第二章火力发电第二节锅炉本体

第二章火力发电第一节火电厂生产过程第二节锅炉设备第三节汽机设备第二节锅炉设备1、锅炉：使燃料燃烧放出热量，用以加热锅炉给水，使其成为具有足够数量和质量（压力、温度、蒸汽品质）的过热蒸汽，提供给汽轮机。一、基本概念•通常意义的锅炉中一般要实现下述过程燃烧热交换燃料的化学能烟气的热能蒸汽(或热水)的热能第二节锅炉设备一、基本概念对锅炉的要求：尽可能完善地将燃料的化学能转化为烟气的热能——完善的燃烧过程尽可能地将烟气的热能传递给工质——充分的传热过程根据负荷变化将合格的蒸汽不断送入汽轮机——稳定可靠的运行调节机制第二节锅炉设备2、锅炉参数额定蒸发量：在额定给水温度、使用设计燃料和额定蒸汽参数，保证热效率时所规定的蒸发量，单位为T/h（或Kg/s）最大连续蒸发量（对大型锅炉）：在额定蒸汽参数，额定给水温度和使用设计燃料，长期连续运行时所能达到的最大蒸发量，单位为T/h（或Kg/s）锅炉的额定参数：在规定负荷范围内长期连续运行应能保证的出口蒸汽参数，包括额定蒸汽压力（单位是MPa）、额定蒸汽温度（单位是0C)。一、基本概念第二节锅炉设备电站锅炉型号△△―╳╳╳/╳╳╳―△╳设计次序燃料代号额定蒸汽压力最大蒸发量制造厂代号(HG表示哈尔滨锅炉厂，SG表示上海锅炉厂，DG表示东方锅炉厂)例HG-670/13.72–M哈尔滨锅炉厂制造,最大蒸发量670t/h，额定蒸汽压力13.7Mpa，燃煤锅炉SG-1000/16.66-YM2上海锅炉厂制造,最大蒸发量1000t/h，额定蒸汽压力16.66Mpa，燃用烟煤锅炉（第二次设计）第二节锅炉设备3、锅炉类型按用途分：电站锅炉：用于发电，参数高、容量大；工业锅炉：用于工业生产和供热，参数低、容量小。其中，又有蒸汽锅炉和热水锅炉。第二节锅炉设备层燃炉：煤块在炉排上燃烧，燃烧所需空气从炉排低下送入。旋风炉：燃料和空气在高温旋风筒内高速旋转，细小的燃料颗粒在其中悬浮燃烧，较大的颗粒被抛向筒壁液态渣膜上进行燃烧。流化床炉：固体燃料在高速气流作用下，在布风板上的床料层上下翻滚，呈流化状态燃烧。室燃炉：燃料以粉状、雾状或气态随空气喷入炉膛，浮燃烧。3、锅炉类型按锅炉燃烧方式分：方式层燃炉室燃炉流化床炉旋风炉燃料块状粉状、雾状、气态固体颗粒固体颗粒3、锅炉类型按锅炉燃烧方式分：第二节锅炉设备第二节锅炉设备按锅炉蒸发受热面中工质流动方式分：自然循环汽包锅炉具有汽包，利用下降管和上升管（水冷壁）中工质密度差产生工质循环。循环倍率约为4～10，是亚临界压力以下锅炉的主要形式。强制循环汽包锅炉具有汽包和循环泵，利用循环回路中工质密度差和循环泵压头使工质循环。循环倍率约为3～5，只能在临界压力以下应用。给水泵汽包联箱下降管受热面循环泵第二节锅炉设备直流锅炉无汽包，给水靠给水泵压头一次通过各受热面产生蒸汽，循环倍率约为1，可在高压以上任何压力下应用。直流锅炉的优点是没有汽包,比较容易制造,钢材耗量少,缺点是不能排污,对水质要求高,自动调节也比较复杂。直流锅炉可用于任何蒸汽参数,特别适用于超高压以上的电厂。自然循环锅炉的优点是可以将汽包内含杂质浓度较高的水连续排去一部分(连续排污),还可以在水冷壁下部定期放水,除去沉淀的水渣(定期排污),对给水质量要求稍低,自动调节系统较简单。锅炉的汽压越高,饱和蒸汽与饱和水的比重就越接近,使炉水自然循环的动力也越小。如果设计,运行不当,就容易发生水循环不良,引发爆管事故。一般汽压超过16.6MPa(170大气压)时不宜采用此种锅炉。第二节锅炉本体按锅炉参数分：低压（表压≤2.4MPa）、中压(表压2.9~4.9MPa)、高压(表压7.84~10.8MPa)、超高压(表压11.8~14.7MPa)、亚临界压力(表压15.7~19.6MPa)、超临界压力(超过临界压力22.1MPa)、超超临界压力锅炉。22.1--15.7-19.611.8-14.77.84-10.82.94-4.9超临界亚临界超高压高压中压自然循环强制循环直流低倍率--2.45低压中低压:3.4MPa，435℃,6\12\25\50MW，高压：9.8MPa，540℃，50\100MW，超高压:13.7MPa，535/535℃，125\200MW，亚临界：16.2MPa，540/540℃，300\600MW，超临界：24MPa，538/566℃600\800MW，超超临界电厂：28MPa以上我国现正研制1000MW级的超临界机组压力与温度的匹配第二节锅炉设备4、锅炉的组成电厂锅炉机组是由锅炉本体、辅助系统和附属设备、锅炉附件等构成的。锅炉本体主要包括“锅”和“炉”。“锅”部分：省煤器、汽包、下降管、水冷壁、过热器、再热器、进出口联箱及汽水联通管道等。“炉”部分：炉膛、燃烧器、点火装置、空气预热器、烟道和风道等。辅助系统包括：燃料供应系统、煤粉制备系统、通风系统、除尘除灰系统、吹灰系统锅炉锅炉本体辅助设备电站煤粉锅炉机组锅炉汽水系统由汽包、下降管、联箱、导管及各换热设备（水冷壁、过热器、再热器、省煤器等）组成。完成由水变成蒸汽的吸热过程。锅炉燃烧系统由炉膛、燃烧器、烟道、炉墙构架等部件组成，完成煤的燃烧过程。由送风机、引风机、燃料供应及制粉、除灰、除渣、测量控制等组成原煤斗给煤机磨煤机空气预热器送风机冷风热风二次风一次风一次风燃烧器炉膛（辐射）烟道（过、再、省）高温烟气煤空气空气预热器除尘器烟囱引风机粉尘灰渣风烟系统（炉）汽水系统（锅）下降管省煤器过热器水冷壁汽轮机中低压缸给水汽轮机高压缸再热器汽包下联箱二、锅内主要设备1、省煤器省煤器是利用低温烟气加热给水的受热面，用来完成给水吸热的预热阶段，可以降低排烟温度、节省燃料、提高锅炉效率。大容量锅炉一般采用非沸腾式省煤器，即其出口水温低于给水压力下的饱和温度(未饱和水)，给水经省煤器加热后，再进入汽包到水循环系统。省煤器布置在锅炉的尾部烟道中，由许多并列蛇行钢管组成，成水平错列或顺列逆流布置(如图1－10所示)。第二节锅炉设备第二节锅炉设备二、锅内主要设备2、水冷壁——蒸发受热面水冷壁通常用无缝钢管制成，布置在炉膛四周，上部与汽包或上联箱相连接，并固定在钢架上；下部与下联箱相连接，可自由膨胀。中、小型锅炉常采用光管水冷壁；中、大型锅炉常采用膜式水冷壁。膜式壁炉膛气密性好,可减少漏风,降低热损失,提高锅炉效率，并可降低受热面金属耗量和炉墙重量，便于采用悬吊结构。第二节锅炉设备二、锅内主要设备3、过热器、再热器过热器、再热器一般布置在高温烟道，管外烟气及管内工质温度高、蒸汽的换热系数小，冷却能力差，其壁温是锅炉受热面中最高的。易发生管壁超温、管间工质热偏差及高温腐蚀。工作条件最为恶劣。（1）过热器与再热器的型式及特点：过热器的作用：将饱和蒸汽加热成过热蒸汽，增加蒸汽的做功能力。再热器的作用：提高汽轮机高压缸排汽温度。对于再热发电机组，才具有再热器。提高循环热效率和安全性。对流式：布置于锅炉的对流烟道，对流换热。半辐射式：布置于炉膛出口烟窗，辐射换热和对流换热，称为屏式受热面。辐射式：布置于炉膛顶部或炉膛内壁，辐射换热。过热器与再热器的布置1－对流式过热器2－屏式半辐射式过热器3－炉顶辐射式过热器4－对流式再热器汽包是自然循环锅炉和控制循环锅炉蒸发设备中的重要部件，是汇集水和饱和蒸汽的一个厚壁圆筒形容器。其上半部是汽空间，下半部是水空问，水空间的高度就是水位。汽包布置在锅炉炉墙外、炉顶部不受热，一般采用优质碳钢或低合金钢制造。大容量锅炉的汽包，直径为1600～1800mm左右、长度与炉膛宽度基本相同。第二节锅炉设备二、锅内主要设备4、汽包汽包的主要作用：⑴与下降管、水冷壁等构成水循环回路，接受省煤器来的给水，并向过热器输送饱和蒸汽，是预热、汽化、过热三阶段的连接枢纽；⑵汽包内储存有一定数量的饱和水及饱和汽，具有一定的蓄热能力，故可适应负荷的骤然变化，减缓汽压的波动，有利于锅炉的运行调节；⑶汽包内部有各种设备，进行汽水混和物的分离、清洗蒸汽，保证蒸汽品质(如图1-11所示)。第二节锅炉设备二、锅内主要设备4、汽包作用是把汽包中的水连续不断地供给水冷壁，布置在锅炉炉墙外不受热。大容量锅炉采用大直径下降管，自然偱环炉不需要炉水泵。第二节锅炉设备二、锅内主要设备5、下降管与炉水泵三、炉内主要设备1、空气预热器第二节锅炉设备空气预热器是利用锅炉的低温烟气热量来加热燃烧用空气的热交换器。随着回热循环的应用，给水进入省煤器前已达到相当高的温度，省煤器出口烟气温度超过400℃，采用空气预热器后，既能降低排烟温度(110－150℃)，又可以改善炉内燃料的着火和燃烧减少不完全燃烧损失，都可提高锅炉效率，成为现代锅炉不可缺少的重要受热面。空气预热器结构示意图三、炉内主要设备2、燃烧器第二节锅炉设备燃烧器是将燃料及空气送入炉膛的设备。对于燃煤锅炉，主燃烧器是煤粉燃烧器，另有点火用的轻油燃烧器，助燃用的重油燃烧器。煤粉燃烧器的结构和布置方式应保证煤粉和空气进入炉膛后混合充分，着火迅速，燃烧稳定。国内大锅炉大多选用直流燃烧器，采用四角布置、切圆燃烧方式。目前为了减少NO的排放，采用低NO燃烧器，即分级送风、分段燃烧的方式。燃烧器的作用：1.保证煤粉流及时稳定着火2.一、二次风适时混合，扰动强烈。3.具有良好的调节性，以适应燃料、负荷变化4.减少NOx的生成，保护环境5.降低结渣可能性燃烧器形式一般分为：直流燃烧器、旋流燃烧器。三、炉内主要设备2、燃烧器第二节锅炉设备旋流燃烧器常采用前墙布置、两面墙对冲或交错布置。3、炉膛炉膛是由四周水冷壁、炉顶围成的供燃料燃烧的立体空间，为了使燃料的化学能尽可能完善地转换为烟气热能，炉膛内温度水平很高并有足够的空间让燃料完全燃烧，同时控制炉膛出口的烟气温度，保证炉膛出口及其以后受热面的安全。三、炉内主要设备第二节锅炉设备1、通风设备由送风机、引风机、风道、烟道、烟囱等组成。送风机的作用：把冷空气经空气预热器提高温度后再送入炉膛。引风机的作用：将炉膛内燃烧生成的烟气经烟道、各受热面及除尘器吸出，再经烟囱排入大气。我国电厂燃煤锅炉普遍采用的通风布置方式平衡通风负压锅炉，一般送、引风机各配备两台，采用平衡通风方式。其炉膛和烟道内呈微小负压。仅具有较强通风能力送风机的锅炉，其炉膛和烟道内的压力稍大于环境压力，称为微正压锅炉。四、锅炉主要辅助设备2、除尘设备大锅炉常用干式静电除尘器。(效率大于99％)，清除排烟中的飞灰，减少对环境的污染。3、制粉设备主要辅助设备将原煤磨成合格的煤粉连续不断地供给锅炉，并根据锅炉负荷的需要随时调节燃料量的大小。四、锅炉主要辅助设备制粉系统有直吹式和中间储仓式两种。直吹式：磨煤机出口的煤粉与空气混合物由排粉风机直接送入炉膛内燃烧；中间储仓式：磨煤机出口的煤粉储存在煤粉仓，再通过给粉机送入炉膛。现大锅炉多选用直吹式制粉系统。四、锅炉主要辅助设备五、锅炉效率锅炉热效率是指锅炉有效吸热量占锅炉燃料输入热量的百分比，说明燃料热量的有效利用程度。目前大型锅炉的热效率一般都在90％以上。锅炉有效吸热量Q1=工质在锅炉内的吸热量=工质量*（工质出口焓-工质进口焓）锅炉燃料输入热量Qr=燃料输入的化学能=燃料量*燃料的低位发热量锅炉效率ηb=Q1/Qr五、锅炉效率Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6Q2——排烟损失Q3——化学不完全燃烧损失Q4——机械不完全燃烧损失Q5——散热损失Q6——灰渣热物理损失小知识：结渣及其危害1、结渣的产生在固态排渣煤粉炉，由于煤燃烧时温度高（1400~1600）灰渣呈溶融状态，液态的渣粒在凝固之前冲刷到水冷壁或炉墙上，就形成结渣，结渣是一个自动加剧过程，一旦开始结渣，便越结越多。2、结渣的危害1）结渣会造成水冷壁高温腐蚀；2）结渣改变了受热面分配，炉膛吸热减少，出口烟温及排烟温度升高，过热器超温爆管，热损失增加，降低锅炉出力和热效率；3）大块渣团掉落可能砸坏冷灰斗的水冷壁管。3、结渣的预防适当的炉型，避免炉内温度过高；避免火焰偏斜、贴壁冲墙；避免锅炉超负