锅炉设备

5-1电厂锅炉概述5-2燃料的成分及特性5-3煤粉及其制备系统5-4煤粉燃烧及燃烧设备5-5锅炉受热面5-6锅炉的主要辅助设备主要内容5-1电厂锅炉概述一、锅炉设备的整体布置及工作过程锅炉设备是火力发电厂的主要热力设备，其作用是使燃料通过燃烧将其化学能转变为热能，并以热能加热给水以生产具有一定规范的过热蒸汽。锅炉设备是锅炉本体及其辅助设备的总称。锅炉是由“锅”和“炉”两部分组成的。锅是指锅炉的汽水系统，由汽包、下降管、集箱、导管及各热交换受热面等承压部件组成，用以完成水变为过热蒸汽的吸热过程。炉是指锅炉的燃烧系统，由炉膛、燃烧器、烟道、炉墙构架等非承压部件组成，用以完成煤的燃烧放热过程。将两者有机地结合起来所形成的整体即称锅炉。5-1电厂锅炉概述锅炉本体辅助设备包括燃挠器、炉膛、布置有受热面的烟道，汽包、下降管、水冷壁、过热器、再热器、省煤器及空气预热器等。送风机、引风机、给煤机、磨煤机、排粉机、除尘器及烟囱等。锅炉本体其余为辅机燃挠器、炉膛、布置有受热面的烟道，汽包、下降管、水冷壁、过热器、再热器、省煤器及空气预热器等。送风机、引风机、给煤机、磨煤机、排粉机、除尘器及烟囱等。二、锅炉工作过程由输煤皮带运来的煤落到煤斗中，经给煤机送入磨煤机磨制成粉后，被自热风管来的热风送入粗粉分离器，在粗粉分离器中不合格的粗粉被分离出来沿回粉管再回到磨煤机重新磨制，合格的煤粉则沿管道被送到细粉分离器中进行气粉分离，分离出的煤粉送人煤粉仓并通过给粉机按锅炉燃烧的需要送入一次风管中，分离出的乏气被排粉机抽走并通过一次风管携带煤粉经由燃烧器输送进入炉膛燃烧，二次风自二次风管经燃烧器同时吹入炉膛助燃。燃烧后的烟气经水平烟道、垂直烟道、除尘器、引风机后通过烟囱排入大气。空气经抽风管、送风机、空气预热器、热风管12送入炉膛及制粉系统。以上所述煤、风、烟系统称为锅炉的燃烧系统，即一般说的“炉”。给水经给水泵1送入省煤器和汽包，然后进入下降管、水冷壁，水在水冷壁中加热后成为汽水混合物又回到汽包并经汽、水分离，分离出的水继续进入下降管循环，分离出的饱和蒸汽离开汽包进入过热器系统。饱和蒸汽经顶棚过热器、屏式过热器和对流过热器升温后，通过主蒸汽管道送入汽轮机作功。上述为汽水系统，即一般说的“锅”。磨煤机送风机煤粉煤空气预热器冷空气热空气锅炉燃烧器冷空气烟气加热给水灰渣从炉底排出锅炉辅助设备锅炉本体给水受热面过热蒸汽锅炉工作过程示意图（一）5-1电厂锅炉概述煤、风、烟系统汽水系统1.锅炉给水借助给水泵加压后送入尾部烟道的省煤器;2.水在省煤器内被加热为饱和水后，引入布置在炉顶的汽包;5-1电厂锅炉概述3.汽包中的水沿着炉墙外的下降管至水冷壁下联箱，饱和水在水冷壁管加而成为蒸汽，引入汽包的汽水混合物被汽水分离器分离;4.分离出的水再次进入水冷壁管受热,分离出的饱和蒸汽则引入过热器系统，经主蒸汽管道送入汽轮机做功，排汽引回到锅炉再热器系统。5-1电厂锅炉概述锅炉的辅助设备主要包括供给空气的送风机、排除烟气的引风机、煤粉制备系统，以及除渣、除尘设备等。5-1电厂锅炉概述二、锅炉设备特性指标1.锅炉容量锅炉容量用蒸发量表示，指锅炉在维持连续正常生产时每小时所生产的蒸汽量，亦即锅炉出口的蒸汽流量，单位t／h。2.蒸汽参数蒸汽参数指锅炉在额定工况或最大连续工况下，过热器出口过热蒸汽的压力和温度及再热器出口再热蒸汽的温度。5-1电厂锅炉概述3.给水温度指锅炉在额定工况或最大连续工况下，省煤器入口处的水温。4．锅炉效率锅炉效率指锅炉生产蒸汽的吸热量占锅炉输入燃料热量的百分比，表明了燃烧热量的有效利用程度。5-1电厂锅炉概述三、电厂锅炉的常见的主要分类燃煤炉按其所用的燃料燃油炉燃气炉低压、中压高压按锅炉的蒸汽参数超高压亚临界压力超临界压力超超临界压力5-1电厂锅炉概述自然循环锅炉按水冷壁内工质强制循环锅炉的流动动力直流锅炉室燃炉(煤粉炉)燃烧方式不同层燃炉旋风炉流化床炉5-1电厂锅炉概述一、煤的元素分析成分煤的元素分析成分为碳、氢、氧、氮、硫、灰分、水分等七种成分。“ar”表示收到基，即是以炉前煤为准进行分析得到的各成分含量。Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100％5-2燃料的成分及特性二、煤的主要特性指标1.发热量2.挥发分3.灰熔点Q=29308kJ／kg(7000kcal／kg)的煤为标准煤5-2燃料的成分及特性一、煤粉的特性锅炉燃用的煤粉，一般是1～300μm范围内的颗粒混合物。电厂制粉系统均是借助管道采用空气输送煤粉。通常是将煤粉试样在70号标准筛子(筛孔的内边长为90μm)上的剩余量占总量的百分数称为煤粉细度，以R90表示。5-3煤粉及其制备系统二、制粉系统按照对锅炉供粉方式的不同，制粉系统可分为直吹式和中间储仓式两大类。直吹式制粉系统是指煤在磨煤机中磨成合格的煤粉后，被直接吹入炉膛燃烧。直吹式制粉系统的制粉量应随时适应锅炉负荷的变化中间储仓式制粉系统则是将磨制的合格煤粉先储存于煤粉仓中，然后再根据锅炉负荷的需要，将煤粉仓的煤粉经给粉机送入炉膛燃烧。5-3煤粉及其制备系统5-3煤粉及其制备系统常见的直吹系统有正压系统和负压系统5-3煤粉及其制备系统5-3煤粉及其制备系统5-3煤粉及其制备系统中间储仓式系统示意图特点：系统复杂，结构庞大，占地面积大设有煤粉仓，磨煤机故障仍可供应煤粉，作为制粉系统与锅炉之间的缓冲环节低速磨煤机对煤种的适应性强低速磨煤机排粉风机煤锅炉燃烧器原煤仓不合格煤粉粗粉分离器细粉分离器煤粉仓两种方式比较直吹式制粉系统结构简单近布置紧凑、占地少、初投资小和运行电耗低，直吹式制粉系统一般配中速磨。但可靠性较差。中间储仓式制粉系统结构庞大、复杂、占地面积大、初期资大，且一般配用电耗高、噪声大的低速滚筒式钢球磨。可靠性和锅炉运行经济性较好。5-3煤粉及其制备系统三、制粉设备磨煤机是制粉系统中的主要设备，按其转速高低，磨煤机可分为低速磨(15~25r／min)、中速磨(50~300r／min)和高速磨(750~1500r／min)三种。5-3煤粉及其制备系统滚筒式钢球磨煤机E型滚球磨、RP型碗式磨(其改进型式为HP型锥辊磨)、MPS型滚轮磨等风扇磨磨煤机低速转速：15～25r/min，钢球筒式磨煤机在筒内装有一定数量的钢球，当转动部转动时，钢球在离心力和摩擦力的作用下，被转动着的筒体提升到一定高度，由于自身重力的作用而下落，进入筒体的煤在下落的钢球的撞击和研磨作用下形成粉末。特点：结构庞大（钢筒：直径2～4m，长3～10m），占地面积大，噪音大出粉的均匀性差对煤种的适应性强，几乎可以磨制所有煤种能长时间连续工作，可靠性高磨煤机的绝大部分能量消耗在转动筒体和升举钢球上，因此其无煤空载功率与磨煤运行功率相差无几，磨煤机在低负荷和变负荷下运行不经济中速转速：50～300r/min，常见:辊式,立式辊磨机的工作原理是利用磨辊紧贴在磨盘上，作中速旋转，原煤在其间受压紧力的作用，被挤压和研磨而粉碎成煤粉。特点是结构紧凑、重量轻、占地小、耗电低、噪音小等，但煤种适应性不如钢球磨煤机广泛。一、煤粉气流的燃烧过程燃烧是指燃料中的可燃成分发生剧烈的氧化作用，并同时放出大量热量的过程。燃料开始发生剧烈氧化时的最低温度称为着火点(或着火温度)。5-4煤粉燃烧及燃烧设备1．预热阶段煤粉气流在喷入炉内约200~300mm的行程内并不着火燃烧，这是煤粉进入炉内着火前的准备阶段。随着煤粉温度的提高，其水分蒸发，挥发分析出进而形成焦炭。当达到着火点时，开始起焰着火。煤粉吸热，主要吸收烟气的对流热和火焰的辐射热。5-4煤粉燃烧及燃烧设备2．燃烧阶段当煤粉气流温度升高至着火点时，首先是挥发分着火燃烧，所放出的热量直接加热焦炭，使焦炭也迅速着火燃烧，这是一个强烈的放热阶段。一次风量应满足挥发分燃烧的需要，而二次风量则用于满足焦炭燃烧所需要的空气。5-4煤粉燃烧及燃烧设备3．燃尽阶段燃烧阶段未燃尽而又被部分灰分所覆盖的少量焦炭，在这一阶段内继续燃烧，直至最后形成灰渣。5-4煤粉燃烧及燃烧设备二、过量空气系数1kg收到基燃料完全燃烧而又无剩余氧存在时，所需要的空气量称为理论空气量。实际送入炉膛的空气量要大于其理论空气量。实际空气量与理论空气量的比值称为过量空气系数。过量空气系数的大小反映了空气与燃料的配比情况。使锅炉总损失最小时的数值，值称为最佳过量空气系数。对于煤粉炉，炉膛出口处的过量空气系数一般控制在1.15～1.25范围5-4煤粉燃烧及燃烧设备三、分级燃烧的概念分级燃烧即为分段送入空气，在燃料开始着火燃烧时，先送入较少空气量，即使al；其余空气则在初始燃烧区以外送入，以保证总风量。这样，一方面由于初始燃烧区内氧气不足，从而减少NO的生成量；另一方面由于燃烧过程的减弱，炉膛燃烧的温度水平适当降低，也能抑制NO的生成。采用分级燃饶就可以降低NO的生成。5-4煤粉燃烧及燃烧设备四、煤粉燃烧器燃烧器(或喷燃器)的作用是，将所需燃用的煤粉气流和热风，即一、二次风、三次风(当采用热风送粉时)送入炉膛，并且使一、二次风适时良好地混合，保证燃料迅速着火、燃烧及燃尽，使火焰充满整个炉膛。同时将燃烧时生成的有害气体，如NO等控制在最低水平，并防止在炉膛内产生严重结渣或高温腐蚀等。5-4煤粉燃烧及燃烧设备煤粉燃烧器一般可分为旋流式和直流式两大类。旋流式(也称圆形)燃烧器一般分多层(2～4层)，布置在炉膛的前墙或前、后墙上，其出口的一、二次风或单独二次风呈不同程度的旋转，使煤粉气流得到迅速加热，满足稳定着火的需要。直流式一般布置在炉膛的四角，可使四股气流的中心线相切与炉膛的中心的一个某一直径的假象切圆，使总气流再炉膛内旋转，形成旋转火炬，故称为四角布置切圆燃烧。5-4煤粉燃烧及燃烧设备锅炉受热面一般有1.汽水系统受热面省煤器----给水的预热水冷壁----给水的蒸发过热器----给水的过热再热器----给水的再热2.加热空气的受热面空气预热器5-5锅炉受热面一、水冷壁和水循环水冷壁是锅炉的蒸发受热面。构成水冷壁的管子紧贴在炉膛四面墙的内壁上，直接接受火焰和烟气的辐射热。管内流动的饱和水受热后沸腾，部分生成饱和蒸汽。5-5锅炉受热面自然循环锅炉：利用工质密度差所产生的推动力，使水及汽水混合物在水循环回路中不断流动。原理：水冷壁的汽水混合物，密度小于下降管内饱和水的密度，在下联箱两侧产生压力差，在此压力差的作用下，上升管的汽水混合物向上流动并进入汽包，在汽包内通过汽水分离装置分离出来的饱和蒸汽引出到过热器，而分离出的水与省煤器来的给水混合后，又经下降管进入水冷壁重复上述循环。5-5锅炉受热面自然循环锅炉示意图1．自然循环锅炉的水冷壁它是由布置在炉顶的汽包、炉外不受热的下降管和炉内受热的上升管、即水冷壁管共同组成的汽水流动封闭通道，用以完成锅水的蒸发任务。5-5锅炉受热面2．控制循环锅炉的水冷壁控制循环锅炉又称为多次强制循环锅炉。在水循环回路中加装有锅水循环泵。在锅炉的水循环系统中，除了汽水密度差所产生的运动压头之外，主要是利用循环泵所提供的运动压头来克服回路中的流动阻力，维持水及汽水混合物的循环流动。控制循环锅炉一般用于亚临界压力锅炉较多。5-5锅炉受热面强制循环锅炉示意图3．直流锅炉的水冷壁直流锅炉又称为一次强制循环锅炉。它最明显的结构特点是没有汽包。进入锅炉的给水在给水泵压头的作用下，强制顺序地流过省煤器、水冷壁、过热器，一次就将给水全部变为过热蒸汽。可以认为直流锅炉的循环倍率为1。直流锅炉一般多在亚临界压力及以上时采用。5-5锅炉受热面4．汽包汽包是布置在炉顶不受热的厚壁筒体容器。主要作用是：与下降管、水冷壁等构成水循环系统；接受省煤器来的给水，并向过热器输送饱和蒸汽；适应负荷的骤然变化，利于锅炉的运行调节；通过汽包内部汽水分离旋风筒，进行汽水混和物的分离；利用省煤器来的给水清洗蒸汽，降低蒸汽的含盐量，以输出洁净的饱和蒸汽。汽包中还有连续排污装置，以降低炉水中的含盐量。5-5锅炉受热面5-5锅炉受热面二、过热器过热器是锅炉的过热受热面，其作用是将汽包引出的饱和蒸汽加热成为具有一定