锅炉原理、设备及系统

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1、锅炉原理、设备及系统锅炉原理、设备及系统 肖海平肖海平 010-61772811 第一章第一章 锅炉介绍锅炉介绍 锅炉简介锅炉简介 锅炉机组的工作过程锅炉机组的工作过程 锅炉的容量和参数锅炉的容量和参数 锅炉按压力分类锅炉按压力分类 锅炉 利用燃料燃烧释放的热能加热给水，获 得规定参数（温度、压力）和品质的蒸 汽的设备 利用燃料燃烧释放的热能加热给水，获 得规定参数（温度、压力）和品质的蒸 汽的设备 是进行燃料燃烧、热量传递和水汽化过 程的综合装置， 是进行燃料燃烧、热量传递和水汽化过 程的综合装置， 是火力发电厂的三大主要设备之一； （锅炉，汽机，发电机） 是火力发电厂的三大主要设备之一；

2、 （锅炉，汽机，发电机） 1、锅炉简介1、锅炉简介 高 宽 深 前 墙 后 墙 右侧墙 容积 宽 深 高 燃烧器的位置 锅炉的组成锅炉的组成(炉内、锅内炉内、锅内) 锅炉虽是一个整体，但从功能上可分成锅炉虽是一个整体，但从功能上可分成“炉侧炉侧”、“锅侧锅侧” 炉炉 煤、空气 煤、空气 烟、烟、飞灰、炉渣飞灰、炉渣 制粉系统制粉系统 燃烧系统燃烧系统 风烟系统风烟系统 水、汽水、汽 锅锅 汽水系统汽水系统 除渣除灰清灰除渣除灰清灰 系 统 系 统 2、锅炉机组的工作过程、锅炉机组的工作过程炉侧的工作过程炉侧的工作过程 1、制粉系统 直吹式 原煤斗给煤机磨煤机 、制粉系统 直吹式 原煤斗给煤机磨

3、煤机一次风输送煤粉通过燃烧 器一次风喷口进入炉内 一次风输送煤粉通过燃烧 器一次风喷口进入炉内 中储式 原煤斗给煤机磨煤机粗粉分离器细粉分离器 粉仓给粉机混合器 中储式 原煤斗给煤机磨煤机粗粉分离器细粉分离器 粉仓给粉机混合器 燃烧器一次风喷口燃烧器一次风喷口 中速磨直吹式制粉系统中速磨直吹式制粉系统 2、风烟系统 送 、风烟系统 送 风风 机：机： 二次风二次风 ； 一次风机： ； 一次风机： 一次风； 引 一次风； 引 风风 机：烟气 空气预热器：利用烟气加热冷空气 机：烟气 空气预热器：利用烟气加热冷空气 3、燃烧系统 点火装置、 、燃烧系统 点火装置、 燃烧器燃烧器 、一次风挡板、一次

4、风挡板、 二次风风箱、 挡板等 燃烧器为主要设备，组织合理空气动力场，确保 燃料顺利着火、稳定燃烧、充分燃尽。 二次风风箱、 挡板等 燃烧器为主要设备，组织合理空气动力场，确保 燃料顺利着火、稳定燃烧、充分燃尽。 空气空气 煤煤 飞灰飞灰+灰渣灰渣 烟气烟气 化学能化学能 热能热能 4、汽水系统 汽包炉：省煤器汽包水冷壁汽包过热器 、汽水系统 汽包炉：省煤器汽包水冷壁汽包过热器汽轮机汽轮机 再热冷段再热器汽轮机 预热、汽化、过热 工质水水蒸汽 烟气 再热冷段再热器汽轮机 预热、汽化、过热 工质水水蒸汽 烟气 水、水蒸汽 热量的传递 直流炉：省煤器水冷壁启动分离器过热器 水、水蒸汽 热量的传递

5、直流炉：省煤器水冷壁启动分离器过热器汽轮机汽轮机 汽包炉直流炉汽包炉直流炉 锅炉四管：水冷壁锅炉四管：水冷壁 过热器过热器 再热器再热器 省煤器 水冷壁：蒸发受热面，包围火焰形成炉膛 过热器：过热，悬挂于炉膛上方或烟道内 再热器：过热，悬挂于炉膛上方或烟道内 省煤器：预热作用，吊装在尾部烟道内 省煤器 水冷壁：蒸发受热面，包围火焰形成炉膛 过热器：过热，悬挂于炉膛上方或烟道内 再热器：过热，悬挂于炉膛上方或烟道内 省煤器：预热作用，吊装在尾部烟道内 带一次再热的朗肯循环带一次再热的朗肯循环 锅炉容量：即蒸发量，锅炉每小时产生 的蒸汽量， 锅炉容量：即蒸发量，锅炉每小时产生 的蒸汽量，kg/h，

6、t/h。如。如1025t/h等等 额定蒸发量（额定蒸发量（ BRL ）：在额定的蒸汽参 数，额定给水温度和使用设计燃料，并 保证热效率时所规定的蒸发量； ）：在额定的蒸汽参 数，额定给水温度和使用设计燃料，并 保证热效率时所规定的蒸发量；kg/h,t/h 最大连续蒸发量（最大连续蒸发量（BMCR） ：在额定的 蒸汽参数，额定给水温度和使用设计燃 料，长期运行所达到的最大的蒸发量 ：在额定的 蒸汽参数，额定给水温度和使用设计燃 料，长期运行所达到的最大的蒸发量, kg/h, t/h 3、锅炉的容量和参数、锅炉的容量和参数 4、锅炉按压力分类、锅炉按压力分类 一、按蒸汽压力分类 低压锅炉：低压锅炉

7、：8% 高水分煤 4% 高灰分煤 折算水分 折算灰分 , , netar zsar Q %4182 , , netar ar zsar Q S S 灰分煤 0.2% 高硫分煤 折算灰分 折算硫份 标准煤：收到基低位发热量是7000大卡的煤 Qar,net=29270 kJ/kg 7000 kcal/kg 计算标准煤耗 技术水平（煤耗） 供电煤耗：向电网提供供电煤耗：向电网提供1度电所消耗的标准煤克数。 发电煤耗：机组每发 度电所消耗的标准煤克数。 发电煤耗：机组每发1度电所消耗的标准煤克数度电所消耗的标准煤克数 2015/6/18 4 四、灰的熔融性 对于固态排渣煤粉炉来说，在运行中，应使灰粒

8、在接触水 冷壁、炉膛出口受热面以及落入冷灰斗之前得到充分冷却，并 形成固态或基本上没有黏性，以避免结渣沾污问题。 1灰熔点的测定 灰熔点：灰熔点： 1.DT（变形温度）（变形温度） 2.ST（软化温度）（软化温度） 3.FT（流动温度）（流动温度） 灰熔点越高越好灰熔点越高越好。灰熔点越高越好灰熔点越高越好 2、影响灰熔融性因 素 、灰的化学组成 酸性氧化物灰熔点上升 灰的化学组成 炉内气氛 酸性氧化物：SiO2、Al2O3灰熔点上升 碱性氧化物：Fe2O3、CaO、MgO灰熔点降低 、炉内气氛 氧化性气氛灰熔点较高 半还原性气氛灰熔点降低 还与铁含量有关: 灰的熔化温度随灰中含铁量增加而下降

9、 灰的熔化温度随灰中含铁量增加而下降 铁对灰熔点的影响还和周围气氛有关：氧量高， Fe2O3，熔点高；还原性气氛，FeO，灰熔点下降。 当含铁量很小时(小于5%)，炉内气氛对灰熔点没有明 显的影响 但当含铁量较大时，炉内气氛的影响就非常显著。 灰熔点的要求：灰熔点的要求： DT1350，则炉膛内不容易结渣，则炉膛内不容易结渣 排烟温度排烟温度10%；褐煤 Vdaf37%； 地质年代越长，开始析出的温度越高 褐煤200 ；无烟煤400 左右 对着火和燃烧的影响： 挥发分越多 1）易着火： 可燃气体先析出，燃烧温度低，相当于引燃作用 挥发分含量同时也影响了煤粉 空气混合物在湍流气流中的火 焰传播速

10、度，此速度也可视为焰传播速度，此速度也可视为 着火速度 在一定条件下，随挥发分增大 ，火焰传播速度增高 2015/6/18 6 2）易燃尽： 固定碳含量少 析出后的多孔性焦炭与空气反应的比表面积 挥发分燃烧放热助燃 2、水分 制粉系统，易阻塞，磨出力 着火热 ，着火推迟,降低炉内温度 对煤粉的着火燃尽均不利 影响很大，当水分增加时 (Mar) ： 对煤粉的着火、燃尽均不利 烟气量，烟气流速，对流式过热汽温 使低温受热面易于积灰、腐蚀 烟气量，排烟损失， gl 引风机电耗 3、灰分 增加磨煤机无效的电耗 发热量 不利于着火燃尽使燃烧不稳 影响较大，当灰分增加时 (Ad) ： 不利于着火、燃尽，使

11、燃烧不稳 妨碍挥发分的析出 炉内结渣、腐蚀 着火推迟，火焰中心上移，辐射式过热汽温 尾部受热面：磨损、积灰 灰渣物理热损失，q4 , gl 4、灰渣熔融性的影响 炉膛出口烟温应低于灰的变形温度(DT) 50-100 炉内水冷壁结渣 高温对流受热面结渣 当灰的软化温度(ST)1350 ，不易结渣 一次风切圆太大，造成水冷壁附近半还原性气氛，使灰熔 点降低，易结渣 综合影响，不能采用单一指标 5、硫分的影响 尾部低温受热面：低温磨损、积灰问题 当全硫含量3%时，严重影响锅炉的经济安全运行 高温腐蚀问题高温腐蚀问题 水冷壁附近，还原性气氛下，H2S高温腐蚀 过热器区域，硫酸盐高温腐蚀 含硫高，易自燃

12、 SO2为主，SO3少(催化) 污染排放与灰自身的脱硫能力 6、劣质煤种（挥发分下降，并且发热量下降）的影响 煤的发热量下降，为了保持锅炉负荷，需要投入更多的煤， 而运行时需要保持风煤比，导致投入更多的风量，导致煤 粉燃烧器喷口的风速提高。 而挥发分下降，煤粉着火困难，煤粉喷嘴对应的最佳一次 风速下降。 实际风速和最佳风速背离，导致锅炉着火困难，燃烧不稳 定，火焰中心上移，再热器汽温升高。 对于长期燃用劣质煤种的锅炉，可以把一次风喷口增大， 减少实际一次风速，以提高燃烧稳燃效果。 第三章第三章 锅炉热平衡锅炉热平衡 第一节 空气量计算空气量计算 第二节 烟气量的计算 第三 烟气量的计算 第三节

13、 锅炉的热平衡锅炉的热平衡 第一节 空气量计算空气量计算 一、锅炉燃烧计算的前提一、锅炉燃烧计算的前提 1空气量与烟气量的计算均以1kg燃料的 收到基为基础； 2空气和烟气的所有组成成分（包括水蒸 汽，分压很小），均认为是理想气体， 每 Kmol 气 体 在 标 准 状 态 的 容 积 是 22.4Nm3； 3. 气体容积计算的单位均为Nm3/kg。 1kg燃料完全燃烧所需的氧量 30 100 7 . 0 100 7 . 0 100 55. 5 100 866. 1 2 Nm OSHC V arararar O 1kg燃料完全燃烧所需的理论空气量 300 )(0333. 0265. 00889

14、. 0 21. 0 1 2 NmOSHCVV ararararO 实际空气量 富氧燃烧，保证燃烧尽可能完全，确保 燃烧的经济性。 过量空气系数:实际送入空气量与理论的 空气量比值 0 V V k 烟气侧：炉膛后直至排烟处，过量空气 系数逐渐增大， 烟气侧过量空气系数， 存在一个最佳的过量空气系数，通常用炉膛 出口的过量空气系数表示; 空气侧：由锅炉送风机开始，均为正压， 空气侧过量空气系数; 逐渐减小，向外的漏风逐渐减少 第二节烟气量的计算烟气量的计算 一、烟气的组成烟气的组成 当1kg煤完全燃烧时，烟气的组成成分为 Vy Vy0 VRO2 V0N2 V0H2O (-1)V0 （完全燃烧生成的

15、CO2、SO2） （理论空气量中的N2 和 煤中的Nar） （理论空气量中的H2 O 和 煤中的Har生成 以及的H2O 煤种 携带的Mar） VN2 VO2 （过剩空气中的N2） （过剩空气中的O2） （过剩空气中携带的H2O） 2 V H O V 由烟气中的O2，计算 该方法书涉及的氧气的测量及时，准确， 得到广泛采用。 2 21 21 O 一、热平衡定义热平衡定义 定义：送入锅炉的燃料拥有热量等于锅炉 的有效输出热量加上各项热损失。 目的：1)确定锅炉热效率; 2)确定各项热损 失，分析热损失的原因，需求降低热损失 的方法；3）确定不同工况下锅炉的各项工 作指标。 方法：通过锅炉机组的热平衡试验。 现代电站锅炉的效率为90-94%左右，容量 越大、效率越高。 第三节、锅炉的热平衡锅炉的热平衡 二、热平衡方程式热平衡方程式 654321 QQQQQQQr r Q送入锅炉的热量； 1 Q有效利用热； 2 Q排烟热损失； 3 Q气体不完全燃烧损失； 4 Q固体不完全燃烧损失； 5 Q散热损失； 6 Q其它热损失。 热平衡的另一种表示式 通常用送入热量的百分比来表示： 654321 %100qqqqqq %,100 1 1 r Q Q q 送入锅炉的热量送入锅炉的热量 ,ar