摘要：为了解决当前石油燃料的能源短缺及其应用所引发的一系列环境污染问题，在对甲醇燃料锅炉汽化燃烧技术研究的基础上，通过构建试验系统分别对甲醇燃料、柴油燃料在锅炉中应用的热效率、污染物排放以及综合应用费用等指标进行对比，结果表明：甲醇燃料在热效率、降低污染物排放以及节约运行成本等方面具有显著的优势，应在未来进行广泛推广应用。
关键词：甲醇燃料；热效率；NOx排放浓度；柴油燃料；汽化燃烧
0引言
近年来，在经济高速发展的大背景下，石油燃料的应用领域和使用量急剧增加，在当前能源短缺的新形势下还需考虑石油燃料对环境污染的问题。甲醇燃料具备清洁、经济以及量大等优势备受人们的青睐。目前，甲醇燃料在汽车行业的应用取得了较好的成绩，而在其他领域的应用较少，缺少相关的数据作为支撑[1-2]。鉴于甲醇燃料可在很大程度上缓解石油燃料的资源匮乏问题且可降低对环境的污染问题，其可在将来广泛推广应用。本文将重点开展甲醇燃料在锅炉的应用。具体阐述如下。
1甲醇燃料锅炉的汽化燃烧技术研究
目前，对于液体燃料而言使用较多的种类包括有重油、渣油和柴油三种，在当前环境日益恶化的大背景下使用一款清洁能源尤为重要，尤其是在黏度、硫含量、灰分以及残碳等指标具有优势的液体燃料将是未来的主要应用点。
对于液体燃料而言，主要采用喷雾燃烧方式，该中方式分为预热阶段、燃料油的雾化以及着火燃烧三个阶段[3-5]。但是，对于甲醇燃料而言由于其汽化潜热值较大，如果采用喷雾燃烧方式会在很大程度上影响其燃烧效率，导致燃烧温度低、燃烧稳定等问题的发生。因此，为解决甲醇燃料与喷雾燃烧方式相互不匹配的问题，在传统喷雾燃烧方式对应燃烧器的基础上加装汽化器，即将甲醇燃料经过汽化处理后得到气体再进行燃烧。
总的来讲，基于甲醇燃料的汽化燃烧过程与喷雾燃烧方式相比包括有甲醇燃料的预热、汽化阶段和燃料的着火阶段。汽化燃烧装置可分为液控式和气控式两大类，其工作流程分别如图1所示。
如图1-1所示，液控式通过对进入多级汽化器中甲醇燃料的流速变化实现对火力大小的控制；如图1-2所示，气控式通过对进入辅助汽化器和主汽化器中甲醇燃料的比例实现对火力大小的控制。
2甲醇燃料的试验研究
本节对不同甲醇燃料的燃烧性能进行试验研究，试验对象为三种醇基燃料，其中，1#醇基燃料为基础为甲醇，2#醇基燃料的基础为柴油，3#醇基燃料的基础为添加5%添加剂的甲醇，基于上述三种醇基燃料重点对其进行燃烧性能、燃料消耗量等进行测试，涉及到的试验仪器如表1所示。
将上述三种醇基燃料在不同流量下对应的燃烧性能进行测试，流量分别为1.1 L/h（一档）、3.8 L/h（二档）、6.8 L/h（三档）和9.5 L/h（四档）。
2.1热效率试验结果分析
基于上述试验仪器本节对醇基燃料的热效率进行测试。热效率的测试通过水的初温和终温换算后所得，换算公式如式（1）所示：
式中：η为醇基燃料的热效率；G为所加热的水的重量；C为水的比热容，取值为4.186 kJ/kg；t1为水的初始温度；t2为水的终末温度；Qc为醇基燃料的低热值；Δq为醇基燃料的使用量。
三种燃料对应的热效率试验结果如表2所示。
通过试验可知，添加5%添加剂的甲醇燃料的热效率最高，其次为纯甲醇燃料，最后为柴油燃料。
2.2排放试验结果分析
针对燃料的排放结果，重点对甲醛、颗粒物以及常规的一些污染物排放进行测试。
2.2.1甲醛排放的试验结果分析
采用甲醛排放测试仪对甲醛的排放进行测试，此项测试与热效率的测试同时进行，测试结果如图2所示。
由图2可知，柴油燃料的甲醛排放量最小，甲醇燃料的排放量最大约1.82 mg/m3，在甲醇燃料中加入5%的添加后甲醛的排放量略微降低。
2.2.2常规污染物排放试验结果分析
常规污染物主要对CO、NOx和HC等进行测试，测试结果如图3所示。
由图3-1可知，三种燃料的CO排放浓度相近，可以看出在甲醇燃料中加入5%的添加剂后CO排放浓度略微下降。由图3-2可知，随着档位的增加，三种燃料对应的NOx的排放浓度上升，并在三档时达到最大值，而且柴油燃料所排放的NOx浓度最大，甲醇燃料最低。由图3-3可知，随着档位的增加，三种燃料对应的HC排放浓度无规律的变化趋势；而且，甲醇燃料所排放的HC浓度最高，但是在其中加入5%的添加剂后HC的排放浓度明显下降并与柴油燃料相近。
2.3经济性评价分析
以4 t的蒸汽锅炉为例，结合实践生产分别对甲醇燃料和柴油燃料的综合费用成本进行对比，对比结果如表3所示。
由表3可知，甲醇燃料用于蒸汽锅炉中时的综合费用明显低于柴油燃料。
3结语
随着石油燃料应用领域和需求量的不断扩大，在未来所面临的能源短缺和环境污染等问题应该备受关注。为实现企业的可持续高效发展寻找石油燃料的替代产物尤为重要。本文重点对甲醇燃料在锅炉中的应用的效果与柴油燃料进行对比，总结如下：
1）对于热效率而言，添加5%添加剂的甲醇燃料的热效率最高，其次为纯甲醇燃料，最后为柴油燃料。
2）对于污染物排放量而言，柴油燃料和甲醇燃料相近；而甲醇燃料所排放的NOx浓度最小；柴油燃料与加入5%添加剂的甲醇燃料所排放的HC浓度相近。
3）从综合成分析可知，甲醇燃料应用于锅炉中的年综合成本为389.47万元，而柴油燃料需要547.44万元。
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