論火力發電鍋爐之改進
李萬鴻2020-8-21
摘要：在充分研究電力鍋爐和工業熱水鍋爐的原理和結構的基礎上，本文提出一種電力鍋爐的改進辦法，新穎實用，可以充分利用火焰燃燒的熱能，提高熱效率，從而提升發電量。
關鍵詞：火電 鍋爐 外焰 過熱蒸汽 發電
電力是國民經濟的支柱，火力發電是電能的重要組成部分，目前火電的熱效率僅34%，新一點的100MW機組可達45%，大型供熱電廠的熱能利用率也只能達到60％～70％，顯然效率較低，有較大的提升空間，需要進行改進。從火力發電的整體流程進行分析，發現鍋爐的設計欠妥，沒有充分利用煤的燃燒熱能，如果加以改進，可以對發電的效率有較大提升，這裏給出一個優化改進的辦法，拋磚引玉，大家一起來解決這個難題。
一．現有火電鍋爐問題
從上面現有火力發電工藝流程圖可以看到鍋爐的構造，存在不合理的地方，用鍋爐的Co2熱氣來加熱水和蒸汽，沒有直接使用火焰來燒水產生蒸汽和過熱蒸汽，煤燃燒的火力熱能沒有得到充分利用，效率低，產生的蒸汽量和壓力都偏低。因此熱能轉機械能和電能的效率在源頭上就低了，所以導致火力發電的效率低。
- 鍋爐改進辦法
- 熱水鍋爐分析
熱水鍋爐圖
熱水鍋爐的設計先進合理，熱效率可達85%，很值得借鑑。從圖中可以看到，水池位於火焰正上方，由火焰直接加熱，充分利用燃燒的熱力，所以效率高。
2.火力發電鍋爐改進
在鍋爐上部設置燒水池
“工欲善其事必先利其器”，改進鍋爐，提高熱效率，這是一個值得研究的大事。爲充分利用煤燃燒的火力熱能，需要直接在燃燒室上面燒水，設置一個沸水池，沸水池中間在火焰的外焰上，溫度最高，使水沸騰產生蒸汽，蒸汽進入兩側在火上加熱爲過熱高溫高壓蒸汽，彙集起來推動蒸汽輪機轉動發電。
新鍋爐結構圖
根據熱力學公式，PV=nRT，溫度T越大，V越小，則壓強P越大，因此需要減小過熱蒸汽的體積，提高其溫度，增加其壓強，同時保證足夠的氣量做功，這樣就能給蒸汽輪機更大的壓強，推動汽輪機高速旋轉，帶動發動機發出更多的電，從而提高熱效率。火焰的外焰溫度最高，應該充分利用煤燃燒的火焰來加熱水和蒸汽。根據這些原理，對鍋爐進行了改進，充分利用火力產生過熱蒸汽發電。
鍋爐的上部設置燒水池8，中間是沸水池10，沸水池是一個圓柱型耐高溫圓鋼桶，沸水池中間主體部分爲沸水5，充分使用溫度最高的頂部外焰加熱使水沸騰，在頂部產生大量蒸汽，蒸汽從1口進入側邊的過熱室2，過熱室位於燃燒室上，室的底部直接接觸火焰，可以得到充分的熱能，過熱室內設置多片擋板，讓水蒸汽在室內迴旋充分加熱，變成過熱蒸汽4，從頂部管道通向汽包進入蒸汽輪機噴嘴。燒水池底部6爲高壓進水管，由於池內壓力很大，所以需要高壓注入熱水。過熱室體積較小，利於提升蒸汽壓強，產生高溫高壓過熱蒸汽。沸水池通過管道提供熱水。
燃燒室0的進煤口與以前一樣，排煙管7排除的高溫煙氣通過管道圍繞過熱池，充分利用其熱能對蒸汽進行加熱，一部分對供水管加熱。
在燃燒室周圍設置副過熱室9，下部是沸水3，上部利用側部外焰加熱過熱蒸汽4，從頂部與過熱室的過熱蒸汽彙集進入汽包，副過熱室的上部有多塊擋板，讓蒸汽迴旋充分加熱，提高溫度和壓力。
燒水池底部需要耐高溫鋼板，可以用碳化鉿鋼，耐4215度高溫。
- 智能控制
使用人工智能自動智能控制鍋爐的運轉操作，可以精細化控制用煤、進氣、進水、排氣、出水等量度，實現高效運轉，增加發電量，安全穩定，達到最佳效率。
- 改進的優勢
以上對火電鍋爐的改進具有明顯優勢，可以提供更多高溫高壓的過熱蒸汽，關鍵在於充分利用了火焰的熱能，把以前的煙氣加熱改爲火焰直接加熱，跟生活中燒開水類似。這個改進利於鍋爐達到超臨界（壓力22.12Mpa）和超超臨界（壓力25～31MPa）壓力，顯著提升熱效率。
核電站的效率明顯偏低，其加熱水蒸汽原理與此類似，可以採用同樣的辦法改進核電站的鍋爐，除了燃燒室是核能加熱外，其他結構是一樣的。燃氣、垃圾焚燒等火電也可如法炮製，在鍋爐環節可以把熱能利用率提高到85%，再優化發電環節，實現整體效率提升到70%。
現有的火電廠鍋爐和新設計的鍋爐都可以根據此方法進行改造，提高熱效率，增加發電量，省煤節能，減排環保，降低成本，促進經濟繁榮，成本下降可降低電費，減輕居民和企業的負擔，提高人民羣衆的幸福指數。
總之，現有火電和核電的鍋爐效率低是一個嚴峻的問題，急需進行改進，本文提出的是一個行之有效的改進辦法，實現起來不難，對提高中國發電的效率，增加發電量有重大意義。
- 參考文獻
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五、作者
作者：李萬鴻，男，漢，1971年5月生，湖北省鶴峯人，武漢水利電力大學碩士，華爲專家，研究方向：大數據及設備優化。