第三章_燃煤电厂锅炉概述

1、第3章 燃煤电厂锅炉概述,主讲： 苏昭桂 副教授 电话手机E-mail：,锅炉设备的作用及构成 锅炉的类别 锅炉燃烧理论基础 煤的组成及其性质,主要内容,第一节锅炉设备的作用及构成,一、锅炉在火力发电厂中的地位及作用,火力发电厂的三大主机是锅炉、汽轮机、发电机。,整个过程中存在三种能量转换过程,化学能 热能 机械能 电能,锅炉的作用就是安全、可靠、经济地产生出一定数量的、具有一定温度和压力的蒸汽。,对锅炉设备的设计制造、安装、运行、检修要求包括： （l）必须符合国家、行业关于锅炉设计制造、安装、运行、检修等各项有关规定的要求。 （2）必须

2、能够连续、安全地运行。 （3）必须能够经济地运行。 （4）必须易于检修和快速处理事故。 （5）必须充分考虑环境保护的要求。,二、锅炉设备的构成,火力发电厂锅炉由锅炉本体钢架、汽水系统、燃烧系统、辅机等主要系统及附件设备组成。,锅炉设备的构成,锅炉本体,送风机、引风机、给煤机、磨煤机、排粉机、除尘器及烟囱等。,燃烧器、炉膛、布置有受热面的烟 道，汽包、下降管、水冷壁、过热器、 再热器、省煤器及空气预热器等。,其余为辅机,发电厂锅炉部分示意图,1.锅炉本体钢架,二、锅炉设备的构成,锅炉钢架有支撑式和悬吊式两种。 构架应有足够的强度、刚度、伸缩性和防震性。 锅炉一般采用支撑式钢架。钢架主要由立柱、横

3、梁、桁架和辅助梁组成。 悬吊式结构的主要特点：抗震性能好，刚性大，在外力作用下变形小。,2.汽水系统,二、锅炉设备的构成,锅炉的汽水系统是锅炉的一个主要系统，划分为： 给水系统、主蒸汽系统、炉内外水循环系统和主蒸汽管道系统、疏放水系统、排污系统。 汽水系统由给水管路、省煤器、汽包、下降管、水冷壁、过热器、再热器及再热蒸汽管路等组成。 主要作用是使水吸热、蒸发，最后变成有一定参数的过热蒸汽。,3.燃烧系统,二、锅炉设备的构成,锅炉的燃烧系统由炉膛、燃烧器、点火油枪、风、粉、烟道等组成。 其作用是使燃料燃烧，产生高温火焰和烟气。 燃烧系统是燃煤锅炉的一个主要系统，可划分为： 燃烧器及调节点火装置；

4、制粉系统；风烟系统；除渣、除灰系统；炉前点火油系统。,4.辅机和附件,二、锅炉设备的构成,辅助设备主要有送风机、引风机及制粉、除尘、除灰、除渣设备等。 锅炉附件：安全阀、水位计、膨胀位移指示器及吹灰器等。,三、锅炉的参数及型号,1.锅炉参数,锅炉容量：指锅炉的额定蒸发量，常以每小时能产生蒸汽的吨数来表示，单位为t/h。 目前大型火电厂锅炉容量一般为670 t/h（200 MW机组）、1000 t/h（300 MW机组）和2000 t/h（600 MW机组）。,蒸汽参数：一般指锅炉出口蒸汽的压力和温度。对于具有再热器的锅炉，蒸汽参数中还包括再热器出口蒸汽压力和温度。蒸汽压力用符号P表示，单位为M

5、Pa；蒸汽温度用符号t表示，单位为。 目前大型锅炉的蒸汽压力多为14 MPa（670 t/h）、17.4 MPa（1000 t/h），蒸汽温度一般为540。,2.锅炉型号的表示方法,三、锅炉的参数及型号,根据JB/T 1617电站锅炉产品型号编制方法，我国国产锅炉目前采用三组或四组字码表示其型号。中、高压锅炉采用三组字码，例如：DG-400/9.8-M型锅炉，型号中第一组字码是锅炉制造厂名称的汉语拼音缩写，DG表示东方锅炉厂（SG表示上海锅炉厂、HG表示哈尔滨锅炉厂、WG表示武汉锅炉厂、BG表示北京锅炉厂）；型号中第二组字码为一个分数，分子表示锅炉容量（t/h），分母表示过热蒸汽压力（表压力，

6、MPa）；型号中第三组字码表示锅炉设计燃料代号和变型设计序号，原型设计则无变型设计序号，燃料代号用字母表示，M为燃煤、Y为燃油、Q为燃气、T为其他燃料。,三、锅炉的参数及型号,2.锅炉型号的表示方法,超高压以上锅炉均装有中间再热器，故采用四组字码，即在上述型号的二、三组字码间又加了一组分数形式的字码，其分子表示过热蒸汽温度，分母表示再热蒸汽温度。 例如HG-670/13.7-540/540-I型锅炉即表示哈尔滨锅炉厂制造，容量为670 t/h，过热蒸汽出口压力为13.7 MPa；过热蒸汽温度为540，再热蒸汽温度为540，第一次设计的锅炉。,第二节 锅炉的类别,1.固体燃料锅炉：燃用煤等。 2

7、.液体燃料锅炉：燃用重油、轻柴油等。 3.气体燃料锅炉：燃用天然气等。 4.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。 5.其它能源锅炉：利用地热、太阳能等能源的蒸汽发生器。,一、按所用燃料或能源分类,二、按工质在锅炉内的流动方式分类,1.自然循环锅炉 汽水主要靠水和蒸汽的密度差产生的压头而循环流动，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，因此自然循环锅炉只能在临界压力以下应用。,2.多次强制循环汽包锅炉 多次强制循环锅炉是在自然循环锅炉的基础上只是在下降管中增加了循环泵，以增强循环流动的推动力。,3.直流锅炉 无锅筒，直流锅炉蒸发受热面中工质的流动全依靠给水泵的压

8、头来实现。 4.复合循环锅炉和低倍率循环锅炉 无汽包；复合循环锅炉可分为两种。一种是部分负荷再循环，即低负荷时，按再循环方式运行，当锅炉负荷高时按直流方式运行。另一种是全负荷再循环，即在任何负荷下，都有一部分流量进行再循环，但循环倍率很低，一般在1.252.5之间，所以又称低倍率循环锅炉。,二、按工质在锅炉内的流动方式分类,三、按排渣方式分类,1.固态排渣锅炉 灰渣呈固态排出是燃煤电站锅炉主要的排渣方式。 2.液态排渣锅炉 灰渣呈液态排出，在裂化箱的冷却水中裂化成小颗粒后排入水沟中冲走。,四、按燃烧方式分类,1.室燃炉 锅炉燃料主要在炉膛空间悬浮燃烧。 2.旋风炉 送入炉排的空气流速较高，使大

9、煤粒在炉排上面的沸腾床中翻腾燃烧，小煤粒随空气上升并燃烧。,第三节 锅炉燃烧理论基础,一、锅炉燃烧特点,1）将煤粉用热风输至燃烧器吹入炉膛与二次风混合作悬浮燃烧，且锅炉的炉膛具有较大的空间，煤粉在此空间内悬浮燃烧，炉膛周围墙壁上布置有密集排列的水冷壁管，管内有水和蒸汽流过，既能吸收炉膛的辐射热，又能保护炉墙不致被烧坏。,2）燃烧火焰中心具有1500或更高的温度，但在上部炉膛出口处，烟气温度要低于煤灰的熔点，以免熔化的灰渣黏结在烟道内的受热面上。使煤粉燃烧所生成的较大灰粒沉降至炉膛底部的冷灰斗中，逐渐冷却和凝固，并落入排渣装置，形成固态排渣。 3）大量较细的灰粒随烟气离开炉膛，流经一系列对流受热

10、面，逐渐冷却，最后由引风机经烟囱排入高空。 4）排烟的温度通常为150左右。 5）离开锅炉的烟气先流经脱硫除尘脱氮装置后，最后按符合国家有关污染物排放标准规定排入大气。,一、锅炉燃烧特点,二、煤粉的燃烧阶段,1.着火前的准备阶段,煤粉进入炉膛至着火前为着火前的准备阶段。 着火前的准备阶段是一个吸热阶段。 影响着火速度的因素除了喷燃器本身结构外，主要是炉内热烟气对煤粉气流的加热强度、煤粉气流的数量与温度以及煤粉性质和浓度等。,2.燃烧阶段,二、煤粉的燃烧阶段,当煤粉温度升高至着火点，而煤粉浓度又适合时，开始着火燃烧，进入燃烧阶段。 燃烧阶段是一个强烈放热阶段，这一阶段进行的快慢（燃烧速度）主要取

11、决于燃料与氧气的化学反应速度和氧气对燃料的供应速度。 当炉内温度很高、氧气供应充足而气粉混合强烈时，燃烧速度就快。,3.燃尽阶段,二、煤粉的燃烧阶段,燃烧阶段未燃尽而被灰包围的少量固定碳在燃尽阶段继续燃烧，直到燃尽。 对应于煤粉燃烧的三个阶段，可以在炉膛中划分出三个区，即着火区、燃烧区与燃尽区。 大致可以认为：喷燃器出口附近是着火区，炉膛中部与喷燃器同一水平的区域以及稍高的区域是燃烧区，高于燃烧区直至炉膛出口的区域都是燃尽区。,三、燃烧条件,1.炉膛内维持足够高的温度 2.供给适当的空气 3.燃料与空气的良好混合 4.要有足够的燃烧时间 煤粉从燃烧器出口到炉膛出口经历的时间为23 s,完全燃烧

12、四要素：,第四节 煤的组成及其性质,一、元素分析和工业分析,煤中的元素组成，一般是指有机物中的碳（C）、氢（H）、氮（N）、氧（O）、硫（S）的含量。一般是用测定煤的元素组成，即确定上述元素含量的质量百分比，作为煤的有机物的特性。 煤的有机物的元素组成并不能表明煤中所含的是何种化合物。但是，元素组成的变化往往代表着煤化程度的差别。 煤的元素组成是锅炉设计燃烧计算的依据。 工业分析即按规定的条件将煤样进行干燥、加热或燃烧，以测定煤中的水分、挥发分、固定碳和灰分。,二、煤的成分,煤的成分分为碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、水分（M）和灰分（A）。 碳是煤中含量最多的可燃元素。地质

13、年代长的无烟煤，其含碳量可高达90%（按可燃基成分）；而年代浅的煤则含碳量只有50%左右。每公斤碳完全燃烧时可放出约32700 kJ（7800 kcal）的热量。固定碳要在较高的温度下才能着火燃烧。 氢是煤中发热量最高的元素，煤中氢的含量大多在3%6的范围内。氢的发热量很高，每公斤氢燃烧可放出约120 MJ（28600 kcal）的热量（当燃烧产物为水蒸气时）。,氧和氮是煤的有机物中的不可燃成分。燃烧中的氧有两部分，一部分是游离氧，它能助燃；一部分与氢或碳结合成化合状态，不能助燃。 氮在燃烧时会或多或少地转化为氮氧化物（NOx），造成大气污染。 煤中的硫以三种形态存在：有机硫、黄铁矿硫（FeS

14、2）和硫酸盐。每公斤硫完全燃烧时可放出热量9040kJ。燃烧产物是二氧化硫或三氧化硫气体，这种气体和水蒸气结合生成亚硫酸或硫酸蒸气，腐蚀锅炉尾部受热面。,二、煤的成分,煤中水分由表面水分（外在水分Mwz）和固有水分（内在水分Mnz）组成。 内在水分靠自然干燥不能除掉，必须将煤加热至102105才能除去；外在水分和内在水分的总和通称为全水分。 灰分是燃料完全燃烧后形成的固体残余物的总称。其主要成分是硅、铝、铁，以及少量镁、钠和钾等元素组成的化合物。 将煤样在空气中加热到800士25 ，燃烧2h，余下的物质就是灰分。,二、煤的成分,三、煤的工业分析成分,1.水分,把试样放在烘干箱内，保持10210

15、5约2h后，试样失去的质量占原试样质量的百分数，即为该煤的水分值。,2.挥发分,把上述失去的试样置于不通风的条件下，加热到（850士20），这时挥发性气体不断析出，约7 min后可基本结束，煤失去的质量占原试样（未烘干加热前）质量的百分数，即为该煤的挥发分值。,3.固定碳和灰分,三、煤的工业分析成分,去掉水分和挥发分后，煤的剩余部分称为焦炭。 焦炭是由固定碳和灰分组成的。 将焦炭放在（800士20）下烧（不要出现火焰），到质量不再变化时取出来冷却，这时焦炭所失去的质量就是固定碳的质量，剩余部分则是灰分的质量。这两个质量各占原试样质量的百分数，即是固定碳和灰分在煤中的含量。,四、煤的主要特性,1

16、.发热量,单位质量的燃料在完全燃烧时所放出的热量称为燃料的发热量，其单位为kJ/kg（固体燃料、液体燃料）或者kJ/m3（气体燃料）。 高位发热量是指1 kg燃料完全燃烧时放出的全部热量；低位发热量则需从燃料高位发热量中扣除燃料燃烧过程中氢燃烧生成的水和燃烧带的水分汽化的吸热量。 为了正确地表明设备运行的经济性，引用了“标准煤”的概念。规定标准煤收到基的低位发热量为29307.6 kJ/kg。,2.挥发分（V）,四、煤的主要特性,燃料中挥发分的含量取决于燃料的碳化程度。一般来说，燃料碳化程度越深，挥发分含量越少。燃料种类不同，挥发分的含量也不相同，褐煤大于40%；烟煤为20%40%；贫煤为10

17、%20%；无烟煤在10%以下。 挥发分开始析出的温度与燃料的碳化程度有关，一般来说，碳化程度越浅，挥发分析出的温度越低。褐煤为130170；烟煤为170260；贫煤为390；无烟煤为380400。 挥发分的含量对燃烧过程的发生和发展有很大影响。燃料含挥发分越多，越容易着火，燃烧过程越稳定。,3.焦结性,四、煤的主要特性,煤在隔绝空气加热时，水分蒸发、挥发物析出后，剩下不同坚固程度的固体残留物（焦炭）的性质，称为煤的焦结性。,通过试验的方法可以测出煤的灰分熔融特性的数据DT、ST、FT，旧称灰熔点t1、t2、t3。DT是灰熔融性变形温度，ST是灰熔融性软化温度，FT是灰熔融性熔化温度。用它们可以

18、判断煤在燃烧过程中结渣的可能性。 各种煤的灰熔融特征温度一般在11001600之间。凡ST1400的煤称为难熔灰分的煤，ST12001400的煤称为中熔灰分的煤，ST1200的煤称为易熔灰分的煤。,4.灰分熔融特性,四、煤的主要特性,5.可磨性,四、煤的主要特性,煤的可磨性用可磨性指数Kkm表示。 某一种煤的可磨性指数，就是在风干状态下，将标准煤和所磨煤由相同粒度破碎到相同细度时消耗的电能之比，用下式表示：,式中：Ebz、Ex磨标准煤和所磨煤种时的耗电量，kWh/t煤。标准煤是一种极难磨的无烟煤，其可磨性指数等于1。越容易磨的煤，可磨性指数Kkm越大。,6.着火点,四、煤的主要特性,煤的着火点是在一定的条件下，将煤加热到不需外界火源即开始燃烧时的初始温度，单位为。 着火点与煤的风化、自燃、燃烧、爆炸等有关，所以它是一项涉及安全的指标。,五、几种主要动力煤的特点,火电厂燃用的煤通常称为动力煤。动力煤主