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锅炉概述一 锅炉概念 一 锅炉的功能和分类 锅炉是利用燃料等能源的热能或工业生产中的余热 将工质 主要是水 加热到一定温度和压力的换热设备 通常意义的锅炉中一般要实现下述过程燃烧热交换燃料的化学能烟气的热能蒸汽 或热水 的热能 现代电站锅炉最为庞大 复杂 技术成套性强 是多学科 多门类工业产品综合而成的蒸汽发生装置 火力发电厂能量转换的基本过程锅炉汽轮机发电机燃料的化学能蒸汽的热能转轴的机械能电能 电站锅炉型号 例DGJ 75 3 82 IV2东方锅炉厂制造 额定蒸发量75t h 额定蒸汽压力3 82Mpa秸杆锅炉 第二次设计 电站锅炉 火电厂三大主机之一 火室燃烧 生产高温高压蒸气 适用各种燃料 热效率高 受热面复杂 向大容量 高参数发展 工业锅炉 适于各行业 火床燃烧 热效率低 容量较小 生产蒸汽 或热水 供给工业和民用所需热能 或通过蒸汽动力机械转换为机械能 船用锅炉 作为船舶动力 体积小 重量轻 启停方便 变负荷能力强 一般采用低中压参数 炉膛容积热负荷高 水循环高度小的燃油锅炉 生活锅炉 居民生活所需的蒸汽或热水之用 锅炉类型 按用途分 电站锅炉 用于发电 参数高 容量大 工业锅炉 用于工业生产和供热 参数低 容量小 其中 又有蒸汽锅炉和热水锅炉 方式层燃炉室燃炉流化床炉旋风炉燃料块状粉状 雾状 气态固体颗粒固体颗粒 按锅炉燃烧方式分 层燃炉 室燃炉 流化床炉 旋风炉 层燃炉 煤块在炉排上燃烧 燃烧所需空气从炉排低下送入 炉排在旋转 旋风炉 燃料和空气在高温旋风筒内高速旋转 细小的燃料颗粒在其中悬浮燃烧 较大的颗粒被抛向筒壁液态渣膜上进行燃烧 流化床炉 固体燃料在高速气流作用下 在布风板上的床料层上下翻滚 呈流化状态燃烧 室燃炉 燃料以粉状 雾状或气态随空气喷入炉膛 悬浮燃烧 按锅炉蒸发受热面中工质流动方式分 自然循环汽包锅炉具有汽包 利用下降管和上升管 水冷壁 中工质密度差产生工质循环 循环倍率约为4 10 是亚临界压力以下锅炉的主要形式 强制循环汽包锅炉具有汽包和循环泵 利用循环回路中工质密度差和循环泵压头使工质循环 循环倍率约为3 5 只能在临界压力以下应用 泵 汽包 联箱 下降管 受热面 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 循环倍率约为1 可在高压以上任何压力下应用 低倍率循环锅炉无汽包 具有汽水分离器和再循环泵 靠再循环泵实现工质再循环 循环倍率约为1 2 2 多用于亚临界压力 泵 汽包 联箱 下降管 受热面 按锅炉参数分 低压 表压 2 4MPa 中压 表压2 9 4 9MPa 高压 表压7 84 10 8MPa 超高压 表压11 8 14 7MPa 亚临界压力 表压15 7 19 6MPa 超临界压力 超过临界压力22 1MPa 超超临界压力锅炉 22 1 15 7 19 6 11 8 14 7 7 84 10 8 2 94 4 9 超临界 亚临界 超高压 高压 中压 自然循环 强制循环 直流 低倍率 2 45 低压 自然循环锅炉的优点是可以将汽包内含杂质浓度较高的水连续排去一部分 连续排污 还可以在水冷壁下部定期放水 除去沉淀的水渣 定期排污 对给水质量要求稍低 自动调节系统较简单 目前我国火电厂采用的锅炉绝大部分是自然循环锅炉 锅炉的汽压越高 饱和蒸汽与饱和水的比重就越接近 使炉水自然循环的动力也越小 如果设计 运行不当 就容易发生水循环不良 引发爆管事故 一般汽压超过16 6MPa 170大气压 时不宜采用此种锅炉 直流锅炉的特点是没有汽包 水在给水泵的下 一直流过锅炉的蒸发部分 不往返循环 如图2 5所示 直流锅炉的优点是没有汽包 比较容易制造 钢材耗量少 缺点是不能排污 对水质要求高 自动调节也比较复杂 直流锅炉可用于任何蒸汽参数 特别适用于超高压以上的电厂 我国电站锅炉参数 容量 300 1025 1000 250 280 540 540 16 7 125 200 420 670 220 250 540 540 13 7 50 100 220 410 205 225 540 9 8 6 1225 35 65130 145 155165 175 450 3 8 8 20 105 400 2 5 蒸汽温度 给水温度 蒸汽压力 发电功率MW 容量 t h 参数 300 600 1025 2008 260 290 540 540 17 5 工质吸热量分配比例 生物质定义 生物质是指利用大气 水 土地等通过光合作用而产生的各种有机体 即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质 它包括植物 动物和微生物 广义概念 生物质包括所有的植物 微生物以及以植物 微生物为食物的动物及其生产的废弃物 有代表性的生物质如农作物 农作物废弃物 木材 木材废弃物和动物粪便 狭义概念 生物质主要是指农林业生产过程中除粮食 果实以外的秸秆 树木等木质纤维素 简称木质素 农产品加工业的下脚料 农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质 15 生物质燃料的主要特性 16 1 灰溶点低典型生物质灰溶点 17 2 碱金属腐蚀生物质灰中富含钾和钠等碱金属 熔点低 在炉膛内为汽相 在500 左右以灰污形式凝结于高温过热器受热面上 18 3 灰份低木材类原料的灰分含量极低 只有1 3 秸秆类原料较高 为5 10 19 4 重量轻真密度及压制成型后的密度 20 5 挥发份高生物质原料的挥发分远高于固定碳的含量 与煤正好相反 21 6 硫份低大部分生物质含硫量极少或不含硫 22 7 热值相当于中等烟煤典型生物质低位发热量 23 8 氧含量高典型生物质氧含量 生物质中氧含量远高于煤 燃烧时空气需求量小于煤 应充分考虑烟气量的变化对锅炉热力性能的综合影响 24 9 环保性能好 SO2排放低 生物质中硫含量低 碱金属与硫反应生成硫酸盐 起固硫剂作用 生物质灰中的CaO含量高 自脱硫能力强 NOx的排放低于燃煤 生物质燃烧排放的C02与生长过程吸收的相同 C02净排放为零 生物质发电 生物质发电是利用生物质所具有的生物质能进行的发电 是可再生能源发电的一种 包括农林废弃物直接燃烧发电 农林废弃物气化发电 垃圾焚烧发电 垃圾填埋气发电 沼气发电 燃料的燃烧原理 阿累尼乌斯定律 燃烧化学反应速度主要取决于反应过程的温度及活化能的大小 什么是燃料的 活性 呢 可以简单地理解为燃料着火与燃尽的难易程度 例如 气体燃料比固体燃料容易着火 也容易燃尽 而不同的固体燃料 活性 也不同 烟煤比无烟煤容易着火 也容易燃尽 因此 燃料的 活性 也表现为燃料燃烧时的反应能力 燃料的 活性 程度可用 活化能 来表示 燃料的燃烧及燃烧设备 1 活化能 燃料品种2 温度 空气预热器3 气流扩散速度 燃烧方式 燃烧速度影响因素 完全燃烧的条件 1 炉膛温度 2 供应充分的空气 3 燃料与空气的充分混合 4 足够的燃烧空间和时间 动力燃烧与扩散燃烧问题 燃料燃烧过程的四个阶段 预热干燥阶段加热 析出水分 大量吸热 挥发份析出阶段CmHn CO H2等可燃气体析出 少量吸热 着火 燃烧阶段挥发份首先燃烧 造成高温促使碳着火燃烧 大量放热 燃尽阶段碳粒燃尽形成灰渣 少量放热 锅炉受热面 锅炉受热面 是吸收炉内热量来加热工质的表面式换热器 主要包括蒸发受热面 包括水冷壁 对流管束 过热器 再热器 省煤器及空气预热器 以完成水的加热 蒸发和过热 蒸汽的再热及空气的预热 蒸发受热面 过热器 再热器 空气预热器 水 蒸汽 空气 水冷壁 对流管束 凝渣管束 辐射 对流 对流 对流 对流 辐射 省煤器 水 对流 蒸发受热面的作用与结构 蒸发受热面是指工质在其中吸热 汽化的受热面 主要是指敷设在炉膛四周炉墙上的水冷壁 用以吸收炉膛中的辐射热 为了降低炉膛出口温度 保护炉墙 防止炉壁结渣 现代大型锅炉的水冷壁已成为锅炉的主要受热面 因为炉内温度高 水冷壁吸收辐射热的能力很强 这样可减少受热面积 节约钢材 同时可降低高温 保护炉墙和防止结渣 水冷壁与自然循环 自然循环锅炉的水冷壁通常用无缝钢管制成 水冷壁通常垂直布置在炉膛四周 上部与汽包或上联箱相连接 并固定在钢架上 下部与下联箱相连接 可自由膨胀 中 小型锅炉常采用光管水冷壁 中 大型锅炉常采用膜式水冷壁 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 汽水循环自然循环锅炉的循环回路包括若干根不受热的下降管 接受炉内辐射热的水冷壁管 上部与汽包连接 并固定在钢架上 下部与下联箱连接 可自由膨胀 汽包中的炉水自下降管经下联箱引入水冷壁 炉水在水冷壁中接受炉内高温烟气的辐射热以形成汽水混合物并沿水冷壁上升到汽包 以形成自然保护循环回路 汽包 汽包是自然循环锅炉和强制循环锅炉的重要受压部件 其作用主要是 1 汽包是工质加热 蒸发 过热三个过程的连接枢纽 保证锅炉水循环 2 汽包是蒸汽通道与水通道的交汇点 汽包内装有汽水分离器 连续排污装置等 用以汽水分离 保证蒸汽品质 3 汽包内保持一定水量 具有一定储热能力 有利于运行调节 4 汽包筒体上安装有压力表 水位表 事故防水阀 安全阀等 以控制汽包压力 监视汽包水位 保证锅炉安全工作 过热器 过热器 一般布置在高温烟道 管外烟气及管内工质温度高 蒸汽的换热系数小 冷却能力差 其壁温是锅炉受热面中最高的 易发生管壁超温 管间工质热偏差及高温腐蚀 工作条件最为恶劣 一 过热器的型式及特点 过热器的作用 将饱和蒸汽加热成过热蒸汽 增加蒸汽的做功能力 过热器的型式 对流式布置于锅炉的对流烟道半辐射式炉膛出口烟窗 称为屏式受热面辐射式炉膛顶部 称为顶棚受热面 或炉膛内壁 称为墙式受热面 辐射式受热面的采用利于改善汽温特性 降低金属耗量 尾部受热面 省煤器和空气预热器布置在对流烟道最后的低烟温区 利用烟气的余热加热给水和燃料燃烧所需的空气 提高系统热效率 1 加热给水 提高效率 2 减少蒸发受热面 3 降低汽包的温差热应力 1 加热空气 利于着火和燃烧 2 提高效率 形式 作用 一般采用管式换热 大多采用回转式蓄热换热器 省煤器 空气预热器 尾部受热面工作特点 受热工质和烟气温度均较低 金属工作条件虽不像过热器那样恶劣 但易造成低温腐蚀 磨损与积灰 1 流速 2 飞灰浓度 烟气温度 措施 影响因素 1 合理设计流速2 降低飞灰浓度3 加装防磨装置 1 提高空气温度2 采用耐腐蚀材料3 降低过量空气系数 飞灰磨损 低温腐蚀 部位 省煤器较严重 空气预热器较严重 1 安全阀 保证锅炉在额定工作压力下安全运行的装置 有弹簧式 杠杆式和重锤式 2 压力表 保证锅炉在允许工作压力下安全运行的仪表 3 水位计 监视锅筒内水位的一种安全装置 三大安全附件 冲洗水位计的方法 下中中上上下 锅炉技术培训 排水阀门 下 水侧阀门 中 汽侧阀门 上 锅筒 水位计 叫水法 当锅炉发生缺水事故时 为判断是轻微缺水还是严重缺水的一种操作方法 具体操作步骤是 1 开启排水阀门 同时冲洗汽 水侧连通管 2 关闭汽侧阀门 单独冲洗水侧连通管 3 缓慢关闭排水阀门 观察水位计中有无水位出现 如有 则是轻微缺水 没有 就是严重缺水 注意 锅炉严重缺水时 严禁向锅炉进水 锅炉排污方式1 定期排污 定期开启安装在下锅筒和下集箱最低部位的排污阀门 排出沉积在下锅筒和各集箱内的沉淀物 注意 几台锅炉共用一根排污总管时 严禁同时进行排污 排污应在低负荷 高液位时进行 每次排污时间不得超过30秒 排污时应先开一次阀 离锅筒或集箱最近的 再开二次阀 先关二次阀 后关一次阀 下锅筒 集箱 排污阀 2 连续排污 连续排出表面炉水 降低炉水浓度 改善蒸汽品质 注意 须根据炉水的品质调节阀门的开度 上锅筒 水位计 连续排污阀 锅炉巡回检查方法 看 用眼睛观察设备 阀门 法兰和管道有无泄漏 观察冷却水 液位 油位是否正常 观察锅炉本体钢结构 管道 落灰管有无变形损坏 摸 用手摸运转设备的温度是否正常 特别是轴承座 油箱和电机的温度 运转设备的地脚螺栓有无松动 机体有无明显的振动 听 用耳听运转设备的声音是否正常 主要是风机有无摩擦的异常声音 轴承有无损坏的异常声音 机体有无振动的异常声音 炉内有无漏水漏蒸汽和风箱 烟道有无漏风漏烟气的异常声音 闻 用鼻闻有无电源线过流或被烧后发出的焦糊味 紧急停炉有以下情况者必须紧急停炉 严重缺水 通过 叫水法 水位计仍不见水位出现时 锅炉汽压超过额定工作压力安全阀已开启排汽 而汽压继续上升时 所有安全附件全部失灵时 所有给水设备全部损坏 不能上水时 锅炉主体钢结构发生严重变形或炉墙倒塌时 锅炉发生爆管或爆鸣时 后工段发生严重事故危及锅炉运行安全时 2 紧急停炉的操作步骤 立即停给料机和送风机 减小引风 开启对空排汽门泄压 同时关闭主汽阀 与蒸汽母管断开后 开启过热器疏水阀 除严重缺水外 可采取上水排水的方法进行冷却 炉火熄灭后 可打开炉门和灰门 加快降温冷却 缺水事故1 缺水现象 水位计内看不到水位 报警器发出低水位报警 缺水严重时 汽压开始下降 过热蒸汽温度上升 2 缺水判断 通过水位计和报警装置 通过 叫水法 3 缺水处理 严重缺水 按紧急停车处理 轻微缺水 可减弱燃烧 加强进水 至正常水位后 恢复正常运行 满水事故1 满水现象 水位计内看不到水位 报警器发出高水位报警 满水严重时 过热蒸汽温度下降 蒸汽管道和分汽缸有水冲击发生 2 满水判断 通过水位计和报警装置 通过 叫水法 有无水冲击现象 3 满水处理 严重满水 按紧急停炉处理 轻微满水 可减弱燃烧 停止进水 开启排污阀放水 开启过热器和分汽缸的疏水阀 防止蒸汽管道和分汽缸发生水冲击 至正常水位后 恢复正常运行 锅炉热平衡方程式 锅炉热平衡方程式 式中qi Qi Qr 100Qr输入热量Q1有效利用热Q2排烟损失Q3化学不完全燃烧热损失Q4机械不完全燃烧热损失Q5散热损失Q6灰渣物理热损失 100 燃料收到基低位发热量 输入锅炉热量 式中 燃料的物理显热 外来热源加热空气时带来的热量 雾化燃油带来的热量 对于燃煤锅炉 如果燃料和空气都没用外界热量进行预热 则 输入锅炉的热量包括 锅炉有效利用热 锅炉有效利用热是指将给水加热至过热蒸汽 或饱和汽或热水 所需的总热量 对于热水炉 为 热水吸热热量 对于饱和蒸汽炉 为 有饱和蒸汽热量 排污损失热量 对电站锅炉 为 过热热量 再热热量 排污损失热量 锅炉的各项损失 锅炉损失包括燃料未完全燃烧及未被充分利用热量两部分 1 机械不完全燃烧损失 机械不完全燃烧损失是指灰渣 飞灰中的未燃烧 未燃尽的固体可燃物 碳 被排出炉外所造成的热损失 这是燃煤锅炉的主要热损失 对于固态排渣炉一般取0 5 5 火床炉取7 15 气体 液体燃料炉取零 2 化学不完全燃烧损失 化学不完全燃烧损失是指未完全燃烧的可燃气体 随烟气排放到大气所造成的热损失 对于煤粉炉一般取0 气体 液体燃料炉取0 5 火床炉取 0 5 1 0 影响燃料未完全燃烧的因素 燃料性质 燃烧方式 燃烧设备的结构与布置 炉膛温度 过剩空气系数 3 排烟损失 排烟损失是指排烟物理显热造成的损失 为排烟焓与进入锅炉冷空气焓之差 即 式中 排烟焓 进入锅炉冷空气焓 排烟处的过剩空气系数 是锅炉最大的一项热损失 一般为5 12 影响排烟损失的主要因素 排烟温度和排烟处的过剩空气系数 每增加10 20 排烟损失增加1 过低 会造成尾部受热面腐蚀和堵灰 一般为110以上 降低过剩空气系数可降低排烟损失 4 散热损失 散热损失是由于炉墙 金属结构 锅炉范围内的汽水管道 烟风管道等的温度高于周围环境温度所造成的 一般锅炉越大 散热损失越小 当容量 900t h 可取0 2 5 其他热损失 其他热损失主要是指灰渣排出时的物理显热所造成的损失 对于固态排渣煤粉炉 一般取0 5 1 0 锅炉热效率与燃料消耗量 热效率 锅炉热效率为锅炉有效利用热与锅炉送入热量之比 即 或 燃烧效率 反映燃料燃烧的完全程度 取决于不完全燃烧损失大小 即 锅炉燃料消耗量 计算燃料消耗量 考虑了不完全燃烧损失后 实际燃料消耗量为 锅炉技术的发展 1 锅炉技术发展的动力 能源 环保 基础理论的发展 2 大型锅炉发展的方向 高参数化 联合循环 多联产 3 燃烧技术的发展方向 煤粉炉与流化床炉 环保 4 计算机技术在锅炉技术发展中的作用 提高工作效率 节省试验成本 运行监控 循环流化床锅炉 主要型式 鼓泡床 湍动床 快速床 循环流化床等应用领域 石油 化工 冶金 能源 环保等主要优点 燃料适应性广 低温燃烧 NOx排放低可实现炉内脱硫 燃烧效率高强化燃烧和传热 61 CFB 循环流化床锅炉燃烧室 布风板 流化床锅炉燃烧室下部的炉篦称作布风板 布风板的主要作用有 1 支撑炉内物料 2 合理分配一二次风 使通过布风板及风帽的一次风流化物料 使之达到良好的流化状态 布风板的结构设计 布置形式及风帽分布对锅炉燃烧 物料掺混 炉内传热都起着重要作用 对布风板的要求是 在保证布风均