锅炉原理资料.doc

长沙理工大学备课纸热力设备及运行教材：1、王加璇，姚文达电厂热力设备及其运行北京：中国电力出版社，19972主要参考书：1 严俊杰，黄锦涛发电厂热力系统及设备西安：西安交通大学出版社，20032 周菊华锅炉设备北京：中国电力出版社，20023 康松汽轮机原理北京：中国电力出版社，2000总学时：26学时，讲授：24学时，实验：2学时；考试课程。主讲：何金桥， 第一章 锅炉运行特性 锅炉的任务是把燃料的化学能转变为蒸汽的热能设备，是火力发电厂的三大主机之一（锅炉，汽机，发电机），影响整个电厂的安全性及经济性。一. 电厂锅炉的组成(锅侧、炉侧) 锅炉由本体设备、辅助设备和附件等购成。锅炉本体设备由“锅”和“炉”两部分组成。 “锅”： 指锅炉的汽水系统，用于盛放工质，并接受燃料燃烧放出的热量，使工质由水逐渐被加热至合乎要求的过热蒸汽。它主要由汽包（锅筒）、下降管、联箱、水冷壁、省煤器、过热器、再热器和连接管道等组成。 1、汽水系统 汽包：存放工质和产生合格要求的饱和蒸汽 水冷壁：位于炉膛的四壁，吸收辐射热，使水受热蒸发，保护炉墙。 过热器.：加热饱和蒸汽至过热蒸汽，供给高压缸 再热器：重新加热已经部分作功、压力和温度都已降低的蒸汽，供给汽轮机的中低压缸作功 省煤器：提高锅炉效率，降低锅炉的排烟温度，节约燃料 “炉” 即燃烧系统，其任务是使燃料在其内部快速、稳定、完全地燃烧，放出热量，产生高温火焰和烟气。燃烧系统主要由炉膛、燃烧器、空气预热器和烟道等组成。 2、烟气系统 炉膛：由水冷壁和炉墙围成，燃料在炉膛进行合理的燃烧 燃烧器：安装在炉墙上面，其作用是将燃料和空气以一定的速度送入炉膛内部，使燃料能够适时地着火，并迅速完全地燃烧。 空气预热器：安装在锅炉的最末端，进一步降低排烟温度，提高锅炉效率。3、火力发电厂生产过程介绍（图）4、锅炉的辅助设备 给水设备：包括给水泵、管道阀门等 通风设备：送风机、引风机、烟风道、烟囱等 制粉设备：原煤仓、给煤机、磨煤机、粗粉分离器、细粉分离器和排粉风机 除尘设备：分离除去烟气中的飞灰颗粒，减轻飞灰对环境的污染和对引风机的磨损。 除灰设备：除去锅炉底部的大渣和除尘器分离下来的细灰 二. 锅炉的规范、型号及分类1、 锅炉的规范 锅炉的规范包括：锅炉容量、锅炉蒸汽参数、给水温度等，用来说明锅炉的基本工作特性。u 锅炉容量(额定蒸发量) ：锅炉每小时的最大连续蒸发量，简称BMCR。De表示，单位：吨/小时u 锅炉蒸汽参数：锅炉过热器出口处的过热蒸汽压力（兆帕）和温度（）。u 给水温度：省煤器入口处的温度。不同蒸汽参数的锅炉其给水温度也不相同。2锅炉的型号2、 锅炉型号反映锅炉的基本特征 高压锅炉用三组字码表示其型号如： 型号 HG - 410 / 9.8-1 制造厂- 蒸发量t/h / 额定压力MPa.设计序号 超高压及以上的锅炉装有再热器其型号 型号：DG-1000/16.7-555/555-1制造厂-蒸发量t/h/额定压力MPa.-过热蒸汽和再热蒸汽温度-设计序号 3、 锅炉的分类（1）按锅炉容量分类u 小型锅炉（De220吨/小时）u 中型锅炉（De =220410吨/小时）u 大型锅炉（De670吨/小时）（2）按蒸汽压力分类： 低压锅炉 p1.27兆帕 中压锅炉 p2.453.82兆帕 高压锅炉 p9.8兆帕 超高压锅炉 p13.7兆帕 亚临界压力锅炉 p16.7，18.3兆帕 超临界压力锅炉 p22.1兆帕（3）按燃用燃料分类 燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉。（4）按燃烧方式分类 层燃炉 室燃炉（煤粉炉、燃油炉等） 流化床锅炉 旋风炉（5）按水循环特性分为： 自然循环锅炉 直流锅炉（6）按煤粉炉的排渣方式分为： 固态排渣炉和液态排渣锅炉我国电厂锅炉系列容量（吨/小时）蒸汽压力（MPa）过热/再热温度（）给水温度（）配用汽轮发电机组率（MW）锅炉类型3565751101303.8450150150150170170612122525中压自然循环锅炉，有层燃炉、煤粉炉和流化床锅炉多种形式2202304109.85405105402155050100高压自然循环锅炉，有煤粉炉、燃油炉和流化床锅炉多种形式40067013.7555/555540/540240125200超高压自然循环锅炉，再热，燃煤粉或油，主要是室燃，目前有流化床锅炉935100016.7570/570555/555260265300亚临界压力自然循环、强制循环锅炉，再热，燃煤粉200818.3541/541278.3600亚临界压力自然循环、强制循环锅炉，再热，燃煤粉295027.56605/603292.51000超超临界参数变压垂直管圈直流炉，再热，燃煤粉三、典型电厂锅炉结构及特点1、125 MW级锅炉 u 125 MW级的煤粉锅炉是我国20世纪80年代以前的主力锅炉，锅炉容量为400吨/小时、410吨/小时等。2、200 MW级锅炉 u 200 MW级煤粉锅炉也是我国电厂早期的主力锅炉之一，为超高压自然循环锅炉，锅炉容量为670吨/小时。3、300 MW级锅炉 u 300 MW级锅炉曾是我国火力发电厂的主力锅炉之一。锅炉容量为1000吨/小时左右。压力级别有亚临界和超临界两种。燃烧方式一种为四角切圆燃烧，一种为对冲燃烧。u 从锅炉炉型结构看，有型布置、塔型布置和W型火焰炉型布置。u 东锅制造的亚临界压力锅炉。（见PPT图）u 上锅1025吨/小时亚临界压力强制循环锅炉。（见PPT图） 4、600 MW级锅炉 u 600 MW级煤粉锅炉已成为电力生产的主力机组；u 有亚临界压力自然循环，亚临界压力强制循环以及超临界压力直流锅炉等几种形式；u 国内广泛采用的是亚临界压力强制循环锅炉。锅炉容量为2000吨/小时左右。u 东锅DG2019/18.21型锅炉为亚临界压力自然循环汽包炉，单炉膛、型布置，四角切圆燃烧，一次中间再热，尾部双烟道。（见PPT图） u 强制循环锅炉，蒸发量1980吨/小时，蒸汽参数：17 MPa，540，再热汽温540。 （见PPT图）5、超临界压力直流锅炉 600 MW级锅炉u 火电机组朝着高参数、大容量的方向发展已成为大势所趋。6、余热锅炉（HRSG）简介 u 联合循环机组中余热锅炉是联合循环整个系统中的一个关键设备，对燃气和蒸汽两个发电循环起着承上启下的重要作用。u 余热锅炉可以分成卧式布置和立式布置。u 卧式布置的烟气流动主要为水平方向，大部分受热面为垂直布置。 （见PPT图）u 立式布置HRSG 的介绍（1） 由于受热面水平，锅炉在启动阶段依靠汽水密度差建立水循环比较困难。因此，必须使用强制循环。（2） 新型立式布置余热锅炉，在启动阶段需要循环泵，当负荷达到一定阶段时，循环泵即退出运行，被称为辅助循环。 u 余热锅炉的主要结构特点 （1） 为了保证余热锅炉故障或检修时，燃气轮机也能正常地进行简单循环，大多数联合循环装置中都设置旁通烟囱；（2） 入口烟道进行模化选型，以确保燃气流动的均匀性，降低噪声和振动；（3） 大量采用螺旋翅片管束，增大传热面积；（4） 采用大直径汽包，适应快速启动。 第二章 锅炉受热面u 锅炉受热面包括炉膛水冷壁、过热器、再热器、省煤器、空气预热器等受热面u 受热面中完成给水经过预热、蒸发、过热、再热加热过程1. 预热：省煤器 蒸发：水冷壁2. 过热：过热器 再热：再热器一. 受热面的整体布置型式 (a) 型； (b) 型； (c) T型； (d) 塔型； (e) 半塔型； (f) 箱型 二蒸发受热面水冷壁是以辐射换热为主的蒸发受热面。 1、水冷壁的作用：（l）强化传热，强化传热，减少锅炉受热面面积，节省金属消耗量 （2）降低高温对炉墙的破坏作用，起保护炉墙作用（3）能有效地防止炉壁结渣。（4）悬吊炉墙。（5）锅炉主要的蒸发受热面，产生锅炉的全部或绝大部分饱和蒸汽，是不可缺少的重要受热面。 受热面联箱介绍2、水冷壁的形式 光管水冷壁：光管垂直地布置在炉膛各面墙上，管子上部与锅筒或上集箱相连，管子下部与下集箱相连，下级箱与锅筒间用不受热的下降管相连。此种水冷壁在中小容量锅炉上用得比较广泛 膜式水冷壁 u 优点：减少漏风，提高锅炉效率；同时炉墙不直接受火焰辐射，因而可不用耐火材料，而只用绝热材料，使炉墙重量大大减轻。 u 缺点：制造工艺较复杂三. 过热器受热面和再热器受热面过热受热面有过热器和再热器 1、过热器和再热器的作用 将饱和蒸汽或低温蒸汽加热成为达到合格温度的过热蒸汽2、按传热方式分类：u 对流过热器、u 半辐射式过热器（即屏式过热器）u 辐射式过热器 对流过热器： 布置在炉膛出口的对流烟道内，以对流换热为主 屏式过热器 布置在炉膛出口处或炉膛上部，既吸收火焰的直接 辐射，又吸收烟气的对流放热 辐射式过热器 一般布置在炉膛内壁面上，只吸收火焰辐射。 包墙管过热器u 在水平烟道和尾部竖井烟道内壁像布置水冷壁那样布置过热器，称为包墙管过热器或包覆壁过热器。它主要用于悬吊炉墙，传热效果差，不能作为主要受热面。 过热汽温调节方法u 维持稳定的汽温是保证机组安全和经济运行所必需的。u 电站锅炉调节汽温的方法有：喷水式减温器、摆动式燃烧器u 喷水减温器是将减温水直接喷入过热蒸汽 u 利用摆动式燃烧器上下摆动，改变火焰中心位置，从而改变炉膛出口烟温，可以调节过热汽温或再热汽温u 一般燃烧器摆动2030时，炉膛出口烟温变化约110140，蒸汽温度的最大调节幅度为4060。通常摆动式燃烧器只作为蒸汽温度粗调手段，细调应采用喷水减温器。 四. 再热器受热面的特殊问题p 再热器 锅炉中重新加热蒸汽的部件。将汽轮机高压缸排汽引入锅炉，重新加热至高温，然后再引入中压缸膨胀作功。p 再热器工作的特殊性 当汽轮机甩负荷或机组起、停时，再热器无蒸汽冷却，需将过热蒸汽通过快速减温、减压装置引入再热器。特殊性：u 首先当负荷变动时，再热汽温比过热汽温变化剧烈、幅度大。u 其次由于喷入水只在中、低压缸作功，再热器采用喷水调节会使机组循环效率降低。计算表明，若再热蒸汽内喷入1的水，循环效率降低0.10.25，u 因此喷水减温不再是再热汽温调节的主要手段。有：烟气再循环、烟气挡板、摆动燃烧器等方法。 1、烟气再循环调节方式u 用烟气再循环风机从省煤器后抽出一部分温度为300350的烟气，送回至炉子底部（如冷灰斗下部），形成烟气再循环。u 优点：炉内辐射传热量减少，对流受热面吸热量增加，处于低温区的对流受热面吸热量变化大u 缺点：需要能承受高温和耐磨的再循环风机，加速了受热面的磨损；对燃烧不利；2、烟道挡板调节方式u 当再热器布置在锅炉对流烟道内时，为了调节再热汽温，有时将对流烟道用隔墙分开，u 将再热器和过热器分别布置两个烟道中，其后布置省煤器，出口处设有可调烟道挡板 如图所示。u 特点：调节这些烟道挡板，可以改变流经两个烟道的烟气流量，也就是改变2个并联烟道中的烟气分配比率，从而调节再热汽温会影响到过热汽温五. 省煤器1、省煤器主要作用 降低排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料 由于给水先在省煤器内加热，代替部分造价较高的蒸发受热面； 减少了给水与汽包壁之间的温差，使汽包热应力降低2、省煤器分类p 钢管式、铸铁式(压力 Bj调节：离心式风机 调进口挡板开度； 轴流式风机 改变动叶的安装角。3、 引风量的运行特性：、炉膛负压监督意义：炉膛负压：是反映炉内燃烧工况是否正常的运行参数。一般运行时：-3050Pa 底部漏火焰上升 低负荷易灭火；负压 炉膛、烟道漏风 上部漏炉内缺氧燃烧损失汽温负压(正) 烟、火外冒 影响环境、烧坏设备。、负压值：由理想气体状态方程有：送风或引风 m P送、引风量不变时，m=const, P与T成正比燃料不能着火 T P 炉膛负压增大。 运行中，即使送、引风不变，由于燃烧工况波动 炉内负压脉动正常、引风量调节：锅炉负荷变化 Bj变化 风量变化 烟气量变化 炉内负压变化 调节引风量。调节与送风机相同： 离心式：进口导向挡板； 轴流式：调动叶安装角。调节方法：负荷 先增加引风量 再加送风量和燃料；负荷 先减Bj和送风量 再减引风量。第七章 锅炉的安全运行技术一、启动过程的安全经济性 工质流动锅炉启动过程 不稳传热、