动力工程2-锅炉

第三章锅炉设备 主讲 卞双bs 能源与动力工程学院 86 10 80798479 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 2 第一节电厂锅炉概述 一 锅炉设备的工作过程锅炉设备的任务是使燃料通过燃烧将化学能转变为热能 并以此热能加热水 使其成为一定数量和质量的水蒸汽 电厂锅炉的特点 容量大 参数高 结构复杂 机械化和自动化程度高 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 3 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 4 锅炉的组成 炉内 锅内 锅炉虽是一个整体 但从功能上可分成 炉侧 锅侧 炉 锅 煤 空气 烟 水 汽 制粉系统 燃烧系统 风烟系统 汽水系统 视频 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 5 本体与辅机 本体 炉膛 烟道 汽水系统 包括受热面 汽包 联箱和连接管道 炉墙和构架等 锅炉本体简介 MPG辅助设备 送风机 引风机 制粉系统 给水设备和除灰除尘设备 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 6 锅炉的生产过程 CAI教学软件演示 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 7 锅炉的工作过程 制粉系统 燃料输送 碎煤机 除铁器 磨煤机 由一次风送入炉内 风烟系统 送风机引风机一 二次风 汽水系统 省煤器 汽包 水冷壁 过热器 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 8 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 9 二 锅炉设备的工作特性蒸发量 D 蒸发量是表征锅炉容量大小的指标 它是指锅炉每小时所能生产的蒸汽量 单位是t h 蒸汽参数是指锅炉在额定工况或最大连续工况下 过热器出口处蒸汽的压力 Mpa 和温度 及再热蒸汽的温度 给水温度是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 锅炉效率 b 指锅炉生产蒸汽的吸热量占锅炉输入燃料热量的百分比 锅炉效率的大小表明了燃烧热量的有效利用程度 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 10 型号 DG 670 13 7 540 540 M8 制造厂蒸发量 t h 额定压力 MPa 过热温度 再热温度燃料代号SGDGWG 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 11 三 锅炉的分类电厂锅炉的分类方法很多 常见的几种主要分类方法如下 按其所用的燃料分类 可分为燃煤炉 燃油炉和燃气炉等 按锅炉的蒸汽参数 主要是压力 分类 可分为高压 超高压 亚临界压力和超临界压力锅炉 如下表所示 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 12 按水冷壁内工质的流动动力分类 可分为自然循环锅炉 强制循环锅炉和直流锅炉 燃煤炉按其燃烧方式不同可分为室燃炉 即煤粉炉 层燃炉 旋风炉和沸腾炉 室燃炉按其排渣方式分 可分为固态排渣炉和液态排渣炉 按通风方式分 可分为平衡通风锅炉和微正压锅炉 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 13 自然循环锅炉 控制循环锅炉 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 14 直流锅炉 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 15 直流锅炉 竖管水冷壁 KWU990045e2 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 16 第二节锅炉燃料及其燃烧 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 17 燃料设计 炉型 整体结构与布置运行 燃烧的稳定性 结渣 积灰等经济安全问题辅机选型燃烧系统燃烧系统对火力发电机组安全经济运行的影响结渣爆管等问题 重要性 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 18 一 燃料的成分 元素分析与工业分析 1 元素分析UltimateAnalysis 指对煤中碳 氢 氧 氮 硫五种元素分析的总称 用质量百分数表示 1 碳 C 含量最多 50 90 是发热量的主要来源 随煤化程度而增加 2 氢 H 含量少 1 6 主要存在于挥发分 CmHn 中 发热量很大120MJ kg 影响整个煤的发热量 并影响着火 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 19 4 硫 S 含量少 一般2 个别8 10 有害物质 低温腐蚀 高温腐蚀 大气污染 酸雨 元素分析 繁 元素分析仪 科研机构工业分析 易 加热干燥 电厂 3 氧 O 和氮 N 含量 1 40 和 0 5 2 5 不可燃成分 NOx的三种生成机理 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 20 2 挥发分Volatile V 将失去水分的煤 隔绝空气 加热至900 使燃料中的有机物分解而释放出的气体 主要成份 CmHn H2 CO H2S等可燃气体 O2 CO2 N2等不可燃气体 3 灰分Ash A 4 固定碳FixedCarbon FC 按照煤的着火 燃烧过程中各成分的变化 分析煤中水分 挥发分 固定碳 灰分的质量百分数 2 工业分析ProximateAnalysis 1 水分Moisture M 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 21 二 燃料的技术特性指标发热量燃料的发热量通常是指每千克应用基燃料完全燃烧时所发出的热量 当计入燃料燃烧后水蒸汽凝结成水所放出的汽化潜热时 发热量称为高位发热量 不计入这部分热量时 发热量称为低位发热量 实际上 锅炉中所能利用的是低位发热量 标准燃料 世界各国标准燃料的低位发热量均统一规定为7000kcal kg 即 29308kJ kg 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 22 挥发物含量 挥发分 将煤与空气隔绝 加热至850 水分先被蒸发出来 继续加热就会逸出一部分气态物质 包括碳氢化合物 氢 氧 氮 挥发性硫和一氧化碳等气体 这些气态物质称为挥发分 用重量百分数Vr 表示 挥发分高的煤不仅容易着火 而且燃烧比较稳定 易于燃烧完全 而挥发分低的煤则相反 根据煤中挥发分的高低 把煤分为三类 无烟煤 又称 白煤 Vr 10 烟煤 Vr 10 45 和褐煤 Vr 40 无烟煤是成煤年代最久的煤 挥发分最低 褐煤是成煤年代较晚的煤 挥发分和灰分都较高 但发热量较低 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 23 固定碳含量挥发分逸出后残留下来的固体物质称为焦碳 焦碳的主要成分是可燃烧的固定碳和灰分 焦炭随煤的品种不同而呈粉末状或粘结为块状 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 24 灰的熔融性 对于固态排渣煤粉炉来说 在运行中 应使灰粒在接触水冷壁 炉膛出口受热面以及落入冷灰斗之前得到充分冷却 并形成固态或基本上没有黏性 以避免结渣沾污问题 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 25 三 燃料的燃烧过程煤的燃烧过程大体可按进行的时间分为三阶段 预热阶段包括燃料的预热 烘干和挥发分的分解逸出等过程 这一阶段还没开始燃烧 燃烧阶段燃料中的可燃成分 先是挥发分 然后是焦炭 与氧在高温下进行剧烈的燃烧反应 放出大量的热 燃尽阶段焦炭质点已所剩无几 灰分占多数 可燃气体更少 燃料完全燃烧必须具备的四个条件保持足够高的炉膛温度 供给适量的空气 有良好的燃烧设备保证空气与燃料能很好的接触和混合 保证燃烧足够需要的时间并提供一定的空间环境 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 26 四 过量空气系数 实际供给的空气量Vk与理论空气量V0之比 称为过量空气系数 的大小能在一定程度上反映燃烧过程的经济型和运行操作的技术水平 总是沿着烟气的流动方向 即从锅炉炉膛到后面的各段烟道逐渐增大 这是因为锅炉炉膛及其后面的烟道通常都是在负压下工作 外界的空气难免漏入 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 27 第三节锅炉的热平衡 锅炉的热平衡是指 锅炉工作中所有热量的收入项和支出项之间的平衡 通常可简单地认为锅炉热量的收入项即为燃料的低位发热量 其支出项包括产生蒸汽所利用了的热量和未加利用而损失掉的热量 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 28 其中 Q1 锅炉所有效利用了的热量 Q2 Q3 Q4 Q5和Q6分别表示排烟损失 化学不完全燃烧热损失 机械不完全燃烧热损失 散热损失以及灰渣物理热损失 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 29 一 排烟损失q2 排烟热损失是现代电厂锅炉热损失中最大的一项热损失 煤粉炉的排烟热损失通常可达5 8 主要影响因素是排烟温度的高低和过剩空气量的多寡 一般排烟温度每增高12 15 q2约增大1 降低排烟温度 但会减小尾部烟道传热平均温压 因而不得不大大增加尾部受热面面积 因而相应增加锅炉的金属消耗量 况且 低温受热面的壁面可能达到露点温度 导致低温腐蚀 大 中型电厂锅炉的排烟温度通常控制在110 160 的范围内 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 30 二 化学不完全燃烧热损失q3 是由于烟气中所含的CO 有时也含少量的氢和甲烷等可燃气体 最终未能发生燃烧而造成的 q3主要取决于炉膛内的过量空气量煤粉炉的q3一般不超过0 5 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 31 三 机械不完全燃烧热损失q4 q4是由于固体可燃物在炉内燃烧不彻底或根本未曾燃烧所造成的 它也是锅炉的主要热损失之一 影响q4的主要因素有 燃料品质 煤粉细度 炉内燃烧条件 喷燃器的工作性能以及运行情况等 多数煤粉炉的q4一般0 5 5 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 32 四 散热损失q5 q5是由于锅炉本体外表面的温度高于环境温度 通过对流和辐射的方式向外散热而引起的 一般 容量越大的锅炉 相对于每千克燃料耗量来说 其表面积反而愈小 按照经验估计 大容量电厂锅炉的q5约占0 2 0 6 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 33 五 灰渣带走的物理热损失q6 此项热损失主要取决于炉子的排渣方式和煤中灰分的高低 多数固态排渣煤粉炉 q6大致为0 5 1 液态排渣炉的此项热损失自然要显著增大 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 34 六 锅炉效率hb 所谓锅炉效率 是指锅炉产生蒸汽时每燃烧1kg应用基燃料所有效利用了的热量占该燃料低位发热量的百分比 每千克燃料所发出的热量中被有效利用了的部分为 正平衡法 直接法 反平衡法 间接法 第四节煤粉炉以及煤粉的制备 一 煤粉炉 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 37 煤粉炉概述 在煤粉炉中 由于煤粉磨的很细 煤粉在炉中悬浮燃烧 能与空气相当充分地接触 因此燃烧起来非常迅猛 剧烈 能适应大容量锅炉的要求 煤粉炉具有对煤种的适应性广 可燃用劣质煤 锅炉效率高和易于调节控制的优点 所有在火力发电厂中获得了十分广泛的应用 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 38 锅炉炉 炉膛中心的温度可达1500 1800 烟气被冷却至灰熔点以下离开炉膛炉膛下部为冷灰斗炉膛四周有水冷壁 火电厂生产过程CAI 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 40 水冷壁 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 41 喷燃器 任务 将煤粉和空气喷入炉膛内进行燃烧 煤粉在炉膛内燃烧的好坏 在很大程度上取决于喷燃器的工作性能如何 理想的喷燃器应能使气粉混合物浓度均匀 着火稳定 一 二次风混合良好 火焰能充满整个炉膛 流动阻力小 并便于调节负荷 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 42 旋流式燃烧器 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 43 结渣 火焰中心的温度高达1600 灰分大都呈熔融状态 正常情况下 这种液态或半液态的渣滴在碰到水冷壁或炉墙之前 已因温度降低而凝固下来 如果它在接触管壁或炉墙时仍然处于液态或半液态状态 那么这种渣滴就会粘附在管壁或炉墙上 形成紧密的灰渣层 这种现象称为结渣或结焦 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 44 1 煤粉的性质 良好的流动性可以很方便地用管道进行输送 易发生自燃煤粉与空气的接触表面积很大 如果长期积存 很容易发生自然而引起气粉混合物爆炸 因此 运行中要防止管道积粉 煤粉细度煤粉越细 燃烧越易完全 但制粉系统所消耗的厂用电就要增多 R90 留在筛上煤粉的百分量 其值越小 煤粉越细 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 45 2 制粉系统 每台煤粉炉都有自己的一套制粉设备 构成一个制粉系统 中间储仓式制粉系统直吹式制粉系统 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 46 给煤机 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 47 中速磨煤机 辗辊式 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 48 锅炉直吹式燃烧系统 第五节锅炉受热面 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 50 一 受热面的一般概念 一台现代大容量锅炉每小时能生产上百万公斤或数百万公斤的蒸汽 燃烧近十万公斤或数十万公斤的燃料 要使工质吸收如此大量的热量 自然需要有很大的受热面 锅炉受热面是由千百根并列的小口径钢管焊接而成 这些管子排列在一起 称为 管束 水必须经过预热 蒸发和过热等过程 预热受热面习惯上叫做 省煤器蒸发受热面一般是指 水冷壁过热受热面则称为 过热器省煤器 水冷壁 过热器以及空气预热器构成现代电厂锅炉的主要受热面 水冷壁一般布置在炉膛四周的炉墙上 过热器大都布置在水平烟道内 省煤器和空气预热器则依次设在尾部烟道内 蒸汽参数升高后 锅炉各部分受热面的大小 占总受热面的比例及其布置情况会随之发生变化 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 51 受热面联箱 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 52 二 锅炉的水循环 两种基本类型 自然循环锅炉 水冷壁中汽水混合物的流动靠汽 水密度不同而产生的压差来实现强制流动锅炉 水冷壁中汽水混合物的流动靠水泵所产生的推力来实现强制循环锅炉直流锅炉锅炉水循环情况是否正常 在很大程度上影响锅炉运行的安全性 必须使汽水混合物在水冷壁管内连续地往上流动 方能保证工质对管壁的有效冷却 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 53 三 其它受热面 水冷壁 过热器 省煤器 空气预热器等受热面参见火电厂生产过程CAI空气预热器将空气温度每提高50 大约可使排烟温度降低30 35 锅炉效率则可相应地提高2 管式空气预热器常由于下列原因而损坏 必须引起充分注意低温腐蚀积灰堵塞 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 54 回转式空气预热器 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 55 回转式空气预热器蓄热板 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 56 第六节直流锅炉 压力超过17 6MPa时 自然循环的流动压头过低或消失 不可能产生自然循环 直流锅炉就是在这种前提下发展起来的 直流锅炉中 水和蒸汽在所有受热面内均为一次通过 锅炉水不再循环 工质的流动全靠给水泵所提供的压头来推动 因此直流锅炉属于强制流动锅炉的一种 直流锅炉结构比较简单 从省煤器到过热器全是一系列的连续弯管管束 没有汽包 也不采用或少用下降管 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 57 直流锅炉的三种基本形式 按照蒸发受热面的结构和布置方式的不同 直流锅炉分为三种基本形式 拉姆辛式 水平围绕管圈式 本生式 垂直管屏式 苏尔寿式 回带管圈式 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 58 直流锅炉的优点 因为没有汽包 又不用或少用下降管 故制造工艺大为简化 造价一般可降低25 工质作受迫流动 不需考虑管子高度和倾斜度问题 因而受热面尽可根据需要灵活布置 容易满足炉膛结构的要求 不受工质压力的限制 由于不存在厚壁的汽包 启动和停炉时锅炉各部分的加热和冷却容易保持均匀 所以允许以较快的速度启停 一般高压直流锅炉启动时间约需40 60分钟 停炉时间更短相同参数的汽包式锅炉启动时间约需3 4小时 停炉和冷却时间则长达10 18小时 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 59 直流锅炉的不足 由于不能象汽包式锅炉那样进行汽水分离 通常又不进行排污 因此对给水品质的要求特别高 必须对给水进行深度除盐 大大增加了化学水处理设备的投资和运行费用由于没有汽包 水容量小 对负荷变动十分敏感给水预热段 汽化段和蒸汽过热段之间没有一定的界线 操作不当 会造成出口汽温 汽压的大幅度波动 因此对自动控制及调节系统均有较高的要求 由于汽水流动阻力较大 给水泵的压头较高 水泵耗能更多 鉴于以上不足 一般只有亚临界或者超临界压力锅炉才适于制成直流锅炉的形式 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 60 第七节锅炉的主要辅助设备 给水设备 通风设备 除尘设备等参见火电厂生产过程CAI 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 61 锅炉给水泵 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 62 离心式锅炉给水泵 剖面 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 63 锅炉送引风机 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 64 锅炉引风机 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 65 离心引风机 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 66 离心风机 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 67 轴流风机 鉴于轴流风机的风量很大 且风机外形尺寸小 占地面积小 如能在运行中通过改变动叶装置角的办法来调节风量和风压 则其效率将较离心式风机高 因此少数大容量电厂锅炉已逐步开始采用轴流式风机 轴流风机风压低 叶片易受磨损 致使其应用范围受到一定限制 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 68 静电除尘器 除去烟气中的飞灰 减小对环境的污染 目前常用种类 静电除尘器 布袋除尘器 水膜除尘器由于除尘效率太低 88 90 已被淘汰 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 69 静电除尘原理图 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 70 静电除尘器结构 静电除尘器的特点是体积庞大 造价高昂 第八节典型电厂锅炉及其主要附件 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 72 电厂锅炉举例 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 73 电厂锅炉 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 74 锅炉的主要附件 1 压力表和温度计装设压力表 为了随时了解各部分工作压力 汽包 过热器出口联箱以及给水调节阀之前均应装设压力表温度计以使用热电偶温度计最为常见 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 75 锅炉的主要附件 2 水位计 阀门 安全阀 吹灰器等参见火电厂生产过程CAI 第九节锅炉安全运行的基本知识 锅炉运行时 要求运行人员严格遵守操作规程 确保锅炉工作的安全 规程的制定应严格按照国家统一规定的条例进行 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 77 一 起动前的准备工作 首先仔细检查锅炉本体及其全部辅助设备是否正常 燃料 给水和通风系统 各种电气设备 各种仪表和全部调节设备等都应该正常 并处于准备起动状态 挡板 阀门等均应转动灵活 燃料储备量必须充足 加水至汽包水位的最低水位线 并保持稳定 同时打开空气释放阀 排出空气点火前 必须先向一次风管 炉膛和烟道内通风至少5分钟 吹扫 排除可能存在的可燃性气体 防止点火时炉膛或烟道等处发生爆炸制粉系统的起动 应从排粉机开始起动 然后起动磨煤机和给煤机 2020年4月6日星期一 动力工程 锅炉设备 78 二 锅炉点火 先点燃点火油枪 待燃烧器周围温度足够高时 约需30 40分钟 才喷入煤粉使之着火 若喷入煤粉5