探究秸秆与煤混燃发电锅炉热效率计算

摘 要：近些年来，随着市场经济的快速发展，人们生活水平迅速提高，对于能源的需求量也与日俱增。我国能源结构复杂，以煤炭、石油等为主的化石原料正在不断枯竭，以秸秆发电技术为代表的新兴能源生产方式受到了越来越多的关注，与之相关的热效率计算问题也成为技术开发的重点课题。本文则主要针对秸秆与煤混燃发电锅炉热效率计算的相关问题进行简单的分析。

关键词：秸秆发电 锅炉热效率 混燃发电

生物质的核心概念主要是指：建立在光合作用基础之上所生成的各种有机载体，太阳能的等可再生、清洁型能源的储存均需要以生物质为基础。生物质的优势在于：占用量丰富、硫含量较低、灰分含量较低、氢含量较高，具有突出的绿色性特征。更关键的是，在生物质的燃烧过程当中，所产生的二氧化碳成分能够直接被生物质再生所吸收，即二氧化碳的释放与吸收实现了一种动态平衡的关系，由此达到了真正意义上的二氧化碳零排放要求，对于我国而言有着极为突出的实用价值。对于农村地区而言，若能够通过对能源转换技术的合理应用，将秸秆当中所潜在的生物能转换成为电能，一方面能够避免因秸秆大量对方或焚烧而产生的环境污染问题，另一方面能够分担煤电能源的紧张局势，加速电力生产的经济性发展，由此可见，积极探索秸秆能源发电的方式与方法有着重要意义。本文对此问题做详细阐述。

一、秸秆燃烧发电工艺流程分析

秸秆燃烧发电系统是建立在秸秆以及煤这两种能源基础之上，通过形成混合燃料而支持火力发电的工艺系统。在该发电系统当中，首先需要将自然形态的秸秆进行粉碎、干燥等预处理，加工成为能够供锅炉充分燃烧的形态（多为条块状或粉末状），将加工后的秸秆与煤料共同运至锅炉装置当中，使其能够得到充分的燃烧。在燃烧过程当中，秸秆以及煤混合料当中的化学能能够被转化成为热能，锅炉用水在吸热反应下生成大量的饱和蒸汽。饱和蒸汽以过热器装置为反应环境，持续加热并传输至汽轮机当中，为汽轮机发电机组的旋转提供动力支持，通过蒸汽的参与，将内能转化成为机械能，最后演变为电能。整个秸秆燃烧发电系统的工艺流程示意图如下图所示（见图1）。

图1 秸秆燃烧发电系统工艺流程示意图

二、秸秆与煤混合燃烧锅炉热效率计算

1.基本计算条件

对基本计算条件的分析包括对锅炉装置设计参数的分析、对煤料成分含量的分析、以及对秸秆成分含量的分析。其中，本次计算中所选用的锅炉为生产规模130 t/h 锅炉装置。具体的设计参数如下表所示（见表1）。同时，煤料以及秸秆（以玉米秸秆为例）所对应的元素构成情况分别如下表所示（见表2、表3）。

表1 锅炉装置设计参数数据示意表

表2 煤料元素构成数据示意表（%）

表3 秸秆元素构成数据示意表（%）

2.混合燃烧热量计算

结合热力学第一定律来看，在热力转化反应以及相互传递的过程当中，始终具有热平衡的关系，即锅炉输入总热量应当为锅炉有效利用热量、排烟热损失热量、化学不完全燃烧热损失热量、物理不完全燃烧热损失热量、锅炉散热热损失热量、以及灰渣热损失热量的综合。在对锅炉燃烧效率加以分析的过程当中，多采取的方法包括正平衡法（主要是指有效利用热量与总输入热量之间的比值）、以及反平衡法（主要是指通过对锅炉各项热损失因素加以考量的方式，评估锅炉热效率）。笔者认为：尽管前者在实际计算中的可操作性较强，但对锅炉装置的生产规模有比较严格的要求。因而，针对如本文所例举生产规模在130 t/h 级别的锅炉而言，多采取反平衡法对锅炉效率进行计算。在计算过程当中，需要明确以下概念：

2.1锅炉输入热量=燃料对应基地位发热量+燃料物理显热+外来热源加热空气带入热量（单位：kJ/kg）；

2.2锅炉有效利用热量=[锅炉过热蒸汽流量·（过热蒸汽浛-给水浛）+锅炉再热蒸汽流量·（再热器出口蒸汽浛-再热器进口蒸汽浛）]/锅炉燃料量；

2.3锅炉排烟热损失=（排烟焓-冷空气焓）·（1-物理不完全燃烧损失百分比/100）；

由于在燃料燃烧氧化反应的过程当中，氧气与碳元素结合反应形成而二氧化碳，氧气与硫元素结合反应形成二氧化硫，氧气与氢元素结合反应形成氧化氢。若过量空气系数取值为1.0，且锅炉燃烧充分，则所生成的烟气当中仅含有二氧化碳、二氧化硫、氮气、以及水蒸气这四种类型，对应的烟气体积也属于理论状态下的烟气量。在本文所研究的秸秆为例的生物质与煤料混合燃烧过程当中，所生成的排烟成分构成则主要包括以下：氮气、水蒸气、飞灰、以及含两个氧原子的化合物。则可以获取理论烟气焓、飞灰焓、以及秸秆能量掺烧热量。

三、结束语

通过对秸秆与煤混合燃烧下发电锅炉热效率的计算及相关研究，能够建立在不同秸秆掺烧比例的条件下，探究该因素相对于锅炉热效率水平的影响。以试验的方式能够计算得出合理的秸秆与煤掺烧比例，由此可见，本文以上研究对于秸秆与煤混合燃烧发电实践所发挥的指导作用与价值，希望同行工作人员能够在此基础之上，对该问题展开进一步的深入分析。

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