锅炉原理(武钢动力热力厂).ppt

1、锅炉原理,主讲： 张秀芳,电站燃煤锅炉的构成及工作过程 锅炉参数及技术、经济性指标 电厂锅炉发展趋势,第一章 锅炉机组概述,锅炉的作用,锅炉是利用燃料的热能或工业生产中的余热，将工质加热到一定温度和压力的换热设备。在锅炉内实现下叙过程,电站锅炉是火力发电厂三大主机之一，又称为蒸汽发生器。 火力发电厂能量转换的基本过程,锅,炉,锅炉本体,辅助设备,锅炉机组,电站煤粉锅炉机组组成,电站煤粉锅炉的构成,1-原煤斗;2-给煤机;3-磨煤机;4-汽包;5-高温过热器;6-屏式过热器;7-下降管;8-炉膛水冷壁;9-燃烧器;10-下联箱;11-低温过热器;12-再热器;13-再热蒸汽出口;14-再热蒸汽入

2、口;15-省煤器;16-给水;17-空气预热器18-排粉风机;19-排渣装置;20-送风机;21-除尘器;22-引风机;23-烟囱,亚临界自然循环燃煤锅炉,1-汽包；2-下降管；3-分隔屏；4-后屏；5-高温过热器；6-高温再热器；7-水冷壁；8-燃烧器；9-燃烧带；10-空气预热器；11-省煤器进口集箱；12-省煤器；13-低温再热器；14-低温过热器；15-折焰角；16-排渣装置,煤、风、烟系统,汽、水 系 统,锅 炉 参 数,额定蒸发量 在额定蒸汽参数，额定给水温度和使用设计燃料，保证热效率时所规定的蒸发量，单位为t/h（或kg/s）,最大连续蒸发量（大型锅炉） 在额定蒸汽参数，额定给水

3、温度和使用设计燃料，长期连续运行所能达到的最大蒸发量，单位为t/h（或kg/s ）,蒸汽锅炉额定蒸汽参数 在规定负荷范围内长期连续运行应能保证的出口蒸汽参数， 额定蒸汽压力（对应规定的给水压力），单位是Mpa ； 额定蒸汽温度（对应额定蒸汽压力和额定给水温度），单位是0C。,我国电站锅炉参数、容量系列,锅炉机组经济性指标,热效率（90%） 净效率 燃烧效率 式中 Q 1 锅炉有效利用热， kJ/kg； Q r 锅炉在单位时间内所消耗燃料的输入热量,kJ/kg； 锅炉机组自身所消耗的热量，kJ/kg； 锅炉机组自身电耗对应的热量，kJ/kg； 、 锅炉化学、机械未完全燃烧热损失，%,锅炉机组安全

4、性指标,火力发电厂锅炉烟尘及有害气体最高允许排放浓度,本标准实用于： 第三时段（2004.1.1起新建火电厂）火电厂 两控区（ SO2排放大或酸雨严重地区）及入炉煤Q12550的火电厂,锅 炉 类 型,锅炉用途 电站锅炉、工业锅炉（热水锅炉）,锅炉参数 低压、中压、高压、超高压、亚临界压力、超临界压力、 超超临界压力锅炉,层燃炉 室燃炉 硫化床炉,锅炉燃烧方式,锅 炉 类 型,锅炉蒸发受热面中工质流动方式,自然循环汽包锅炉 具有汽包，利用下降管和上升管中工质密度差产生工质循环,强制循环 具有汽包和循环泵，利用循环回路中工质密度差和循环泵压头工质循环,锅 炉 类 型,直流锅炉 无汽包，给水靠给水

5、泵压头一次通过各受热面产生蒸汽,低倍率循环锅炉 无汽包，具有汽水分离器和再循环泵，主要靠再循环泵实现工质 再循环,电站锅炉发展趋势,加快发展大容量、高参数机组 大容量、高参数机组可适应生产发展的需要，电站热效率高，基建投资、设备和运行费用降低,可用率较高,强化煤电环境保护，发展洁净燃煤技术 燃煤的燃气-蒸汽联合循环和超临界压力蒸汽循环可满足燃煤、高效、低污染要求,提高运行可靠性和灵活性 可靠性涉及到设计、设备制造、运行维护和生产管理等各个方面 运行灵活性要求大力发展中间负荷机组，适应电网调峰需要（低负荷或两班制运行）, 提高锅炉对煤种的适应性。提高机组的监控水平,煤的常规特性及对锅炉工作的影响

6、 煤的分类 燃料的燃烧计算 烟气分析 锅炉热平衡,第二章 锅炉燃料及热平衡计算,煤的工业分析成分 水分(M)、灰分(A)、挥发分(V)、固定碳(FC),煤的组成特性,煤的元素分析成分 碳(C)、氢(H)、硫(S)、氧(0)、氮(N),可燃元素 C（固定碳和挥发分中的C）、H、S（可燃硫 和硫 酸盐硫 ） 不可燃元素（内部杂质） O、N 不可燃成分（外部杂质） M（内、外）、A 可燃气体挥发份 煤中的氢、氧、氮、硫与部分碳所组成的有机化合物加热后分解, 形成气体挥发出来,煤的成分基准,收到基（ar）（原应用基y） 以入炉煤（包括煤的全部成分） 为基准 空气干燥基（ad ）（原分析基f） 以风干状

7、态煤（除外部水分）为基准 干燥基（d）（原干燥基g） 以去掉全部水分煤为基准 干燥无灰基（daf）（原可燃基r） 以去掉全部水分及灰分煤为基准,煤成分基准间的换算,煤的成分基准换算系数,表2-1,煤的发热量及换算,发热量各基准间的换算,高位发热量(Qgr)各基准间的换算采用上述换算系数,低位发热量(Qnet)各基准间的换算分三步进行 已知基准的 Qnet 已知基准的 Qgr (式2-12等) 已知基准的 Qgr 所求基准的 Qgr (采用上述换算系数) 所求基准的 Qgr 所求基准的 Qnet (式2-12等),发热量相关值,标准煤 收到基低位发热量为29270 kJ/kg的燃料为标准煤 标准

8、煤耗量 式中 、 分别为标准煤耗量与实际煤耗量,煤的分类,我国煤的主要分类指标 干燥无灰基挥发分Vdaf含量 可分为三大类：褐煤（ Vdaf含量37% ）、烟煤（ Vdaf含量10% ）、无烟煤（ Vdaf含量10% ）,为反映煤的燃烧特性，电厂煤粉锅炉用煤还以收到基低位发热量Qar,net 、 收到基水分、干燥基灰分、干燥基硫分及灰的熔融特性DT、ST、FT作为参 考指标，分为五大类和十小类 其中低（劣）质煤单独燃烧有困难，或燃烧不稳定，或燃烧经济性差，或煤中有害杂质含量高的煤，可分为五小类,电厂锅炉用煤分类,电厂锅炉用煤分类,煤的类型,无烟煤 碳化程度高，含碳量很高，达95%，杂质很少，发

9、热量很高,约为2500032500 kJ/kg； 挥发份很少，小于10%，Vdaf析出的温度较高，着火和燃尽均较困难,储存时不易自燃,褐煤 碳化程度低，含碳量低，约为4050%，水分及灰分很高，发热量低, 约1000021000 kJ/kg； 挥发分含量高，约4050%，甚至60%，挥发分的析出温度低，着火及燃烧均较容易,烟煤 碳化程度次于无烟煤，含碳量较高，一般为4060%,杂质少，发热量较高, 约为2000030000 kJ/kg； 挥发分含量较高，约10 45%，着火及燃烧均较容易 贫煤 挥发分含量1020%的烟煤 挥发份较少，性质介于无烟煤与烟煤之间，燃烧性能方面比较接近无烟煤； 劣质

10、烟煤 挥发份2030%；但水分高，灰分更高的烟煤 发热量低，为1100012500 kJ/kg 这两种烟煤着火及燃烧均较困难,煤的类型,煤的灰分特性 用灰熔点表示，煤灰的角锥法确定 灰的变形温度 DT（原t1） 灰的软化温度 ST（原t2） 灰的流动温度 FT（原t3）,煤的灰分特性,灰分特性影响因素 煤灰的化学组成 煤灰中酸性氧化物使灰熔点提高；碱性氧化物使灰熔点降低 煤灰周围高温介质的性质 氧化性介质中，灰熔点较高；还原性介质中，灰熔点较低,煤的灰熔点越低，越容易结渣,煤中V对锅炉工作的影响,挥发分 V V的含量代表了煤的地质年龄，地质年龄越短，煤的碳化程度越浅，煤中的气体挥发越少 V含量

11、越多，煤的着火温度低，易着火燃烧 V 多，V挥发使煤的孔隙多，反应表面积大，反应速度加快 V 多，煤中难燃的固定碳含量便少，煤易于燃尽 V 多， V着火燃烧造成高温，有利于碳的着火、燃烧,煤中M、A对锅炉工作的影响,水分M、灰分A M、A 高，煤中可燃成分相对减少，煤的热值低 M、A 高，M 蒸发、A熔融均要吸热，炉膛温度降低 M、A 高，增加着火热或包裹碳粒，使煤着火、燃烧 与燃尽困难； M、A 高，q2、q3、q4、q6 增加，效率下降 M、A 高，过热器易超温 M、A 高，受热面腐蚀、堵灰、结渣及磨损加重 M、A 高，煤粉制备困难或增加能耗 A 高，造成大气和环境的污染,煤中C、S、ST

12、对锅炉工作的影响,灰熔点（ST） 灰分在熔融状态下粘结在锅炉受热面上造成结渣，危 及锅炉运行的安全性和经济性。 对于固态排渣炉， ST 1350 可能结渣,含碳量 C C 高，热值高；但不易着火、燃烧,硫分 S 可燃硫的热值低，含量少，对煤的着火、燃烧无明显影响 易造成受热面的堵灰；腐蚀 形成酸雨，污染环境 燃料中的硫化铁加剧磨煤部件的磨损,燃料的燃烧工况,理论工况 燃料在没有过剩空气的情况下完全燃烧 燃烧产物（烟气）组成成分 CO2、SO2、N2和H2O 理论烟气量,设计工况 实际送入的空气量大于理论空气量，以保证燃料完全燃烧 燃烧产物（烟气）组成成分 CO2、SO2、N2、H2O和剩余O2

13、 实际烟气量 Vy,实际工况 实际送入的空气量大于理论空气量，仍为不完全燃烧 燃烧产物（烟气）组成成分 CO2、SO2、N2 、 H2O、剩余O2 和未完全 燃烧气体CO 实际烟气量 Vy,煤的燃烧反应,煤中可燃元素的燃烧反应是燃烧计算的基础，1kg收到基燃料包括 Kg的碳、 kg的氢、 kg的硫,碳完全燃烧反应方程式 C + O2 CO2 12 kg C + 22.41 Nm3 O2 22.41 Nm3 CO2,1kg C + 1.866 Nm3 O2 1.866 Nm3 CO2 1kg H + 5.56 Nm3 O2 11.1 Nm3 H2O 1kg S + 0.7 Nm3 O2 0.7

14、Nm3 SO2,燃烧所需要的空气量,理论空气量 V 0 1kg 燃料完全燃烧时所需要的最小空气量(无剩余氧)可通过燃料中可燃元素（C、H、S）的燃烧化学反应方程式求得,实际空气量 V 式中 、分别为烟气侧和空气侧的过剩空气系数,过剩空气系数与漏风系数,各受热面处烟气侧漏风系数，查表2-7确定；V为烟道漏风量 为炉膛出口处过剩空气系数，在推荐值范围内选取,过剩空气系数与漏风系数,为空气预热器出、进口处空气侧过剩空气系数 分别为炉膛、制粉系统和空预器漏风系数，查表确定,烟 气 容 积,理论烟气容积 =1、完全燃烧：O2 = 0；CO = 0,实际烟气容积 1、完全（不完全）燃烧：O2 0；CO=0

15、（ CO0）,烟气分析成分,烟气分析是以1kg燃料燃烧生成的干烟气（除去水分后的烟气）容积为基础，采用奥氏分析仪进行的 烟气分析可得到 在干烟气Vgy中所占的容积百分比,判断燃烧状况,=1、且完全燃烧：CO=0，O2= 0,完全燃烧方程式： l、且完全燃烧： CO=0,锅炉常用燃料的值和 RO2max 值见表2-8。为保持炉内良好的燃烧工况,运行中应监测并维持炉内一定的 RO2，使其尽量靠近 RO2max,判断燃烧状况,运行中及Vy的确定,烟气容积,干烟气容积,锅炉热平衡方程式,锅炉输入热量 Qr,对于燃煤锅炉，若燃料和空气没有利用外界热量进 行预热，且燃煤水分满足 则,锅炉有效利用热 Q1,

16、式中 Q 工质总吸热量， kJ/ s B 燃料消耗量， kg/s Dgr、Dzr、DPw 过热蒸汽量、再热蒸汽量和排污量，kg/s 、 、h g s 过热蒸汽焓、饱和蒸汽焓和给水焓，kJ/kg 、 再热蒸汽出口和进口焓，kJ/kg,固体未完全燃烧热损失 q4 q4 取决于燃料种类、燃烧方式、炉膛型式与结构、燃烧器设计与布置、锅炉运行工况 Vdaf小；（Mar、Aar ）大，q4 大； R90大， q4 大； 过大或过小，q4 大 煤粉在炉膛停留时间过小， q4 大,未完全燃烧热损失q4,设计时, q4、按推荐数据选取（表2-10）,未被完全利用热损失q2,排烟热损失 q2 式中 - 排烟焓,

17、取决于 与 ，kJ/kg - 进入锅炉的冷空气焓, kJ/kg - 排烟处过剩空气系数,未被完全利用热损失q5,图2-8 额定容量下锅炉的散热损失,散热损失 q5 额定负荷下的散热损失是外部冷却损失，可根据锅炉尾部受热面的布置查图2-8确定,热效率gr与燃料消耗量 B,热效率,燃料消耗量,计算燃料消耗量,化学反应速度 在反应系统单位体积中物质（反应物或生成物）浓度 的变化率，单位是mol /（cm3s） 对于反应式 AB GH 反应速度为 CA、CB、CG、CH 分别为反应物A、B和生成物G、H的浓度，mol/cm3 、 分别为相应的化学计量系数,燃烧反应是一种发光放热的高速化学反应，同时伴随各种物理过程 均相燃烧 燃料和氧化剂物态相同，如气体燃料在空气中燃烧 多相燃烧 燃料和氧化剂物态不同，如固体燃料在空气中燃烧,化学反应速度,均相反应质量作用定律,质量作用定律 反映浓度对化学反应速度的影响 对于均相反应，在一定温度下，化学反应速度与参加反应各反应物浓度乘积成正比，各反应物浓度的幂指数等于其相应的化学计量系数,对反应 AB GH 质量作用定律可用下式表示 式中：k 为反应速度常数，表示单位物质浓度时的反应速度,在温度不变的情况下，反应物的浓度越高，分子的碰撞机会越多，化学反应速度就越快。,多相反应质量作用定律,阿累尼