新形势下电厂锅炉设备在热能与动力工程中的应用

摘要：锅炉作为发电厂中最核心、最重要的设备，燃料在锅炉内燃烧时的效率直接关系到发电厂的生产效率。提高燃烧效率不仅可以为发电厂创造更大的经济效益，还能确保锅炉始终处于最优的工作状态，避免出现故障问题，延长设备使用寿命。合理的燃烧还可以降低燃烧时污染物的排放量，避免影响生态环境。分析发电厂锅炉的燃烧情况，针对设备在热能与动力工程中的具体应用进行研究，对于提升其燃烧效率和环保性能具有重要的理论和工程实践意义。

关键词：电厂锅炉设备；热能动力工程；应用

前言：目前发电厂的锅炉设备在热能和动力工程领域的应用显得更为关键。根据现有的统计资料，电力工厂锅炉设备的总装机能力在最近几年中表现出持续上升的趋势，每年的平均增速已经超过了 10%。这项数据的增加明显体现了电厂锅炉设备在热能和动力工程领域的应用需求正在逐渐扩大。电厂的锅炉设备在诸如能源转化、发电和供暖等关键环节都显示出重要性，它的高效运作和信赖度直接影响国家的能源安全和其经济增长。因此，在新环境下，为了满足需求和适应发展趋势，对电厂的锅炉设备实施深度探讨，增强其性能与稳定性是至关重要的。

1我国火电厂锅炉运行现状

国内各种形式的发电中，火力发电仍然占据着不可替代的地位。目前大部分锅炉采用的是自然循环和单锅筒的设计，利用高温绝热分离器实现循环物料的有效分离[1]。在结构层面，锅炉主要包括炉膛、回料阀、高温绝热分离器、尾部对流烟道等。锅炉设计的燃料为混合煤质，设计依据为最大连续负荷工况条件。火力发电厂锅炉在启动时要消耗很多燃料，为了节省启动燃料消耗量，锅炉采用床下启动燃烧器和床上启动燃烧器相结合的启动方式。在实践中，锅炉燃烧时的缺陷逐渐暴露，其中最典型的问题是燃料燃烧不充分，燃烧效率相对较低。此外，燃烧时的氮氧化物排放量相对较高，甚至有些锅炉已经超过了相关规范标准，给生态环境造成了不良影响。

2电厂锅炉燃烧关键技术

传统燃烧技术面临着效率低下、污染物排放较高的问题，现代版的燃烧技术逐步弥补了这些短板。例如，燃烧优化技术通过对燃烧流程的改良，成功地提升了燃烧效能，减少了能量损耗，并且降低了污染物质的排放量。与此同时，引入高级的燃烧设备及控制系统，实现了更为精确和高效的燃烧控制，从而显著提高了燃烧效率和整体运行的稳定性。基于统计数据，使用高级燃烧技术的电厂锅炉装置的平均燃烧效率增加了超过10%，同时有害污染物的排放量也减少了20%或更多。除了创新燃烧技术，还伴随出现了如超临界燃烧技术和氧燃烧技术这样的新型燃烧方法。超临界燃烧方法采用超临界水蒸汽作为燃烧媒介，这种技术的明显优势是燃烧效益高、排放的污染源较少且能被高效地消耗。此外，氧燃烧方法是一种结合纯氧和富氧元素进行燃烧，这大大减少了燃烧过程中氮氧化物的排放量。

3电厂锅炉热能动力优化措施

3.1对床温进行科学调整

火力发电厂锅炉燃烧时，床温是比较关键的技术指标。根据设备技术规范要求，床温应该设置为 890℃。鉴于实际运行时锅炉的负荷大小会出现一定程度的波动，因此最适宜的床温为 850-950℃。锅炉运行时，必须利用热电偶对温度进行实时监测，床温过高，则容易出现结焦问题；床温过低，则会导致燃烧不充分。影响床温的因素有燃煤的性质、给煤量等，而燃煤的性质通常不可控，必然导致床温出现波动，只能通过监测方式控制床温。如果床温在 850-950℃内波动，则无须进行调整；若超过该范围，则必须采取措施进行调整。如果给煤量过大，就会导致床温降低，因此可以通过控制给煤量实现床温控制。调整一次风量和二次风量的比例，能够精确控制床温[2]。一般而言，一次风量过多会导致床温降低，一旦发现床温过低，可以通过降低一次风量同时增加二次风量的方式达到升高床温的目的，此举基本不会对锅炉燃烧过程造成不良影响。

3.2精准调控燃烧空气量

升级燃烧空气量控制系统，采用高精度的空气流量测量仪表和先进的智能控制算法。通过实时监测与分析锅炉负荷、煤质、炉膛出口氧含量等参数，动态调整燃烧空气量。在不同负荷段设定合理的过量空气系数曲线，确保在满足燃料完全燃烧的前提下，尽量降低排烟热损失。同时，优化燃烧器的配风方式，采用分级配风技术，合理分配一次风、二次风，使燃料在不同燃烧阶段都能获得适宜的空气量，促进燃烧过程的优化。

3.3科学应用低氮燃烧技术

在燃烧器的重新布置和空气分级技术的优化设计方面，通过调整燃烧器布置，使空气和燃料在燃烧初期处于缺氧状态，从而抑制氮氧化物的形成。燃烧器的数量和位置设计设计中，使炉膛内的空气和燃料混合均匀。燃烧过程通过分层供氧技术，将空气分多个阶段引入。例如，前期供给较少氧气，使燃料在较低温度下燃烧，降低 NOx的生成；后期则通过燃尽风提供更多空气，使燃料充分燃烧。同时，系统为优化燃烧器设计，采用旋流燃烧技术，使燃料在炉膛中形成稳定的火焰包络，在提高燃烧效率的同时，有效降低未燃尽碳颗粒的生成。燃尽风喷嘴位于燃烧器上方，使得未燃尽的燃料在后续燃烧区域内可燃烧完全，改善燃尽效果。燃烧器的选型对于优化燃烧过程和降低氮氧化物排放至关重要。选用超低 NOx 旋流燃烧器，具备双调风功能，可使空气和燃料混合更加充分，且燃烧过程更加稳定。

3.4优化调整炉膛热负荷

一方面，利用先进的炉膛温度场监测技术，如声学测温法、红外热成像法等，对炉膛内部热负荷分布进行实时、精准测量。在某典型工况下，通过在炉膛不同区域布置的20个监测点采集数据发现，靠近燃烧器前端区域热强度最高可达 450 kW/m2，而炉膛角落部分区域热强度最低仅有120 kW/m2，热负荷分布极不均匀。依据这些测量数据，重新评估炉膛容积热负荷设计是否合理，对于热负荷过高区域，优化燃烧器的运行方式，例如适当降低该区域燃烧器的燃料供给量，将原本15t/h的供给量调整至12t/h，同时增加周边区域燃烧器的出力，使炉膛热强度趋于均匀，减少结渣风险。另一方面，对炉膛受热面进行定期清灰处理，采用高效的声波清灰、蒸汽吹灰等技术。经统计，在未进行清灰处理前，受热面因灰渣堆积，传热系数降低了约30%，严重影响热传递效率。及时清除受热面上附着的灰渣后，传热系数得以恢复，有效避免因灰渣堆积导致热负荷进一步恶化。

3.5优化运行参数与管理

优化锅炉运行参数是提升燃烧效率的关键环节。精确控制燃料与空气的混合比例至关重要，这能够确保燃料在最佳氧气条件下充分燃烧，避免因氧气不足导致燃料不完全燃烧而产生的热损失，同时防止因氧气过量而造成能源浪费[3]。通过实时监测和动态调整燃烧参数，如过量空气系数、炉膛温度等，可确保锅炉始终在最佳工况下运行，减少热量的散失和无效消耗，从而提高燃烧效率。此外，优化锅炉的运行管理也是必不可少的。合理调整燃烧负荷，避免锅炉长时间处于低负荷运转状态，能够有效提高燃烧效率，减少尾气排放。低负荷运行时，锅炉的燃烧效率通常较低，且尾气中污染物浓度可能升高。通过科学的运行管理措施，根据实际需求灵活调整燃烧负荷，确保锅炉在高效区间运行，不仅能够节约能源，还能降低对环境的影响。

结语：综上所述，电厂锅炉设备在热能与动力工程中的应用已经成为我国能源发展的重要支撑。通过不断创新和优化，电厂锅炉设备在能源转换效率、环境保护和能源供应方面取得了显著的成果。相信在未来，电厂锅炉设备将继续为我国的热能与动力工程提供强有力的支持。

参考文献：

[1]武晓光.新形势下电厂锅炉应用在热能动力工程中的应用[J].文摘版：工程技术， 2022， 000（006）：P.239-239.

[2]王鹏，邓群英.新形势下电厂锅炉应用在热能动力工程中的应用[J].饮食科学， 2023（10X）：1.

[3]黄思林，李德波，苗建杰，等.燃煤电厂锅炉受热面超温燃烧调整试验研究与工程应用[J].环境工程，2023，41（增刊2）：812-818.