论火力发电锅炉之改进
李万鸿2020-8-21
摘要：在充分研究电力锅炉和工业热水锅炉的原理和结构的基础上，本文提出一种电力锅炉的改进办法，新颖实用，可以充分利用火焰燃烧的热能，提高热效率，从而提升发电量。
关键词：火电 锅炉 外焰 过热蒸汽 发电
电力是国民经济的支柱，火力发电是电能的重要组成部分，目前火电的热效率仅34%，新一点的100MW机组可达45%，大型供热电厂的热能利用率也只能达到60％～70％，显然效率较低，有较大的提升空间，需要进行改进。从火力发电的整体流程进行分析，发现锅炉的设计欠妥，没有充分利用煤的燃烧热能，如果加以改进，可以对发电的效率有较大提升，这里给出一个优化改进的办法，抛砖引玉，大家一起来解决这个难题。
一．现有火电锅炉问题
从上面现有火力发电工艺流程图可以看到锅炉的构造，存在不合理的地方，用锅炉的Co2热气来加热水和蒸汽，没有直接使用火焰来烧水产生蒸汽和过热蒸汽，煤燃烧的火力热能没有得到充分利用，效率低，产生的蒸汽量和压力都偏低。因此热能转机械能和电能的效率在源头上就低了，所以导致火力发电的效率低。
- 锅炉改进办法
- 热水锅炉分析
热水锅炉图
热水锅炉的设计先进合理，热效率可达85%，很值得借鉴。从图中可以看到，水池位于火焰正上方，由火焰直接加热，充分利用燃烧的热力，所以效率高。
2.火力发电锅炉改进
在锅炉上部设置烧水池
“工欲善其事必先利其器”，改进锅炉，提高热效率，这是一个值得研究的大事。为充分利用煤燃烧的火力热能，需要直接在燃烧室上面烧水，设置一个沸水池，沸水池中间在火焰的外焰上，温度最高，使水沸腾产生蒸汽，蒸汽进入两侧在火上加热为过热高温高压蒸汽，汇集起来推动蒸汽轮机转动发电。
新锅炉结构图
根据热力学公式，PV=nRT，温度T越大，V越小，则压强P越大，因此需要减小过热蒸汽的体积，提高其温度，增加其压强，同时保证足够的气量做功，这样就能给蒸汽轮机更大的压强，推动汽轮机高速旋转，带动发动机发出更多的电，从而提高热效率。火焰的外焰温度最高，应该充分利用煤燃烧的火焰来加热水和蒸汽。根据这些原理，对锅炉进行了改进，充分利用火力产生过热蒸汽发电。
锅炉的上部设置烧水池8，中间是沸水池10，沸水池是一个圆柱型耐高温圆钢桶，沸水池中间主体部分为沸水5，充分使用温度最高的顶部外焰加热使水沸腾，在顶部产生大量蒸汽，蒸汽从1口进入侧边的过热室2，过热室位于燃烧室上，室的底部直接接触火焰，可以得到充分的热能，过热室内设置多片挡板，让水蒸汽在室内回旋充分加热，变成过热蒸汽4，从顶部管道通向汽包进入蒸汽轮机喷嘴。烧水池底部6为高压进水管，由于池内压力很大，所以需要高压注入热水。过热室体积较小，利于提升蒸汽压强，产生高温高压过热蒸汽。沸水池通过管道提供热水。
燃烧室0的进煤口与以前一样，排烟管7排除的高温烟气通过管道围绕过热池，充分利用其热能对蒸汽进行加热，一部分对供水管加热。
在燃烧室周围设置副过热室9，下部是沸水3，上部利用侧部外焰加热过热蒸汽4，从顶部与过热室的过热蒸汽汇集进入汽包，副过热室的上部有多块挡板，让蒸汽回旋充分加热，提高温度和压力。
烧水池底部需要耐高温钢板，可以用碳化铪钢，耐4215度高温。
- 智能控制
使用人工智能自动智能控制锅炉的运转操作，可以精细化控制用煤、进气、进水、排气、出水等量度，实现高效运转，增加发电量，安全稳定，达到最佳效率。
- 改进的优势
以上对火电锅炉的改进具有明显优势，可以提供更多高温高压的过热蒸汽，关键在于充分利用了火焰的热能，把以前的烟气加热改为火焰直接加热，跟生活中烧开水类似。这个改进利于锅炉达到超临界（压力22.12Mpa）和超超临界（压力25～31MPa）压力，显著提升热效率。
核电站的效率明显偏低，其加热水蒸汽原理与此类似，可以采用同样的办法改进核电站的锅炉，除了燃烧室是核能加热外，其他结构是一样的。燃气、垃圾焚烧等火电也可如法炮制，在锅炉环节可以把热能利用率提高到85%，再优化发电环节，实现整体效率提升到70%。
现有的火电厂锅炉和新设计的锅炉都可以根据此方法进行改造，提高热效率，增加发电量，省煤节能，减排环保，降低成本，促进经济繁荣，成本下降可降低电费，减轻居民和企业的负担，提高人民群众的幸福指数。
总之，现有火电和核电的锅炉效率低是一个严峻的问题，急需进行改进，本文提出的是一个行之有效的改进办法，实现起来不难，对提高中国发电的效率，增加发电量有重大意义。
- 参考文献
1.中国动力工程学会 火力发电设备技术手册【M】 北京： 机械工业出版社，1999：108 。
2.江苏方天电力技术有限公司 锅炉【M】 北京：中国电力出版社 ， 2016：223。
3. 中国电力企业联合会电力工程造价与定额管理总站、中国电力企业联合会电力建设技术经济咨询中心 电气-火力发电工程【M】 北京：中国电力出版社 ， 2012：187。
五、作者
作者：李万鸿，男，汉，1971年5月生，湖北省鹤峰人，武汉水利电力大学硕士，华为专家，研究方向：大数据及设备优化。