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文档简介
1、第一章 火电厂锅炉综述 第一节 火电厂锅炉的类型 80年代以来,我国建设了一批以燃煤为主的亚临界与超临 界参数大容量发电机组。各种类型的300、350、500、600、 800mw级亚临界与超临界参数锅炉机组相继投入运行。 一、火电厂锅炉的容量和参数 亚临界压力自然循环及控制循环锅炉的容量和参数见表11 直流锅炉及低倍率循环锅炉的容量和参数如表1-2所示 二、火电厂锅炉的类型 燃烧方式来看,现有的300、600mw级亚临界参数锅炉主要有三 种技术形式:第一种是四角切圆燃烧方式,第二种是对冲燃烧 方式,第三种是w型火焰燃烧方式。 四角燃烧锅炉多数采用摆动式燃烧器调节再热汽温,也可采用 烟气挡板和
2、其他调温方式。而对冲燃烧锅炉采用旋流式燃烧器, 多数采用烟气挡板调节再热汽温。 从循环方式来看,主要有四种形式:自然循环;控制循环;复 合循环或低倍率循环方式;纯直流方式。四角燃烧锅炉的循环 方式趋于多样化,上述四种形式都占相当数量。 而对冲燃烧锅炉,多数采用自然循环方式。从受热面系统布置 来看,对于采用摆动式燃烧器调温的锅炉,除了水平烟道和尾 部烟道的贴墙管过热器外,烟道中的主受热面系统布置大致上 形成了两种形式:种是过热器和再热器都采用辐射+对流式的 系统;另一种是过热器采用辐射+对流式的系统,再热器采用对 流式系统。 从锅炉炉型结构看,有倒u型布置、塔型布置、w型火焰炉型 布置。从工作参
3、数看,目前发展的主要是亚临界和超临界参 数机组。 第一节 自然循环锅炉 一、采用对冲燃烧方式的300mw自然循环锅炉 图11采用b&w技术设计制造的亚临界压力300mw锅炉。采 用双调风旋流式燃烧器对冲燃烧、自然循环、烟气挡板调温 方式。 二、采用四角燃烧方式的300mw自然循环锅炉 图1-2是东方锅炉厂根据ce技术设计制造的亚临界压力300mw 锅炉,采用四角切圆燃烧、自然循环、摆动式燃烧器调温方 式。 炉膛的宽、深、高分别为13335mm、 12829mm、54300mm,燃 用西山贫煤和洗中煤的混煤。炉膛容积热负荷为389103kj (m3h),炉膛断面热负荷为17.13106kj(m2
4、h)。 炉膛四角布置4只摆动式直流燃烧器,燃烧器有6层一次风喷 口,4层油喷口,6层二次风喷口,气流射出喷口后,在炉膛 中央形成700mm和 1000mm的两个切圆。 三、fw300mw级w型火焰锅炉 fw300mw级w型火焰锅炉是采用引进技术生产制造的亚临 界自然循环锅炉,见图13。 四、b&w360mw级w型火焰锅炉 b&w360mw级w型火焰锅炉是引进的亚临界自然循环锅炉。 锅炉整体布置如图1-4所示。沿烟气流程布置屏式过热器、 高温过热器,水平烟道中布置高、低温再热器(即再热器 为单级布置),尾部竖井烟道中布置低温过热器和省煤器。 过热汽温调节采用两级喷水减温,再热汽温调节采用炉底 供
5、热风的方式。炉底注入热风还可以使冷灰斗区域的炉渣 凝聚体积减小,以利于排渣和减轻受热面的磨损。 第三节 控制循环锅炉 一、300mw控制循环锅炉 图15为ce技术设计制造的300mw控制循环锅炉的整体布置。 其受热面布置与自然循环锅炉大致相同,不同的是水循环系统 中增加了循环泵和水冷壁管径减小。 炉水循环泵及其工作系统如下。 二、600mw控制循环锅炉 图1-7是采用ce技术设计制造的600mw亚临界控制循环锅 炉,采用四角燃烧,摆动式直流燃烧器调温方式。 炉膛宽、深、高度分别为18.542m、 16.432m、65.354m。 燃用烟煤,断面热负荷为5.64106wm2,容积热负荷为 96.
6、25 103wm3。 600mw控制循环锅炉的受热面系统布置类似于300mw控制 循环锅炉。 第四节 直 流 锅 炉 一、超临界压力600mw锅炉 600mw超临界压力锅炉为n型布置,如图18所示。 炉膛下部螺旋管圈水冷壁,炉膛上部布置垂直管屏水冷壁。 螺旋管圈水冷壁通过焊接在鳍片管上的张力板悬吊于炉顶钢 架上,螺旋管圈水冷壁的重量负载传递给张力板,再由张力 板把重量负载均匀地传递给炉膛上部的垂直管屏,从而实现 螺旋管圈的悬吊。 二 亚临界直流锅炉 第五节 低倍率循环锅炉 国内电厂中也有相当数量的低倍率循环锅炉,一般采用 塔型布置,容量等级为600、 500、300mw。 图116是500mw
7、亚临界参数低倍率循环塔型锅炉。 第二章燃料及其燃烧特性 第一节 火电厂锅炉燃料的分类 火电厂锅炉是将燃料的化学能转换为蒸汽热能的设备。 在工程上将加热至一定温度后能与氧发生强烈的化学反应, 并放出大量热量的炭氢化合物和炭化物称为燃料。 燃料的种类和特性对锅炉的安全性和经济性有密切关系。 在锅炉的设计和运行中,由于燃料的不同、锅炉受热面积 的大小、炉膛高矮、燃烧器型式、空气预热器面积的大小、 受热面的污染、磨损、腐蚀等情况均会不同。 根据燃料在自然界所处的状态,可将燃料分为固体燃料、液 体燃料和气体燃料。 固体燃料主要以煤为主;液体燃料以重油和渣油为主;气体 燃料以煤气为主。 根据获得燃料的方法
8、,可将直接从自然界取得未经工艺加工 的燃料称为天然燃料,如原煤、原油及天然气。 将经过工艺加工后的木炭、焦炭和石油制品则称为人工燃料。 根据用途,将用于炼焦、锻造和化工的焦结性好、含杂质少 的燃料称为工艺燃料。 不适于做工艺燃料的锅炉燃用的燃料称为动力燃料。 我国的燃料政策是,尽量不烧油和天然气,电力工业以烧煤 为主;尽量不使用工艺燃料;为减少运输,应尽量使用当地 出产的煤;由于煤对环境的污染大于其他燃料,在使用过程 中应尽量采取措施减少污染。 我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国,占世界煤产量的 25。1996年,我国煤炭产量达13.8亿t,而煤炭占我国一次 能源消费量的75。 我国煤炭资源
9、相对较为丰富,分布也广,而石油和天然气资 源相对不足,预计到21世纪中叶,我国能源消耗仍会以煤为 主。 煤是由多种有机物和无机物混合组成的复杂的固体碳氢燃料。 它是远古植物遗体随地壳的变动被埋入地下,长期在地下温 度、压力较高的环境中,植物中的纤维素、木质素经脱水腐 蚀,含氧量不断减少,碳质不断增加,逐渐形成化学稳定性 强、含碳量高的固体碳氢燃料。 埋入地下深度和时间不同、地质作用的强弱不同,就会形成 不同的煤种,即分为褐煤、烟煤和无烟煤三大类。 第二节 煤的元素分析和工业分析 一、元素分析 全面测定煤中所含化学成分的分析叫元素分析。根据分 析,煤中元素达三十几种。一般将不可燃物质都归入灰 分
10、。 对燃烧有影响的成分包括:碳、氢、氧、氮、硫、灰分 和水分,各化学元素成分用质量百分数表示,即 c+h+o十n十s+a+m100 氢是煤中发热量最高的物质,完全燃烧时,纯氢的发热量 为1.2105kjkg。氢燃点低,易点燃,是有利元素。煤中 氢的含量较少,一般约占36。 煤中的氧和氮是不可燃物质,其含量也较少。煤中的氮在 高温条件下易生成污染大气的nox,被视为有害元素。 硫虽然在燃烧时也放出热量,但其燃烧产物s02和s03会造成 锅炉金属的腐蚀并污染大气。 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,称为挥发硫,后一种归入灰分。一般在计算 含硫量时应采用全硫分。 煤中灰
11、分和水分均为不可燃物质。灰分存在不仅使燃料发 热量减少,而且影响燃料着火燃尽,也是造成积灰、结渣、 磨损的主要因素。水分会使炉内温度下降,影响着火,并 增大排烟热损失,还会加剧尾部受热面腐蚀和堵灰。 二、工业分析 在一定的实验室条件下的煤样,分析得出水分、挥发分、 固定碳和灰分这四种成分的质量百分数的过程,称为工业 分析。 取1g左右的自然干燥后的煤粉样放人预先加热至1455 的干燥箱中,干燥1h后,试样质量减轻的量占原质量的百 分数即为空气干燥基水分。 此数值与外部水分值相加即为全水分。 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。 挥
12、发分是煤在加热过程中有机质分解而析出的气体物质。 主要是由各种碳氢化合物、氢、一氧化碳、硫化氢等可燃 气体组成的,另外还有少量的氧、二氧化碳、氮等不可燃 气体。 碳化程度不同,挥发分的析出温度以及挥发分的含量也不 同。 挥发分燃点低,易于着火燃烧,对锅炉工作影响较大,其 含量常做为煤的分类的重要依据。 煤在失去水分和挥发分后剩余部分即为焦碳,它包括固定 碳和灰分。 将煤粉样放在高温炉中,按规定方法升温至81510c,并 加热1h,冷却至室温后称重,剩余重量占原煤样重量的质 量百分数即为空气干燥基灰分的含量。将原煤粉样中水分、 灰分、挥发分扣除后,即为空气干燥基固定碳的质量百分 数。发电厂中均可
13、做煤的工业分析。 三、煤的成分计算基准 煤中灰分和水分含量容易受外界条件的影响而发生变化, 单位质量的煤中其他可燃物质的质量百分数也会随之而变 化。同一种煤,也会出现上述情况。 因此,需要根据煤存在的条件或根据需要而规定的“成分 组合”作为基准,才能正确地反映煤的性质。 常用下列4种基准。 1收到基(原应用基) 收到状态的煤为基准计算煤中全部成分的组合称为收到基, 其中包括全部水分。收到基以下角标ar表示,即 car+har+oar+nar+sar+aar+mar100 (22) 2空气干燥基(原分析基) 煤样在实验室规定温度下,自然干燥,失去外部水分后, 其余的成分组合便是空气干燥基,以下角
14、标ad表示,即 cad+had+oad+nad+sad+aad+mad=100(23) 3干燥基 假想无水状态煤为基准,以下角标d表示。由于已不受水 分的影响,灰分含量百分数比较稳定,可用于比较两种 煤的含灰量,即 cd+hd十od+nd十sd+ad=100 (24) 4干燥无灰基(原可燃基); 假想无水、无灰状态的煤为基准,以下角标daf表示。由于 不受水分、灰分影响,常用于比较两种煤中的碳、氢、氧、 氮、硫成分含量的多少,即 cdaf+hdaf+odaf+ndaf+sdaf=100 (25) 4种基准同样也可以用于煤的工业分析。元素分析成分和工 业分析成分的关系如图21所示。 四、煤的发热
15、量 煤的发热量是指单位质量的煤在完全燃烧时放出的热量。 在实际应用中,煤的发热量有高位发热量和低位发热量之 分,发热量的单位目前用kjkg。 发热量中包括煤燃烧后所产生的水蒸气凝结放出的汽化潜 热时,称为高位发热量,用qgw表示。 五、折算成分和标准煤 1折算成分 锅炉的设计和运行中,为了更好地鉴别煤的性质,更准 确地比较煤中硫、水分、灰分对锅炉工作的影响,常用 折算成分的概念来考虑。 规定每送入锅炉4182kjkg热量(即 1000kcalkg), 带入锅炉的水分、灰分和硫分。 2标准煤 准确地比较煤的消耗量,便于比较和管理,采用收到基 发热量为29270kjkg (7000kcalkg)的
16、煤为标准煤。 即可用下式计算标准煤耗bb bb=bqar,net kgh (214) 式中 b电厂实际煤耗值。 比较两个电厂的煤耗时,可用式(214)先折算为标准 煤耗后再比较。 第三节 煤的燃烧特性分析 一、煤的热分解机理 煤粒被加热到超过一定温度后,即进入热分解阶段,放出 挥发分并形成焦碳。 煤在热分解时放出挥发分的重量和成分与热解的条件有关, 即与加热温升速度、最终温度和在此温度下的持续时间有 关。当加热时温升速度大于1l0s时,称为快速热分解; 而当加热时温升速度小于2s时称为慢速热分解;温升 速度介于两者之间的为中速热分解。 二、煤的热重分析 燃料特性是燃烧设备设计的主要依据,采用常规的方法, 如元素及工业分析时,发热量和灰熔点,灰的成分和可磨 性系数等参数,不能完全表征煤的燃烧特性。 近年来,国内外开发了许多特种分析方法,如热天平、热 显微镜、着火指数炉、一维炉等方法。 由于仪器规范不同,即使同一种煤也会得出不同的结果。 在使用分析数据时应弄清数据的来源单位,所用仪器和规 范,否则可能造成错误。 煤的失重分析是判别煤的燃烧特性而进行的专门分析,热 天平是常用设备之一。 二、煤的热重分析 燃料特性是燃烧设备设计的主要依据,采用常规的方法, 如元素及工业分析时,发热量和灰熔点,灰的成分和可 磨性系数等参数
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