现代电站锅炉五星课件.ppt

现代电站锅炉,现代电站锅炉,第一章绪论第三章燃烧过程的基本理论第五章蒸发设备与水冷壁第七章省煤器与空气预热器,第二章燃料、制粉设备及系统第四章煤粉炉燃烧设备第六章过热器、再热器及蒸汽系统第八章锅炉本体的设计与布置,电站煤粉锅炉机组的构成锅炉机组的工作过程锅炉参数及类型锅炉技术、经济性指标电厂锅炉发展趋势思考题,第一章绪论,锅炉的作用,锅炉是利用燃料的热能或工业生产中的余热，将工质加热到一定温度和压力的换热设备。在锅炉内实现下叙过程,电站锅炉是火力发电厂三大主机之一，又称为蒸汽发生器。火力发电厂能量转换的基本过程,1/4,锅,炉,锅炉本体,辅助设备,锅炉机组,电站煤粉锅炉机组组成,2/4,电站煤粉锅炉的构成,1-原煤斗;2-给煤机;3-磨煤机;4-汽包;5-高温过热器;6-屏式过热器;7-下降管;8-炉膛水冷壁;9-燃烧器;10-下联箱;11-低温过热器;12-再热器;13-再热蒸汽出口;14-再热蒸汽入口;15-省煤器;16-给水;17-空气预热器18-排粉风机;19-排渣装置;20-送风机;21-除尘器;22-引风机;23-烟囱,3/4,电站煤粉锅炉的构成,4/4,煤、风、烟系统,1/2,汽、水系统,2/2,锅炉参数,额定蒸发量在额定蒸汽参数，额定给水温度和使用设计燃料，保证热效率时所规定的蒸发量，单位为t/h（或kg/s）,1/5,最大连续蒸发量（大型锅炉）在额定蒸汽参数，额定给水温度和使用设计燃料，长期连续运行所能达到的最大蒸发量，单位为t/h（或kg/s）,蒸汽锅炉额定蒸汽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，额定蒸汽压力（对应规定的给水压力），单位是Mpa；额定蒸汽温度（对应额定蒸汽压力和额定给水温度），单位是0C。,我国电站锅炉参数、容量系列,2/5,锅炉类型,锅炉用途电站锅炉、工业锅炉（热水锅炉）,锅炉参数低压、中压、高压、超高压、亚临界压力、超临界压力、超超临界压力锅炉,层燃炉室燃炉硫化床炉,锅炉燃烧方式,3/5,锅炉类型,锅炉蒸发受热面中工质流动方式,自然循环汽包锅炉具有汽包，利用下降管和上升管中工质密度差产生工质循环,强制循环具有汽包和循环泵，利用循环回路中工质密度差和循环泵压头工质循环,4/5,锅炉类型,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,低倍率循环锅炉无汽包，具有汽水分离器和再循环泵，主要靠再循环泵实现工质再循环,5/5,锅炉机组经济性指标,1/3,热效率（90%）净效率燃烧效率式中Q1锅炉有效利用热，kJ/kg；Qr锅炉在单位时间内所消耗燃料的输入热量,kJ/kg；锅炉机组自身所需的热量，kJ/kg；锅炉机组自身电耗对应的热量，kJ/kg；、锅炉化学、机械未完全燃烧热损失，%,锅炉连续运行小时数（5000）锅炉在两次检修之间的运行小时数,2/3,锅炉可用率（约90%）（总运行小时数+总备用小时数）/统计期间总小时数（一年）,锅炉的事故率（约1%）锅炉总事故停炉小时数/（总运行小时数+事故停炉小时数）,锅炉机组安全性指标,火力发电厂锅炉烟尘及有害气体最高允许排放浓度,本标准实用于：第三时段（2004.1.1起新建火电厂）火电厂两控区（SO2排放大或酸雨严重地区）及入炉煤Q12550的火电厂,3/3,电站锅炉发展趋势,加快发展大容量、高参数机组大容量、高参数机组可适应生产发展的需要，电站热效率高，基建投资、设备和运行费用降低,1/1,强化煤电环境保护，发展洁净燃煤技术燃煤的燃气-蒸汽联合循环(燃煤硫化床燃烧联合循环及整体煤气化联合循环）和超临界压力蒸汽循环可满足燃煤、高效、低污染要求,提高运行可靠性和灵活性锅炉的可靠性涉及到设计、设备制造、运行维护和生产管理等各个方面运行灵活性要求大力发展中间负荷机组，适应电网调峰需要,同时考虑因燃用劣质煤带来的不利影响（结渣、积灰、磨损、腐蚀），提高锅炉煤种的适应性。提高机组的监控水平,思考题,锅炉的受热面及作用锅炉的主要系统按锅炉燃烧方式及蒸发受热面中工貭的流动方式来分，锅炉的类型锅炉的额定蒸发量及最大连续蒸发量锅炉的热效率及安全性指标,1/1,煤的常规特性及对锅炉工作的影响煤的分类煤粉特性制粉设备与系统思考题,第二章燃料、制粉设备及系统,煤的工业分析成分水分(M)、灰分(A)、挥发分(V)、固定碳(FC),煤的组成特性,煤的元素分析成分碳(C)、氢(H)、硫(S)、氧(0)、氮(N),可燃元素C（固定碳和挥发分中的C）、H、S（可燃硫和硫酸盐硫）不可燃元素（内部杂质）O、N不可燃成分（外部杂质）M（内、外）、A可燃气体挥发份煤中的氢、氧、氮、硫与部分碳所组成的有机化合物加热后分解,形成气体挥发出来,1/12,煤的成分基准,收到基（ar）（原应用基y）以入炉煤（包括煤的全部成分）为基准空气干燥基（ad）（原分析基f）以风干状态煤（除外部水分）为基准干燥基（d）（原干燥基g）以去掉全部水分煤为基准干燥无灰基（daf）（原可燃基r）以去掉全部水分及灰分煤为基准,2/12,煤成分基准间的换算,3/12,煤的成分基准换算系数,表2-1,4/12,煤的发热量,煤的发热量（kJ/kg)单位质量的煤完全燃烧时所释放的热量,低位发热量（Qnet）烟气中的水蒸汽在锅炉中一般不会凝结，形成水蒸汽所吸收的汽化潜热无法被利用，使煤的发热量降低，降低后的发热量称为低位发热量。低位发热量（燃料在锅炉中的实际发热量）小于高位发热量,高位发热量(Qgr)煤的理论发热量，由实验测得的弹筒发热量（Qb）减去校正值确定（式2-10）,5/12,干燥基高、低位发热量之间的换算式中r水的汽化潜热，通常取r=2510kJ/kg,收到基高、低位发热量之间的换算,高、低发热量间的换算,6/12,发热量各基准间的换算,高位发热量(Qgr)各基准间的换算采用上述换算系数,低位发热量(Qnet)各基准间的换算分三步进行已知基准的Qnet已知基准的Qgr(式2-12等)已知基准的Qgr所求基准的Qgr(采用上述换算系数)所求基准的Qgr所求基准的Qnet(式2-12等),7/12,发热量相关值,标准煤收到基低位发热量为29270kJ/kg的燃料为标准煤标准煤耗量式中、分别为标准煤耗量与实际煤耗量,8/12,煤的灰分特性用灰熔点表示，煤灰的角锥法确定灰的变形温度DT（原t1）灰的软化温度ST（原t2）灰的流动温度FT（原t3）,煤的灰分特性,灰分特性影响因素煤灰的化学组成煤灰中酸性氧化物使灰熔点提高；碱性氧化物使灰熔点降低煤灰周围高温介质的性质氧化性介质中，灰熔点较高；还原性介质中，灰熔点较低,9/12,煤的灰熔点越低，越容易结渣,煤中V对锅炉工作的影响,挥发分VV的含量代表了煤的地质年龄，地质年龄越短，煤的碳化程度越浅，煤中的气体挥发越少V含量越多，煤的着火温度低，易着火燃烧V多，V挥发使煤的孔隙多，反应表面积大，反应速度加快V多，煤中难燃的固定碳含量便少，煤易于燃尽V多，V着火燃烧造成高温，有利于碳的着火、燃烧,10/12,煤中M、A对锅炉工作的影响,水分M、灰分AM、A高，煤中可燃成分相对减少，煤的热值低M、A高，M蒸发、A熔融均要吸热，炉膛温度降低M、A高，增加着火热或包裹碳粒，使煤着火、燃烧与燃尽困难；M、A高，q2、q3、q4、q6增加，效率下降M、A高，过热器易超温M、A高，受热面腐蚀、堵灰、结渣及磨损加重M、A高，煤粉制备困难或增加能耗A高，造成大气和环境的污染,11/12,煤中C、S、ST对锅炉工作的影响,灰熔点（ST）灰分在熔融状态下粘结在锅炉受热面上造成结渣，危及锅炉运行的安全性和经济性。对于固态排渣炉，STTzh，燃烧反应就会自动进行,煤粉气流的熄火温度,Tzh、Txh是在一定测试条件下的相对特征值，Txh大于Tzh。强化着火的措施在散热条件不变的情况下，增加可燃混合物的初温、浓度和压力，加强放热在放热条件不变时，增加燃烧室的保温，减少放热,3/3,Tb=Tb2、强化散热，散热线与Q1交点4为不稳定平衡点，只要反应系统温度稍降低，Q1T0,W0C0T0,直流射流空气动力特性,卷吸量Q外边界卷吸的高温烟气量卷吸量大，煤粉气流吸收的热量多，着火条件好,3/4,显然，射流卷吸周围气体越多，射流轴向速度衰减较快直流湍流自由射流的卷吸量相对较小，而射程较大,射程L射流轴向速度w与射流初始速度w0的比值降低到某一不为零的数值（如0.05）时的截面与喷口间的距离射程反映轴向速度w沿射流运动方向衰减的程度，即射流对周围气体的穿透能力。射程大，煤粉气流后期混合好,W0C0T0,WH=0，CH=0，THT0,射流的刚度射流在有限空间内，抵抗外界干扰不发生偏离轴线的能力刚度不够，射流偏移到炉墙，可能引起结渣；偏向其他射流，会干扰其正常工作射流的初始动量越大，刚度越大,扩展角决定射流的形状及两相邻射流开始混合点，对煤粉气流着火和氧化剂的及时补充影响很大直流湍流自由射流的相对较小,直流射流空气动力特性,4/4,直流燃烧器均等配风,均等配风燃烧器一、二次风喷口相间布置，即在二个一次风喷口之间均等布置一个或二个二次风喷口，各二次风喷口的风量分配较均匀均等配风燃烧器一、二次风口间距较小，有利于一、二次风的较早混合，使一次风煤粉气流着火后能迅速获得足够的空气，达到完全燃烧,1/2,直流燃烧器的一、二、三次风分别由垂直布置的一组圆形或矩形的喷口以直流湍流自由射流的形式喷入炉膛。根据燃煤特性不同，一、二次风喷口的排列方式可分为均等配风和分级配风,均等配风适用于燃用高挥发分煤种，常称为烟煤、褐煤型配风方式,分级配风燃烧器一次风喷口相对集中布置，并靠近燃烧器的下部，二次风喷口则分层布置，一、二次风喷口间保持较大的距离，燃烧所需要的二次风分阶段送入燃烧的煤粉气流中，强化气流的后期混合，促使燃料燃烧与燃尽分级配风燃烧器一次风喷口高宽比大，卷吸量大；煤粉气流相对集中，火焰中心温度高，有利于低挥发分煤的着火、燃烧,直流燃烧器分级配风,2/2,分级配风适合于燃用低挥发分煤种或劣质煤，常称为无烟煤和贫煤配风方式,切圆燃烧方式直流燃烧器的布置炉膛四角或接近四角布置，四个角燃烧器出口气流的轴线与炉膛中心的假想圆相切，使气流在炉内强烈旋转,直流燃烧器四角布置切圆燃烧方式,1/3,切圆燃烧方式的特点煤粉气流吸热量大依靠本身外边界卷吸烟气、炉膛辐射热及来自上游邻角正在剧烈燃烧的火焰的冲击和加热。着火条件好火焰在炉内充满度较好，燃烧后期气流扰动较强有利于燃尽，煤种适应性强,一次风煤粉气流的偏斜,切圆燃烧方式实际气流并不能完全沿轴线方向前进，会出现一定的偏斜，严重时会导致燃烧器出口射流贴墙或冲墙。造成炉膛水冷壁结渣；炉膛出口较大的残余旋转会引起烟温和过热汽温偏差,邻角气流的横向推力四角射流的旋转动量矩。其中二次风射流动量矩起主要作用；一次风射流本身的动量（刚性）则是维持气流不偏斜的内在因素增加一次风动量或减少二次风动量，可减轻一次风射流的偏斜一次风速受着火条件限制；二次风速也不宜降低，否则减弱炉内气流的扰动一、二次风速推荐值见P80表5-5,2/3,炉膛的结构特性燃烧器射流两侧卷吸烟气形成负压，内侧（向火侧）夹角1大，且有上游邻角气流横扫过来，补气条件好外侧（背火侧）夹角2小，且需从射流较远处回流烟气或由射流上下两端来补气，补气条件差射流两侧因此出现压差，迫使射流偏向压力低的一侧,假想切圆直径dJX较大的dJX可使邻角火炬的高温烟气更易达到下角射流的根部，扰动更强烈，有利于煤粉气流着火、燃尽dJX过大，射流偏斜增大,一次风煤粉气流的偏斜,3/3,旋流燃烧器出口气流是一股绕燃烧器轴线旋转的旋转射流二次风射流均为旋转射流,一次风射流可以是旋转射流,也可以是直流射流,旋流射流空气动力特性,1/1,旋流燃烧器适用于含挥发分较高的煤种,卷吸量较大，扩展角较大旋流射流具有很高的切向速度和足够大的轴向速度，具有比直流射流大得多的扩展角，射流中心形成回流区，射流内、外同时卷吸炉内高温烟气，卷吸量大。早期湍动混合强烈,轴向速度衰减较快，射流射程较短后期扰动较弱,旋流强度n是表征射流旋转程度的特征参数，n越大，射流旋转程度越大,旋流燃烧器的类型,旋流燃烧器的一、二次风通过旋流器形成旋转射流，根据旋流器的结构不同，旋流燃烧器分为蜗壳式旋流燃烧器采用蜗壳作旋流器叶片式旋流燃烧器采用叶片作旋流器,1/3,旋流燃烧器的布置,旋流燃烧器前墙布置不受炉膛截面宽、深比限制，布置方便，与磨煤机联接煤粉管道短主气流上下两端形成明显的停滞旋涡区，炉膛火焰的充满程度较差，炉内火焰的扰动较差，不利于燃烧后期的扰动和混合,2/3,旋流燃烧器的布置,燃烧器前后墙或两侧墙布置两面墙上燃烧器喷出的火炬在炉膛中央互相撞击后，火焰大部分向炉膛上方运动，炉内的火焰充满程度较好，扰动性也较强若对冲的两个燃烧器负荷不相同，则炉内高温火焰将向一侧偏移，造成结渣,旋流燃烧器炉顶布置只在采用W火焰燃烧技术的较矮的下炉膛中才应用,3/3,煤粉火炬的稳燃技术,1/6,利用燃烧器的各种结构产生局部烟气的回流，增强对煤粉气流供热能力用饨体产生回流，如钝体燃烧器等；用速度差产生回流，如大速差同轴射流燃烧器；用叶片产生回流，如旋流预燃室；,采用各种方法使煤粉气流在进入炉膛之前进行浓缩分离浓相(0.81.2kg煤粉/kg空气)处于炉膛内的向火面，有利于着火和燃烧煤粉淡相(0.20.4kg煤粉/kg空气)处于水冷壁面，可减缓水冷壁遭受煤粉的冲刷磨损、高温腐蚀和结渣,钝体燃烧器,钝体燃烧器是在直流燃烧器靠近一次风喷口1出口处安装一个三角形的非流线形物体钝体2煤粉空气流经钝体后，在钝体后面产生一个较大的高温回流区3,2/6,在钝体的导流下，一次风射流的扩展角显著增大，射流外边界卷吸高温烟气的能力有所增加,2019/12/16,99,可编辑,高浓度煤粉的稳燃作用,3/6,提高煤粉化学反应速度减少煤粉气流的着火热，降低煤粉气流着火温度增加辐射吸热量降低污染物NOx的排放,WR煤粉燃烧器,煤粉气流通过管道弯头时，受离心力的作用分成浓淡两股，喷嘴中间的水平肋片将其保持到离开喷口以后的一段距离，形成煤粉浓淡偏差燃烧,4/6,煤粉喷嘴出口处的扩流锥，可在喷嘴出口形成一个稳定的回流区，将高温烟气不断回流到煤粉火炬的根部，以维持煤粉气流的稳着火,双调风旋流燃烧器,燃烧器的二次风通道分为两部分，一部分二次风进入燃烧器的内环形通道，另一部分二次风进入燃烧器的外环形通道,5/6,煤粉气流从下方经90的弯角进入燃烧器将煤粉气流浓谈分离,内二次风作引燃煤粉用内二次风经轴向叶片形成内层二次风旋转射流，将炉膛内的高温烟气卷吸到煤粉着火区，使得煤粉得到点燃和稳定燃烧,双调节旋流燃及烧器,外二次风用来补充已燃烧煤粉所需的空气，使之完全燃烧外二次风经切向叶片形成外层二次风旋转射流,6/6,双调风燃烧器就是指内、外二次风的可调。调节内、外二次风的导向叶片，可改变内、外二次风的流量比、旋转强度、二次风间、二次风与煤粉气流间的混合，从而可调节着火和火焰形状，既保证了煤粉的燃尽，同时在炉膛内实现分级送风燃烧，可遏制NOx的生成,W型火焰炉膛结构,1/1,W形火焰炉膛由下部的拱型着火炉膛（燃烧室）和上部的辐射炉膛（燃尽室）组成前者的深度比后者约大80120%,燃尽室前后墙向外扩展构成炉顶拱，并布置燃烧器（直流或旋流），煤粉气流和部分二次风从炉顶拱向下喷射，在燃烧室下部与二次风相遇后，再1800转弯向上流经燃尽室炉膛，形成W形火焰，,W型火焰燃烧方式的特点,1/2,煤粉气流着火条件好煤粉喷嘴出口处于燃烧中心炉顶拱的辐射传热可提供部分着火热燃烧器喷口向下，允许较低风速,较低的NOx生成量可采用浓淡燃烧器，且空气沿着火焰行程逐步加入，易实现分级配风，分段燃烧,燃烧效率高炉膛内的火焰行程长，增加了煤粉在炉内的停留时间,W型火焰燃烧方式的特点,减少飞灰磨损和环境污染火焰在下部着火炉膛底部转弯180向上流动时，可使烟气中部分飞灰分离出来,炉膛出口热偏差小上部炉膛深度小；气流在炉膛内不旋转，无残余扭转,有良好的负荷调节性能负荷变化时，着火炉膛火焰中心温度变化不大着火区水冷壁敷设卫燃带炉顶拱可减少对燃尽室的放热,2/2,卫燃带附近易结渣；管路布置复杂；成本高适用于无烟煤等低挥发分煤的燃烧,N0X、S0X的控制技术,影响NOx生成的主要因素温度燃烧过程中，温度越高，生成的NOx量越大过剩空气系数=1.11.2范围内，NOx的生成量最大，偏离这个范围NOx的生成量明显减少燃煤性质燃煤中的含N量越高，燃烧过程中转化为NOx也就越多,低NOx的燃烧技术主要有分级燃烧，再燃烧法，浓淡偏差燃烧，低氧燃烧和烟气再循环等硫的脱除技术主要有煤炭脱硫、燃烧过程脱硫和烟气脱硫对于电站锅炉设备，炉内喷钙脱硫是一种较简便的方法,1/5,（空气）分级燃烧,空气分级燃烧将燃烧所需的空气分两阶段从燃烧器送入第一级送入理论空气量的80%左右，使燃料在缺氧、富燃条件下燃烧，燃烧速度和炉膛温度降低，抑制NOx的生成第二级以二次风形式送入剩余空气，使燃料在空气过剩区域燃尽，空气量虽多，但火焰温度较低，生成的NOx也较少总的NOx生成量降低,2/5,（空气）分级燃烧的类型,燃烧室中的分级燃烧主燃烧器上部设燃尽风（OFA）空气喷口主燃烧器送入约80%的空气量（1），使燃料燃尽燃烧室沿高度分成富燃区和燃尽区,3/5,燃烧器分级燃烧二次风分两部分送入一部分二次风在煤粉着火后及时送入(1），形成了燃尽区，促进煤粉燃尽,再燃烧法（燃料分级）,炉内燃烧分成三个区域一次燃烧区（主燃烧区）(8085)%的燃料以正常过剩空气系数（1）配置空气进行燃烧，为氧化性或稍还原性气氛,4/5,再燃烧区（第二燃烧区）其余(2015)%的燃料以再燃燃料（二次燃料）的形式被喷入，形成富燃料（1）、还原性气氛。燃烧生成碳氢化合物基团，并与一次燃烧区内生成的NOX反应，NOX被还原为N2,燃尽区送入二次风（顶部燃尽风），保证燃料燃尽（1）,炉内喷钙脱硫,炉内钙基脱硫剂石灰石（CaCO3）石灰石进入炉膛后，受热分解的CaO和CO2，CaO与炉内SO2反应形成固体CaSO4，经除尘器脱除炉内脱硫剂送入方式从一次风或三次风喷口送入，脱硫剂在炉内停留的时间较长，有充分的反应时间，但炉内高温区会使部分已形成的CaSO4分解从炉膛出口附近送入，温度较适合CaO与SO2反应，生成的CaSO4也不会被分解，但反应时间较短，可导致反应减缓或终止,5/5,存在的主要问题烟气中含灰量增加，导致受热面沾污、结渣与磨损加重；灰中的钙与酸液反应生成不溶于水的CaSO4，造成空预器堵塞,思考题,燃烧器的种类及特点（直流均等配风、分级配风；旋流叶片式、蜗壳式）燃烧器的布置四角布置切园燃烧方式气流偏转原因与危害煤粉火炬稳燃技术WR燃烧器及双调风燃烧器的工作原理W型火焰锅炉的炉膛结构及特性低NOx技术锅炉分级燃烧的工作原理,1/1,第五章蒸发设备与水冷壁,自然循环锅炉蒸发设备与水冷壁水冷壁结构汽水混合物流型与传热自然循环的基本概念自然循环的可靠性自然循环锅炉水循环系统自然循环锅炉汽包与蒸汽的净化强制流动锅炉蒸发设备与水冷壁控制循环锅炉及水冷壁系统直流锅炉及水冷壁系统直流锅炉水动力特性思考题,水冷壁结构,1/1,水冷壁分光管壁、膜式壁两种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,弹状结构含汽率x增大，汽泡开始合并成弹状大汽泡，形成阻力较小的汽弹,1/3,两相流体的流动结构,泡状结构当汽水混合物中含汽率x较小时，蒸汽呈细小的汽泡，主要在管子中心部分向上运动,均匀受热汽水混合物在垂直管中作上升运动质量含汽率x不断变化，汽液两相间存在相对运动；产生汽泡趋中效应,柱状结构含汽率x继续增大，弹状汽泡汇合成汽柱并沿着管子中心流动，而水则成环状沿着管壁流动，形成汽柱状或称水膜环状流动结构,蒸发受热面中工貭处于泡状、弹状和柱状结构时，管壁能得到足够的冷却，保证安全运行,雾状结构当含汽率x再增大时，管壁上水膜变薄，汽流将水膜撕破或因蒸发使水膜部分或全部消失，形成的小水滴分布于蒸汽流中被带走，汽与水形成雾状混合物，称为雾状或液雾结构,两相流体的流动结构,2/3,蒸发受热面中工貭处于雾状结构时，管壁直接与蒸汽接触而得不到液体的足够冷却，对流放热系数2急剧下降，金属壁温tb急剧增加，造成管子过热而烧坏；或管壁交替地与水及蒸汽接触，产生较大热应力而损坏，安全性下降，这种热负荷不太高、但含汽率很高（液雾状），造成管子损坏的现象称为第二类传热恶化（蒸干）,两相流体的流动结构,汽水混合物在水平管中流动在浮力作用下，形成管子上部蒸汽偏多的不对称流动结构，流速减小，流动结构的不对称性增加，当流速小到一定程度时，形成分层流动。管子上部与蒸汽接触，管壁温度升高，可能过热损坏；在汽水分层的交界面处，由于汽水波动，可能产生疲劳损坏,3/3,汽水混合物流速愈小；含汽率愈大；管子的倾角愈小，汽水分层愈易发生。对自然循环锅炉，管子倾角应大于30，以防止发生分层流动,自然循环的基本概念,1/5,自然循环的基本概念,循环倍率K循环回路中水流量G与回路中产生的蒸汽量D之比，即1kg水全部变成蒸汽需在回路中循环多少次，是衡量锅炉水循环可靠性的指标之一,循环流速W0上升管开始沸腾处饱和水的流速式中：G工质的质量流量，kg/sF管组的内截面积，m2饱和水密度，kg/m3,2/5,自然循环特性,自然循环特性热负荷与循环流速之间的关系锅炉热负荷Q上升，蒸发量D上升，含汽率X上升，运动压头Syd上升，循环流速w0上升；但Q增加过大，流动阻力ps上升很快，又将导致循环流速w0下降,自补偿能力随锅炉热负荷Q(质量含汽率x)的增加，循环回路水流量G(循环水流速w0)相应增大的能力可避免管壁超温,3/5,自然循环特性,界限循环倍率Kjx对应自然循环失去自补偿能力（最高循环流速）时的循环倍率回路循环倍率K应大于界限循环倍率Kjx，对应的质量含汽率X应小于临界质量合汽车Xlj,界限循环倍率KjxK过小（x过大），将失去自补偿能力，发生传热恶化,造成管壁超温K过大（x过小)，运动压头太小，可能出现循环停滞等水循环故障,4/5,自然循环特性,界限循环倍率和推荐循环倍率锅炉压力(Mpa)3.925.8810.211.7613.7315.6916.6718.63锅炉蒸发量(t/h)35240160420400670800界限循环倍率Kjx10532.5推荐循环倍5/5,并联的上升管中，受热弱的管含汽率少，运动压头小，循环流速降低，可能发生循环异常,上升管循环停滞、自由水面和倒流,上升管引入汽包水空间当受热弱的管中水流量等于蒸发量，即G=D时，将出现循环停滞。水在受热管中缓慢流动，蒸汽在水中上浮上升管引入汽包汽空间发生循环停滞时管中工质无法到达上升管的最高点，出现自由水面。自由水面以下区域，产生少量蒸汽，以上的区域为缓慢流动的蒸汽,上升管引入汽包水空间当管组压差小于受热弱管子液柱重Hsg时，受热管中的水就自上往下流，称为倒流,1/8,循环停滞汽泡在缓慢流动的水中上浮时，积聚在管子弯头处；出现自由水面时，水面以上管壁与蒸汽接触；均使冷却能力下降，管子易超温爆管，自由水面上下波动，还会引起疲劳破坏,循环停滞、自由水面和倒流危害,倒流当水的倒流速度与汽泡上浮速度相等，即汽泡处于上、下波动状态而形成蒸汽塞时，会把管子烧坏,2/8,汽包中的水进入下降管时，因流阻产生压降使下降管进口处发生自汽化,下降管带汽与汽化,下降管进口截面上部形成涡漩漏斗状，蒸汽被吸入下降管中,汽包水容积内所含蒸汽被带入下降管中,下降管带汽或汽化，会使管中工质密度减小，运动压头下降，影响回路水循环,3/8,自然循环安全性检查,自然循环锅炉蒸发受热面金属安全工作的条件是保证管子内壁有连续水膜覆盖，使管壁得到充分的冷却受热最弱上升管不出现流动的停滞、倒流等水循环故障上升管不发生沸腾传热恶化下降管不出现带汽或汽化,自然循环锅炉在压力低于11MPa或受热管局部热负荷低于400kwm2时一般不会出现传热恶化，正常水力工况破坏是蒸发管过热的主要原因，即管壁经常或周期性地与停滞或缓慢流动的蒸汽接触，造成管壁超温,自然循环锅炉在超高压以上，尤其在亚临界压力以上，因含汽率较高，（锅炉容量增大，炉膛周界相对减小，水冷壁根数减少而长度增加），循环倍率较低，可能出现第二类传热恶化，必须采取相应措施,4/8,5/8,提高自然循环安全性措施,减小并联管子吸热不均保持炉内温度场均匀将整面水冷壁划分为若干个独立的循环回路采用四角布置燃烧器。运行中避免火焰偏斜；防止水冷壁管积灰和结渣；限制最小负荷，避免因部分燃烧器停用造成更大的吸热不均沿高度方向采用多个小功率燃烧器，避免局部热负荷过高,降低汽水导管和下降管中的流动阻力，提高循环流速和循环倍率可采用增加管子的流通截面、减少管子的长度和弯头等措施,水冷壁管采用适当的管径在一定负荷和工作压力下，随着的增大，W0X值升高。大容量锅炉水冷壁管出口含汽率X和循环流速W。都比较高，应采用大直径管，以降低含汽率,提高自然循环安全性措施,防止下降管带汽对高压以上锅炉，在下降管入口处加装十字板或栅格板,防止下降管进口自汽化下降管进口之上应保证一定的水柱高度，且水速不能过大,避免下降管带汽或自汽化,6/8,提高自然循环安全性措施,采用内螺纹管在管子内壁上开出单头或多头螺旋形槽道，工质在内螺纹管内流动时，发生强烈扰动，将水压向壁面并迫使汽泡脱离壁面被水带走，破坏汽膜层的形成，避免或推迟传热恶化的发生，使管内壁温度降低,7/8,提高自然循环安全性措施,8/8,600MW亚临界压力自然循环锅炉水循环系统（邹县电厂2020t/h）,大容量锅炉沿炉膛周界热负荷分布不均，造成水冷壁吸热不均。为提高水循环可靠性将水冷壁划分为若干独立的循环回路该锅炉根据炉膛水平截面热负荷分布曲线将水循环系统分成52个循环回路，前、后墙各有19个循环回路、两侧墙各有7个循环回路,1/3,该锅炉水循环系统由一个内径为1829mm的汽包，14根外径为406mm的下降管，155根外径为141mm的分散给水管，814根外径为76.2mm壁厚8.9mm的膜式水冷壁组成。前、后墙各有229根水冷壁管、两侧墙各有178根水冷壁管,P38,600MW亚临界压力自然循环锅炉水循环系统（邹县电厂2020t/h）,后水冷壁上部作成折焰角，其延伸有37根88.9mm后墙水冷壁悬吊管（NO.1垂帘管）和192根82.5mm后墙垂帘管（NO.2垂帘管，布置沿水平烟道底部、延伸至高温再热器后部，垂直布置）,水冷壁上部通过上集箱固定在支架上，下部则悬挂着下集箱，可自由膨胀,在四面墙的高热负荷区域采用了内螺纹管，以保证水冷壁工作的安全性,2/3,P38,折焰角的作用,可改善对前、后屏的烟气冲刷特性，强化气流混合，增长烟气流程，提高传热效率提高炉膛上部前角烟气的充满度，使前、后屏吸热增加保护高温过热器不直接受到火焰的辐射，降低管壁温度由于离心力作用，使烟气中粒子从炉膛上部分离下来，减少对管子的磨损,3/3,蒸汽品质及对电站工作的影响,蒸汽的品质是指蒸汽中钠盐、硅酸、CO2、和NH3等杂质含量的多少,过热器杂质沉积在管子内壁形成盐垢，使蒸汽流通截面变小，流阻增加；传热减弱,管壁温度升高,1/9,蒸汽管道阀门可能引起阀门动作失灵、漏汽,汽轮机通流部分改变叶片型线，减少蒸汽流通面积，增加阻力，出力及效率降低；严重时，可造成调速机构卡涩、轴向力增大，破坏转子止推轴承；叶片结盐垢严重，还可能影响转子的平衡而造成重大事故,饱和蒸汽的机械携带,机械携带饱和蒸汽携带含盐浓度较大的锅水水滴,由于机械携带，蒸汽的含盐量式中为锅水含盐量，mgkg,机械携带量的多少取决于蒸汽的带水量及锅水含盐浓度。前者以蒸汽湿度表示，即蒸汽含水量占湿蒸汽重量的百分比,影响蒸汽带水的主要因素为锅炉负荷、锅炉工作压力、汽包蒸汽空间高度、锅水含盐量及汽包内部装置等,2/9,蒸汽的选择性携带,选择性携带饱和蒸汽具有直接溶解盐分的能力，即蒸汽溶盐，蒸汽对不同盐分的溶解能力不同，蒸汽的溶盐具有选择性,蒸汽对某种物质的溶解量用分配系数a来表示，分配系数a是指某物质溶解于蒸汽的量（mgkg）与该物质溶解于锅水中的量（mgkg）之比，即,3/9,大容量锅炉蒸汽的污染,4/9,汽水分离装置,汽水分离装置的主要工作原理是利用离心力作用及水、汽密度差,汽水分离装置主要有百叶窗分离器（波形板分离器）、汽水分离器,百叶窗分离器由很多平行波纹板组成，蒸汽与水平行反向或互相垂直流动,1-波形板；2-蒸汽流向；3-水膜流向,5/9,柱形筒式旋风分离器汽水混合物以一定的速度沿切线方向进入筒体，产生旋转，水滴由于离力作用被抛向筒壁，并沿筒壁流下，蒸汽则由中心上升,柱形筒体旋风分离器,溢流环装在圆筒顶部，以防贴筒水膜被上升汽流撕破重新使蒸汽带水,圆形底板位于筒底中心，底板周围的环形通道内装有倾斜导叶，使水稳定地流入汽包水容积中，以防止水向下排出时将蒸汽带出,波形板顶帽装在分离器的顶部，再次使汽水分离,6/9,涡轮式分离器汽水混合物由分离器底部轴向进入，固定式导向叶片产生的离心力使工质产生强烈旋转而分离，水被抛到内筒壁向上运动，通过集汽短管与内筒之间的环形截面流入疏水夹层，然后折向下流，进入汽包水容积；蒸汽则由筒体的中心部分上升经波形板分离器进入汽包蒸汽空间,1-梯形顶帽；2-百叶窗板；3-集汽短管；4-钩头；5-固定式导向叶片；6-芯子；7-外筒；8-内筒；9-疏水夹层；10-支撑螺栓,涡轮式旋风分离器,涡轮式分离器分离高效高，体积小；但阻力较大，常用于强制循环锅炉,7/9,蒸汽清洗,蒸汽清洗使蒸汽通过洁净的清洗水（一般为给水），利用清洗水与蒸汽含盐浓度差来降低蒸汽溶解携带的盐分,蒸汽清洗主要用于减少溶解性携带，也可减少蒸汽机械携带的盐分，因为经清洗的蒸汽带出的水为含盐浓度较低的清洁水，而不是锅水,大机组汽包的相对长度减少，加装清洗装置有困难；同时蒸汽溶解硅酸的分配系数随之增大，清洗装置效率明显下降亚临界压力汽包炉，主要靠改善给水条件来保证蒸汽品质，可不采用蒸汽清洗装置,8/9,排污,连续排污连续不断地从汽包中排出因水蒸发含盐量不断增大的部分锅水，代之以比较纯净的给水，以获得符合品质要求（含盐量和碱度保持在规定值内）的蒸汽连续排污应从锅水含盐量最大的部位（通常是汽包水容积靠近蒸发面处）引出,定期排污用以排除水中的沉渣、铁锈，以防这些杂质在水冷壁管中结垢和堵塞定期排污应从循环回路的最低位置，即沉淀物积聚最多的地方（如水冷壁下部联箱或大直径下降管底部）引出，间断进行,9/9,控制循环锅炉及特点,控制循环锅炉具有汽包，循环回路下降管系统增设循环泵，工质流动的动力为循环泵的压头和工质重位差,可采用小直径水冷壁，水冷壁可自由布置采用体积较小的高效分离器，可减小汽包直径工质质量流速较高，循环倍率较自然循环小，一般为35；循环稳定，不易出现循环异常，但可能出现流动不稳定、脉动等工质强制流动，可使各承压部件均匀受热或冷却，缩短锅炉启、仃时间,1/4,600MW亚临界压力控制循环锅炉水循环系统(北仑电厂2008t/h),给水经省煤器由汽包底部进入汽包7，与汽包中的锅水混合下降母管8循环泵进口联箱9进口短管10循环泵12出口截止逆止阀11出口短管13水冷壁环形下联箱（水包）1417水冷壁管,2/4,3/4,600MW亚临界参数控制循环锅炉汽包与内部装置(北仑电厂2008t/h),汽包采用上、下不等壁厚结构，汽包内壁设置弧形衬套，汽水混合物由上部进入汽包，沿弧形衬套向下流动，均匀加热汽包壁，可减少汽包上下壁温差及相应的热应力,下降管管座位于汽包底部，保证下降管入口上部有最大的水层高度，以防下降管进口处工质汽化；下降管入口处装有十字架，以消除大直径下降管进口产生漏斗形水面，防止蒸汽进入下降管，保证锅炉水循环的安全,600MW亚临界参数控制循环锅炉汽包与内部装置,涡轮式旋风分离器沿汽包长度方向分两排对称布置，对汽水混合物进行第一次粗分离,4/4,波形板干燥器在汽包顶部沿长度方向分前后两组呈倾斜的立式“V”形，进行第三次分离,立式波形板（又称顶帽）布置在分离器的顶部，进行第二次分离,汽水混合物经三次分离，水经疏水管引至汽包水容积，蒸汽通过顶部布置的多孔板进行均流，经饱和蒸汽引出管将蒸汽引至炉顶过热器,直流锅炉工作特点,加热、蒸发和过热受热面没有固定的界限，汽温变化大如在热负荷不变的情况下，减小给水量，开始沸腾点前移，加热水段长度L1缩小，蒸发段长度L2也缩小，锅炉受热管总长度不变，故过热段长度L3相对增大，过热汽温上升,无汽包，无下降管，水冷壁可采用小管径，耗钢少；但电耗相对较大；水冷壁可自由布置，适用于任何压力,1/9,直流锅炉没有汽包，给水在给水泵压头的作用下，顺序流过热水段、蒸发段和过热段受热面一次将给水全部变成过热蒸汽，蒸发区循环倍率K=1,设有专门的启动系统以便在启动时有足够的水量通过蒸发受热面，保护管壁不致被烧坏,直流锅炉工作特点,自动控制及调节系统要求较高直流锅炉水容量及蓄热能力小，对负荷变动较敏感；工质预热、蒸发和过热段间无固定界限，若燃料、给水比例失调，不能保证供给合格蒸汽,起动和停炉速度比较快直流锅炉没有厚壁的汽包，起动和停炉过程中锅炉各部分加热和冷却均匀,2/9,对给水品质的要求很高无汽包，不能进行蒸汽净化和排污,蒸发受热面可能出现不稳定、脉动、热偏差等流动异常危及锅炉安全运行,直流锅炉工作特点,管内沸腾传热恶化，管壁可能超温破坏直流锅炉蒸发管中水要从开始沸腾一直到完全蒸发，必然会发生沸腾传热恶化（蒸干），必须降低传热恶化时的管壁温度，而不是防止它的发生,3/9,主要措施有：提高工质质量流速，降低传热恶化时出现的壁温峰值但应避免流阻过大使流体在管内产生旋转流动，破坏汽膜边界层采用内螺纹管；加装扰流子降低受热面的热负荷，降低传热恶化时出现的壁温峰值沿高度方向采用多个小功率燃烧器，避免局部热负荷过高；减少炉内热偏差,螺旋管圈型水冷壁,直流锅炉水冷壁形式主要有螺旋管圈型和垂直上升管屏型,螺旋管圈型水冷壁由若干根水冷壁组成管带，沿炉膛四面倾斜上升，无水平段，各管带均匀地分布在炉膛四壁，任一高度上所有管带的受热几乎完全相同,螺旋管圈型水冷壁的特点炉膛四周热负荷不均不会增大工貭热偏差，热偏差较小可根据需要获得足够高的工质质量流速，可减轻传热恶化的影响,4/9,螺旋管圈型水冷壁,工质焓值较高的管段处在热负荷较低的炉膛上部，对防止管壁超温有利无下降管及中间联箱，金属耗量小缺点是大机组沿炉膛高度管带中各管之间热偏差较大，制造安装困难，工作量大，承重能力差，悬吊难,5/9,UP型垂直上升管屏水冷壁,UP型垂直上升管屏包括一次上升和上升-上升,一次上升型（a）给水一次流经全部四面墙水冷壁管屏，没有下降管，管屏沿高度分为上、中和下部三个辐射区，各区段之间设有混合器，用以消除平行管子间的热偏差系统简单，流动阻力小，可采用全悬吊结构，水力特性较为稳定,上升-上升型（b）炉膛下部高热负荷区域布置两个串联回路，用于提高管内工质质量流速以避免流动异常和传热恶化,6/9,（a）（b）,FW型垂直上升管屏水冷壁,多次垂直上升管屏炉膛下部高热负荷区域，炉外加设下降管，形成多次垂直上升；在上部较低热负荷区，仍采用一次垂直上升管屏,7/9,FW型垂直上升管屏为多次垂直上升管屏,多次垂直上升管屏的特点既可保证高热负荷区有较高的质量流速，达到充分冷却的目的；又可减少水冷壁的流动阻力有不受热的下降管，工质流程长，系统阻力较大,600MW超临界压力直流锅炉水冷壁系统（石洞口二厂1900t/h）,炉膛总高度（自进口集箱至顶棚）为62125mm，宽度为18816mm、深度为16576mm水冷壁在标高47882mm处由螺旋管向垂直管屏的过渡，上部为垂直管屏；下部为螺旋管圈，由316根平行管组成，以双头螺旋的形式盘旋上升，螺旋升角为13.9498度。螺旋冷灰斗前后墙的垂直倾角为40，后水冷壁折焰角伸入炉膛的深度为4368mm（占炉膛深度约14），折焰角上方的出口烟窗的平均高度约14000mm左右,8/9,l-水冷壁进口环形集箱；2-螺旋冷灰斗；3-螺旋管圈；4-中间混合集箱；5-垂直管屏；6-折焰角；7-折焰角出口集箱；9-后水冷壁悬吊管进口集箱；10-后水冷壁悬吊管；11-水冷壁出口集箱；12-水冷壁出口连接管道；13-启动分离器；14-分离器出口连接管道,9/9,600MW超临界压力直流锅炉水冷壁系统（石洞口二厂1900t/h）,省煤器出口的工质炉膛下部环形进口集箱螺旋管圈中间混合集箱垂直管屏连接管汽水分离器分离出来蒸汽由汽水分离器四根引出管引入过热器系统；水排入疏水扩容器实现工质回收,水动力不稳定性,1/3,水动力特性是指受热面系统在一定的热负荷下，工质流量G与压降P之间的关系P与G一、一对应，则水动力特性为稳定或单值的(曲线1)P对应二个或三个流量，则水动力特性为不稳定或多值性(曲线2),受热一定时，流经管子的流量过小，造成管子过热；流量时大时小，热应力大，管子疲劳损坏,质量流速为单位时间流经单位流通截面的工貭的质量流量(kg/s)容积流速为单位时间流经单位流通截面的工貭的容积流量(m3/s),蒸发受热面的流体脉动,管间脉动在蒸发管组进出口集箱内压力基本不变的情况下，并联管中某些管子的流量减少，与此同时，另一些管子中的流量增加；然后，本来流量小的管子又增大流量，而其余的管子却又减小流量，形成管子间周期性的流量脉动管间脉动整个管组的总给水量和总蒸发量不变；对一根管子来说，进口水流量和出口蒸汽量的脉动有180的相位差,脉动有三种类型，即整体脉动（全炉脉动）、管屏间脉动和管间脉动,2/3,蒸发受热面的流体脉动,脉动将引起水流量、蒸汽量及出口汽温的周期波动，使加热、蒸发、过热区段的长度发生变化，管壁水膜周期性地被撕破，相变点附近的金属壁温周期性的波动，严重时甚至达到150，因而使管子产生疲劳破坏。脉动使并联各管会出现很大的热偏差，当超过容许的热偏差时，也将使管子超温过热而损坏,水冷壁入口处装设节流圈是改善蒸发受热面流动不稳定、热偏差及消除脉动最有效而又被普遍采用的方法,3/3,汽水两相流的结构及第二类传热恶化自然循环的运动压头，循环流速，自补偿能力循环倍率及对锅炉工作安全性的影响自然循环锅炉上升管循环停滞、自由水面和倒流及危害自然循环安全性要求及主要措施控制循环锅炉的水循环系统蒸汽污染的原因与净化措施600MW锅炉的汽包与蒸汽净化装置直流锅炉的工作原理及主要特点螺旋型水冷壁与垂直上升型水冷壁600MW直流锅炉的水冷壁系统,第五章思考题,1/1,第六章过热器、再热器与蒸汽系统,过热器与再热器热偏差蒸汽系统思考题,1/3,对流式过热器和再热器,按受热面布置方式分立式、卧式前者不易积灰，支吊方便；但不易疏水、排气。后者与之相反,1/3,按蛇形管排列方式分顺列、错列。流体横向冲刷错列布置受热面管子时的放热系数比顺列布置时大，但积灰难以吹扫,按工质相对流向分顺流、逆流和混合流顺流壁温低但传热温压小，逆流与之相反,由蛇形管及进出口联箱组成，布置在对流烟道，吸收高温烟气的对流热,半辐射、辐射式过