火力发电厂基本概念锅炉设备及系统教学培训讲座.ppt

2019年12月28日 1 锅炉设备及系统 2019年12月28日 2 本章内容 第一节电厂锅炉概述第二节燃料及燃烧第三节锅炉受热面第四节锅炉汽水系统及其设备第五节锅炉的主要辅助设备及系统第六节典型锅炉及其安全附件 2019年12月28日 3 第一节电厂锅炉概述 锅炉的任务是把燃料的化学能转变为蒸汽的热能设备 是火力发电厂的三大主机之一 锅炉 汽机 发电机 影响整个电厂的安全性及经济性 2019年12月28日 4 一 电厂锅炉的组成 锅侧 炉侧 锅炉由本体设备 辅助设备和附件等购成 锅炉本体设备由 锅 和 炉 两部分组成 2019年12月28日 5 2019年12月28日 6 煤粉锅炉及辅助设备 2019年12月28日 7 2019年12月28日 8 循环流化床锅炉及其附属设备 2019年12月28日 9 循环流化床锅炉 2019年12月28日 10 锅 指锅炉的汽水系统 用于盛放工质 并接受燃料燃烧放出的热量 使工质由水逐渐被加热至合乎要求的过热蒸汽 它主要由汽包 锅筒 下降管 联箱 水冷壁 省煤器 过热器 再热器和连接管道等组成 2019年12月28日 11 1 锅内设备 详见第4节 汽包 存放工质和产生合格要求的饱和蒸汽水冷壁 位于炉膛的四壁 吸收辐射热 使水受热蒸发 保护炉墙 过热器 加热饱和蒸汽至过热蒸汽 供给高压缸再热器 重新加热已经部分作功 压力和温度都已降低的蒸汽 供给汽轮机的中低压缸作功省煤器 提高锅炉效率 降低锅炉的排烟温度 节约燃料 2019年12月28日 12 炉 即燃烧系统 其任务是使燃料在其内部快速 稳定 完全地燃烧 放出热量 产生高温火焰和烟气 燃烧系统主要由炉膛 燃烧器 空气预热器和烟道等组成 2019年12月28日 13 2 炉内设备 详见第2节 炉膛 由水冷壁和炉墙围成 燃料在炉膛进行合理的燃烧燃烧器 安装在炉墙上面 其作用是将燃料和空气以一定的速度送入炉膛内部 使燃料能够适时地着火 并迅速完全地燃烧 空气预热器 安装在锅炉的最末端 进一步降低排烟温度 提高锅炉效率 2019年12月28日 14 2019年12月28日 15 锅炉的辅助设备 给水设备 包括给水泵 管道阀门等通风设备 送风机 引风机 烟风道 烟囱等制粉设备 原煤仓 给煤机 磨煤机 粗粉分离器 细粉分离器和排粉风机除尘设备 分离除去烟气中的飞灰颗粒 减轻飞灰对环境的污染和对引风机的磨损 除灰设备 除去锅炉底部的大渣和除尘器分离下来的细灰 2019年12月28日 16 二 锅炉的规范 型号及分类 锅炉的规范锅炉的规范包括 锅炉容量 锅炉蒸汽参数 给水温度等 用来说明锅炉的基本工作特性 锅炉容量 额定蒸发量 锅炉每小时的最大连续蒸发量 简称BMCR De表示 单位 吨 小时锅炉蒸汽参数 锅炉过热器出口处的过热蒸汽压力 兆帕 和温度 给水温度 省煤器入口处的温度 不同蒸汽参数的锅炉其给水温度也不相同 2019年12月28日 17 锅炉型号反映锅炉的基本特征高压锅炉用三组字码表示其型号如 型号HG 410 9 8 1制造厂 蒸发量t h 额定压力MPa 设计序号超高压及以上的锅炉装有再热器其型号型号 DG 1000 16 7 555 555 1制造厂 蒸发量t h 额定压力MPa 过热蒸汽和再热蒸汽温度 设计序号 2 锅炉的型号 2019年12月28日 18 3 锅炉的分类 1 按锅炉容量分类小型锅炉 De 220吨 小时 中型锅炉 De 220 410吨 小时 大型锅炉 De 670吨 小时 2019年12月28日 19 2 按蒸汽压力分类 低压锅炉p 1 27兆帕中压锅炉p 2 45 3 82兆帕高压锅炉p 9 8兆帕超高压锅炉p 13 7兆帕亚临界压力锅炉p 16 7 18 3兆帕超临界压力锅炉p 22 1兆帕 2019年12月28日 20 3 按燃用燃料分类燃煤锅炉 燃油锅炉 燃气锅炉 4 按燃烧方式分类层燃炉室燃炉 煤粉炉 燃油炉等 流化床锅炉旋风炉 2019年12月28日 21 5 按水循环特性分为 自然循环锅炉直流锅炉 6 按煤粉炉的排渣方式分为 固态排渣炉和液态排渣锅炉 2019年12月28日 22 我国电厂锅炉系列 2019年12月28日 23 第二节燃料及燃烧 锅炉燃料 有固体燃料 液体燃料和气体燃料三大类 锅炉燃料以煤为主 电站锅炉更是如此 本课将主要介绍煤及其燃烧 2019年12月28日 24 一 煤的成分 煤是远古植物遗体随着地壳变动被埋入地下 长期处在地下温度 压力较高的环境中 经过复杂的生物 化学变化逐渐形成的 煤的成分 可燃成分 硫 氮 氧 氢 碳 水分 灰分 2019年12月28日 25 1 煤的元素分析成分 概念 煤中的碳 C 氢 H 氧 O 氮 N 硫 S 等元素的重量占燃料重量的百分数 碳 C 主要的可燃物质 含量越多煤燃烧能产生的热量越大 含量随煤的变质程度的加深而增加 2019年12月28日 26 氢 H 重要的可燃物质 发热量高每120kJ kg 随煤的变质程度加深而减少氧 O 和氮 N 氧为煤中的不可燃元素 含量较少 含量随变质程度加而减少氮为煤中的有害元素 含量较少 氮的氧化产物为NO或者NO2 排放到大气中都对环境有害 2019年12月28日 27 硫 S 可燃元素 分成有机硫和无机硫 每千克可燃硫发热量9050千焦 燃烧产物为SO2或者SO3 污染大气 使设备发生腐蚀 水分 M 不可燃成分 其来源有三种 即外部水分 内部水分和化合水分 水分较多的煤发热量较低 不容易着火和燃烧 灰分 A 不可燃成分 灰分较多的煤发热量低 着火和燃尽都困难 2019年12月28日 28 表4 2燃料各种分析基准及其元素成分 2019年12月28日 29 2 煤的工业分析 为了更有利于统一煤质计量 煤种划分 煤质评估 用途选择 商品计价等 实用中常用工业分析方法确定煤的成分 工业分析成分包括水分 灰分 挥发分和固定碳四种成分 这四种成分总量为100 2019年12月28日 30 2 煤的工业分析 主要概念挥发分 Vdaf 主要成分 可燃气体H2 CH4 H2S CmHn等不可燃气体O2 N2 CO2等固定碳 FC 焦炭 灰份 固定碳固定碳 以单质形式存在的碳 2019年12月28日 31 二 煤的性质 1 发热量发热量 单位质量的煤完全燃烧时释放的热量 符号为Q 单位为 千焦 公斤 kJ kg 煤的高位发热量Qgr 1公斤煤完全燃烧后产生的热量 包括燃烧产物 烟气 中水分的汽化潜热 煤的低位发热量Qnet 从高位发热量中扣除了水蒸气的汽化潜热后的热量 规定以Qnet ar 29308千焦 公斤的煤作为标准煤 2019年12月28日 32 折算标准煤 2019年12月28日 33 折算成分 指对应于4190kJ kg收到基低位发热量的收到基成分含量 即 折算灰分AZS 4 0 的煤称为高灰分煤 折算水分MZS 8 0 的煤称为高水分煤 折算硫分SZS 0 2 的煤称为高硫分煤 2019年12月28日 34 2 煤灰熔融性 灰的熔融性是指煤中灰分在高温下由固态向液态变化的特性 当煤灰在炉膛内的高温火焰中受热时 逐渐向液态转化而呈塑性状态 其粘塑性随温度而异 2019年12月28日 35 2 煤灰熔融性 a 未加热的试样 b 开始变形温度DT c 开始软化温度ST d 开始流动温度FT 2019年12月28日 36 灰的熔点 当灰分所处温度达到软化温度ST值时 就开始具有结渣的可能性 习惯上将ST用以代表灰的熔点 通常 ST 1400 称为难熔灰 ST 1200 1400 称为中熔灰 ST 1200 称为易熔灰 ST值越高 越不易造成结渣 2019年12月28日 37 三 煤的分类 煤的成分随着地质年代的长短有所变化 埋藏年代越久 碳化程度越深 挥发物含量越少 碳的含量越多 主要根据挥发分并参考水分 灰分的含量来分类 无烟煤 anthracite Vdaf 10 贫煤 Vdaf l0 20 烟煤 bituminous Vdaf 20 45 褐煤 browncoal Vdaf 40 50 甚至达60 2019年12月28日 38 无烟煤 anthracite 1 无烟煤无烟煤的挥发分含量最低 含碳量很高 一般C 40 最高可达90 灰分不高 一般A 6 25 水分很低 M 1 5 发热量较高 不易点燃 燃尽也不容易 焦炭无粘结性 2019年12月28日 39 2 贫煤其燃烧性质接近于无烟煤 难以着火和燃尽 碳化程度比无烟煤低 发热量较高 一般不结焦 3 烟煤 bituminous 挥发分含量较高 变化范围宽 碳化程度较无烟煤浅 含碳量C 40 60 少数能达到75 一般灰分不大 水分适中 发热量也相当高 大多数烟煤都容易点燃 燃烧快 燃烧时火焰较长 多数具有或强或弱的焦结性 2019年12月28日 40 4 褐煤 browncoal 碳化程度较低 呈褐黑色 尚有清楚木纹 易风化成粉末挥发物含量高 易于着火和燃烧5 其它低质煤洗中煤 煤泥和泥煤 泥煤比褐煤地质年代更短 这种煤易碎 但不结焦 泥煤在我国发现的极少 油页岩是一种淡灰色或暗褐色的石油矿石 其灰分极高 达60 80 因此发热量很低 煤矸石则是采煤时的下脚料 它的热值更低 灰分更高 这些低质燃料除了采用流化床燃烧外 其他燃烧方法无法燃用 2019年12月28日 41 四 锅炉的热平衡计算 锅炉热平衡 送入锅炉的热量等于锅炉输出的热量 热平衡方程Qr 1公斤燃料的输入热量 Q1 锅炉的有效利用热 Q2 排烟带走的热损失 Q3 气体未完全燃烧损失 Q4 固体未完全燃烧损失Q5 锅炉散热损失 Q6 灰渣物理热损失 热平衡方程也用送入热量的百分比表示 2019年12月28日 42 正平衡效率 从热量的有效利用角度出发计算得出 即锅炉的热效率反平衡效率 从热损失角度看 锅炉效率还可以按下式计算 2019年12月28日 43 1 锅炉输入热量 燃料的收到基低位发热量 燃料的物理热 用外部热源加热空气时带入锅炉的热量 2019年12月28日 44 2 锅炉的有效利用热量 锅炉有效利用热量包括过热蒸汽的吸热再热蒸汽的吸热饱和蒸汽的吸热和排污水的吸热 也即是锅炉的热效率 也称为锅炉的正平衡效率 2019年12月28日 45 3 排烟损失q2 排烟热损失是现代电厂锅炉热损失中最大的一项热损失 煤粉炉的排烟热损失通常可达5 8 一般排烟温度每增高约10 q2约增大1 降低排烟温度 不得不大大增加尾部受热面面积 因而相应增加锅炉的金属消耗量 低温受热面的壁面可能达到露点温度 导致低温腐蚀 大 中型电厂锅炉的排烟温度通常控制在110 160 的范围内 2019年12月28日 46 4 气体未完全燃烧热损失q3 气体未完全燃烧热损失是由于烟气中含有可燃气体造成的热损失 这些气体主要是一氧化碳 有时也含少量的氢和甲烷等可燃气体 最终未能发生燃烧而造成的 煤粉炉的q3一般不超过0 5 2019年12月28日 47 5 固体未完全燃烧损失q4 q4是由于灰中含有未燃尽的残炭造成的热损失 是锅炉热损失中的主要部分 通常仅次于排烟热损失 影响q4的主要因素有 燃料品质 煤粉细度 炉内燃烧条件 喷燃器的工作性能以及运行情况等 多数煤粉炉的q4一般1 5 2019年12月28日 48 6 灰渣的物理热损失q5 q5是锅炉在运行中 汽包 联箱 汽水管道 炉墙等的温度均高于外界空气的温度 因而一部分热量会散失到空气中去 形成锅炉的散热损失 锅炉的散热损失与炉型 炉墙质量 水冷壁敷设情况和管道的绝热情况等因素有关 按照经验估计 大容量电厂锅炉的q5约占0 2 0 6 2019年12月28日 49 7 灰渣的物理热损失q6 锅炉炉渣排出炉外时带出的热量 形成灰渣物理热损失 q6的大小主要决定于排渣量和排渣温度 多数固态排渣煤粉炉 q6大致为0 5 1 液态排渣炉的此项热损失自然要显著增大 2019年12月28日 50 燃烧过程是一个复杂的化学反应和物理过程的综合过程 燃料的燃烧过程加热干燥 把水分蒸发掉 进一步被加热到一定温度时 发生煤的热分解反应而释放出挥发分 挥发分析出后 达到相应的着火温度时即着火燃烧 燃尽 五 燃料的燃烧 2019年12月28日 51 燃烧方式 层状燃烧悬浮燃烧 室燃 流化床燃烧 2019年12月28日 52 六 煤粉燃烧方式和设备 1 煤粉气流的着火煤粉的着火温度不同不同煤种的煤粉气流中颗粒的着火温度 2019年12月28日 53 1 煤粉气流的着火 将煤粉气流加热到着火温度所需要的热量称为着火热 作用 加热煤粉和空气 使煤中水分蒸发并过热 着火热来源 一是高温回流烟气 二是高温火焰及炉壁对煤粉射流的辐射加热 2019年12月28日 54 2 煤粉燃烧 要组织良好的燃烧过程 其标志就是尽量接近完全燃烧 也就是在炉内不结渣的前提下 燃烧速度快而且燃烧完全 2019年12月28日 55 燃烧器 燃烧器是煤粉锅炉的主要燃烧设备 其作用是保证燃料和燃烧用的空气在进入炉膛时能充分混合 及时着火和稳定燃烧 直流燃烧器出口气流为直流射流 布置在炉膛四角 使燃料气流在炉内进行切圆燃烧 炉膛内部的直流燃烧器 2019年12月28日 56 直流燃烧器采用四角切圆燃烧方式形成的火焰 俯视的炉膛火焰 2019年12月28日 57 煤粉燃烧火焰方式 2019年12月28日 58 直流煤粉燃烧器的布置方式 2019年12月28日 59 不同配风直流燃烧器 2019年12月28日 60 空气气流 空气并不是一次集中送进的 而是按对着火 燃烧有利而合理组织 分批送入的 按送入空气的作用不同 可将送入燃烧器的空气分为一次风 二次风和三次风 一次风 即携带煤粉送入燃烧器的空气 二次风 补充煤粉继续燃烧所需要的空气并着重起扰动 混合作用 三次风 中间储仓式热风送粉时 在磨煤机内干燥原煤后排出的乏气 由单独的喷口送入炉膛燃烧 这股乏气称为三次风 2019年12月28日 61 不同配风直流燃烧器 2019年12月28日 62 旋流燃烧器 出口气流包含有旋流射流的燃烧器 其出口气流可为几个同轴旋流射流组合 也可是旋流射流与直流射流的组合 旋流燃烧器的原理图 2019年12月28日 63 旋流燃烧器的布置方式 a 前墙布置 b 两面墙对冲或交错布置 b 1 两面墙交错布置 b 2 两面墙对冲布置 c 半开式炉膛对冲布置 d 炉底布置 e 炉顶布置 2019年12月28日 64 七 流化床燃烧方式和设备 流化床 固体颗粒 流体以及完成流态化的设备流态化 固体颗粒在流体作用下表现出类似流体状态的一种现象气固流态化 流体作为流化介质 在锅炉燃烧中 流化介质为空气 固体煤颗粒以及煤燃烧后的灰渣被流化流化床锅炉与其他类型燃烧锅炉的根本区别在于燃料处于流态化运动状态 并在流态化过程中进行燃烧 2019年12月28日 65 典型的循环流化床锅炉循环系统 2019年12月28日 66 典型的循环流化床锅炉循环系统 2019年12月28日 67 循环流化床锅炉的组成部分 第一部分由炉膛 流化床燃烧室 气固分离设备 分离器 固体物料再循环设备 也称返料装置 返料器 和外置换热器 有些循环流化床锅炉没有该设备 等组成 第二部分为尾部对流烟道 布置有过热器 再热器 省煤器和空气预热器等 与常规煤粉燃烧锅炉相近 2019年12月28日 68 循环流化床锅炉独特的优点 燃料适应性广 燃烧效率高 高效脱硫 氮氧化物 NOx 排放低 燃烧强度高 炉膛截面积小 燃料预处理及给煤系统简单 负荷调节范围大 调节速度快 易于实现灰渣综合利用 2019年12月28日 69 FBC锅炉布风装置 典型风帽式布风装置结构 水冷布风板 2019年12月28日 70 气固分离器 高温绝热式旋风分离器 水冷分离器 2019年12月28日 71 返料装置 2019年12月28日 72 锅炉受热面包括炉膛水冷壁 过热器 再热器 省煤器 空气预热器等受热面受热面中完成给水经过预热 蒸发 过热 再热加热过程预热 省煤器蒸发 水冷壁过热 过热器再热 再热器 第三节锅炉受热面 2019年12月28日 73 一 受热面的整体布置型式 a 型 b 型 c T型 d 塔型 e 半塔型 f 箱型 2019年12月28日 74 水冷壁是以辐射换热为主的蒸发受热面 1 水冷壁的作用 l 强化传热 强化传热 减少锅炉受热面面积 节省金属消耗量 2 降低高温对炉墙的破坏作用 起保护炉墙作用 3 能有效地防止炉壁结渣 4 悬吊炉墙 5 锅炉主要的蒸发受热面 产生锅炉的全部或绝大部分饱和蒸汽 是不可缺少的重要受热面 二 蒸发受热面 2019年12月28日 75 受热面联箱 2019年12月28日 76 2 水冷壁的形式光管水冷壁 光管垂直地布置在炉膛各面墙上 管子上部与锅筒或上集箱相连 管子下部与下集箱相连 下级箱与锅筒间用不受热的下降管相连 此种水冷壁在中小容量锅炉上用得比较广泛膜式水冷壁优点 减少漏风 提高锅炉效率 同时炉墙不直接受火焰辐射 因而可不用耐火材料 而只用绝热材料 使炉墙重量大大减轻 缺点 制造工艺较复杂 2019年12月28日 77 过热受热面有过热器和再热器1 过热器和再热器的作用将饱和蒸汽或低温蒸汽加热成为达到合格温度的过热蒸汽2 按传热方式分类 对流过热器 半辐射式过热器 即屏式过热器 辐射式过热器 三 过热器受热面和再热器受热面 2019年12月28日 78 对流过热器 布置在炉膛出口的对流烟道内 以对流换热为主屏式过热器布置在炉膛出口处或炉膛上部 既吸收火焰的直接辐射 又吸收烟气的对流放热辐射式过热器一般布置在炉膛内壁面上 只吸收火焰辐射 2019年12月28日 79 包墙管过热器在水平烟道和尾部竖井烟道内壁像布置水冷壁那样布置过热器 称为包墙管过热器或包覆壁过热器 它主要用于悬吊炉墙 传热效果差 不能作为主要受热面 2019年12月28日 80 过热汽温调节方法维持稳定的汽温是保证机组安全和经济运行所必需的 电站锅炉调节汽温的方法有 喷水式减温器 摆动式燃烧器喷水减温器是将减温水直接喷入过热蒸汽利用摆动式燃烧器上下摆动 改变火焰中心位置 从而改变炉膛出口烟温 可以调节过热汽温或再热汽温一般燃烧器摆动 20 30 时 炉膛出口烟温变化约110 140 蒸汽温度的最大调节幅度为40 60 通常摆动式燃烧器只作为蒸汽温度粗调手段 细调应采用喷水减温器 2019年12月28日 81 四 再热器受热面的特殊问题 再热器锅炉中重新加热蒸汽的部件 将汽轮机高压缸排汽引入锅炉 重新加热至高温 然后再引入中压缸膨胀作功 再热器工作的特殊性当汽轮机甩负荷或机组起 停时 再热器无蒸汽冷却 需将过热蒸汽通过快速减温 减压装置引入再热器 2019年12月28日 82 特殊性 首先当负荷变动时 再热汽温比过热汽温变化剧烈 幅度大 其次由于喷入水只在中 低压缸作功 再热器采用喷水调节会使机组循环效率降低 计算表明 若再热蒸汽内喷入1 的水 循环效率降低0 1 0 25 因此喷水减温不再是再热汽温调节的主要手段 有 烟气再循环 烟气挡板 摆动燃烧器等方法 2019年12月28日 83 1 烟气再循环调节方式用烟气再循环风机从省煤器后抽出一部分温度为300 350 的烟气 送回至炉子底部 如冷灰斗下部 形成烟气再循环 优点 炉内辐射传热量减少 对流受热面吸热量增加 处于低温区的对流受热面吸热量变化大缺点 需要能承受高温和耐磨的再循环风机 加速了受热面的磨损 对燃烧不利 2019年12月28日 84 2 烟道挡板调节方式当再热器布置在锅炉对流烟道内时 为了调节再热汽温 有时将对流烟道用隔墙分开 将再热器和过热器分别布置两个烟道中 其后布置省煤器 出口处设有可调烟道挡板如图所示 特点 调节这些烟道挡板 可以改变流经两个烟道的烟气流量 也就是改变2个并联烟道中的烟气分配比率 从而调节再热汽温会影响到过热汽温 2019年12月28日 85 采用分隔烟道挡板调节法的受热面布置 2019年12月28日 86 五 省煤器 1 省煤器主要作用降低排烟温度 提高锅炉效率 节省燃料由于给水先在省煤器内加热 代替部分造价较高的蒸发受热面 减少了给水与汽包壁之间的温差 使汽包热应力降低 2019年12月28日 87 2 省煤器分类钢管式 铸铁式 压力 4MPa 铸铁式用在小容量锅炉非沸腾式 沸腾式非沸腾式省煤器是出口水温低于饱和温度沸腾式省煤器是当水被加热到饱和温度并产生部分蒸汽 2019年12月28日 88 六 空气预热器 空气预热器是利用烟气的热量来加热燃烧所需空气的热交换设备作用 在烟气温度最低的区域回收了烟气的热量 提高了锅炉效率 同时预热空气强化了着火燃烧过程分类 按照换热方式 空气预热器分为传热式和蓄热式 2019年12月28日 89 1 管式空气预热器 传热式空气预热器 通过烟气在管内流动纵向冲刷管壁 空气在管外横向冲刷管壁 进行热交换过程 特点 管径越小 则传热效果越好布置更加紧凑但管径过小则容易堵灰由许多直管组成 通常呈错列布置 管子两端焊接在上下管板上 外加密封墙板 2019年12月28日 90 蓄热式 利用烟气和空气交替地通过金属受热面来加热空气 广泛采用二分仓或三分仓回转式空气预热器 三分仓结构 就是把流通工质分为烟气 负压 一次风 高压 和二次风 低压 三个通道 三个通道之间采用可靠的密封装置分隔优点 外形小 重量轻 传热元件允许有较大的磨损 特别适用于大容量锅炉 缺点是 漏风大 结构复杂 2 回转式空气预热器 2019年12月28日 91 三分仓回转式空气预热器典型布置 2019年12月28日 92 回转式空气预热器蓄热板 2019年12月28日 93 第四节锅炉汽水系统及其设备 汽水系统是指给水和蒸汽流经的设备及其管道所组成的系统 汽水系统及其设备的连接情况如下图所示 2019年12月28日 94 汽水系统及其设备的连接情况 1 省煤器 2 汽包 3 下降管 4 联箱 5 上升管 6 过热器 7 除氧器 8 给水泵 9 再热器 10 汽轮机高压缸11 汽轮机中压缸 12 汽轮机低压缸 13 发电机 14 凝汽器 15 凝结水泵 16 高压加热器 2019年12月28日 95 一 锅炉给水系统及其设备 组成 由除氧器水箱经给水泵 高压加热器到省煤器的全部给水管道 阀门 附件等组成作用是向锅炉提供连续不断的给水 2019年12月28日 96 按其压力不同可分为低压和高压给水系统低压给水系统 由除氧器到给水泵进口侧之间的管道 阀门及附件组成的系统称低压给水高压给水系统 由给水泵出口经高压加热器至锅炉省煤器的管道 阀门及附件组成的系统称为高压给水系统 2019年12月28日 97 给水泵 给水泵是锅炉的重要辅助设备之一 其作用是向锅炉连续给水 要求给水可靠 并且在锅炉负荷变化时 调整给水量给水压力变化要很小 2019年12月28日 98 二 锅炉水循环系统及设备 1 水循环方式自然循环锅炉 水冷壁中汽水混合物的流动靠汽 水密度不同而产生的压差来实现强制流动锅炉 水冷壁中汽水混合物的流动靠水泵所产生的推力来实现 2019年12月28日 99 水循环动力的产生锅炉冷态时下降管和上升管中的工质为相同温度的水 不流动锅炉运行时 上升管接受炉膛辐射传热 水逐渐汽化变成蒸汽 此时管中的工质变为汽水混合物 而下降管因在炉外不受热 其内部仍为水 由于汽水混合物的密度小于水的密度 于是就产生了一个流动压头 这个流动压头称为水循环动力 使管内工质产生流动 2019年12月28日 100 自然循环原理 2019年12月28日 101 水循环回路汽水混合物向上流动 经上联箱和汽水混合物引出管进入汽包 汽水混合物中的蒸汽进入汽包上部的汽空间 水流入汽包下部的水空间 并与送入汽包的给水一道再次进入下降管经下联箱分配到水冷壁内 完成一次循环 这种水循环称为自然循环 自然循环锅炉 水和汽水混合物在蒸发设备的循环回路中的连续流动 利用自然循环原理设计制造的锅炉 称为自然循环锅炉 2019年12月28日 102 自然循环锅炉特点 主要特征是有一个直径较大的汽包1汽包使锅炉中各个受热面有明显的分界 汽水流动特性相应比较简单2推动力主要依靠水汽的密度差 蒸发受热面由许多垂直管子组成的水冷壁 可以尽量减少弯头减少流动阻力3汽包内部装有汽水分离装置 减少饱和蒸汽带水 4当负荷变化时 汽包水位及蒸汽压力的变化速度较慢 对机组的调节要求低一些但锅炉的启 停速度受到限制 2019年12月28日 103 强制流动原理 强制循环锅炉原理图1 汽包及内部装置 2 下降管 3 循环泵 4 下联箱 5 节流圈 6 水冷壁 7 省煤器 8 过热器 2019年12月28日 104 强制循环锅炉特点 类型 控制循环锅炉 直流锅炉 复合循环锅炉除在自然循环的基础上依靠水与汽水混合物之间密度差以外 还在下降管和上升管之间装有循环泵 提高循环回路的流动压力直流锅炉无汽包 蒸发受热面中工质的流动是依靠给水泵的压头来完成 给水一次通过加热 蒸发受热面 工质均为强制流动 2019年12月28日 105 直流锅炉 竖管水冷壁 KWU990045e2 2019年12月28日 106 直流锅炉有以下特点 直流锅炉给水泵压头比汽包锅炉的高 流动阻力则完全由给水泵压头克服 给水泵电耗相应也较大 但直流锅炉可不受工质压力的限制 直流锅炉水冷壁允许有较大的压力降 运行特性和汽包锅炉有明显的差别 直流锅炉在结构上虽然有省煤器 水冷壁和过热器 但在运行工况下 水 汽水混合物 过热汽的分界点在受热面上的位置随不同工况而变化 2019年12月28日 107 复合循环锅炉 复合循环锅炉是在直流锅炉和控制循环锅炉的基础上发展起来的 适合亚临界和超临界参数 它依靠锅水循环泵的压头使部分工质在水冷壁中进行再循环 2019年12月28日 108 水循环系统部件 1 汽包 2019年12月28日 109 汽包特点汽包是锅炉的加热 蒸发 过热三个过程的连接枢纽 汽包中存有一定的汽 水 因而它有一定的蓄热能力 在负荷变化时起蓄热器和蓄水器的作用 可以减缓汽压变化的速度 汽包中设有蒸汽净化装置 它可保证蒸汽品质汽包上还装有压力表 水位计和安全阀等 从而保证锅炉的安全工作 2019年12月28日 110 2 下降管 2019年12月28日 111 3 联箱 2019年12月28日 112 三 锅内装置及其蒸汽净化 1 基本概念蒸汽污染 蒸汽中含有杂质的现象称为蒸汽污染 排污 从锅炉中放出部分锅水并补充部分新鲜给水的方法叫排污 2 解决方法在汽包内安装汽水分离设备 可提高蒸汽品质 2019年12月28日 113 汽包内部装置 1 汽包 2 旋风分离器 3 给水管 4 清洗装置 5 百叶窗分离 6 均汽孔板 定期排污是定时地从锅炉水冷壁的下联箱排放出部分锅水的方法 连续排污的目的是不断地排除锅水中溶解的部分盐类物质 锅炉连续排污不仅是工质损失 而且伴有热量损失 2019年12月28日 114 第五节锅炉的主要辅助设备及系统 锅炉的辅助设备较多 显然有些设备不直接属于电厂锅炉车间管理 但都是锅炉的辅助设备 它们有 煤粉制备系统 锅炉通风系统 烟尘处理系统 锅炉水处理系统 燃料运输系统 除灰系统 给水系统和供水系统等 已在第三章介绍 2019年12月28日 115 一 煤粉制备系统 1 煤粉的性质良好的流动性可以很方便地用管道进行输送易发生自燃煤粉与空气的接触表面积很大 如果长期积存 很容易发生自然而引起气粉混合物爆炸 运行中要防止管道积粉 煤粉细度煤粉越细 燃烧越易完全 但制粉系统所消耗的厂用电就要增多 2019年12月28日 116 煤粉细度 采用具有标准筛孔尺寸的筛子来测定 若标准筛孔边长 孔径 为x 微米 煤粉经筛分后 过筛量为b 筛余量为a 则该煤粉的细度Rx为 对确定的筛子言 Rx愈小 说明煤粉愈细 2019年12月28日 117 2 磨煤机 制粉系统主要设备 其作用是将具有一定尺寸的煤块干燥 破碎并磨制成煤粉 磨煤机分类 转速 低速磨 15 25r min 如 筒式钢球磨中速磨 50 300r min 如 中速平盘磨 中速球式磨或E型磨 中速碗式磨 MPS磨等高速磨 500 1500 min 如 风扇磨 锤击磨 2019年12月28日 118 中速磨煤机 辗辊式 2019年12月28日 119 3 制粉系统 制粉系统有直吹式和中间储仓式两类 直吹式制粉系统是将磨煤机磨制的煤粉直接送入炉膛燃烧 因此要求磨煤量必须与锅炉燃煤量一致 配用中速磨煤机或风扇式磨煤机中间储仓式制粉系统 先将磨制的煤粉储存在煤粉仓里 然后再根据锅炉负荷的需要 经给粉机将煤粉送入炉膛 这种系统一般配用筒式钢球磨煤机 2019年12月28日 120 4 制粉系统的其他部件粗细粉分离器整体外观 给粉机外观 2019年12月28日 121 二 锅炉通风系统 通风系统的作用供给燃料燃烧所需要的空气 排走燃料燃烧所生成的烟气 维持锅炉燃烧连续不断进行 通风方式有两种 自然通风和强制通风 通风设备 送风机 引风机 烟风道 烟囱等 2019年12月28日 122 通风方式 1 自然通风在烟囱高度范围内 冷 热气流的密度差产生的自生吸力 称为自然通风 烟囱越高则通风能力越大 只适用于流动阻力很小的小容量锅炉2 强制通风采用专门的通风机械来实现强制通风 强制通风有负压通风 正压通风和平衡通风三种形式 平衡通风是电站锅炉中应用最广泛的一种通风方式 2019年12月28日 123 电厂锅炉平衡通风系统 送风机向锅炉送入燃料燃烧需要的新鲜空气 引风机将燃烧后的烟气吸出并送往烟囱 排入大气 2019年12月28日 124 通风系统设备送风机 2019年12月28日 125 锅炉引风机 2019年12月28日 126 三 烟尘处理系统 烟气组成 中除了空气中原有的氮气 氧气外 其它均为污染气体 烟尘污染会直接危害人民群众的健康 除尘器分类 主要有离心式水膜除尘器 文丘里管湿式除尘器和静电除尘器等 由于静电除尘器的除尘效率较高 因此静电除尘器在火电厂得到广泛地应用 2019年12月28日 127 除尘系统设备 2019年12月28日 128 静电除尘器 除去烟气中的飞灰 减小对环境的污染 目前常用种类 静电除尘器 布袋除尘器 水膜除尘器由于除尘效率太低 88 90 已被淘汰 2019年12月28日 129 静电除尘器除尘原理 静电除尘器利用电晕放电 使气体中的尘粒带有电荷 通过静电作用使其从气体中分离出来通常负极称为放电极或电晕极 正极为集尘极 2019年12月28日 130 当放电极电压达到数万伏或十几万伏时 产生电晕 烟气发生电离 产生大量的离子和电子 负离子和电子在电场的作用下向正极移动 途中和烟气中浮悬的尘粒互相撞击将电荷传给尘粒 从而使带电的尘粒向正极运动 并沉积在集尘极上 当集尘极上的灰层达到一定厚度时 振击电极板 使灰落入灰斗中 静电除尘器的除尘效率可达99 9 静电除尘器除尘原理 2019年12月28日 131 静电除尘器结构 静电除尘器的特点是体积庞大 造价高昂 2019年12月28日 132 2019年12月28日 133 脱硫方法 脱硫方法 烟气脱硫 烟气脱硫技术是利用脱硫剂或SO2气体吸着剂与烟气中的SO2反应 并将其转化为较稳定的硫化合物或单质硫 2019年12月28日 134 生成氮氧化物的途径 主要有三种 一是煤中的氮化物在火焰中热分解 然后氧化生成 燃料型 NOx二是空气中的氮在高温下与氧反应生成 热力型 NOx三是空气氮与煤中的碳 氢离子团发生反应生成 快速型 NOx 快速型 NOx所占比例不到5 在温度低于1350 时 几乎没有 热力型 NOx NOx主要是通过 燃料型 的生成途径而产生的 因此 控制和减少煤燃烧产生的NOx 主要是控制 燃料型 NOx的生成 2019年12月28日 135 氮氧化物减少排放的方法 一是在燃烧中进行控制 控制火焰温度峰值其主要措施有 空气分级 低过量空气系数 燃料分级 烟气再循环等 二是在燃烧后中通过催化剂选择法或者非催化剂选择法 将烟气中的NOx还原 2019年12月28日 136 四 锅炉水处理系统 保证一定数量和品质的水的循环锅炉运行时只要在短时间里存水量不足或汽水品质恶化 都会给热力设备带来极大的危害 从而影响正常发电或供热 2019年12月28日 137 1 天然水中的杂质 天然水中的杂质按颗粒大小不同可以分为悬浮物 胶体和溶解物质三大类 悬浮物是颗粒直径约在10 4mm以上的杂质 是使水产生浑浊现象的主要原因 胶体是颗粒直径在10 6 10 4mm之间的微粒杂质 是许多分子和离子的集合体 是使水产生色 味 臭的主要原因之一 有机胶体还会引起锅水发泡 当浓缩到一定程度时 就会产生汽水共腾 溶解物质主要是离子和一些溶解气体 其颗粒直径 10 6mm 天然水中的离子杂质几乎都是无机盐溶于水后电离形成的 其中阳离子主要有Ca2 Mg2 Na K 此外还含有少量的Fe2 Mn2 NH4 等 阴离子主要有HCO SO42 Cl 三种 此外还含有少量HSiO3 CO3 及NO 等 2019年12月28日 138 2 常用水质指标 火力发电厂机组及蒸汽动力设备水汽质量标准 GB T12145 1999 对锅炉给水 补给水 锅水 凝结水等的水质都做了具体规定 常用的水质指标 1 悬浮物 毫克 升 mg L 2 含盐量 毫克 升 3 硬度 毫摩尔 升 mmol L 4 碱度 毫摩尔 升 5 pH值 锅水的pH值通常控制在10 12 6 耗氧量 表示水中有机物的数量 2019年12月28日 139 3 锅外水处理工艺 锅外水处理系统包括预处理和后阶段处理两部分组成经沉淀和过滤处理除去水中悬浮物 胶体杂质和有机物的工艺过程称为水的预处理将预处理后的水进一步处理到满足补给水水质的要求 称为后阶段处理后阶段处理分为软化和除盐两种工艺软化是将水中高价的金属离子 如Ca2 Mg2 去掉 让硬水变为软水 而除盐则是将水中所有金属阳离子和阴离子全部除去的工艺 通过采用离子交换 将水中各种阳离子交换成H 各种阴离子交换成OH 然后中和成为水 2019年12月28日 140 4 锅内水处理工艺 向锅内的水加药 使其残余的钙 镁等杂质不产生水垢 而形成水渣 再通过定期排污排除 这种方法叫做锅内水处理锅内水处理一般采用磷酸盐处理或者协调pH 磷酸盐处理锅水中的钙 镁离子与磷酸根化合 生成更难溶的磷酸钙和磷酸镁沉淀物 这些沉淀物不易粘附在锅炉受热面上 而是以流动性很好的水渣形式存在 可借锅炉排污水排出 从而达到防止钙盐水垢 CaSO4 CaSiO3等 的目的 同时 加入的磷酸盐可在锅炉管壁表面上生成磷酸盐保护膜 防止锅炉金属腐蚀 2019年12月28日 141 第六节典型锅炉及其安全附件 一 典型锅炉及其特点 2019年12月28日 142 125MW级锅炉 125MW级的煤粉锅炉是我国20世纪80年代以前的主力锅炉 锅炉容量为400吨 小时 410吨 小时等 2019年12月28日 143 200MW级锅炉 200MW级煤粉锅炉也是我国电厂早期的主力锅炉之一 为超高压自然循环锅炉 锅炉容量为670吨 小时 2019年12月28日 144 300MW级锅炉 300MW级锅炉曾是我国火力发电厂的主力锅炉之一 锅炉容量为1000吨 小时左右 压力级别有亚临界和超临界两种 燃烧方式一种为四角切圆燃烧 一种为对冲燃烧 从锅炉炉型结构看 有 型布置 塔型布置和W型火焰炉型布置 东锅制造的亚临界压力锅炉 2019年12月28日 145 300MW级锅炉 上锅1025吨 小时亚临界压力强制循环锅炉 2019年12月28日 146 600MW级锅炉 600MW级煤粉锅炉已成为电力生产的主力机组 有亚临界压力自然循环 亚临界压力强制循环以及超临界压力直流锅炉等几种形式 国内广泛采用的是亚临界压力强制循环锅炉 锅炉容量为2000吨 小时左右 东锅DG2019 18 2 1型锅炉为亚临界压力自然循环汽包炉 单炉膛 型布置 四角切圆燃烧 一次中间再热 尾部双烟道 2019年12月28日 147 600MW级锅炉 强制循环锅炉 蒸发量1980吨 小时 蒸汽参数 17MPa 540 再热汽温540 2019年12月28日 148 超临界压力直流锅炉600MW级锅炉 火电机组朝着高参数 大容量的方向发展已成为大势所趋 2019年12月28日 149 1000MW锅炉 2019年12月28日 150 余热锅炉 HRSG 简介 联合循环机组中余热锅炉是联合循环整个系统中的一个关键设备 对燃气和蒸汽两个发电循环起着承上启下的重要作用 余热锅炉可以分成卧式布置和立式布置 卧式布置的烟气流动主要为水平方向 大部分受热面为垂直布置 2019年12月28日 151 自然循环卧式余热锅炉 l 高压汽包 2 低压汽包 3 高压过热器 4 高压蒸发器 5 高压省煤器 6 低压蒸发器 7 低压省煤器 8 过渡烟道 9 闸板 10 旁通挡板 11 主烟道挡板 2019年12月28日 152 由于受热面水平 锅炉在启动阶段依靠汽水密度差建立水循环比较困难 因此 必须使用强制循环 新型立式布置余热锅炉 在启动阶段需要循环泵 当负荷达到一定阶段时 循环泵即退出运行 被称为辅助循环 立式布置HRSG 2019年12月28日 153 余热锅炉的主要结构特点 为了保证余热锅炉故障或检修时 燃气轮机也能正常地进行简单循环 大多数联合循环装置中都设置旁通烟囱 入口烟道进行模化选型 以确保燃气流动的均匀性 降低噪声和振动 大量采用螺旋翅片管束 增大传热面积 采用大直径汽包 适应快速启动 2019年12月28日 154 二 锅炉的主要安全附件 1 安全阀作用 防止锅炉超压 它是一种自动阀门 无需人为操作 2 压力表压力表是测量锅炉汽压大小的仪表 是锅炉不可缺少的安全附件之一 3 水位计水位计是用来监视锅炉汽包水位的一种重要安全装置 1 云母水位计 2 电接点水位计 2019年12月28日 155 云母水位计 1 云母水位计 2 汽阀 3 水阀 4 放水阀 2019年12月28日 156 电接点水位计 1 汽包 2 旁通容器 3 汽连通管 4 水连通管 5 汽阀 6 水阀 7 放水阀 8 显示器 9 电源 10 电阻R1 11 电阻R2 2019年12月28日 157 二 锅炉的主要安全附件 4 防爆门防爆门是安装在炉墙 各段烟道 除尘器及制粉系统等处的安全门 5 吹灰器吹灰器的作用是清除受热面上的积灰 使传热过程得以正常进行 2019年12月28日 158 本章结束