锅炉基础知识及水泥余热发电锅炉性能

本文格式为Word版，下载可任意编辑——锅炉基础知识及水泥余热发电锅炉性能锅炉基础知识及水泥余热发电锅炉性能及结构特点

第一章锅炉基础知识

一、基本知识

1、热传递的三种基本方式：传导、对流、辐射

传导：热量从高温物体传递到低温物体或者从物体的高温部分传递到低温部分。

对流：温度不同的各部分物体之间发生宏观相对运动而引起的热量传递过程称为热对流。

辐射：热量的传递是通过电磁波的方式进行，物体之间不直接接触。传热基本方程：Q=KFΔtW式中:K——传热系数

F——传热面积m2

Δt——冷热物体表面温度之差℃

绝对黑体辐射力：E=σT4W/m2

式中：σ——斯蒂芬-波尔茨曼常数数值为5.6697×10-8W/(m2.K4)

T——物体表面绝对温度K实际黑体辐射力：E=εσT4W/m2式中:ε——黑度在0～1之间

2、换热器的类型

寻常将换热器分为表面式和混合式两种。

表面式：冷热两种流体不直接接触，通过金属壁面来实现换热。

如电厂中的凝汽器、高、低压加热器等。依照冷热两种流体的流向，表面式换热器又分为：顺流式、逆流式和混合式三种。顺流式是指热流体的滚动方向与冷流体的滚动方向自进至出方向一致；方向相反时则为逆流式；而部分方向一致，部分方向相反的称为混合式。在顺流式热交换器中，首先是较高温度的热流体与较低温度的冷流体直接进行热交换，因此管壁温度较低，在热流体温度较高时不简单烧坏。但由于热流体的温度逐渐降低，冷流体的温度逐渐升高，两者之间的温差越来越小，故传热效率较逆流式要低。在一定温度下，要使两种型式的表面换热器达到同样的目的，则顺流式要比逆流式的面积要大。混合式兼有两者的优点。

混合式：冷热两种流体直接接触，相互混合来实现换热。这种换热器效率最高，但两种流体不简单分开。如电厂中的冷却塔、热力除氧器等。

二、锅炉及其分类

锅炉也称蒸汽发生器，是利用燃料或工业生产中余热的热能，将工质加热到一定温度和压力的换热设备。锅炉用途广泛，型式众多，一般可按以下方法分类：1、按用途分类

电站锅炉：大多为大容量、高参数锅炉，火室燃烧，热效率高，出口工质为过热蒸汽。

工业锅炉：用于工业生产和采暖，大多为低压、低温、小容量锅炉，火床燃烧居多，热效率较低；出口工质为蒸汽的称为蒸汽工业锅

炉，出口工质为热水的称为热水锅炉。

船用锅炉：用作船舶动力，一般采用低、中参数，大多燃油。锅炉体积小，重量轻。

机车锅炉：用作机车动力，一般为小容量、低参数，火床燃烧，以燃煤为主，锅炉结构紧凑，现已少用。

注汽锅炉：用于油田对稠油的注汽热采，出口工质一般为高压湿蒸汽。

2、按结构分类

火管锅炉：烟气在火管内流过，可以制成小容量，低参数锅炉，热效率较低，但结构简单，水质要求低，运行维修便利。水管锅炉：汽水在管内流过，可以制成小容量，低参数锅炉，也可制成大容量、高参数锅炉。电站锅炉均为水管锅炉，热效率较高，但对水质和运行水平的要求也较高。3、按循环方式分类

自然循环锅筒锅炉：具有锅筒，利用下降管和上升管中工质密度差产生工质循环，只能在临界压力以下应用。

屡屡强制循环锅筒锅炉：也称辅助循环锅筒锅炉。具有锅筒和循环泵，利用循环回路中的工质密度差和循环泵压力建立工质循环。只能在临界压力以下应用。

低倍率循环锅炉：具有汽水分开器和循环泵，主要靠循环泵建立工质循环，可应用于亚临界压力和超临界压力，循环倍率低，一般为1.25～2.0。

直流锅炉：无锅筒，给水靠水泵压力，一次通过受热面产生蒸汽，适用于高压和超临界压力锅炉。

复合循环锅炉：具有再循环泵。锅炉负荷低时按再循环方式运行，负荷高时按直流方式运行，可应用于亚临界压力和超临界压力。4、按锅炉出口工质压力分类

低压锅炉一般压力小于1.275MPa(13kgf/cm2)中压锅炉一般压力为3.825MPa(39kgf/cm2)高压锅炉一般压力为9.8MPa(100kgf/cm2)超高压锅炉一般压力为13.73MPa(140kgf/cm2)亚临界压力锅炉一般压力为16.67MPa(170kgf/cm2)超临界压力锅炉压力大于22.13MPa(225.65kgf/cm2)5、按燃烧方式分类

火床燃烧锅炉：主要用于工业锅炉，其中包括固定炉排炉、倒转炉排抛煤机炉、振动炉排炉；下饲式炉排炉和往复推饲炉排炉等。燃料主要在炉排上燃烧。

火室燃烧锅炉：主要用于电站锅炉，燃用液体燃料、气体燃料和煤粉的锅炉均为火室燃烧锅炉。火室燃烧时，燃料主要在炉膛空间悬浮燃烧。

旋风（沸腾）炉：送入炉排的空气流速较高，使大粒燃煤在炉排上面的沸腾床中翻腾燃烧，小粒燃煤随空气上升并燃烧。用于燃用劣质燃料。多为工业锅炉，大型循环沸腾燃烧锅炉可用作电站锅炉。6、按所用燃料或能源分类

固体燃料锅炉燃用煤等固体燃料。液体燃料锅炉燃用重油等液体燃料。气体燃料锅炉燃用自然气等气体燃料。

余热锅炉利用冶金、石油化工等工业的余热作热源。原子能锅炉利用核反应堆所释放热能作为热源的蒸汽

发生器。

废料锅炉利用垃圾、树皮、废液等作为废料的锅炉。其他能源锅炉利用地热、太阳能等能源的蒸汽发生器或热水器。

7、按排渣方式分类

固态排渣锅炉：燃料燃烧后生成的灰渣呈固态排出，是燃煤锅炉的主要排渣方式。

液态排渣锅炉：燃料燃烧后生成的灰渣呈液态从渣口流出，在裂化箱的冷却水中裂化成小颗粒后排入水沟。8、按炉膛烟气压力分类

负压锅炉炉膛压力保持负压，有送、引风机，是燃煤锅炉主要型式。

微正压锅炉炉膛压力大于为2～5kPa，不需引风机，宜于低氧燃烧。

增压锅炉炉膛压力大于0.3MPa，用于蒸汽——燃气联合循环。

三、锅炉的参数与技术经济指标

传热管共80根，规格φ38.1×t3.2。为加强换热效果，管与管之间采用错列布置。

为减少受热面的积灰，保证受热面的换热效果，在受热面传热管下端焊接有振打杆，通过振打装置（410A、B）锤头连续地振打，使粘附在传热管表面的生料粉尘在振打力的作用下落入下部灰斗，灰斗中的粉尘通过锅炉底部的粉尘输送装置（包括：411拉链机、412回转阀、413、414、415拉链机）送入窑喂料斗提0417。

锅炉入口废气管道上设有入口挡板490，废气管道上设有旁路挡板491，出口废气管道上未设挡板。为满足水泥熟料系统中原料磨烘干的需要，该炉出口废气温度设计在250℃，故而没有省煤器，当雨季原料中水分较大时，还可以通过调理491挡板的开度来提高入磨风温，以保证原料磨的产能。

㈡AQC锅炉

该炉结构型式为立式自然循环汽包炉，受热面自上而下依次为一组过热器、一组蒸发器和两组省煤器，均为逆流式布置。其中，过热器出、入口各一个联箱，换热面积2539m2,传热管共80根；蒸发器出、入口各六个联箱，换热面积6524m2,传热管上下九层，共298根；省煤器出、入口各一个联箱，换热面积20252m2,传热管共80根。因受热面传热管全部采用鳍片管，故虽然受热面换热面积较大，但炉体结构尺寸却较PH炉要小。

因该炉利用的废气中所含粉尘为熟料颗粒，不具有粘附性，

而熟料颗粒硬度较大，为减少入炉粉尘含量，降低熟料颗粒对锅炉受热面传热管的磨损，在锅炉入口前段风管设有沉降室，沉降后的熟料颗粒经311回转阀、312拉链机送入0701裙板机。

锅炉的取风口取自篦冷机四室，以保证有较高的入炉温度，同时又能满足工艺生产线的需求。在锅炉沉降室前的入口废气管道上设有入口挡板390，废气管道上设有旁路挡板391，出口废气管道上未设挡板。另外在原篦冷机直接入0537电收尘的余风出口设有挡板392。鉴于该炉入炉风温时常超温的实际运行状况，2000年在沉降室上增设一冷风挡板，较好地起到了调理入炉风温的作用。

三、锅炉的控制与联锁1、负荷控制

余热发电系统中锅炉负荷的控制主要靠调理锅炉入口挡板与旁路挡板的开度来实现。锅炉负荷与汽包水位、冷却水泵的运行状态等联锁，运行中：①当某台锅炉汽包水位中控测量值低于该炉汽包水位最低设定值时，会自动甩炉：锅炉入口挡板自动全开，旁路挡板自动全闭；②当中控出现两台冷却水泵都为中止信号时，汽轮发电机保护跳停，同时两锅炉自动甩炉；③当PH炉循环水流量低于最低流量（90t/h）时，PH炉自动甩炉。另外，为保证水泥窑系统废气畅通，两锅炉入口挡板还与旁路挡板互锁，即：只有当入口挡板全开（100%）时，才可以进行旁路挡板的操作，反之亦然。

2、压力、温度控制

锅炉汽包压力及过热器压力主要通过调理锅炉负荷来实现，在汽包上及过热器出口管道上设有安全阀，当压力超过安全阀动作值时，安全阀开启泄压，直至压力降至回复值。两锅炉原设计未设温度调理装置，但实际运行中因AQC锅炉入炉风温波动较大，且经常超温严重，为减少超温给锅炉造成的不利影响，后在沉降室上装设一冷风挡板，较好地解决了锅炉超温严重的问题。

3、汽包水位调理

锅炉汽包水位的调理采用三冲量自动给水调理系统，利用主蒸汽流量、给水量和汽包水位三个信号，通过PID调理，来控制给水调理阀321V（421V）的开度及速度，达到自动调理的目的。三冲量调理系统的基本原理如下图，汽包水位是主信号，也是校正信号，任何扰动使水位的升高或降低，经水位变送器转换成电信号传送到调理器，调理器发出的调理信号，经执行机构关小或开大给水自动调理阀门，使水位得到调整。这是一个闭合回路，是一般的反馈调理系统。假使只根据一个水位信号来进行调理就无法战胜“虚假水位〞和给水压力波动产生的内扰。

蒸汽流量信号为前馈信号。当蒸汽流量突然增大时，虚假水位现象要使调理器发出关小调理阀门的信号，与此同时，外扰信号——蒸汽流量D作为前馈信号加到调理器，使调理器发出开大给水阀门的信号，这两个信号相互制约，减少或抵消了虚假水位的影响，从而改善了调理品质。但仅有水位信号和蒸汽流量信号

还是不够的，只有增加了给水流量信号后才能达到比较满意的调理效果。

给水流量信号经变送器转换后送到调理器，信号极性为“-〞，这表示信号按负极性送入调理器。当给水流量增加时，调理器的输出减小，即发出关小调理阀的信号，反之亦然。蒸汽流量信号极性为“+〞，信号按正极性送入调理器，即说明当蒸汽流量信号增加时，调理器输出信号增加，开大给水调理阀门。汽包水位信号也为“+〞，这并不说明汽包水位增加时要开大给水调理阀门，而是当水位升高时，由于水位信号是用差压方式测量的，经变送器送到调理器的信号减小，使给水阀关小，这也正达到了水位升高阀门应关小的要求。所以变送器输入调理器的信号减小时，要求调理器的输出也要减小；反之，输入调理器的信号增加时，要求调理器的输出也增加，所以水位信号应按“+〞极性接入。

四、水位计基本原理及故障处理㈠水位控制的重要性

从某种意义上说，当系统处于相对稳定时，DCS系统基本上以控制各部分水位为核心进行自动调理。当锅炉汽包水位过高时会造成主蒸汽温度下降，过热器结垢，汽轮机积盐，严重时发生水冲击；当锅炉汽包水位过低时会造成锅炉内部循环中断，形成局部干烧，对PH锅炉，还会引起循环泵汽蚀损坏。锅炉水位的最正确正常运行范围为0±50mm。

㈡现场水位计

以汽包为例，实际上汽包在正常运行时始终处于饱合状态，且内部工质猛烈运动。从垂直方向上看，工质各热工的变化是一个渐变的过程，不存在一个明显的汽水分界限，一般以参数相对高度变化最快处为汽包定义水位。现场水位计是一个上下部都与汽包相通的容器，在水位计内有明显的汽水分界面，由于汽包内定义水位以下部分仍含有部分汽泡，显然表现的密度要小于水位计中水的密度，因此现场水位计的水位要低于汽包内的实际水位。

现场水位计同汽包处于同一压力下，一旦玻璃破碎或其它原因造成泄漏，一浪费能源，二是可能造成人身伤害，因此要严格依照操作规程和设备使用说明书进行操作。水位计的冲洗操作步骤为：⒈冲洗水位计时，要戴好防护手套，脸部不要正对水位计，动作要缓慢，以免玻璃管由于忽冷忽热而破碎伤人；⒉冲洗水位的顺序，依照阀门（旋塞）的位置（下部是放水阀，中部是水阀，上部是汽阀）可归纳成“下中中来上上下〞七个字。即：先开下

部放水阀（下），冲洗汽水通路和玻璃管；再关闭水阀（中），单独冲洗汽路，接着先开水阀（中），再关汽阀（上），单独冲洗水路；最终，先开汽阀（上），再关放水阀（下），使水位恢复正常。以上步骤操作完毕，假使水位迅速上升，并有微弱波动，说明水位计正常，假使水位上升缓慢，说明水位计有堵塞现象，就重新冲洗和检查。

㈢水位变送器

水位变送器将容器内水位信号转换为差压信号，由差压变送器检测出差压的大小以4～20mADC信号送至DCS系统输入接口，DCS系统经计算后再转换为相应的水位信号送至CRT，同时用于给水阀门的自动调理。

如上图所示：在汽包水位上下限处各开连通孔，上连通孔联接一小汽包，在正常运行状态下，小汽包内的水位始终在其中心线上，与汽包水位变化无关。这样将上下两连通孔用管道联至变送器两端，其差压为：ΔP=Hρ

水

g-[hρ水+(H-h)ρ汽]g①

由于ρ汽＜＜ρ水，上式可简化为ΔP=ρ水(H-h)g②得h=H-ΔP/ρ

水

g③

水位变送器在正常工作状态下，各部分都充满了水（除小小汽包

上半部外），这样无论差压变送器相对于压力容器的位置如何，都能正确检测出差压及至水位，假使因停机或其它原因有空气进入，必然导致测量不准，这样就要进行蒸汽扫管，排除空气，排空气一般采用开启变送器顶部排气塞的方法，当判断管道内可能有异物时开排污阀（③④）进行排污。

进行排污等操作时，一定要先开启压力平衡阀⑦，平衡差压变送器膜盒两面的压力，避免差压过大损坏膜盒。冬季夜间气温低于0℃时可能会冻住导压管，使差压无法正确传送，CRT出现假水位信号，变送器内部结冻时还会使变送器损坏，所以冬季当气温较低时应及时投入伴热管，并保证其正常工作。

五、锅炉的排污及炉内防腐蚀的主要措施

1、排污的目的是，通过排除锅炉内的泥垢，过剩的含盐量，含碱量以及水面的泡沫和油脂，从而保持锅炉水一定的含盐量及含碱量

锅炉通过连续排污和定期排污，保持锅炉水质的良好，就可以减缓水垢的生长，提高蒸发效能，保持蒸汽质量，对燃烧锅炉还可俭约燃料。

连续排污也叫表面排污，这种排污方式是连续不断地从炉水表面将浓度最大的炉水排出。主要目的是降低炉水中的含盐量，防止因炉水浓度过高造成的不良影响。

定期排污也叫休止排污或底部排污。定期排污是在锅炉系统的最低点进行的，如锅炉的泥鼓和下联箱等处。目的是为了排出炉内新形成的泥垢，以及其它沉淀物。定期排污的时间虽然较短，但是排出锅

炉内沉淀物的作用却很强，另外，定期排污还能迅速调理锅炉水浓度，以补连续排污不足。定期排污在锅炉负荷低的时候进行。应当坚持勤排、少排、均衡排污的原则。

2、炉内防腐蚀的主要措施有：

⑴给水除氧采用热力除氧或化学除氧。

⑵控制炉水碱度符合标准使炉水pH值保持在10～12(我厂为9.4～10.5)之间，同时保持炉水相对碱度小于0.2，以减缓腐蚀；

⑶炉水的硝酸盐处理在中低压锅炉上，用投加硝酸盐的方法可以防止苛性脆化。硝酸盐的参与量，需维持水中NaCO3/NaOH=0.35～0.40,其中NaOH是以炉水含碱度计算的；

⑷炉水的磷酸盐处理在中低压锅炉上，最常用的是磷酸三钠（Na3PO4）,它不仅可以防止苛性脆化，还能防止生成水垢：炉水中的钙、镁等碳酸盐水垢通过与磷酸三钠反应而生成磷酸盐水渣，可以通过排污的方式排除。目前我厂即采用此种方式。

六、锅炉常见故障现象及处理方法㈠锅炉承压部件的损坏1、锅炉受热面损坏的现象①汽包水位下降较快；②纯水消耗量明显增大③蒸汽压力和给水压力下降；④给水量不正常大于蒸汽流量；⑤排烟温度升高；

⑥微弱泄漏时，有蒸汽喷出的响声，爆破时有显著的响声；2、锅炉受热面损坏的原因

①锅炉质量不良，水处理方式不正确，化学监视不严，未按规定排污，致使管内结垢腐蚀；

②制造、检修或安装时管子或管口被杂物堵塞，致使水循环不良引起管壁过热，产生鼓包或裂纹；

③管子安装不当，制造有缺陷，材质不合格，焊接质量不良；④锅炉负荷过低，热负荷偏斜或排污量过大，造成水循环破坏；

⑤升温升压时受热面联箱或受热面受热为均，出现过高热应力，造成焊口出现裂纹；

⑥锅炉高速含尘废气与受热面冲刷磨损严重，致使受热面管壁变薄。

3、受热面损坏的处理方法

①马上停炉，关390/开391挡板，关闭301V或401V主汽门；②提高给水压力，增加锅炉给水；

③如损坏严重时致使锅炉汽压迅速降低，给水消耗太多，经增加给水仍不能保持汽包水位时应中止给水；④处理故障时须密切注意运行锅炉的给水状况；⑤锅炉入口风温降至100℃以下时锅炉放水进行处理；⑥锅炉故障处理完毕后，必需经水压试验合格后方可投入运行。

㈡汽水共腾

1、汽水共腾的现象

①蒸汽和炉水的含盐量增大；②过热蒸汽温度下降；

③汽包水位发生猛烈波动，汽包水位计模糊不清；④严重时，蒸汽管道内发生水冲击；⑤汽轮机热效率下降；2、汽水共腾的原因

①炉水水质电导率不合格；

②锅炉入口风温柔风量波动较大，造成负荷波动猛烈；③锅炉汽包内的汽水分开装置有缺陷或水位过高；3、汽水共腾的处理方法

①适当降低锅炉蒸发量，并保持锅炉稳定运行；②全开锅炉连续排污阀必要时开启事故放水阀或其它排污阀，同时增加给水量；③中止向锅炉汽包内加药；④尽量维持低汽包水位；

⑤开启过热器和蒸汽管道上所有疏水阀；

⑥通知现场人员对排污水进行检测，并采取一定措施改善水质量；

⑦锅炉炉水质量未改善之前，不允许增加锅炉负荷；⑧待故障消除后应冲洗水位计；

㈢锅炉水位异常⑴1、锅炉满水的现象①汽包水位高于正常水位；②汽包水位报警值出现高报；③过热蒸汽温度下降；④蒸汽含盐量增大；

⑤锅炉给水流量不正常大于蒸汽流量；⑥当锅炉严重满水时蒸汽管道发生水冲击；2、锅炉满水的原因

①锅炉给水阀自动失灵，给水自动调整装置；②水位变送器、蒸汽量或给水量表指示不正确，使运行人员误判断而操作错误；③锅炉负荷突然增加太快；

④运行人员疏忽大意，对水位监视不够，调整不及时或操作不当；3、锅炉满水的处理

①中控与现场核对水位，必要时应马上冲洗水位计；②若因给水自动调整失灵而影响水位升高时，应手动关小给水阀，减小给水量；

③假使水位继续升高，应开启事故放水阀或排污阀；④若水位超过最高报警时应马上停炉，关闭主汽门；⑤中止向锅炉上水，开启省煤器与汽包联箱排污阀；

⑥由于锅炉负荷骤增而造成水位升高时应暂缓增加负荷；

⑦因给水压力异常而引起汽包水位升高时，应马上启动备用泵，中止原始泵进行处理；⑵⒈锅炉缺水时的现象

①汽包水位低于正常水位，报警值低报；②给水流量不正常；

③严重缺水时造成过热蒸汽温度升高；⒉锅炉缺水的原因

①锅炉给水自动装置失灵；

②水位变送器、蒸汽量或给水量表指示不正确，使运行人员误判断而操作错误；③锅炉负荷骤减；④给水压力突然下降；

⑤锅炉管道阀门泄漏或排污量过大；

⑥运行人员疏忽大意，对水位监视不够，调整不及时或操作不当；⒊锅炉缺水时的处理

①中控与现场核对水位，必要时应马上冲洗水位计；②若因给水自动调整失灵，应手动开大给水阀，增大给水量；

③若汽包严重缺水，水位处于低低报以下时，应马上

甩炉，关闭主汽门，缓慢向锅炉内加水；④若因给水压力下降引起，应马上启动备用泵，提高给水压力。

㈣省煤器管道、阀门汽塞⒈汽塞时的现象

①省煤器出口水温超过报警值235℃；②锅炉给水泵出口压力升高；

③开大322V、321V、421V阀门，省煤器入口给水流量增加

不大；

④两锅炉汽包水位逐渐下降，蒸发量逐渐减少，负荷下降。⒉发生汽塞的原因

①省煤器出口水温升高调理不及时；②No.2闪蒸器水位失真，造成缺水；③省煤器热负荷过大。⒊发生汽塞时的处理方法

①开大322V、321V、421V阀门，增加省煤器给水流量；②调理AQC炉391/390挡板，减少入炉风量，必要时甩炉；③