumanakos， A. Doukelis， D. Giannakopoulos， I. Vorrias， Oxyfuel boiler design in a lignite-fired power plant[J]. Fuel 86 （2007） 2144–2150.

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