1、发电厂锅炉设备第二章 锅炉设备及系统（一）概述一、锅炉是火力发电厂的主设备之一。将燃料燃烧或其他热能释放出来的热量传递给水或其他介质，将其加热到一定的压力和温度的换热设备称为锅炉。锅炉由锅和炉两部分组成。通常把燃烧、放热、排废称为炉内过程，把工质的流动，传热称为锅内过程。因此，炉是燃料燃烧、放热的场所，它包括燃烧器、炉膛、烟道等；锅是介质流动和受热的场所，它包括水冷壁、汽包、过热器、再热器、省煤器等。二、电站锅炉概况火力发电厂的锅炉称为电站锅炉，其特点是容量大，参数高，技术复杂以及机械化和自动化水平高。我国从1953年开始，在捷克和苏联专家的指导下设计电站锅炉，容量40t/h，参数3.82Mp
2、a、450，配6MW汽轮机，随后生产了65t/h，75t/h，120t/h，130t/h等中温中压锅炉，并继续发展了220t/h高温，高压的自然循环锅炉，在60年代初也生产过高压直流锅炉。60年代中期开始自行设计超高压中间再热锅炉，蒸发量400 t/h，420t/h，670t/h，参数13.7Mpa，540（555）。到70年代初开始设计亚临界压力直流锅炉，蒸发量1000t/h，配3000MW汽轮发电机组。至80年代初，从美国CE公司引进了亚临界压力配300MW、600MW汽轮发电机组的控制循环锅炉。90年代初从瑞士Suizer公司和美国CE公司联合设计的超临界压力，配600MW汽轮发电机组的
3、直流锅炉。到21目前为止，300MW，600MW的火力发电机组，是我国电力系统的主力机组。三、锅炉常用的几个术语1、 锅炉额定蒸发量：锅炉在额定的蒸汽参数，额定的给水温度，使用设计燃料连续运行时所产生的蒸汽量。单位为t/h。2、 锅炉最大连续蒸发量（BMCR）：锅炉在额定的蒸汽参数，额定的给水温度，使用设计燃料时能供给汽轮机发出最大连续出力时所需的蒸汽流量。3锅炉热效率（）：锅炉的总有效利用热量占锅炉输入热量的百分比。4、锅炉最低运行负荷。锅炉在不投油的情况下稳燃的最低负荷。（二） 锅炉类型锅炉类型可以接循环方式、运行方式、负荷方式、出口蒸汽压力、所用燃料或能源、燃烧方式、排渣方式、炉内烟气压
4、力、炉型等来分类。一、按循环方式分类1、 自然循环锅炉；2、 控制循环锅炉；3、 直流锅炉；4、 复合循环锅炉。22二、按运行方式分类1、 定压运行锅炉；2、 变压运行锅炉；3、 复合变压运行锅炉。三、按负荷方式分类1、 基本负荷锅炉；2、 调峰负荷锅炉；3、 中间负荷锅炉；四、按主蒸汽出口压力分类1、 低压锅炉（2.45MPa以下）；2、 中压锅炉（2.49MPa4.9MPa）；3、 高压锅炉（5.9mpa9.89mpa）4、 超高压锅炉（11.8mpa14.7mpa）；5、 亚临界压力锅炉（15.7mpa19.6mpa）；6、 超临界压力锅炉（22.0mpa以上）。五、按燃料性质分类1、
5、固体燃料锅炉；2、 液体燃料锅炉；3、 气体燃料锅炉；4、 余热锅炉；5、 原子能锅炉；6、 其他能源锅炉；23六、按燃烧方式分类1、 火床锅炉；2、 火室锅炉；3、 旋风锅炉；4、 沸腾燃烧锅炉。七、按排渣方式分类1、 固态排渣锅炉；2、 液态排渣锅炉。八、按炉内烟气压力分类1、 平衡通风锅炉；2、 微正压锅炉；3、 正压锅炉。九、按锅炉的形状分类1、型锅炉；2、箱式锅炉；3、塔式锅炉；4、D型锅炉。（三） 锅炉的燃烧系统及其设备一、燃料燃料是锅炉获取热量的原料，根据我国的能源政策，电站锅炉应尽可能多地燃用劣质煤，因此，到目前为止，我国电站锅炉大多数以烧煤为主。煤的主要特征是：241、发热量
6、。煤的发热量指1Kg煤完全燃烧时放出的热量用Qar表示，单位是KJ/Kg。煤的发热量有高位与低位之分，收到基高位发热量Qgr，ar是1Kg煤完全燃烧时所放出的最大可能发热量，它包括燃烧生成的水蒸汽凝结成水所放出的汽化潜热。收到基低位发热量Qnet，ar是从高位发热量中扣除了水蒸汽的汽化潜后的发热量。实际上，煤在锅炉中燃烧后，排烟温度大约在110160之间，水蒸汽不可能凝结成水而放出汽化潜热。因此，我国的锅炉技术中一般采用低位发热量作为计算依据。不同种类的煤有不同的发热量。衡量锅炉运行和操作水平不能用煤耗量来表示。为了便于正确地表示，引用了“标准煤”的概念。标准煤的收到基定压低位发热量为2927
7、0Kj/Kg。2、灰的熔融性。灰熔点对锅炉工作有较大的影响。通常用变形温度（DT）、软化温度（ST）、流动温度（FT）来表示灰渣的熔融特性。当灰渣温度达软化温度（ST）时，就有结渣的可能性。习惯上将ST作为灰的熔点，并根据ST高低将灰分类：ST1400称为难熔灰；ST=12001400称为中熔灰；ST1200称为易熔灰，对于固态排渣煤粉炉，为了防止结渣，要求炉膛出口烟温比软化温度ST低50100。3、挥发份。电厂一般采用工业方法来确定煤中的水份（M）、挥发份（V）、25固定碳（FC）和灰份（A）的含量，从而了解煤在燃烧方面的某些特性，以便正确地进行锅炉的燃烧调整。挥发份的高低对燃烧过程有很大的
8、影响。挥发份高的煤易着火，燃烧稳定，易于燃烧完全。挥发份低的煤，着火困难，燃烧不哆稳定，必须采取一定的措施来改善燃烧条件，才能使燃烧完全。4、煤的分类。煤的干燥无灰基挥发分Vdaf能反映煤燃烧的难易程度，故用它对煤进行分类：无烟煤 Vdaf10%贫 煤 Vdaf=10%20%烟 煤 Vdaf=20%40%褐 煤 Vdaf40%二、燃烧过程煤的燃烧对电厂发电成本影响很大。煤的燃烧是煤中的可燃成份同空气中的氧发生化学反应并放出热量的过程。1、煤粉的燃烧过程。煤粉从进入炉膛到烧完，大体上可分为三个阶段：着火前的准备阶段：使煤粉的温度上升到与氧气发生剧烈氧化的温度。燃烧阶段燃尽阶段26三、煤粉制备系统
9、1、 电厂中采用的煤粉制备系统一般有中间储仓式和直吹式两种。中间储仓式制粉系统由于有煤粉仓储粉，磨煤机可以在经济工况下运行，锅炉运行不受磨煤机工作的影响，可靠性高；运行调节比较灵活；负荷调节延滞性小。但系统复杂、管道多、部件多、电耗大。直吹式制粉系统大多配用中速磨或风扇磨。该系统中只要有任一设备发生故障就会影响锅炉的正常运行，可靠程度差，排粉机易磨损，但它具有系统简单、布置紧凑、运行电耗低等一系列优点，随着自动调节技术和运行管理水平的提高，逐步地得到采用。2、 制粉系统的主要设备有，磨煤机、给煤机、粗、细粉分离器、给粉机等。四、煤粉炉燃烧系统的构成和工作原理在第一章中已说明燃烧系统由燃烧器、炉
10、膛和烟、风道构成。1、燃烧器。燃烧器是煤粉炉的一个重要部件。其作用是将煤粉和空气喷入炉膛。燃烧器的性能要求是能使气粉混合物浓度均匀，着火稳定，一、二次风混合良好，火焰能充满整个炉膛，阻力损失小，便于调节负荷等。燃烧器可分为旋流式和直流式两种。旋流燃烧器的构造使气流在燃烧器内旋转喷入炉膛扩散成圆锥形，圆锥体内形成负压，把炉内高温烟气吸入根部，形成热烟气回流区，27使气流迅速加热，同时旋转运动能使气粉充分混合。旋流燃烧器的特点是着火快、火焰行程短、气粉在初期混合充分，但由于气流在炉内旋转扩散，动能衰减较快，后期气粉混合较差。旋流燃烧器可布置于前墙、两侧墙、炉底和炉顶等。目前我国的煤粉炉大都采用前墙
11、和两侧墙布置方式。直流燃烧器的气流喷入炉膛不旋转，一、二次风相间布置以使气粉混合。直流燃烧器的特点是火焰行程长，但扩散程度小，气粉混合差、着火慢。为了改善气粉混合和着火条件。直流燃烧器应布置在炉墙四角，使喷入的气流在炉膛截面中心形成一个切圆，使火焰呈旋涡状。2、炉膛。炉膛四周由炉墙围成，炉墙上布满水冷壁以冷却炉墙；炉顶一般采用平炉顶结构，大容量、高参数的锅炉一般在平炉顶布置顶棚过热器，炉膛上部空间布置屏式过热器；炉底由前、后水冷壁弯曲成倾斜的灰斗；为了使烟气充满炉膛并加强炉膛上部烟气的扰动，一般在炉膛出口的下部由后水冷壁弯曲成一个折焰角。3、烟道。烟道由墙板围成空间，引导炉膛内的烟气沿着设定的
12、路径排出炉外。大容量高参数的锅炉烟道的高温区墙板上大都布置包复水冷壁，包复过热器等以冷却墙板。284、 风道。煤在炉内燃烧需要的空气由送风机经烟道送入炉膛。为了改善煤粉的着火和燃烧条件。空气一般经过空气预热器加热后再送入炉膛。空气预热器一般布置在烟道尾部，是烟气和空气的热交换器。其作用是提高燃烧系统空气的温度，降低排烟温度。空气预热器主要有管式和回转式两种形式。（四）、锅炉的汽水系统设备锅炉的汽水系统由汽包、水冷壁、下降管、联箱、过热器、再热器、省煤器、减温器和各种连接管道组成。汽水系统的作用是使水吸收热量蒸发并产生合格的过热蒸汽。一、汽包汽包是锅炉的重要部件之一，是一个圆筒形的承压容器。其作
13、用是：1、 汽包是工质加热、蒸发、过热三个过程的连接枢纽；2、 汽包有一定储水、储汽容积，有一定的蓄热量，所以有一定的适应负荷骤变的能力；3、 汽包内部装有汽水分离装置、蒸汽清洗装置、连续排污装置、锅内加药装置等，以改善蒸汽品质。二、水冷壁锅炉炉膛的四周炉墙上布置的管子、称为水冷壁，也叫上升管。它是锅炉的主要蒸发受热面，其主要作用是：1、 通过辐射换热方式吸收热量，将水变成蒸汽；292、 冷却炉墙并防止结渣；3、 因辐射传热比对流传热效果强，可节省受热面钢材，降低锅炉造价。三、下降管下降管的作用是把汽包中的水连续不断地送往下集箱供给水冷壁，使水循环正常。四、联箱联箱的作用是将工质汇集起来，或将
14、工质通过联箱重新送往其他设备。五、过热器过热器的作用是将饱和蒸汽加热成过热蒸汽。过热器的管壁温度是锅炉受热面中最高的，这是因为其内侧的蒸汽温度高，而外侧的烟气温度也高。因此选择过热器管钢材和在运行中保护过热器管是十分重要的。按传热方式不同，过热器大致可分为对流过热器，辐射过热器和半辐射过热器。六、再热器再热器的作用是将在汽轮机高压缸作过功的蒸汽引入锅炉再次吸热以提高过热度，然后再送入汽轮机作功。用这种方式能提高电厂的循环热效率，同时可减少汽轮机末级蒸汽的湿度，以保证汽轮机安全运行。由于再热蒸汽的压力低、比热小，所以再热器一般不能布置在高烟温区。七、省煤器省煤器是加热给水的受热面，一般布置在烟道尾部。它的作用是降低排烟温度，提高锅炉热效率，提高给水温度，减小汽包壁与210进水的温差，减少热应力，改善汽包的工作条件。附：复习思考题1、 现代大型电站锅炉的特点。2、 锅炉名词解释。3、 锅炉的几个常用术语；4、 按主蒸汽出口压力和循环方式分类的锅炉名称；5、 燃烧系统的构成和工作原理；6、 煤粉制备系统的种类和优缺点；7、 燃烧器的种类和布置方式；8、 锅炉汽水系统的主要设备和作用；211
