发电厂动力工程锅炉设备

1、发电厂动力工程课程概况,火力发电锅炉设备、汽轮机设备、热力系统 核能发电 水力发电、风力发电,我们的目的：我们的专业在大型动力厂里能解决什么问题,第一部分 火力发电动力系统,火力发电基本原理锅炉设备汽轮机设备热力系统及辅助设备,41000MW华能玉环电厂,4600MW21000MW山东邹县电厂,第一部分 火力发电基本原理,蒸汽动力装置流程简图,锅 炉:燃料燃烧产生热量，将水变成蒸汽 (吸热过程) 汽轮机:将蒸汽携带的热能动能转子旋转机械能 (对外作功过程) 冷凝器:将作功后的低温低压蒸汽凝结成水 (对外放热过程) 水 泵:提高水的压力,将水送入锅炉 (消耗外功),工 质:水和水蒸汽,第二部分

2、锅炉设备,概述燃料锅炉的热平衡煤粉制备燃烧器锅炉的受热面,第一节 电厂锅炉概述 一、锅炉设备的作用及工作过程 利用燃料燃烧释放的热能或其它热能加热给水，以获得规定参数（温度、压力）和品质的蒸汽的设备。 燃料燃烧、传热和水汽化 锅炉包括本体部分和辅助系统 本体部分：包括燃挠器、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 辅助系统：送风机、引风机、给煤机、磨煤机、排粉机、除尘器及烟囱等,锅炉本体,其余为辅机,燃挠器、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。,送风机、引风机、给煤机、磨煤机、排粉机、除尘器及烟囱

3、等。,锅炉辅助设备,锅炉本体,给水,受热面,过热蒸汽,锅炉工作过程示意图（一）,二、锅炉设备的特性指标 1.锅炉容量（蒸发量）（t/h） 最大连续蒸发量（MCR，maximum continuous rating）：锅炉每小时能供应的蒸汽的吨数 300MW机组配用锅炉容量为1000 t/h 1000MW机组配用锅炉容量为3000 t/h 2.锅炉蒸汽参数 （额定过热蒸汽温度，有蒸汽锅炉的额定蒸汽参数是指额定蒸汽压力和额定蒸汽温度再热的锅炉还包括额定再热蒸汽温度）。 300MW机组配用亚临界锅炉：过热器出口蒸汽参数为17.5MPa/540 1000MW机组配用超超临界锅炉：过热器出口蒸汽参数为2

4、6.25MPa/605,3.给水温度：省煤器入口的给水温度 4.锅炉效率 锅炉效率是指锅炉有效利用热量（即水和蒸汽吸收的热量）与单位时间内所消耗燃料的发热量的百分比 现代锅炉的效率在90以上 三、锅炉分类 按锅炉的用途分类： (1)电站锅炉(2)工业锅炉(3)热水锅炉 按锅炉容量分类：大、中、小型,按锅炉的蒸汽压力： 低压锅炉、中压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉、亚临界压力锅炉、超临界压力锅炉、超超临界锅炉,0.75、1.5、3MW，2.4MPa，390中压机组 6、12、25MW，3.8MPa，450中压机组 50、100MW，9.8MPa，540/540 高压机组 125、200MW，13.7

5、MPa，555/555 超高压机组 300、600MW，17.5MPa ， 535/535 亚临界机组 600MW，24.2MPa ， 538/566 超临界机组 1000MW，26.25MPa ， 605/603 超超临界机组,按锅炉蒸发受热面内工质的流动方式分类： （1）自然循环锅炉 （2）强制循环锅炉(又称辅助循环锅炉) （3）直流锅炉 按锅炉排渣的相态分类： (1)固态排渣锅炉 (2)液态排渣锅炉,自然循环锅炉示意图,强制循环锅炉示意图,四、锅炉本体的总体布置形式 1.形布置（600MW超临界锅炉）,2.形布置 3. 塔（半塔）形布置 4. 箱形布置 常用的锅炉为自然循环（控制循环、直

6、流），一次再热，前后墙对冲燃烧（或四角切圆燃烧），单炉膛，尾部双烟道结构，采用挡板调节再热汽温（摆动燃烧器），固态排渣，全钢构架，全悬吊结构，平衡通风，露天布置。,五、电站锅炉的型号 例：HG-670/13.7-1 SG-935/16.7-570/570-1 哈尔滨HG 上海SG 东方DG,第二节 燃料的成分及特性 燃料 有机燃料：固体燃料、液体燃料、气体燃料,一、煤的元素分析成分 C、H、O、N、S 用化学分析的方法测定去掉外部水分的煤中主要组分碳、氢、氮、硫和氧的含量,氢H：燃料中发热量最高的元素、易燃,含量：2%6%，以碳氢化合物的形式存在 1 kg氢完全燃烧时能放出120500 kJ的

7、热量 氧O：助燃 氮N：含量：0.5%2% ;1600生成NOx,碳C：含量最高，煤的发热量的主要来源 存在方式: 挥发碳(碳化合物); 固定碳-主要存在形式 固定碳的燃烧特点: (1) 反应速度缓慢: 不易着火(700C以上)；不易燃尽。 (2) 燃烧产物: C + O2 CO2+32866kJ/kg(c) C + 1/2O2 CO+9270kJ/kg(c),硫S：有害的可燃元素, 0.5 %2% 特点（对锅炉工作的影响）： （1）燃烧放热 S + O2 SO2 + 9040kJ/kg(c) （2）低温腐蚀 S SO2, SO3 与烟气中的水蒸汽结合形成H2SO3,H2SO4（蒸汽），遇低温

8、凝结成H2SO4 （硫酸），腐蚀受热面 （3） SO2, SO3 ：大气污染,二、煤的工业分析成分 将煤样进行干燥、加热或燃烧，测定煤中的 水分； 挥发分(V); 灰分(A)；固定碳。 估测硫含量和热值，是评价工业用煤的主要指标。,灰分A：燃料完全燃烧后形成的固体残余物的统称，主要成分是硅、铝、铁和钙等组成的化合物。 对锅炉工作的影响： （1）降低煤的热值，使着火、燃尽困难； （2）受热面积灰、磨损和炉膛结渣的根源； （3）大气、环境污染； （4）使运煤、磨煤、除灰、除尘费用增加,我国煤炭的平均灰分含量为25,煤中灰分的组成,水分： 煤中水分由表面水分（外部水分）和吸附水分（内部水分）组成。外

9、部水分可以靠自然干燥方法除去。内部水分要放在干燥箱中加热到102105C，保持2h后才能除掉。 对锅炉工作的影响： （1）降低燃料的燃烧温度，不利于燃料的燃烧，甚至使着火困难； （2）水分蒸发形成水蒸汽，使烟气量增大：排烟损失 ；受热面腐蚀、积灰；引风电耗 （3）堵塞制粉系统，磨煤机出力下降，造成煤的输送、磨制困难。,挥发分(V)： 在一定的热分解条件下析出的气态物质: H2 、CnHm 、CO 、 H2S N2 、 O2 、 CO2 、 H2O . 挥发分的含量与燃料性质有关：褐煤可达3760，而无烟煤只有210。 特点： （1）煤的着火温度随V而 ，挥发分含量高有利于着火（褐煤：370，烟

10、煤：470500，无烟煤：700左右）； （2）挥发分析出后，燃料表面呈多孔性，与助燃空气接触机会增多，因此易于燃尽，燃烧损失小。,三、煤的成分基准 煤的成分基准：测定煤的成分含量时煤所处的状态，或测定时的条件（煤的水分和灰分会随外界条件变化而变化）。 （1）收到基ar以收到状态的煤为基准来表示煤中各组成成分的百分比，即进入锅炉的燃料。它计入了煤的灰分和全水分。 （2）空气干燥基ad把煤进行自然风干，以去掉外部水分的燃料作为100%的成分，即在实验室内进行燃料分析时的试样成分 。,（3）干燥基d以去掉全部水分的燃料作为100%的成分。真实的反映灰分的含量。 （4）干燥无灰基daf以去掉水分和灰

11、分的燃料作为100%的成分。表明煤的燃烧特性和划分煤的种类。,同一种煤的各种分析基准间的关系,我国部分煤种的分析结果,四、煤主要特性指标 1.发热量（热值） 单位质量的煤在完全燃烧时所释放出的热量。单位：kJ/kg。 常用表示： 高位发热量：包括燃烧生成物中水蒸气凝结产生的汽化潜热 低位发热量：燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时，完全燃烧过程所释放的热量,标准煤：以收到基低位发热量等于29270 kJ/kg的煤为标准煤。 意义：便于比较设备运行的经济性；计算电厂煤耗；便于厂矿编制计划。,2.挥发分 3.高温下煤灰的熔融性 煤灰的熔融性及其三个特性温度 变形温度DT：锥顶变圆或开始倾斜 软化温度S

12、T：锥顶弯至锥底或萎缩成球形 流动温度FT：锥体呈液体状态能沿平面流动 影响煤灰熔融性的因素分析 (1)煤灰的化学组成。 (2)煤灰周围高温介质烟气的性质。 对锅炉工作的影响 对于固态排渣炉，当ST1350时炉内结渣的可能性不大，因此，炉膛出口温度应低于ST，并流出100左右的余量。,五、我国煤的分类 分类依据：Vdaf（干燥无灰基挥发分） 1.无烟煤： Vdaf10% 有明亮的黑色光泽，硬度大。 煤化时间最长，含碳量最高（高于93），灰分、水分等杂质较少，因而发热量高，约在21000 32500kJ/kg。 着火和燃烬都很困难。 2.贫煤：10% 20% 煤化程度略低于无烟煤，是主要的动力用

13、煤。 它的着火和燃烬特性优于无烟煤，但仍属反应性能较差的煤。,3.烟煤：20% 40% 中等煤化程度的煤。形成年代较褐煤长，碳含量75%90。水分和灰分较少，因而发热量较高，在20000 30000kJ/kg。烟煤容易着火和燃烬，但对于高灰分的烟煤，着火和燃烬都相应比较困难。 4.褐煤： 40% 形成年代较短的煤，煤质松，略程褐色。 挥发分含量很高，约为4050，很容易着火和燃烧。 但是褐煤中灰分和水分含量也都相对较高，发热量低，一般仅为1000020000kJ/kg。,第三节 锅炉的热平衡 一、锅炉热平衡的概念 稳定工况下 输入锅炉的热量=输出锅炉的热量 =锅炉有效利用热+热损失 意义： 确

14、定锅炉效率; 了解各项热损失的原因,以寻找提高锅炉效率的途径; 确定燃料消耗量,煤粉锅炉热平衡示意图,Qr:1kg燃料带入锅炉的热量,Q1:锅炉有效利用热量,Q2:排烟热损失,Q5:散热损失,Q4:机械未完全燃烧热损失,Q3:化学未完全燃烧热损失,Q6:其它热损失,锅炉热平衡方程 （1）对应于每kg燃料建立的方程: Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6 kJ/kg 锅炉的输入热量Qr1kg燃料带入锅炉的热量 锅炉有效利用热Q1对应于每kg燃料，工质在锅炉中所吸收的热量 Q2，Q3，Q4，Q5，Q6各项热损失 （2）用占输入热量的百分数表示: q1+q2+q3+q4+q5+q6=100 式中

15、，qi=Qi/Qr100%,锅炉热效率 定义： 正平衡效率 gl= q1Q1/Qr100 ，% 反平衡效率 gl= q1 = 100-(q2+q3+q4+q5+q6) ，%,二、锅炉热损失 1、排烟热损失q2 （1）定义：因排烟温度高于环境温度而散失在大气环境中造成的热量损失。是损失中最大的一项。（48%） （2）主要影响因素： 排烟温度， q2 燃用水分和含硫量高的煤，为避免低温腐蚀，采用较高的排烟温度； 受热面清洁度（受热面积灰、结垢或结渣会提高排烟温度） 排烟量， q2 燃烧助燃空气量，排烟量 烟道漏风量，排烟量,2.化学不完全燃烧热损失q3 （1）定义：排烟中残留的可燃气体（ CO、H

16、2、CH4 ）未完全燃烧，残留在烟气中而造成的热量损失。（煤粉炉：0.5%） （2）主要影响因素： 燃料性质：挥发分多，易出现不完全燃烧 助燃空气量 炉膛结构：炉膛容积小，烟气流程短，q3 运行工况,3.机械不完全燃烧热损失q4 （1）定义：飞灰和灰渣中含有固体可燃物（固定碳）在锅炉内未完全燃烧就排放出炉内而造成的热量损失。（固态排渣煤粉炉：0.55%） 灰渣：含量少，只占0.51% 飞灰：占绝大部分 （2）主要影响因素： 燃料性质：挥发分多，灰分少，煤粉细， q4 助燃空气量：空气量，q4 炉膛结构：炉膛容积大，煤粉停留时间长，q4 运行工况，锅炉负荷,4.散热损失q5 （1）定义：因锅炉外

17、表面（锅炉炉墙、汽包、集箱、汽水管道、烟风管道等部件）温度高于环境温度而散失的热量。（0.5%） （2）主要影响因素： 锅炉外表面积 锅炉保温性能 锅炉容量 锅炉负荷,5.其它热损失q6 （1）定义：因排出炉外的灰渣温度（600800）高于环境温度而造成的热量损失。 （2）主要影响因素： 排渣方式：液体排渣大于固态排渣 燃料的灰分含量：灰分高， q6 燃料的发热量：发热量低， q6 ,第四节 煤粉及其制备系统 一、煤粉的特性 （一）煤粉的物理性质 颗粒度很小 密度小 流动性好 （二）煤粉的爆炸 煤粉和空气的混合物沉积在制粉系统内，易引起自燃，甚至遇明火爆炸,（三）煤粉的细度 Rx= a/(a+

18、b) 100, % x：筛号（筛孔内边长度,m) Rx越大，表示煤粉越粗 常用的： R90:筛孔径为90m，称为70号筛子 煤粉越细， q4 ；制粉设备耗电量，存在最经济煤粉细度,二、制粉系统 任务：磨细、干燥、输送 直吹式系统中，磨煤机磨制的煤粉全部送入炉内燃烧，故磨煤机的制粉量等于锅炉的燃料消耗量。要求制粉量能适应锅炉负荷变化，故一般都配有中速或高速磨煤机。 中间储仓式制粉系统是把磨好的煤粉先储存在煤粉仓中，然后按锅炉运行负荷的需要，由给粉机将粉仓中煤粉送入炉内燃烧。中间储仓式一般都用筒式钢球球磨机，并比直吹式系统增加了分离器、螺旋输粉机和煤粉仓等设备。,直吹式系统示意图,特点： 系统简单

19、，设备部件少，输粉管路阻力小，因此输粉电耗小 磨煤机的制粉量必须适应锅炉负荷的变化 中速磨煤机适宜磨制烟煤、褐煤等易磨的煤种,中间储仓式系统示意图,特点： 系统复杂，结构庞大，占地面积大 设有煤粉仓，磨煤机故障仍可供应煤粉，作为制粉系统与锅炉之间的缓冲环节 低速磨煤机对煤种的适应性强,三、磨煤机,低速,转速：1525r/min，钢球筒式磨煤机,在筒内装有一定数量的钢球，当转动部转动时，钢球在离心力和摩擦力的作用下，被转动着的筒体提升到一定高度，由于自身重力的作用而下落，进入筒体的煤在下落的钢球的撞击和研磨作用下形成粉末。,特点： 结构庞大（钢筒：直径24m，长310m），占地面积大，噪音大 出

20、粉的均匀性差 对煤种的适应性强，几乎可以磨制所有煤种 能长时间连续工作，可靠性高 磨煤机的绝大部分能量消耗在转动筒体和升举钢球上，因此其无煤空载功率与磨煤运行功率相差无几，磨煤机在低负荷和变负荷下运行不经济,中速,转速：50300r/min，常见:辊式,立式辊磨机的工作原理是利用磨辊紧贴在磨盘上，作中速旋转，原煤在其间受压紧力的作用，被挤压和研磨而粉碎成煤粉。 特点是结构紧凑、重量轻、占地小、耗电低、噪音小等，但煤种适应性不如钢球磨煤机广泛。,第五节 煤粉燃烧及燃烧设备 一、锅炉的燃烧方式 燃烧：燃料中的可燃成分与氧发生强烈的氧化作用，并同时放出大量热量的过程。 层燃燃烧: 原煤中只有特别大的

21、煤块进行破碎后，就从煤斗进入炉膛，煤层铺在炉排上进行燃烧。 悬浮燃烧: 原煤首先被磨成象面粉那样的煤粉，然后通过燃烧器随风吹入炉膛进行悬浮燃烧。这种燃烧方式也同样用来燃烧气体和液体燃料。 流化床燃烧: 原煤经过专门设备破碎为08mm大小的煤粒，在炉膛的底部布置了布风板，来自布风板的高速鼓风将煤粒托起，燃烧过程如烧米粥一样，煤粒犹如米粒，在炉膛中上下翻滚地燃烧。,着火前的准备阶段：包括煤粒的水分蒸发、挥发分析出，并达到着火温度吸热过程 燃烧阶段：强烈的放热过程 关键：加强气粉混合 燃尽阶段：少量残碳继续燃烧缓慢放热过程 三个阶段虽有先有后，但不是截然分开的。根据燃煤的特性、燃烧方式及燃烧设备的不

22、同，燃烧的各个阶段常互相影响和互相重叠交叉进行。,二、煤粉气流的燃烧过程,三、影响燃烧过程的主要因素 1.燃烧过程及燃烧产物 根据烟气和灰渣的成分组成判断燃烧程度 完全燃烧： CO2 、 SO2、 H2O 、 N2、O2 不完全燃烧：CO2 、 SO2、 H2O 、 N2、O2、CO 2.完全燃烧的条件 空气条件：提供充足的空气 温度条件：炉膛内温度达到燃料的着火温度 时间条件：燃料在高温区停留时间应超过燃料燃烧所需时间 燃料与空气的混合条件：燃料与氧充分混合,四、空气量 1. 理论空气量V0 定义：在燃料燃烧计算中，1kg收到基燃料完全燃烧所需空气量。单位：Nm3/kg（燃料）,m3/kg（

23、燃料） 2. 实际空气量Vk 定义：燃料燃烧时实际供给的空气量。 3. 过量空气系数 = Vk/V0 1； Vk = V0 对于固态排渣煤粉炉， 1.201.25（无烟煤、贫煤或劣质烟煤） 1.151.20（烟煤、褐煤）,五、一、二次风 （1）一次风通过煤粉管道输送煤粉进入炉膛的空气。 作用：输送煤粉；为挥发分燃烧提供足够的氧气。 （2）二次风通过燃烧器单独通道送炉膛的热空气。 作用：助燃，提供燃烧和燃尽阶段的氧气； 产生足够的气流扰动。,空气流程,六、煤粉燃烧器 作用：将空气、燃料送入炉内，组织燃烧。 要求： （1）组织一定的气流结构，使燃料迅速稳定着火； （2）气、粉充分混合，使燃料完全燃

24、烧； （3）流阻小，调节性能好。,燃烧器按空气动力特性可分为旋流燃烧器和直流燃烧器两种,直流燃烧器的四角切圆布置：直流燃烧器大多布置在炉膛的四角上，燃烧气的几何轴线与炉膛中心的一个或两个假象圆相切,气流在适当的程度上偏离设计方向恰恰是组织切向燃烧所需要。 炉内气流旋转直径增大，使上邻角过来的火焰更靠近射流根部，对着火有利，对混合也有好处，炉膛充满度也较好。 但是切圆直径过大，一次风煤粉气流可能偏转贴壁，以致火焰冲刷水冷壁，而引起结渣，这是必须避免的。,第六节 锅炉受热面,自然循环及直流锅炉工质在受热面内的流程图,一、自然循环 原理：依靠下降管中的水和上升管中的汽水混合物之间的密度差作为循环推动

25、力。 蒸发受热面的组成： 汽包、下降管、水冷壁、联箱,（1）汽包的作用 预热、汽化、过热三个过程的连接枢纽和大致分界点；具有一定的储热能力，可以缓解汽压的变化速度,内部汽水分离装置、蒸汽清洗装置等，提高蒸汽品质 附件：安全门、水位计等，保证汽包安全,（2）下降管 将水连续不断地送往下联箱供给水冷壁 （3）联箱 汇集、混合、分配工质,汽包,汽 包 的 吊 装,（4）水冷壁的作用 吸收炉内的辐射热,使水部分蒸发形成饱和蒸汽； 保护炉墙，简化炉墙结构； 节省金属，降低造价。,(a)光管； (b)鳍片管焊成的膜式水冷壁；(c) 用边钢焊成的膜式水冷壁 炉膛水冷壁管的型式,水冷壁的制造,锅炉厂,水冷壁的

26、吊装,二、过热器与再热器,过热器的作用：把汽包引出的饱和蒸汽加热成为具有一定过热度的过热蒸汽。 再热器的作用： 将汽轮机高压缸排汽重新加热成为具有新汽温度或略低于新汽温度的过热蒸汽。,过热器与再热器的工作特性 工作条件: 烟气温度高； 蒸汽传热性能差; 材料允许的极限温度接近材料工作温度 要求:汽温稳定; 汽温特性好,调温手段可靠; 热偏差小,过热器的汽温调节方式：喷水减温 即在高温蒸汽中喷入高纯度的除盐水，水滴的汽化使蒸汽的温度降低。调节喷入的水量，可以达到调节汽温的目的。,再热器的吊装,三、尾部受热面省煤器与空气预热器,1.省煤器的作用:利用锅炉尾部烟气的热量加热锅炉给水 降低排烟温度,提

27、高锅炉效率，节省燃料 提高进入汽包的给水温度，改善汽包工作条件 取代部分蒸发受热面，降低造价,锅炉给水由省煤器进水管送入到省煤器分配集箱，均匀地分配到并列的蛇形管中并由烟气加热，然后送入汇合集箱，再经由连接管送入到锅炉的汽包中，这就是最典型的省煤器流程。,（a）鳍片管省煤器 (b)膜式省煤器 示意图,2.空气预热器的作用:利用锅炉尾部烟气的热量加热燃烧所用的空气 降低排烟温度,提高锅炉效率，节省燃料 提高了燃烧空气的温度，有利于燃料的着火、燃烧和燃尽，增强了燃烧稳定性 提高炉膛内烟气温度，强化炉内辐射换热 类型：表面式管式 再生式回转式,管式空气预热器 多在中小锅炉上使用，它由许多薄壁钢管装在上、下管板和中间管板上形成管箱。 一般常采用立式布置，烟气在管内纵向流动，空气从管间的空间横向绕流过管子，两者成交叉流动，中间管板的作用是分割空气流程。管式空气预热器可以把空气加热到400左右。,管式空气预热器图,烟气,排烟,冷空气,热空气,回转式空气预热器： 烟气和空气交替地通过中间载热体（常为金属介质），当烟气流过时，热量由烟气传给受热面金属，并被金属载热体蓄积起来，然后