第二章-炉结构及原理1

总目录返回本章下一页上一页结束第二章锅炉结构及原理产生蒸汽或热水的热发生装置可分为两类：锅炉——伴随有燃烧反应的、以产生蒸汽或热水为目的的热发生装置。余热锅炉或废热锅炉——在热转换装置中并不伴随有燃烧反应，而是利用系统的余热或废热产生蒸汽或热水的热发生装置。总目录返回本章下一页上一页结束第一节概述第二节燃料特性与热工计算第三节锅炉燃烧设备第四节锅炉受热面第六节余热锅炉的结构及工作特点第五节锅炉水动力特性总目录返回本章下一页上一页结束第一节概述锅炉本体的组成可分成两大部分：“炉子”——使燃料燃烧以获得足够热能的设备。“锅”——盛装水及蒸汽的耐压容器，并具有能吸收足够热量的受热面。锅炉的型式很多，图2-1所示是具有中等容量和参数的火力发电厂锅炉简图。插图2-1为电站锅炉外形图。总目录返回本章下一页上一页结束1—锅筒，2--下降管，3—分隔屏过热器，4—后屏过热器，5—屏式再热器，6--末级再热器，7—末级过热器，8—悬吊管，9—包覆管，10—过热蒸汽出口，11—墙式辐射再热器，12—低温过热器，13—省煤器，14—燃烧器，15—循环泵，16—水冷壁，17—空气预热器，18—磨煤机，19—除渣机，20、21—一、二次风机，22—再热蒸汽出口，23—给水泵图2-12019t/h电站锅炉示意图总目录返回本章下一页上一页结束插图2-1电站锅炉总目录返回本章下一页上一页结束总目录返回本章下一页上一页结束一、锅炉的基本构造锅炉本体——炉膛、燃烧设备、锅筒、水冷壁、过热器、省煤器、空气预热器和炉墙构架。辅助设备——燃料供给、煤粉制备、送引风、水处理及给水、除尘除灰和自动控制等装置。总目录返回本章下一页上一页结束现代大型自然循环高压锅炉所具有的主要部件及其作用如下：（1）炉膛保证燃料燃尽并使出口烟气冷却到对流受热面能安全工作。由水冷壁与锅筒、集箱和炉墙构架所组成。炉膛火焰中心1500～1600℃，炉膛出口1000～1200℃左右。（2）锅筒是自然循环锅炉各受热面的集散容器，将锅炉各受热面联结在一起并和水冷壁，下降管等组成水循环回路。直流锅炉无锅筒。（3）水冷壁是锅炉的主要辐射受热面；另一作用是保护炉墙。其中凝渣管，防止过热器结渣。总目录返回本章下一页上一页结束（4）燃烧设备按其燃烧方式可分为火床、火室、沸腾和旋风炉燃烧设备。锅炉所用燃烧方式因燃料不同，锅炉容量不同而有差异。（5）过热器将饱和蒸汽加热到额定的过热蒸汽温度。烟气从炉膛出口流过屏式过热器和对流过热器后，温度降到500～600℃。（6）再热器将汽轮机高压缸排汽加热到较高温度，然后再送到汽轮机中压缸膨胀作功。（7）省煤器利用锅炉尾部烟气的热量加热给水，降低排烟温度，节约燃料。总目录返回本章下一页上一页结束（8）空气预热器加热燃烧用的空气，以加强着火和燃烧；吸收烟气余热，降低排烟温度，提高锅炉效率；为煤粉锅炉制粉系统提供干燥剂。（9）炉墙是锅炉的保护外壳，起密封和保温作用。（10）构架支承和固定锅炉各部件，并保持其相对位置。插图2-2及2-3分别显示了一台正在安装中的锅炉侧面和中部结构，其中的水冷壁管清晰可见。总目录返回本章下一页上一页结束插图2-2锅炉侧面总目录返回本章下一页上一页结束插图2-3锅炉中部总目录返回本章下一页上一页结束锅炉锅炉本体辅助设备锅炉机组锅炉的汽水系统，用以完成水变成蒸汽的吸热过程。由汽包，下降管，联箱，导管及各热交换受热面等承压部件组成锅炉的燃烧系统，用以完成煤的燃烧过程。由炉膛，燃烧器，烟道，炉墙构架等非承压部件组成。送风机，引风机，燃料供应及制备、除灰、除渣、测量与控制等。煤粉锅炉机组框图1/2总目录返回本章下一页上一页结束亚临界参数自然循环燃煤锅炉2/21-汽包；2-下降管；3-分隔屏；4-后屏；5-高温过热器；6-高温再热器；7-水冷壁；8-燃烧器；9-燃烧带；10-空气预热器；11-省煤器进口集箱；12-省煤器；13-低温再热器；14-低温过热器；15-折焰角；16-排渣装置总目录返回本章下一页上一页结束冷空气烟气烟气烟气烟囱引风机除尘器空气预热器细微灰粒飞灰（二次风）灰渣沟原煤排粉风机（一次风）烟气烟气给煤机磨煤机燃烧器炉膛水平烟道尾部烟道原煤风、粉风、粉未燃煤粒灰渣灰渣灰渣灰渣沟排渣装置冷灰斗未燃煤粒未燃煤粒煤、风、烟系统1/2总目录返回本章下一页上一页结束汽机主凝结水水水汽水混合物给水泵省煤器汽包汽水分离器①化学补充水汽水混合物下降管下联箱水冷壁上联箱导汽管水水水汽水混合物汽水混合物①饱和蒸汽过热蒸汽过热器汽轮机调节级汽、水系统2/2总目录返回本章下一页上一页结束二、锅炉的工作过程以火室燃烧的煤粉锅炉为例：1、煤粉制备与输送流程原煤煤斗给煤机磨煤机粗细分离器煤粉仓空气预热器空气给粉机炉膛煤粉细粉总目录返回本章下一页上一页结束2、烟气流程热烟气从炉膛过热器省煤器空气预热器除尘器引风机烟囱水冷壁凝渣管140-170℃总目录返回本章下一页上一页结束3、工质流程从除氧器来的给水省煤器锅筒（经水冷壁循环）过热器回锅炉再热器汽轮机中压缸、低压缸冷凝器汽轮机高压缸总目录返回本章下一页上一页结束三、锅炉的分类1．按用途分电站锅炉、工业锅炉、船用锅炉、余热锅炉、机车锅炉等。2．按循环方式分(如图2-2)自然循环锅炉——工质依靠下降管中的水与上升管中汽水混合物之间的密度差进行循环。控制循环锅炉——在蒸发受热面的下降管与上升管之间装有循环泵，用来提高循环回路的流动压头，循环倍率约在3～5。总目录返回本章下一页上一页结束复合循环锅炉直流锅炉——工质的循环是依靠给水泵的压头来完成的。3、按出□工质压力分低压锅炉——压力一般小于1.275MPa，用于工业锅炉。中压锅炉——∽3.825MPa，用于电站、热电站或工业锅炉。高压锅炉——∽9.8MPa，用于电站、热电站锅炉。总目录返回本章下一页上一页结束图2-2自然循环、强制循环及直流锅炉a)自然循环锅炉b)强制循环锅炉c)直流锅炉总目录返回本章下一页上一页结束超高压锅炉——∽13.73MPa，用于电站锅炉。亚临界压力锅炉——∽16.67MPa，用于电站锅炉。超临界压力锅炉——23～25MPa，用于电站锅炉。超超临界压力锅炉——般大于27MPa，用于电站锅炉。4、按燃烧方式分火床燃烧锅炉、火室燃烧锅炉、流化床燃烧锅炉和旋风燃烧锅炉。总目录返回本章下一页上一页结束5、按所用燃料或能源分固体燃料锅炉、液体燃料锅炉、气体燃料锅炉、余热锅炉、原子能锅炉和废料锅炉。6、按排渣方式分固态排渣锅炉和液态排渣锅炉。7、按炉膛烟气压力分平衡通风锅炉、微正压锅炉和增压锅炉。8、按整体外形分倒U（或称п型）、塔型、箱型、T型、U型、N型、L型、D型、A型等。D型、A型用于工业锅炉，其他炉型一般用于电站锅炉。总目录返回本章下一页上一页结束四、锅炉容量、参数和型号1、锅炉的基本特性通常用：①锅炉的蒸发量（t/h）——连续额定蒸发量(ECR)—铭牌上所标示的值；最大蒸发量(BMCR)。②蒸汽压力(MPa)、蒸汽温度(℃)——过热器主汽阀出口处的过热蒸汽压力和过热蒸汽温度。③给水温度(℃)——指进省煤器的给水温度，或者热功率(MW)、出口热水压力(MPa)、出口热水温度(℃)和给水温度或回水温度（℃）等主要参数来描述。总目录返回本章下一页上一页结束2、锅炉的参数系列。表2-1(略)是我国工业锅炉参数系列；表2-2(略)是电站锅炉参数系列。对于超临界、超超临界机组锅炉尚无确定的系列参数。总目录返回本章下一页上一页结束3、我国锅炉产品的型号表示法图2-3工业蒸汽锅炉型号形式图2-4电站锅炉型号形式总目录返回本章下一页上一页结束五、锅炉的大气污染与控制插图2-4显示了因燃烧不良使浓烟滚滚，造成大气污染。插图2-4锅炉排烟的污染总目录返回本章下一页上一页结束锅炉烟气排入大气，其中的重要污染环境物质是：①煤灰——碳黑和飞灰；②硫的氧化物(SOX)——二氧化硫、三氧化硫和硫酸气体等；③氮的氧化物(NOX)——一氧化氮和少量二氧化氮。为保护环境，国家制定了锅炉大气污染物排放标准，如表2-3(略)，表2-4(略)。总目录返回本章下一页上一页结束第二节燃料特性与热工计算一、锅炉使用的燃料（一）燃料的分类燃料是一种由有机可燃质、不可燃无机矿物质（灰分）和水分等物质组成的复杂的混合物。目前地球上的燃料可分为两大类，即核燃料和有机燃料，锅炉大都燃用有机燃料。锅炉大燃用的有机燃料分类见表2-5。总目录返回本章下一页上一页结束表2-5燃料的分类类别天然燃料人工燃料固体燃料生物质燃料，煤炭，煤矸石、油页岩木炭，焦炭，泥煤砖，煤矸石，甘蔗渣，可燃垃圾等液体燃料石油汽油，煤油，柴油，沥青，焦油气体燃料天然气高炉煤气，发生炉煤气，焦炉煤气，液化石油气总目录返回本章下一页上一页结束（二）燃料的组成固体燃料的成分有：碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)、水分（M）、灰分(A)。其中C、H、S为可燃元素。液体燃料的成分也是碳、氢、氧、氮、硫、水分和灰分，但碳和氢含量较高。气体燃料有天然气和人造气两类。天然气分气田气和油田伴生气两种。气田气主要成分是甲烷；油田气除含甲烷外，还有丙、丁烷等烷烃类，CO2含量也比气田气高。总目录返回本章下一页上一页结束（1）碳（C）——燃料中基本可燃元素，以各种碳氢化合物和碳氧化合物的状态存在（2）氢（H）——燃料中热值最高的元素，它多以碳氢化合物的状态存在。（3）氧(O)和氮(N)——燃料中不可燃元素，以游离状态和化合物状态存在。氮是有害元素。（4）硫(S)——常以有机硫、黄铁矿硫和硫酸盐硫的形式存在，也是有害元素。硫是评价油质的重要指标。（5）灰分(A)——燃料中不可燃的矿物质。灰分是影响燃料质量的重要指标。（6）水分(M)——也是不可燃成分，其含量变化很大。总目录返回本章下一页上一页结束（三）燃料成分的基准及其换算常用的基准有以下四种：（1）收到基。以收到状态的燃料为基准计算燃料中全部成分的组合称为收到基。以下角标ar表示。（2-1）（2）空气干燥基。以与空气温度达到平衡状态的燃料为基准。空气干燥基以下角标ad表示。（2-2）（3）干燥基。以假想无水状态的燃料为基准，以下角标d表示（2-3）%100arararararararMASNOHC%100adadadadadadadMASNOHC%100ddddddASNOHC总目录返回本章下一页上一页结束（4）干燥无灰基。以假想无水、无灰状态的煤为基准，以下角标daf表示。（2-4）干燥无灰基可作为燃料分类的依据。燃料成分及其各种基准的关系如图2-5，各种成分的基准换算可按以下公式进行：（2-5）换算系数可由表2-6(略)查出。0Kxx%100dafdafdafdafdafSNOHC总目录返回本章下一页上一页结束图2-5燃料成分及其各种基准的关系示意图总目录返回本章下一页上一页结束（四）燃料的性质1、煤的基本性质、成分及发热量（1）煤的基本性质（a）无烟煤干燥无灰基挥发分一般在10%以下。含碳量通常在40%以上(高的可达95%)。发热量约在21000～32500千焦/千克。无烟煤挥发分析出温度较高，着火和燃尽都比较困难。（b）烟煤烟煤干燥无灰基挥发分含量较高，一般在20～45%，含碳量约在40～60%或更高。烟煤发热量一般在20000～30000千焦/千克。烟煤较易着火和燃尽，但对高灰分劣质烟煤除外。dafVarCQnetvar,,arCQnetvar,,总目录返回本章下一页上一页结束（c）贫煤贫煤碳化程度略低于无烟煤，挥发分一般在10～20%，燃烧特性优于无烟煤，但仍属反应性能较差的煤。（d）褐煤干燥无灰基挥发分含量约40～50%，挥发分析出温度较低，所以很容易着火和燃烧。但其水分和灰分都较高。发热量一般仅10000～20000千焦/千克。总目录返回本章下一页上一页结束（2）煤的成分（a）煤的元素分析成分——指煤中碳、氢、氧、氮和硫。元素成分分析时，只要测出碳、氢、氮和硫，氧可用下式计算：（2-6）（b）煤的工业分析成分——包括水分、灰分、挥发