锅炉运行培训教材

1,北京京能热电股份有限公司技术交流会锅炉运行华北电力科学研究院锅炉所,2,主要思路,1.总论2.燃料3.燃烧4.减少结焦性5.防止高温腐蚀6.空预器防堵灰及低温腐蚀7.降低污染物排放8.风量控制9.风机运行10.制粉系统运行,11.经济运行12.其它问题,3,第一部分总论,4,1锅炉组成与特点,1、锅炉由“锅”、“炉”与辅机三大部分组成；2、“锅”主要完成组织汽水流程，要求可以承温、承压、无泄漏；3、“炉”完成燃料化学反应的场所，要求能够按人们的预想完成燃烧过程；4、“锅”与“炉”通过传热耦合起来，是“水火两重天，水火要相容”，因此，工作环境恶劣，电厂中大部分的故障都出在锅炉上。5、辅机是维持锅炉正常运行的工具，辅机是消耗品，是预付款，但这种消耗需要精心策划，才能即满足锅炉运行要求，又达到节省的目的。6、锅炉涉及到燃料、燃烧、传热及汽水循环特性等很多环节，为典型的“多输入多输入”的多变量环节，各个环节中的耦合性、非线性很强；,5,运行要求,1、把化学能最高限度的转化成工质携带的热能（锅炉效率）；2、产生蒸汽品质高（温度、压力、流量）3、产生最少的污染物。4、保证锅炉主辅设备的安全；5、锅炉辅机消耗最小；6、各种要求间存在矛盾。,6,给我们的挑战,、了解我们的设备；、了解我们的燃料；、了解燃烧过程；、了解传热过程；、了解辅机的运行特点；、通过适当的调整，达到多种目的的统一。,7,资料来源,8,第二部分，燃料,9,燃料的组成,煤的组成很复杂，一般认为它是由可燃物质及一些灰分、水分组成的混合物，存在数十种元素对煤质影响最大的子种元素是是碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S），其存在形式与数量是影响锅炉燃烧特性、污染物排放的主要影响因素。,10,碳元素,碳元素是组成煤的主要成分，主要以高分子有机可燃物质与少量碳以碳酸盐类矿物的形式存在。可燃碳的存在形式又分两部分：一部分与氢、氧、氮和硫结合成挥发性有机化合物，其燃点较低；其余呈单质状态的为固定碳，其燃点较高，不容易着火和燃尽。碳是煤中含量最多的可燃元素，发热量大，每kg纯碳的发热量为32.710kJ/kg，是煤发热量的主要来源。,11,氢元素,氢是煤中发热量最高的物质，主要以挥发分的形式存在。煤中氢的含量较少，一般约36%左右，但其完全燃烧时发热量很高，为120103KJ/kg，燃点低，容易着火，因此，氢元素对于煤的燃烧特性影响很大。,12,氧元素,氧是煤中第三个重要的组成元素，以有机和无机两种状态存在。有机氧主要存在于含氧官能团，如羧基(-COOH)，羟基(-OH)和甲氧基（-OCH3)等中；无机氧主要存在于硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐和氧化物灰分等。因为有机氧元素会在受热分解时成为挥发分的成分，减少了与可燃物质的氧化反应所用的时间，使挥发分的燃烧更为集中，所以有机氧含量高的煤着火更加容易。,13,氮与硫,4氮元素煤中氮是不可燃物质，一般含量较少，氮是煤中唯一的完全以有机状态存在的元素。在高温条件下极易生成污染大气的NOx，因此，被视为有害元素。5硫元素煤中的硫常以三种形式存在，即有机硫、硫化铁硫、硫酸盐硫，前两种可燃称为可燃硫，后一种归入灰分称为固定硫，一般在计算空气量时可近似用全硫分来代替可燃硫。硫虽然在燃烧时也放出热量，但其燃烧产物SO2和SO3会造成锅炉金属的腐蚀并污染大气。,14,煤的指标,1水分煤中的水分在自然干燥条件下失去的部分称为外部水分，而剩余部分称为内部水分，两部分之和称为全水分。水分高会使炉内温度下降，影响燃料的着火，并增大排烟热损失，也会加剧尾部受热面的腐蚀和堵灰，影响到制粉系统的出力。2灰分灰分高使单位燃料量的发热量减少，而且影响燃料的着火和燃尽，也是造成锅炉受热面积灰、结渣、磨损的主要因素。根据煤灰含量以及它的诸如熔点、粘度、导电性和化学组成等特性来预测燃烧和气化中可能出现的腐蚀、沾污、结渣问题，并据此进行炉型选择和煤灰渣利用研究。,15,煤指标,3挥发分挥发分是国际煤炭分类方案中最重要的分类指标，挥发分的含量决定了燃烧设备的类型与燃烧方式及相应的煤存贮方式，如燃用极高挥发分的烟煤、褐煤，制粉系统防爆、防止烧皮带、煤堆防自燃及燃烧器防烧损是最主要要考虑的范围，而燃用低挥发分的无烟煤、贫煤，首要任务是稳燃与燃烬。中、高挥发分的煤是对于锅炉良好运行最适宜的煤。4固定碳固定碳是煤炭分类、燃烧和焦化中的一项重要指标，煤的固定碳随变质程度的加深而增加。在煤的燃烧中，利用固定碳来计算燃烧设备的效率；在炼焦工业中，根据它来预计焦炭的产率。,16,煤指标,5煤的发热量煤的发热量是指单位质量的煤在完全燃烧时放出的全部热量。当发热量中包括煤燃烧后所产生的水蒸汽凝结放出的汽化潜热时，称为高位发热量，用Qar，gr表示。当发热量中不包括水蒸汽凝结放出的汽化潜热时，称为低位发热量，用Qar，net表示。高位发热量与低位发热量之间的关系为：Qar，net=Qar，gr-206Har-23Mar煤的高位发热量可由氧弹式量热仪先测得弹筒发热量Qad，b，再由公式换算得到。,17,煤指标,6煤的折算成分：除以挥发分、水分、灰分、发热量以外，水分、灰分、硫分这“三分”被认为是废物，其量大小决定着煤品质的高低。工业中采用把它们折算到1kcal发热量基准下进行比较，称为煤的折算成分。煤中的Mar，zs8%时称为高水分煤；当Aar，zs4%时称为高灰分煤；当Sar，zs0.2%时，称为高硫分煤。7标准煤为准确比较煤的消耗，采用收到基发热量为29270KJ/kg（7000Kcal/kg）的煤为标准。,18,煤分类,我国煤的分类方法是采用表征煤化程度的干燥无灰基挥发分Vdaf作为分类指标，一般，Vdaf10%为无烟煤；Vdaf37%为褐煤；它们之间为贫煤和烟煤。无烟煤是煤化程度最深的煤，它有明亮的黑色光泽，硬度高不易研磨，含碳量很高（Cdaf90%），杂质少而发热量较高，大致为2100025000KJ/kg，但由于挥发分含量（Vdaf10%）较低，难以点燃，燃烧特性差，着火温度高，火焰较短，燃尽也较困难。,19,煤分类,烟煤具有中等的煤化程度，它的挥发分含量较高（10%Vdaf37%），水分和灰分也较少，发热量也较高，容易着火和燃尽。烟煤中有一较差的分支称为贫煤（10%1350时,结渣危险性小；灰熔点在氧化性气氛会提高100150；Al2O3是增高灰熔点的主要成分，当其20%时，一般ST1250，当30%时，ST1350，当45%时，ST1400；SiO2也是增高灰熔点的主要成分，但它能与灰中其它组分共熔使熔点降低，SiO2在40-60%之间，SiO2的增减对ST无明显影响。Fe2O3含量高，色红灰熔融性越低，红色较明显的一般ST78.8时，不存在结渣；66.1V204+0V204+1/20-V205V205+S02+02-V205+S03+O当灰中的钒-钠比(V205Na20)为35时，灰熔点降低，高温腐蚀速度最快；发生腐蚀的壁温范围为590650，通常只在高温过热器和高温再热器上发生。,49,煤质特性、管壁温度和燃烧工况组织等三个方面；磨损与高温腐蚀相伴而行；还原性气氛回导致灰粉熔点的下降和灰沉积过程的加快，以及H2S含量的猛烈增加，从而引起受热面的结渣，加速硫化物腐蚀。通过合理的燃料管理、运行管理对改变和预防高温腐蚀有一定的作用。燃料通过按发热量及含硫量两个因素掺配煤，可以大大减少硫腐蚀的问题。而运行管理中，保证合理的煤粉细度、不产生还原性气氛及合理的配风，则可以很大程度上影响锅炉的高温腐蚀。采用低氧燃烧技术来降低烟气中S03和V205含量。试验表明，当过量空气系数小于1.05时，烟气中的V205含量迅速下降，并且温度越高，降低过量空气系数对减少V205含量的效果越显著。,50,第六部分空预器防堵灰及低温腐蚀,51,烟气露点,烟气中蒸汽开始凝结的温度称烟气露点。当烟气中的硫酸蒸气浓度为零时，烟气露点即为水露点。即使煤中水分很高，水露点的数值也不会超过60，很难使凝结出现。但只要在烟气中含有硫酸蒸气，哪怕含量极微(通常只不过十万分之几)，也会使烟气露点大大提高。,52,低温与堵灰腐蚀的原因,无论那种因素的堵灰，都是因为空预器受热面表面有水存在，可以把灰粘住；空预器表面的水有四种来源：吹灰器带入的水、暖风器漏水、烟气结露及空气侧结露。脱硝产生的碳酸氢铵也是产生灰粘结的主要原因。当锅炉的受热面金属温度低于烟气露点时，受热面上将有液态H2S04产生，它不仅会腐蚀金属，而且会粘结在烟气中的飞灰上，然后沉积在潮湿的受热面上，从而造成堵灰。,53,低温腐蚀,硫酸对金属的腐蚀速度与受热面上凝结下来的硫酸量、硫酸的浓度、壁温和材质等有关。受热面上凝结的酸量越多，腐蚀速度越快，但当酸量足够多时，对腐蚀速度的影响减弱。腐蚀处金属壁温越高，反应越快，腐蚀速度亦高。硫酸浓度与腐蚀之间关系较大。随着硫酸浓度增加，腐蚀速度增大，当达到55时，腐蚀速度最大，超过这一浓度后，腐蚀速度急剧下降，到60以上时，腐蚀作用很轻微。,54,减少烟气中的的SO3，以降低烟气露点和减少H2SO4的凝结量。提高空气预热器冷端的壁温，使之在高于烟气露点下运行。空气预热器冷端采用耐磨蚀的不锈钢、考登钢、陶瓷等材料作为换热元件正确进行吹灰,吹灰时充分疏水循环流化床锅炉上使用炉内加石灰石脱硫,55,第七部分降低污染物排放,56,6降低污染物排放,降低污染物排放主要是降低NOx的排放，是燃烧调整一个重要方向；据NO的生成机理，NOx又分为热力型NOx，燃料型NOx与快速型NOx，锅炉排放的主要是燃烧型NOx，燃烧调整试验主要是配合低NOx燃烧技术，最大程度的降低燃料型NOx，达到降低NOx排放量。,57,6.1热力型NOx的特点,燃烧空气中的氮气在高温下氧化而成温度是决定性因素,温度低于1500时，几乎不能生成,超过1500时，温度每增加100，反应速率增加一倍。热力型NOx的主要成分是NO。氧气浓度，停留时间是另一个决定因素降低燃烧温度，避免局部高温区；缩短烟气在炉内高温区停留时间；降低烟气中氧的浓度，便燃烧高温区偏离理论空气量的条件。,58,6.2燃料型NOx的特点,煤中氮与碳氢化合物结合成环状化合物或链状化合物，在燃烧氧化合成NOx来源为挥发分型NOx与焦碳型NOx,前者为主要来源，占6080。燃料中的N不会全部转化成为NOx。,59,6.2.1挥发分型NOx特点,挥发分中的N是以HCN与NH3型式出现，它们即是NOx的生成源，也是其还原剂，最终生成挥发分性NOx的原因是生成速度大于还原速度；主要取决于燃料中的含N量，但是相同含N量的水平上，挥发分越多，其携带的N原子越多，产生的挥发分型NOx越多；600800的着火阶段就已经产生，与温度的关系不大，但是如果温度明显高，会使挥发分析出的量增加，携带的N原子越多，产生的更多挥发分型NOx；挥发分燃烧期间O浓度越大，产生的挥发分型NOx越多；挥发分与氧气反应的速度越快，可以迅速的减少氧气的浓度，导致挥发分型NOx减少；NOx中主要来源，占6080。,60,6.2.2焦碳型NOx特点,1）焦碳中的N与O反应的活化能比C与O反应的活化能大，所以，焦碳型NOx主要是在燃烧的尾部进行的；2）焦碳型NOx不易控制。3）占总量的2040。4）O浓度大，反应时间长，温度高，焦碳性NOx生成量大。5）无烟煤等挥发分少的煤，NOx以焦碳型NOx为主，因而也难以控制。,61,6.2.3燃料型NOx的控制,控制着火初期挥发分型NOx的生成。,62,6.4低NOx燃烧技术,1）低过量空气燃烧；2）局部欠氧燃烧技术（空气分级燃烧技术）2.1垂直空气分级燃烧技术；2.2水平空气分级燃烧技术；3）燃料分级燃烧4）大部分与燃烧器改造有关系5）主要控制热力型与挥发分燃料型NOx,63,第八部分风量的控制,64,目标,）锅炉运行时刻都应当维持燃料量与风量的平衡，才能经济安全的运行。）风量控制比较合适，正常稳定燃烧现象，火焰为光亮的金黄色，火色稳定，火焰中没有明显的星点（有星点可能是煤粉分离现象，此外炉膛温度过低或煤粉太粗时也会有星点）从烟囱中排出的烟色呈浅灰色。）如果火焰炽白刺眼，表明风量偏大，着火太集中；）如果火焰暗红不稳，则可能：风量偏小燃烧不稳；送风量太大或漏风严重，致使炉膛温度大大降低。煤粉太粗或不均匀；煤的水分或挥发分低时，火焰发黄无力；煤的灰分高时火焰易闪动等等。,65,燃料风量调节,当负荷增加时，先开大一次风的进风挡板，增加磨煤机的通风量，以利用磨煤机内的存煤量作为增加负荷的缓冲调节，然后再增加给煤量，同时开大二次风量。相反，当负荷降低时，则应是先减少给煤量，然后降低磨煤机的通风量。这样调节可避免出粉量和燃烧工况的骤然变化，还可减少调节过程中的石子煤量和防止堵磨。由于制粉系统的滞后总是大于风烟系统的滞后，所以要求制粉系统对负荷的响应提前一些。运行人员要掌握从给煤机开始调节到燃烧器出口煤粉量发生变化的时间，以及从送风机的风量开始调节到燃烧器风量开始变化的时差，根据这一时间差来操作，尽可能使燃烧器出口的风量与煤量同时改变。在调节给煤量和风机风量时，应注意监视辅机的电流变化、挡板开度指示、风压以及有关参数的变化，防止电流超限和堵塞煤粉管等异常情况的发生。,66,送风量的调节,进入炉膛的总风量由组织的燃烧风量（一次风、二次风、三次风、中心风和过燃风）与漏风构成，当漏风很大时，风量调节的副度变小，排烟温度升高。当外界负荷变化而需调节锅炉出力时，随着燃料量的改变，送风量也需要做相应的调节，送风量的调节依据主要是炉膛氧量。当风量大时，O2表指示值高；风量不足时，则O2值低，火焰末端发暗，烟气中含一氧化碳(CO)，烟囱冒黑烟。送风机基本上都采用动叶可调整的轴流风机，因此，风量调节一般是通过电动执行机构来改变送风机动叶片角度来实现的。当两台风机都运行，需要调节送风量时，一般应同时改变两台风机动叶片装置角的角度，以使风道两侧的空气流动工况均匀。在改变风量的操作中，应注意观察电流、风压、炉膛负压值以及O2表指示值的变化，以判断是否达到调节的目的。当锅炉在高负荷情况下，应特别注意防止电流超限，以免影响设备的安全运行。当在大范围变工况运行时，要注意风机不要靠近失速区运行，运行人员调整时应根据经验尽量避开。,67,炉膛负压,炉膛风压的测点通常是设置在炉膛上部靠近炉顶的出口处。对于负压燃烧的锅炉，正常运行是要求炉膛风压保持一定的负压。如果炉膛负压过大，将会增加炉膛烟道的漏风，造成不良后果，尤其是炉膛在低负荷下运行、燃烧不稳的情况下，很可能因从炉膛底部漏入大量冷风而造成炉膛灭火。反之，若炉膛风压偏正，则炉膛内的高温火焰及烟灰就要向外冒，这不但会影响卫生，烧损设备，还可能会造成人身事故。当炉膛的燃烧系统发生异常情况或故障时，最先反映出来的就是炉膛负压的变化。例如锅炉灭火，从参数变化上首先反映出的现象是炉膛风压的急剧波动并骤降到底，然后才是蒸汽流量、温度等指示的变化。运行中必须监视好炉膛风压，并按着不同的变化情况作出正确的判断，据此再及时进行必要的调节和处理，以使炉膛风压的数值维持在规定的范围内。,68,引风量的控制,炉膛内的风压由送风量、燃料量与引风量共同维持，由于前两者主要由负荷决定，实际上炉膛负压由引风量控制。引风调节系统一般以炉膛负压作主要输入信号，把送风量作为前馈信号引入，作为辅助调节对象，这样，当送风调节系统动作或炉膛负压偏离给定值再动作，引风机就开始调节，使炉膛负压基本不变。正常运行的锅炉，各种负荷、煤种、风机的开度与负压有一定的关系，如果这样的关系发生明显变化，要查明原因，如可能是发生了空预器堵灰或是结渣等。,69,第九部分风机运行,70,风机调节,风机的工作状况将随锅炉的负荷变化而变化，以适应不同负荷时锅炉对风量的实际需要。调节内容包括风压与风量两个参数。轴流式送风机目前普遍采用动叶调节的调节方式，在很宽的范围内经济性和安全性均较好。离心式风机、静叶可调式引风机一般采用入口挡板或入口导叶来进行调节，其特点是低负荷时效率下降较快，特别是离心式一次风机。目前多改用变频器调节。通过变频器调节风机转速来调节风机出力，适应负荷变化，达到节能降耗目的。,71,两台风机的并列运行