锅炉原理讲稿（PPT190页)

锅炉原理第一章概论火力发电约占全国总发电量的70%左右，锅炉是发电厂的三大主机之一，在火力发电厂中占重要地位。电厂生产过程：燃料（煤、油、天然气）-→热能-→水-→蒸汽-→气轮机膨胀作功-→带动发电机发电。§1-1锅炉的一般工作原理一、煤粉锅炉及辅助设备示意图：锅：省煤器、汽包、下降管、水冷壁组成的蒸发设备和过热器等组成的汽水系统。炉：炉膛、烟道、燃烧器、空气预热器等组成的燃烧系统。辅助设备：制粉设备、送风机、引风机、烟囱、给水设备、除灰设备、除尘设备、输煤系统。35吨链条炉35吨煤粉炉锅炉三大系统：1）燃烧供给系统2）汽水系统3）空气、烟气系统1-2锅炉的参数一、锅炉容量（额定蒸发量）锅炉在设计蒸汽参数和保证效率下最大连续蒸发量。Kg/st/h二、蒸汽参数锅炉出口处蒸汽压力（MP)和温度（℃）三、给水温度进省煤器的给水温度。动力中压锅炉给水温度：150℃或170℃动力高压锅炉给水温度：215℃动力亚临界锅炉给水温度：260℃（表1-1参数）目前国内已经使用的火力发电机组为：汽轮机：600MW,锅炉：1950t/h,压力：25.5MP国外：汽轮机：1300MW,锅炉：4300t/h国内较大电厂：陡河电厂（155万KW）、谏壁电厂（162.5万KW)、清河电厂（130万KW）、姚孟电厂（120万KW）、神头电厂（130万KW）、徐州电厂（130万KW）、秦岭电厂（105万KW）、锦州电厂（120万KW）、大同二电厂（120万KW）、富拉尔基二电厂（100万KW）1-3锅炉分类一、按用途分工业锅炉、船舶锅炉、电站锅炉、机车锅炉二、按蒸汽参数（压力）分低压锅炉:1.3MP以下中压锅炉:2.5~3.9MP（20世纪20~40年代）高压锅炉:10~14MP（50年代）超高压锅炉:14~17MP（60年代）亚临界锅炉:17~22.5MP（70年代）超临界锅炉:22.5MP以上（70年代后）三、按使用燃料分燃煤锅炉燃油锅炉燃气锅炉电锅炉四、按燃烧方式分1.层燃炉(火床炉)燃烧特点:燃料在炉排上燃烧。2、室燃炉燃烧特点：燃料在炉膛内悬浮燃烧。3.旋风炉(卧式和立式两种)粗煤粒贴旋风筒内壁燃烧.细煤粉随筒内气流一起运动悬浮燃烧.特点:a)燃烧猛烈(燃烧与风的相对速度很高).因供氧条件好,炉温高,猛烈程度比煤粉炉高.b)燃烧在炉内停留时间长,可烧粗煤粉(制粉设备简单).c)排渣率高(90%以液态渣形式排出,烟气飞灰少,为10%,有利于提高烟气速度(飞灰对设备有磨损),加强传热.缺点:1)制造工艺比较复杂,对耐火材料要求高.2)风机电耗大.3)液态渣带走的热损失大,4)有害气体NO2排放量大。（很少采用）四、沸腾炉(燃料在沸腾床内进行燃烧).介于层燃炉和室燃炉之间.特点:a).适应煤种广.煤矸石也能燃烧,矿区应用广.b).强化传热.埋管(布置于沸腾床内的受热面管子)不积灰,但磨损严重.同样容量炉膛可减少一半(与普通炉比).c).低温燃烧.①燃烧温度900~950℃.（若温度高,则会结渣.）②NOx量少,环境污染少.A.气包B.炉内槽型分离器C.水冷耐火层D.蒸发屏E.水冷耐火层F.分隔G.煤包H.重力给煤机I.水冷耐火层J.二次风喷嘴K.给煤槽L.冷渣器M.过热器N.外槽型分离器O.飞灰斗P.省煤器Q.多管旋风分离器R.管式空气预热器S.再循环系统T.鼓风机U.床上燃烧器V.一次风这是美国巴威的内循环炉型—其特点是采用高速床和两级分离器。在炉膛出口前后的高温区装有两组槽型(惯性)分离器作为第一级分离，而分离下来的飞灰将在炉膛内部形成循环。在锅炉尾部省煤器之后还有一多管(旋风)分离器作第二次分离。这种锅炉的结构相对简单，布置更接近传统的煤粉锅炉，不仅锅炉整体紧凑、简单，而且也更便于采用传统锅炉成熟可靠的受热面结构。目前最大容量的这种锅炉是装在美国宾夕法尼亚州的燃高灰分尾煤的210t/h高压循环流化床锅炉。芬兰奥斯隆循环流化床这是奥斯隆炉型—其特点是采用高循环倍率，高温旋风分离器，在炉膛内可布置少量受热面但不设外置流化床热交换器。这种循环流化床锅炉的大型化问题也已顺利解决，已有各种容量的大型电站锅炉在世界各地运行。最大容量的这种锅炉是装在美国宾夕法尼亚州约克郡的783t/h(配250MW)亚临界压力循环流化床锅炉，该锅炉已于1997年上半年投入商业运行。德国鲁齐循环流化床锅炉1、炉膛2、旋风分离器3、过热器4、外置式换热器5、煤仓6、返料装置7、石灰石进料口8、灰冷却器9、省煤器10、空气预热11、除尘器12、引风机13、尾部烟道14、汽包其特点是采用高循环倍率，高温旋风分离器和外置流化床热交换器。虽然外置流化床热交换器的采用使这种锅炉略显复杂，但也使这种锅炉的床温调节更加简便，过热器/再热器的布置更为灵活。目前这种循环流化床锅炉最大容量的锅炉是法国阿尔斯通斯登工业公司制造的，装在普罗旺斯电厂配250MW机组的700t/h亚临界压力循环流化床锅炉。意志巴高克循环流化床锅炉1、下降管2、省煤器3、过热器4、煤仓5、加料口6、炉膛7、返料装置8、引风机9、除尘器10、空气预热器11、旋风分离器这是德巴(德国巴高克)型，是德巴在欧共体资助下开发的一种低速(低倍率)循环流化床锅炉，其设计意图是尽可能将鼓泡床和高速循环床的优点很好地结合起来。其特点是采用低的循环倍率和中温(400-500oC)旋风分离这种锅炉的结构相对简单，但大型化，特别是再热器的布置，有一定困难。目前最大容量的这种锅炉是装在捷克的燃褐煤的350t/h高压电站锅炉。五.按工质在锅炉内的流动方式分1.自然循环锅炉加热水→省煤器蒸发→水冷壁加热蒸汽→过热器下降管：不受热,管中全部是水上升管：受热,管中为汽和水的混合物2、强制循环锅炉3、直流锅炉4、复合循环锅炉§1-4锅炉的安全和经济指标一.安全指标(锅炉的可靠性。三种指标衡量)1.连续运行小时数=两次检修之间运行的小时数.4000h2.事故率=[事故停用小时数/(运行总时数+事故停用小时数)]×100%1%3.可用率=[(运行总时数+备用总时数)/统计期间总时数]×100%90%二.经济性指标1.锅炉效率：锅炉的有效利用热量与输入热量的百分比.ηgl=Q1/Qr×100%(30万机组,设计效率92%,保证效率89%,一般为90%)2.钢材使用率锅炉每小时产生一吨蒸汽所用钢材吨数.2.5-5t/t/h§1-5锅炉发展的趋势发展趋势：1、大容量：容量增大一倍,每t/h的金属用量减少5~20%。2、高参数：参数提高一档,经济性提高2%.3、再热机组：一次再热,提高经济性4~5%.目前我国多采用亚临界压力,温度多采用540℃,主要是考虑设备工作的可靠性.§1-6工业锅炉型号表示方法按照标准规定方法编制：△△△××－××／××－×（1）（2）(3)(4)(5)(6)（1）：总体型式代号（2）：燃烧设备代号（3）：额定热功率或额定蒸发量（4）：额定争气压力或允许工作压力（5）：过热蒸汽温度或出/进水温度（6）：燃料种类代号锅壳锅炉总体型式代号锅炉总体型式代号立式水管LS立式火管LH卧式外燃WW卧式内燃WN水管锅炉总体型式代号锅炉总体型式代号单锅筒立式DL单锅筒纵置式DZ单锅筒横置式DH双锅筒纵置式SZ双锅筒横置式SH纵横锅筒式ZH强制循环式QX锅炉燃烧设备代号燃烧设备代号燃烧设备代号固定炉排G抛煤机P固定双层炉排C（层）振动炉排Z活动手摇炉排H下饲炉排A(下）链条炉排L沸腾炉F往复炉排W室燃炉S燃料种类代号燃料种类代号燃料种类代号Ⅰ类烟煤AⅠ柴油YCⅡ类烟煤AⅡ重油YZⅢ类烟煤AⅢ天然气QTⅠ类无烟煤WⅠ焦炉煤气QJⅡ类无烟煤WⅡ液化石油气QYⅢ类无烟煤WⅢ褐煤H型号举例WNG1-0.7-AⅢDZL4-1.25-WQXW2.8-1.25/95/70-AⅡQXW2.8-1.25/145-AⅡ第二章燃料§2-1燃料的化学成分和性质一.燃料:在燃烧过程中能够产生热量的物质.二.锅炉用燃料1.固体:煤油、页岩.2.液体:重油、渣油(石油炼制后的残余物)、点火时用柴油、轻油.3.气体-天然气、高炉煤气、焦炉煤气三.煤的成分C、H、O、N、S、A、W1.碳(C)a.含量:50~90%.是主要可燃元素,含量多少与地质年龄有关.无烟煤、烟煤、贫煤、褐煤、泥煤、煤矸石b.形式:固定碳(单质状态).c.对运行的影响:含碳高的煤不易着火.d.发热量:32700kj/kg.2.氢(H)a.含量:3~6%随地质年龄升高而降低.b.形式:与氧结合生成水,或成为有机物.c.运行:含量越高,越容易燃烧.d.发热量:120×103kj/kg.3.硫(S)a.含量:一般为1~1.5%.无烟煤、贫煤、劣质烟煤可达3~8%b.形式:可燃硫:有机硫、黄铁矿硫（FeS2)灰分中硫:硫酸盐硫c.运行:二氧化硫,三氧化硫腐蚀设备,含有氧化硫的烟对人畜有害.对水冷壁、过热器的腐蚀,对空气预热器的低温腐蚀.当金属壁温低于酸露点温度时会在金属壁上凝结成硫酸,腐蚀金属.d.发热量:低,9040kj/kg4.氧(O)和氮(N)a.含量:O:1~40%.无烟煤1~2%.泥煤40%N:0.5~2%.b.形式:O与H或C结合,使可燃成分下降.5.灰份-燃料完全燃烧后形成的固态残余物的统称a.含量:5~35%b.运行:使燃料发热量下降,妨碍可燃物质与氧气的接触.烟气速度高时会引起飞灰对受热面的磨损.烟气速度低时会引起积灰.灰分是影响燃煤质量的主要成分.6.水分(W)a.含量:2~50%b.形式:外部水分(表面水分)-煤由于自然干燥所失去的水分.内部水分(固有水分)-空气风干状态下仍残留煤中的水分.分析水分:煤在规定温度和相对湿度下进行自然干燥,干燥后煤样中所含有的内部水分.c.运行:不利燃烧,燃烧温度下降,引起低温受热面的积灰和腐蚀,煤粉制备困难,烟气量上升,电耗上升.§2-2燃料的成分分析基础与换算一.燃料的成分分析基础煤中水分和灰分的含量会随外界条件而变化，其他成分的百分量也随之变化，所以，在说明煤中各种成分的百分含量时，必须同时注明百分数的基准，常用的基准有以下四种：1.应用基-锅炉燃料的实际应用成分.以包括全部水分和灰分的燃料作100%的成分.用y表示.Cy+Hy+Oy+Ny+Ay+Wy+Sy=100%（作锅炉热力计算时采用，原煤水分也用应用基表示。）2.分析基实验室进行燃料(除去自然干燥水分后)分析时的燃料成分,用f表示.Cf+Hf+Of+Nf+Sf+Af+Wf=100%不用煤种的水分常用Wf表示,可排除开采,运输和储存等对煤的水分含量的影响.3.干燥基去掉全部水分的燃料成分,用g表示.Cg+Hg+Og+Ng+Sg+Ag=100%用Ag来表示不同煤的灰分大小,可确切地反映出煤的灰分杂质含量,而不受水分变化的影响.4.可燃基可燃基即去掉水分和灰分的燃料成分,用r表示.Cr+Hr+Or+Nr+Sr=100%可燃基常用来表示煤的有机物中各种元素的成分和煤的挥发分(用Vr表示.)二.燃料分析基础的换算如表2-1.§2-3燃料的某些特性一.挥发分:Vr它是指一定温度下(900+10℃）,隔绝空气加热煤（7分钟）,煤中有机物分析出的气态物质.(包括:H2,CmHn,CO,少量O2,N2,CO2)1.挥发分=f(加热湿度,时间,煤量).2.挥发分与煤质关系:煤的碳化程度越深(如无烟煤),Vr越小无烟煤:Vr=2-10%.(最小)褐煤:Vr=37-60%.(最多)3.挥发分易着火燃烧:Vr越大,着火越容易.二.焦碳煤中水分与挥发分逸出后留下的固体物质叫焦碳.焦碳=灰分+固定碳三.煤的发热量1.定义-单位量的燃料完全燃烧时所放出的热量.对气体:1Nm3.对固,液体:1kg.2.高位/低位发热量.高位发热量:1kg燃料完全燃烧时放出的全部热量中包括烟气中水蒸汽凝结时放出的热量.低位发热量:1kg煤完全燃烧时放出的全部热量中不包括烟气中水蒸汽凝结时放出的热量.3.同一基准,高低位发热量的换算1001009yyygydWHrQQ4.各种基发热量的换算（1）、不同基准高位发热量换算换算系数采