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1 1锅炉的基本构造什么是锅炉定义 锅炉是一种生产蒸汽或热水的换热设备 按功能包括两大部分 一部分是通过燃烧煤 油 气及其他燃料 如垃圾 将化学能转化为热能 另一部分是各种形式的受热面 将燃料燃烧释放出的热能通过各种传热方式 传递给炉水使之升温 汽化 过热以产生所需要的蒸汽 或加热所需要的高温热水供动力机械或其他设备使用 锅炉的组成通常燃料的燃烧过程在炉膛内进行 形成炉的概念 蒸汽或热水在锅筒 汽包 水冷壁 对流受热面等内部形成 形成锅的概念 形象理解锅 用来装要被加热的水 或其它介质 的容器 炉 加热锅的装置 概念 锅的组成部分 汽包 锅筒 水冷壁 过热器 省煤器及联箱和管道等 炉的组成部分 炉膛 燃烧器 烟道等 锅炉本体 炉膛 燃烧器 锅筒 水冷壁 对流受热面 钢架和炉墙等组成锅炉的主要部件 称为锅炉本体 锅炉的其他重要辅助系统 燃料输配送装置及管道 送引风装置及管道 给排水装置 水处理设备及管道 烟气处理系统 控制系统等 1 2锅炉的分类根据不同的分类方法 锅炉可分为以下几类 1 按锅炉燃用的的燃料分类 锅炉烧用不同的燃料时就称为该种燃料的锅炉 如 燃煤炉 燃油炉和燃气炉等 在我国使用最广泛的锅炉就是燃煤炉 2 按燃烧方式分类可分为 层燃炉 室燃炉和介于二者之间的沸腾 流化床 炉 室燃炉主要用于发电厂的大容量锅炉 一般容量大于75t h 1000MW机组配套3000t h锅炉 室燃炉是指燃料以粉状 固体燃料 例如煤粉 雾状 液体燃料 例如油 或气态 气体燃料 例如天然气 随同空气喷入炉膛 燃烧室 进行悬浮燃烧的锅炉 可分别称为煤粉炉 燃油炉和燃气炉 室燃炉的燃料由输送管道通过燃烧器送入炉膛中燃烧 燃烧所需要的空气由一次风管 二次风管以及三次风管分别送入 注意 可以用固体燃料 液体燃料 气体燃料 层燃炉主要用于生产工业用加热蒸汽或水 一般容量小于75t h 由手工方式或机械方式向炉膛内送煤或其他固体燃料 在炉排上形成燃料层 燃烧所需的空气由风机送入燃料层下的风室 透过燃烧层进行燃烧而产生高温烟气 注意 只能用固体燃料 沸腾炉沸腾炉 循环流化床 一般容量大于10t h 世界首台最大容量等级1900t h 沸腾炉所燃用的煤被破碎成0 10mm的颗粒 送入存有大量床料的炉床 炉床下部送入的空气向上以一定流速推动床料 使燃料和料床在炉床中翻滚浮动而呈 流态化 燃烧 这样的料床称为鼓床或流化床 现在常用的为循环流化床锅炉 注意 沸腾炉的燃料也是固体燃料 3 按压力等级分类可分为 常压锅炉 无压锅炉 就是在一个正常大气压下工作的锅炉 低压锅炉 压力小于等于2 5MPa 中压锅炉 压力小于等于3 9MPa 高压锅炉 压力小于等于10 0MPa 超高压锅炉 压力小于等于14 0MPa 亚临界锅炉 压力介于17 18MPa 超临界锅炉 压力介于22 25MPa 4 按锅炉水循环方式分类可分为 自然循环锅炉 强制循环锅炉 复合循环锅炉和直流锅炉 自然循环锅炉水冷壁管内工质的流动循环 依靠上升管 水冷壁 和下降管之间工质的比重差建立循环压头产生自然循环 这种锅炉只适用至亚临界压力 强制循环锅炉的动力主要来自于循环泵 而复合循环锅炉的动力既有来自汽水比重差 又有循环泵的动力 直流锅炉从水到过热蒸汽出口 依靠给水泵压力一次通过各受热面的锅炉 它适用于高压以上至超超临界压力 5 按有无汽包分类可分为 汽包锅炉和直流锅炉 直流锅炉没有汽包 6 按传热面布置方式分类可分为 塔型锅炉 U形锅炉 倒U型锅炉和倒L型锅炉 7 按锅炉的容量分类可分为 小型锅炉 中型锅炉 大型锅炉和超大型锅炉 8 按管内通过的是水还是烟气分类可分为 火管锅炉 水管锅炉 水管锅炉和水火管组合式锅炉 9 按锅炉有无再热系统分为 再热锅炉和无再热锅炉 10 按炉膛内的压力分类分为 负压锅炉和微正压锅炉 11 按锅炉的用途分为 生活锅炉 工业锅炉 电站锅炉和热水锅炉 12 按排渣方式分类可分为 固态排渣炉和液态排渣炉 2 1锅炉辅机锅炉辅机指的是锅炉的配套设备 是一个比较笼统的概念 总的来说锅炉辅机包括 燃烧器 燃油燃烧器和燃气燃烧器 锅炉水处理设备 水泵 仪表 阀门 炉排 省煤器 鼓风机 送风机和引风机 除尘器 烟囱等 2 1 1送风机和引风机风机是依靠输入的机械能 提高气体压力并排送气体的机械 风机是中国对气体压缩和气体输送机械的习惯简称 是把旋转的机械能转换为气体压力能和动能 并将气体输送出去的机械 风机的主要结构部件 是叶轮 机壳 进风口 入口调节风门 支架 电机 靠背轮 消音器 传动件 轴承 等 风机分类有很多种 一般有 离心式风机 轴流式风机和罗茨风机 一般锅炉引 送风机都是离心式风机 1 离心式风机 当离心式风机的叶轮被电动机带动旋转时 充满于叶片之间的气体随同叶轮一起转动 在离心力的作用下 气体从叶片间槽道甩出 并将气体由叶轮出口处输送出去 当气体的外流造成叶轮空间形式真空 外界的气体就会自动进入叶轮补充 由于风机的不停工作 将气体吸进压出 形成了气体的连续流动 从而形成了连续的工作 2 轴流风机 气流轴向进入风机的叶轮 近似地在圆柱形表面上沿轴线方向流动 之所以称为 轴流式 是因为气体平行于风机轴流动 离心风机和轴流风机主要区别在于 离心风机改变了风管内介质的流向 而轴流风机不改变风管内介质的流向 3 罗茨风机 罗茨风机属容积式风机 是利用两个叶形转子在气缸内作相对运动来压缩和输送气体的回转压缩机 送引风系统由一次风机 二次风机 炉墙冷却风机 引风机及风道组成 风机均属于单吸离心式风机 一次风机 一次风主要取自于垃圾仓 可以使垃圾仓保持一定的负压 防止仓内臭气的外逸 一次风机分别给干燥段 燃烧段和燃烬段炉排供风 一次风经加热后炉排组下部进入焚烧炉 干燥垃圾并提供燃烧需要的氧量 风机由变频器控制 二次风机 二次风取自于焚烧间 供到焚烧炉的二次燃烧室 二次风的喷嘴布置在二次燃烧室的前后拱 以保证燃烧室烟气产生喘流 扰动 使有害气体充分分解 和可燃气体完全燃烧 降低了烟气中CO等污染物的含量 风机由变频器控制 炉墙冷却风机 炉膛炉墙采用空气冷却 可以抑制炉墙结焦 炉墙冷却风机由渣坑间吸风 加热后的炉墙冷却风进入一次风机进口管段与一次风混合 有效的利用了能量 提高了焚烧炉的热效率 同时还可以使渣坑间保持负压 有效去除异味 引风机 是将锅炉的烟气抽出排入到烟囱 维持锅炉负压的作用 2 1 2炉排锅炉或工业炉中堆置固体燃料并使之有效燃烧的部件 整个炉排主要包括框架和炉排片两个部分 炉排片通常用铸铁制造 组装后片与片之间保持必要的通风缝隙 并且往往还在炉排下边设置可以调节风量的分隔的通风室 以便空气通过缝隙进入燃料层燃烧 烧尽后的灰渣用人工或机械方法排出 炉排有固定式 移动式 往复式 振动式和下饲式等类型 固定式炉排 炉排片一般为条状或板状 靠四周的框架固定安装在炉膛或燃烧室底部 在这种炉排上只能定期由人工加煤和出渣 只适于小容量的锅炉 移动式炉排 有链带式和链条式两种 链带式炉排的炉排面即链带本身 而链条式炉排的炉排片固定在链条上部的支架或支座上 随着炉排移动 煤由着火 燃烧直至烧尽 炉排的速度可以调节 链条炉排运行可靠 燃烧稳定 燃料适应性广 广泛使用于工业锅炉中 往复式炉排 由一组固定的炉排片和一组往复运动的活动炉排片组成 分阶梯式和水平式两种 活动炉排片的往复运动将煤层逐步推向后部燃烧 因而这种炉排对煤种的适应性较广 另外还有振动式和下饲式等炉排不一一讲解 2 1 3烟气处理系统设备烟气中含有 烟尘 一氧化碳 氮氧化物 二氧化硫 氯化氢 汞 镉 铅 二恶英类等 采用 烟气处理采用半干法 石灰浆喷雾反应器 干法喷射系统 袋式除尘器 活性碳喷入组合工艺 其特点是有害物质去除率高 反应剂消耗量较少 无液态污染物需要处理 污染物排放浓度可满足排放标准 喷雾反应器 喷雾反应器是一个下部带锥体的圆柱形筒体 其顶部是旋转喷雾器 从余热锅炉来的190 240 的热烟气从反应器顶部水平通道进入 顶部通道设有导流板 可使烟气呈逆时针螺旋状向下运动 适当浓度的石灰浆溶液通过旋转雾化器雾化成 顺时针微小液滴 液滴与高温烟气形成逆流 并被烟气裹带着向下运动 在此过程中 石灰浆与烟气中的酸性气体发生反应 达到烟气脱酸作用 同时石灰浆液滴中水份蒸发使烟气得到冷却 袋式除尘器 从喷雾反应器来的温度为150 160 的烟气进入袋式除尘器 烟气进入滤袋从隔仓顶部排出 烟气中的飞灰 石灰浆反应剂和反应生成物 凝结的重金属 喷入的活性炭等吸附在滤袋上 形成一层滤膜 烟气中酸性气体在此与过量的反应剂进一步起反应 使酸性气体去除率进一步提高 活性炭也进一步起吸附作用 从而提高了整套装置的烟气净化效率 飞灰处理系统设备 飞灰系统指烟气净化系统 喷雾反应器和袋式除尘器 收集的粉尘 因其成分复杂且含有一定量的重金属等毒性物质 故与焚烧产生的炉渣分开处理 飞灰中加入螯合剂和水泥 搅拌均匀后制成砖 进行填埋 2 2汽包2 2 1汽包的作用主要有 1 是工质加热 蒸发 过热三过程的连接枢纽 保证锅炉正常的水循环 2 存有一定容量的水与汽 具有相当的蓄热量 当锅炉工况变化时 能起缓冲稳定汽压的作用 3 装有汽水分离装置 进入汽包的汽水混合物分别进入汽水旋风分离器 利用改变流动方向时的惯性进行惯性分离 这是汽水混合物的第一次分离 被分离出来的蒸汽仍带有不少水分 从分离器顶部进入波形板分离器 蒸汽中的水滴被分离出来 这是第二次分离 高压蒸汽 大于等于10Mpa 则需要增加蒸汽清洗 这是三次分离 4 汽包上有压力表 水位计 事故放水 安全阀等设备 保证锅炉安全运行 锅炉的三大安全附件是安全阀 压力表和水位计 锅炉安全阀 安全阀应实行定期检验制度 一般每年至少进行一次整定和校验 同时在校验时对安全阀进行维护保养 以确保其灵敏可靠 锅炉安全阀的总排汽量必须大于锅炉最大连续蒸发量 并保证在汽包和过热器上所有安全阀开启后锅炉内的蒸汽压力上升幅度不超过安全阀较高开启压力的3 不得使锅炉内蒸汽压力超过设计值的1 1倍 安全阀按结构形式来分 分为垂锤式 杠杆式 弹簧式和脉冲式 水位计 用于各种锅炉汽包液位的精确测量和控制 一般现在汽包上有三种水位计 双色水位计 电接点水位计 平衡筒水位计 压力表 压力表是指以弹性元件为敏感元件 测量并指示高于或小于大气压力的仪表 锅炉压力表检定周期是六个月 事故放水 就是在汽包水位达到高二值时自动打开向外放水 防止造成汽包满水 使得汽水分离效果变差以及汽轮机进水 造成水冲击的恶性事故发生 2 2 2汽包的特点 1 装有测量表计与安全附件 水位是锅炉最主要控制的参数 2 是锅炉安装中时最重的的部件 480t h蒸发量的锅炉汽包约重70吨到90吨 3 制造工艺要求高 汽包是锅炉设备中制造工艺用最严格的部件 2 3过热器与再热器2 3 1过热器和再热器的作用过热器与再热器是用来加热提高蒸汽温度的锅炉本体设备 过热器是负责把锅炉中首次蒸发的蒸汽加热成高品质的过热蒸汽 过热蒸汽在汽轮机高压缸中做功后 低压低温的蒸汽被重新引入再热器 再热器就是负责把这部分蒸汽重新加热成高温蒸汽 在再热器中 通常压力不能提高 而是把温度提高到和过热蒸汽同样或略低的温度 加热后的再热蒸汽再进入汽轮机中 低压缸继续做功 最后进入凝汽器凝结成水 从以上过程可知 再热器和过热器都是用来加热蒸汽的 只是其中蒸汽的参数不一样 过热器中的蒸汽属于高温高压 材料要求比再热器高 而再热器中的蒸汽属于高温低压 材料要求比过热器低 2 3 2过热器和再热器过热器 过热器是锅炉中将蒸汽从饱和温度进一步加热至过热温度的部件 又称蒸汽过热器 再热器 再热器实质上是一种把做过功的低压蒸汽再进行加热并达到一定温度的蒸汽过热器 过热器按传热方式可分为对流式 辐射式和半辐射式 按结构特点可分为蛇形管式 屏式 墙式和包墙式 屏式过热器通常也称半辐射式过热器 是指布置 在炉膛上部或炉膛出口处 既接受炉内的直接辐射热 又吸收烟气的对流热的受热面 对流受热面 如省煤器 布置在尾部烟道的过热器和再热器等 通带多采用蛇形管的结构 蛇形管式 低温过热器 屏式 前屏 它们都由若干根并联管子和进出口联箱组成 联箱 联箱是锅炉工质混合 保证工质均匀加热的管件 联箱不是一个独立的部件 而是水冷壁 省煤器 过热器等部件的组成部分 集箱主要作用 是将工质汇集起来 或将工质通过集箱重新分配到其它管道中 即汇集 混合 分配工质 保证工质均匀分配 均匀加热 通常锅炉的受热面是由一排排的管子拼接起来构成的 但锅炉体积庞大 结构复杂 不能保证所有的管子里的工质的吸热量都是一样的 不同的部位吸热量相差很多 安装集箱可以让各个管子里面的工质在这里汇合 再分配到下一级各根管子里去 这样可以减少热偏差 使得工质的吸热 流动 锅炉的冷却 锅炉热效率都得到优化提高 另外 锅炉各部分 各段管子的规格大小 管子数量以及布置方式都不同 集箱就负责连接各段 保证工质的流通顺畅 2 3 3过热器与再热器的特点过热器和再热器具有如下特点 1 过热器和再热器管壁金属在锅炉受压部件中承受的温度最高 因此必须采用耐高温的优质低碳钢和各种铬钼合金钢等 过热器与再热器的高温部分一般采用耐热的合金钢 如12Cr1MoV 10CrMo910 15CrMo T91等 2 过热器 再热器的阻力不能太大 3 高热负荷区的过热器与再热器工质流速高 4 过热器和再热器出口汽温将随锅炉负荷的改变而变化 5 过热器和再热器布置受锅炉参数影响 6 在锅炉点火升炉或汽轮机甩负荷时 过热器 再热器需要采取保护措施 在锅炉点火时过热器与再热器内没有蒸汽冷却 管子直接受到高温烟气的加热容易发生局部过热 2 3 4过热器和再热器型式和结构过热器与再热器的型式和结构再热器与过热器的结构相似 故重点介绍过热器 过热器分类 1 根据传热方式分 对流 辐射和半辐射式 在炉膛上方布置的过热器直接受到火焰的辐射 传热以辐射换热为主形成辐射换热器 在炉膛出口布置的过热器即受到辐射换热又受对流换热称为半辐射式换热器 在水平烟道和竖井烟道布置的过热器几乎只受到对流换热称为对流换热器 2 根据烟气与管内蒸汽的相对流动方向分 逆流 顺流和混合流 逆流和顺流是指工质和烟气之间的流动方向而言的 工质和烟气流向一致为顺流 流向相反为逆流 顺流与逆流兼有时称为混合流 高温过热器为顺流或混合流 低温过热器为逆流 顺流布置的过热器和再热器 传热温差较小 所需受热面较多 蒸汽出口处烟温较低 受热面金属壁温也较低 这种布置方式工作较安全 但经济性较差 一般使用于蒸汽温度最高的末级 高温段 过热器或再热器 蒸汽 烟气 逆流布置时 具有较大的传热温差 可节省金属耗量 但蒸汽出口恰好处于烟温较高的区域 金属壁温高 对安全不利 这种布置方式一般用于过热器或再热器的低温段 进口级 以获取较大的传热温差 又不使壁温过高 混合布置是上述两种布置方式的折中方案 在一定程度上保留了它们的优点 克服了它们的缺点 蒸汽 烟气 蒸汽 烟气 3 根据对流受热面的放置方式分 立式 卧式 过热器或再热器的蛇形管 垂直放置时称立式布置 水平放置时称卧式布置 立式 卧式 4 根据管子排列方式分 顺列 错列 5 根据管圈数分 单管圈 双管圈 多管圈 6 根据结构分 屏式过热器 壁式过热器 对流过热器 顺列 错列 2 3 5蒸汽温度的调节蒸汽参数是表征锅炉特性的重要指标之一 不论是汽轮机还是工艺设备都需要使用温度稳定的蒸汽 并要求在运行中不能有过大的偏差 一般锅炉出口蒸汽温度要保证在标准值的正5度与负10度之间 蒸汽温度的调节方法有蒸汽侧调节和烟汽侧调节 一般情况下常利用烟气侧调温作为粗调 而蒸汽侧调温作为细调 1 蒸汽侧调节蒸汽侧调节汽温的主要手段是减温器 它是用冷却水 减温水 间接或直接冷却蒸汽的办法来达到减温的目的 其作用是控制和保持过热汽温或再热汽温为规定值 并防止过热器 再热器管壁超温 减温器分为表面式减温器和喷水减温器两种 表面减温器是一种管式热交换装置 其特点是水与蒸汽不直接接触 利用锅炉给水或锅水来冷却蒸汽 它的结构为减温器壳体 上面有蒸汽引入 引出管接头 壳体内是U形管或螺形管 套管 冷却水由管子一端引入 另一端引出 蒸汽从壳体上部引入 垂直冲刷外管后 再由壳体下部引出 表面式减温器构造复杂 受热面大 调温惯性 延迟性 大 一般用于低中压锅炉 喷水减温器又称混合式减温器 高压以上锅炉 几乎全部采用它来调节过热汽温 喷水减温器有多种结构形式 但原理是一样的 它是将减温水直接喷入过热蒸汽中吸收蒸汽的热量 使水加热 汽化和过热 从而降低蒸汽温度 它的特点是减温幅度大 汽温调节灵敏 易于自动化 且设备简单 但要求减温水的品质不低于蒸汽品质 2 烟气侧调节烟气侧调节蒸汽温度的方法有以下几种 1 烟气再循环 其工作原理是指省煤器后的一部分低温烟气 通过再循环风机送回炉膛 改变辐射受热面与对流受热面的吸热比例 以调节蒸汽温度 2 改变配风工况 在总风量不变的情况下 改变各风量分配比例可改变火焰长度和炉膛热态空气动力场 以达到改变火焰中心位置的目的 3 改变炉内火焰位置 改变火焰位置的方法有多种 如摆支燃烧器 切换上下排燃烧器 改变各排燃烧器负荷等 其目的都是改变炉膛火焰中心的高度 从而改变炉膛出口烟气温度 以调节过热汽温和再热汽温 2 4省煤器与空气预热器2 4 1省煤器2 4 1 1定义省煤器是安装于锅炉尾部烟道用于回收所排烟的余热的一种装置 加热锅炉给水的受热面 由于它吸收烟气的热量 降低了烟气的排烟温度 节省了能源 提高了效率 所以称之为省煤器 2 4 1 2省煤器的作用1 吸收低温烟气的热量 降低排烟温度 减少排烟损失 节省燃料 2 由于给水进入汽包之前先在省煤器加热 因此减少了给水在受热面的吸热 可以用省煤器来代替部分造价较高的蒸发受热面 3 给水温度提高了 进入汽包就会减小壁温差 热应力相应减小 延长汽包使用寿命 2 4 1 3省煤器分类省煤器的分类有多种方式 按如下方式分类 1 按制造材料分 有钢管式 铸铁式 2 根据省煤器出口工质状态的不同 省煤器可分为沸腾式与非沸腾式两种 如果省煤器出口水温达到汽包压力下的饱和温度 则为沸腾式省煤器 在锅炉运行时 给水温度上升的同时还会产生10 20 的蒸汽 出口水温低于对应压力下的饱和温度时 称非沸腾式省煤器 3 错列有减少积灰 换热强 磨损大 顺列有利于吹灰 换热弱 磨损小顺列布置的管束 从第二排起以后的各排管子处于烟气流的阴影区域 磨损通常比错列轻 磨损 省煤器与过热器相比 过热器处的烟气温度较高 烟气中灰粒相对较软 所以过热器管的磨损并不严重 省煤器管通常都是错列的 烟气对错列管束的冲刷比较强烈 磨损比顺列严重得多 而且省煤器处的烟气温度较低 烟气中灰粒相对较硬 错列布置 4 按结构形式分 有光管省煤器 膜式省煤器和翅片式省煤器 翅片式省煤器包括 H型省煤器和螺旋翅片省煤器 光管省煤器 膜式省煤器 螺旋翅片省煤器 5 按装置的形式分 有立式及卧式两种 6 按排烟与给水的相对流向分 有顺流式 逆流式和混合式三种 一般逆流布置 增大传热温差 2 4 2空气预热器和蒸汽 空气预热器2 4 2 1定义空气预热器 就是布置在锅炉尾部烟道中 将进入锅炉的空气 预热到一定温度的受热面 是一种用于提高锅炉的燃烧效率 降低能量消耗的设备 空气预热器一般可分为管箱式 回转式两种 蒸汽 空气预热器 布置在一 二次风机出口 将进入锅炉的空气 预热到一定温度的换热设备 有利于提高锅炉的燃烧效率 2 4 2 2空气预热器的作用1 改善并强化燃烧经过加热后的空气进入炉内 加速了燃料的干燥 着火和燃烧过程 保证了锅炉内的稳定燃烧 提高了燃烧效率 2 强化传热由于炉内燃烧得到了改善和强化 加上进入炉内的热风温度提高 炉内平均温度水平也有提高 从而可强化炉内辐射传热 3 减小炉内损失 布置在尾部烟道的空预器还会降低排烟温度 提高锅炉热效率 由于炉内燃烧稳定 辐射热交换的强化 可以降低化学不完全燃烧损失 另一方面布置在尾部烟道的空气预热器利用烟气余热 进一步降低了排烟损失 因此提高了锅炉热效率 4 热空气可以作燃料干燥剂对于层燃炉 有热空气可以使用水分和灰分较高的燃料 布置在尾部烟道的空预器会发生低温腐蚀 燃料中的硫燃烧生成二氧化硫 S O2 SO2 部分二氧化硫进一步氧化生成三氧化硫 2SO2 O2 2SO3 SO3与烟气中的水蒸汽生成硫酸蒸汽 SO3 H2O H2SO4 硫酸蒸汽的存在使烟气的露点显著升高 由于空预器中空气的温度较低 可能使空预器管壁温度低于烟气露点 尤其是冷风段 这样硫酸蒸汽就会凝结在空预器受热面上 造成硫酸腐蚀 低温腐蚀常发生在空预器上 但是当燃料中含硫量较高 过剩空气系数较大 烟气中SO3含量较高 酸露点升高 并且给水温度较低 汽机高加停用 时 省煤器管也有可能发生低温腐蚀 每台焚烧炉配置一组空气预热器 蒸汽 空气预热器由两级组成 第一级加热的热汽源是低压蒸汽 来自汽轮机的一级抽汽 1 2 炉还可用汽包饱和蒸汽 第二级加热的热汽源是高压蒸汽 1 2 锅炉使用过热蒸汽 3 炉使用汽包饱和蒸汽 两级加热将一次风温度提高至220 蒸汽加热空气后 产生的疏水送至汽机除氧器 3 锅炉的工作原理与工作过程3 1锅炉的工作原理3 2锅炉的工作过程3 3锅炉的参数 3 1锅炉的工作原理锅炉工作过程有三个基本过程 1 燃料的燃烧过程 2 炉与锅的传热过程 3 水的汽化与过热过程 与之相对应的理论知识是 1 燃烧原理 2 传热学 3 流体力学和工程热力学 3 1 1燃烧燃烧是燃料中的可燃物质与氧进行强烈氧化反应的过程 这是一种复杂的物理化学综合过程 它需要具有一定的温度和浓度条件 一定的时间和空间条件 良好燃烧的四个条件 要有足够高的炉内温度水平 要供给充足而适量的空气 燃料与空气之间有良好混合 燃料在炉内有足够的停留时间 3 1 2传热传热有三种方式 热传导 辐射换热 对流换热 热传导 热量总是从温度高的物体传到温度低的物体 这个过程叫做热传导 热传导是固体中热传递的主要方式 对流换热 是指流体流经固体时 流体与固体表面之间的热量传递现象 传热系数也称换热系数 用h表示 它表示在单位面积的固体表面上 当流体与固体表面之间的温度差为1K时 每单位时间内所传递的热量 h的大小反映对流换热的强弱 辐射传热 物体在向外发射辐射能的同时 也会不断地吸收周围其它物体发射的辐射能 并将其重新转变为热能 这种物体间相互发射辐射能和吸收辐射能的传热过程称为辐射传热 辐射传热是在两个温度不同的物体之间进行 则传热的结果是高温物体将热量传给了低温物体 若两个物体温度相同 则物体间的辐射传热量等于零 但物体间辐射和吸收过程仍在进行 火焰受热面外壁受热面内壁烟气介质 水和蒸汽 对流辐射 热传导 辐射 对流 3 2锅炉的工作过程3 2 1锅与炉的传热过程锅炉受热面有两大部分 炉膛受热面和对流受热面 炉膛受热面 炉膛受热面又称水冷壁 传热方式主要以辐射换热为主 对于小型工业锅炉 还有部分锅筒表面参与换热 炉膛内 进入炉膛的燃料与空气混合后着火燃烧产生的高温火焰和烟气 通过辐射把热量传递给四周的水冷壁管 水在水冷壁管内受热生成汽水混合物 此传热过程 传热量的大小与炉膛受热面 进入炉膛的燃料量多少相关 会使炉膛出口烟温产生相应变化 在一定的燃料量和热空气温度下 炉膛受热面大 传热量随之增加 使炉膛的出口烟温降低 而如果炉膛 传热量随之增加 使炉膛的出口烟温降低 而如果炉膛受热面布置较小时 意味着炉膛出口烟温提高 在锅炉负荷发生变化时 炉膛出口烟温则随负荷的大小而升降 炉膛受热面除起到传热作用外 还有保护炉墙的作用 注意 炉膛的换热方式主要以辐射换热为主 对流受热面 电站锅炉的对流受热面包括过热器 省煤器 过热器布置于尾部烟道 炉膛上部或炉膛出口 通过对流换热和辐射换热将汽包 锅筒 出来的饱和蒸汽加热至所需参数的过热蒸汽 以提供合格的蒸汽 注意 过热器的传热方式既有辐射换热又有对流换热 再热器以对流换热为主 对带有空气预热器的锅炉 空气预热器从传热的角度看 也可作为对流受热面 尾部对流受热面有两部分 一是省煤器 它使给水在进入汽包之前 预先加热到某一温度 通常低于饱和温度或达到饱和温度 二是空气预热器 空气在进入炉膛之前被加热到一定温度 以改善炉内的燃烧过程 同时降低排烟温度 提高锅炉的热效率 注意 省煤器与空气预热器都是对流受热面 燃料进入锅炉燃烧的基本过程 燃烧炉膛 或炉排 除渣设备 高温烟气水冷壁过热器尾部受热面 省煤器 空预器 烟气处理系统引风机烟囱 烟气的基本流程是 辐射 辐射 对流 对流 3 2 2水的受热 汽化及过热过程该过程是过热蒸汽的生产过程 给水加热器使给水加热到130 175 中压锅炉 或215 240 高压锅炉 由给水管道将水送到省煤器 水在省煤器中被加热到某一温度后进入锅筒 然后沿下降管下行到水冷壁进口集箱 经适当分配后注入水冷壁管 水在水冷壁管内吸收炉膛内的辐射热后形成和水和饱和蒸汽的混合物 上升进入锅筒内 由汽水分离装置分离 蒸汽由锅筒上部流入过热器 分离下来的水仍参与水冷壁管内的循环 汽水混合物的分离设备是保证蒸汽品质和过热器工作可靠的必要设备 蒸汽流入过热器后继续被加热成具有一定过热度的过热蒸汽送至汽机 过热度 指的是蒸汽温度高于对应压力下的饱和温度的程度 即过热蒸汽的温度与对应压力下的饱和温度的差值 饱和温度 是指液体和蒸气处于动态平衡状态 即饱和状态时所具有的温度 物质的某一饱和温度必对应于某一饱和压力 水循环过程汽包下降管下集箱水冷壁 工质 水 的加热和汽化过热过程蒸汽的产生过程给水省煤器汽包过热器汽轮机 未饱和水 未饱和水或饱和水 饱和蒸汽 过热蒸汽 3 3锅炉的参数锅炉的参数 主要包括锅炉容量 蒸汽压力 蒸汽温度 给水温度等 锅炉容量可用额定蒸发量或最大连续蒸发量来表示 额定蒸发量是在规定的出口压力 温度下 单位时间内连续生产的蒸汽量 最大连续蒸发量是在规定的出口压力 温度下 单位时间内能最大连续生产的蒸汽量 锅炉的蒸汽压力和温度 通常是指过热器 再热器出口处的过热蒸汽压力和温度 如没有过热器和再热器 即指锅炉出口处的饱和蒸汽压力和温度 锅炉的给水温度是指省煤器的进水温度 无省煤器时即指锅筒进水温度 4 锅炉系统流程概述4 1垃圾电厂工艺流程4 2电厂各系统流程 4 1垃圾电厂工艺流程 5 电厂锅炉运行调整的主要任务与经济指标5 1锅炉运行调整的主要任务5 2锅炉经济指标 5 1锅炉运行调整的主要任务 1 保持锅炉燃烧良好 提高锅炉效率 2 保持正常的汽温 汽压和汽包水位 3 保持饱和蒸汽和过热蒸汽的品质合格 4 保持锅炉的蒸发量 满足汽机的需求 5 保持锅炉机组的安全 经济运行 5 2锅炉经济指标以垃圾电厂为例 垃圾焚烧发电厂锅炉经济技术指标一般有 垃圾入厂量 垃圾处理量 吨垃圾产汽量 烟气指标 热灼减率 锅炉排污率 辅机耗电率 炉渣率 飞灰率 石灰单耗 活性炭单耗 热负荷率 机械负荷率和锅炉效率等 1 垃圾入厂量是指垃圾焚烧发电厂在一个周期内垃圾进厂总量 分日 月 年入厂垃圾量 单位 吨2 垃圾处理量是指垃圾焚烧发电厂在一个周期内进入每台焚烧锅炉所处理垃圾量总和 分日 月 年入厂垃圾量 单位 吨 3 吨垃圾产汽量是指垃圾焚烧发电厂在一个周期内 焚烧每一吨入炉垃圾量所产出蒸汽量 反映出焚烧锅炉效率 单位 吨汽 吨垃圾 4 烟气指标烟尘 氯化氢 一氧化碳 二氧化硫 氮氧化物 二恶英类等均要符合指标 5 热灼减率指焚烧残渣经灼热减少的质量占原焚烧残渣质量的百分数 单位 P A B A 100 A 干燥后原始焚烧残渣在室温下的质量 B 焚烧残渣经600 25 3h灼热后冷却至室温的质量 6 锅炉效率单位时间内锅炉有效利用热量占锅炉输入热量的百分比锅炉的热效率的测定和计算通常有两种方法 1 正平衡法用被锅炉利用的热量与燃料所能放出的全部热量之比来计算热效率的方法叫正平衡法 正平衡热效率的计算公式可用下式表示 有效利用热量热效率 100 燃料所能放出的全部热量锅炉蒸发量 蒸汽焓 给水焓 100 燃料消耗量 燃料低位发热量 上述热效率公式没有考虑蒸汽湿度 排污量及耗汽量的影响 适用于小型蒸汽锅炉热效率的粗略计算 燃料低位发热量 1Kg燃料完全燃烧时放出的全部热量 包括烟气中水蒸汽已凝结成水所放出的汽化潜热 从中扣除烟气中水蒸汽的汽化潜热 称燃料的低位发热量 显然 高位发热量在数值上大于低位发热量 差值为水蒸汽的汽化潜热 2 反平衡法通过测定和计算锅炉各项热量损失 以求得热效率的方法叫反平衡法 又叫间接测量法 此法有利于对锅炉进行全面的分析 找出影响热效率的各种因素 提出提高热效率的途径 反平衡热效率的计算公式可用下式表示 热效率 q1 100 各项热损失的百分比之和 100 q2 q3 q4 q5 q6 式中q2 排烟热损失 q3 气体未完全燃烧热损失 q4 固体未完全燃烧热损失 q5 散热损失 q6 灰渣物理热损失 大多时候采用反平衡计算 找出影响热效率的主因 予以解决 在锅炉所有损失中排烟损失最大 在垃圾焚烧锅炉中 将垃圾中的化学能转换为蒸汽中的热能 其能量转换效率 以 1表示 即焚烧锅炉效率 比现代火电厂锅炉效率低得多 1 1a 1b 其中 1a为燃烧效率 即化学能转换为烟气中热能的百分比 1b为热能回收效率 即烟气中热能转换为蒸汽中热能的百分比 造成垃圾焚烧锅炉效率偏低的原因有 1 城市生活垃圾的高水份 低热值 2 焚烧锅炉热功率相对较小 不会超过100t h 出于经济原因 能量回收措施有局限性 3 垃圾焚烧后烟气中含灰尘及各种复杂成份 带来燃烧室内热回收的局限性等 4 为了确保烟气净化处理系统的进口烟气温度满足要求 排烟温度高于火电厂锅炉排烟温度 也就是说为了环保效益牺牲了垃圾焚烧锅炉的经济效益 结合锅炉实际运行中出现的问题 总结几点影响焚烧发电厂热效率的原因 1 垃圾的混合均匀程度 给料速度 炉排运动速度 2 一次风的分配 考虑到垃圾含水量高 发热值低的特点 干燥段的风量和风温如没有达到要求 在这种情况下垃圾得不到充分的干燥 就在炉排的推动下进入燃烧段燃烧 由于含水量较高 垃圾不能得到充分的燃烧 会生成更多的一氧化碳 甚至会导致炉膛内充满浓烟 增大不完全燃烧损失 3 排烟温度高 排烟热损失大 4 传热较差或长期运行导致传热恶化特别是蒸发管束和过热器的积灰 由于余热锅炉具有大量的换热管束 而烟气中含有较多量的灰份 随着运行时间的推移导致管子严重积灰 影响了传热及烟气的流动 蒸发量下降 排烟温度升高 热损失增加 厂用电增加 对系统影响很大 5 炉膛负压过大导致的漏风以及保温状况 6 给水回热循环的热效率 7 锅炉排污率锅炉正常运行中 为了保持炉水水质指标 需要定期排除水渣或连续排除盐份 此部分的排污水流量与锅炉实际蒸发量的比值叫锅炉排污率 计算公式为 锅炉排污量锅炉排污率 100锅炉实际蒸发量8 炉渣率一个周期内垃圾焚烧后产生的固体渣与炉排漏灰的量占入炉垃圾量的百分率 单位 9 飞灰率一个周期内垃圾焚烧烟气除尘设备收集的飞灰量占入炉垃圾量的百分率 单位 10 石灰单耗一个周期内内焚烧每一吨入炉垃圾对其进行烟气净化所耗用石灰的量 单位 kg T11 活性炭单耗一个周期内焚烧每一吨入炉垃圾对其进行烟气净化所耗用活性炭的量 单位 kg T12 热负荷率一个周期内垃圾焚烧锅炉平均热负荷与额定热负荷的比率 单位 13 机械负荷率一个周期内垃圾焚烧锅炉平均机械负荷与额定机械负荷的比率 单位