锅炉相关知识培训ppt课件

锅炉相关知识培训锅炉相关知识培训 徐志海 2014年9月5日 2 一一、锅炉概念、锅炉概念 锅炉是利用燃料等能源的热能或工业生产中的余 热，将工质(主要是水)加热到一定温度和压力的换 热设备。 通常意义的锅炉中一般要实现下述过程 燃烧 热交换 燃料的化学能 烟气的热能 蒸汽(或热水)的热能 电站锅炉三大主机电站锅炉三大主机: : 锅炉；汽轮机；发电机 电站锅炉生产过程示意图电站锅炉生产过程示意图: : 电站锅炉生产过程图电站锅炉生产过程图: : 7 8 9 （一）锅（一）锅 炉炉 参参 数数230 额定蒸发量 在额定给水温度、使用设计燃料和额定蒸汽参数，保 证热效率时所规定的蒸发量，单位为T/h（或Kg/s） 最大连续蒸发量（对大型锅炉） 在额定蒸汽参数，额定给水温度和使 用设计燃料，长期连续运行时所能达到的最大蒸发量，单位为T/h（或 Kg/s ） 供热量（工业热水锅炉） 单位为KW（或Kcal/h）。 二、锅炉的特性二、锅炉的特性 蒸汽锅炉的额定参数 在规定负荷范围内长期连续运行应能保证的出 口蒸汽参数，包括额定蒸汽压力（对应规定的给水压力），单位是MPa ；额定蒸汽温度（对应额定蒸汽压力和额定给水温度)，单位是0C。 热水锅炉的额定参数 锅炉出口热水的压力和温度，单位分别是MPa 和0C 10 （二）锅炉安全、经济性指标 连续运行小时数 两次检修之间的运行小时数（5000 h ） 可用率 （总运行小时数 + 总备用小时数）/ 统计期间总小时数（一年） （90%） 事故率 总事故停炉小时数/（总运行小时数 + 事故停炉小时数）（2%） 运行安全性指标： 11 经济性指标： 锅炉热效率 gl =（ Q 1 / Q r ）100， % 式中 Q 1 锅炉有效利用热 Q r 锅炉在单位时间内所消耗燃料的输入热量 （大容量电站锅炉大于90%；工业锅炉约6080%） 锅炉有害物质排放物： 锅炉燃烧产生的污染物主要有：烟雾、粉尘等 （三）电站（三）电站锅炉型号锅炉型号 / 设计次序 燃料代号 额定蒸汽压力 额定蒸发量 制造厂代号 例 DGJ-75/3.82-IV2 东方锅炉厂制造, 额定蒸发量75t/h， 额定蒸汽压力 3.82Mpa 秸杆锅炉 （第二次设计） . . 国内主要的锅炉生产厂家： 排名厂家名称所在地产值产值备备注 1哈尔滨锅炉厂黑龙江108.39亿产值最大 2东方锅炉厂四川100亿最老牌 3上海锅炉厂上海 4武汉锅炉厂湖北35亿 5北京巴威锅炉厂北京 6杭州锅炉厂浙江 7无锡锅炉厂江苏 8济南锅炉厂山东 9四川锅炉厂四川3.2亿 15 1. 1.根据用途的不同分为：根据用途的不同分为： 电站电站锅炉锅炉: :火电厂三大主机之一，火室燃烧。生产高温高压蒸气， 适用各种燃料，热效率高、受热面复杂，向大容量、高参数发展。 工业锅炉工业锅炉: :适于各行业，火床燃烧，热效率低，容量较小。生产蒸 汽（或热水）供给工业和民用所需热能，或通过蒸汽动力机械转换为 机械能。 船用锅炉船用锅炉: :作为船舶动力，体积小，重量轻，启停方便，变负荷能 力强。一般采用低中压参数，炉膛容积热负荷高，水循环高度小的燃 油锅炉。 生活锅炉生活锅炉: :居民生活所需的蒸汽或热水之用。 （四）锅 炉 分类 2 2按载热工质的不同分为：按载热工质的不同分为： 蒸汽蒸汽锅炉锅炉 热水锅炉热水锅炉 特种工质锅炉特种工质锅炉 3 3按能源分为：按能源分为： 燃煤锅炉燃煤锅炉 燃油燃油锅炉锅炉 燃气锅炉燃气锅炉 混合混合燃料锅炉燃料锅炉 特种特种燃料锅炉燃料锅炉 余热余热锅炉锅炉 新能源锅炉新能源锅炉 4 4按按出口蒸汽压力出口蒸汽压力分；分； 低压（低压（P2.5P2.5PaPa） 中压中压（P P 3.93.9PaPa 高压高压（P P 10.810.8PaPa） 超高压超高压（P P 14.714.7PaPa） 亚亚临界压力（临界压力（P P 16.816.818.618.6PaPa） 超超临界及超超临界压力（临界及超超临界压力（P P 25254040PaPa）。）。 19 我国电站锅炉参数、容量 3001025；1000250280540/54016.7 125；200420670220250540/54013.7 50；100220；4102052255409.8 6；12 25 35；65 130 145155 165175 4503.8 8201054002.5 蒸汽温度给水温度蒸汽压力 发电功率 MW 容 量 （t/h) 参 数 300；6001025；2008260290540/54017.5 5 5按锅炉容量大小分；按锅炉容量大小分； 小型小型锅炉：锅炉：400t/h400t/h 中型锅炉中型锅炉: 400-1000t/h: 400-1000t/h 大型大型锅炉锅炉 : : 1000t/h1000t/h 21 6.按锅炉燃烧方式分： 层燃炉、室燃炉、 流化床炉、旋风炉 方式 层燃炉 室燃炉 流化床炉 旋风炉 燃料 块状 粉状、雾状、气态 固体颗粒 固体颗粒 22 层燃炉：煤块在炉排上燃烧，燃烧所需空气从炉排低下送入。 炉排在旋转。 旋风炉：燃料和空气在高温旋风筒内高速旋转，细小的燃料颗粒 在其中悬浮燃烧，较大的颗粒被抛向筒壁液态渣膜上进行燃 烧。 流化床炉：固体燃料在高速气流作用下，在布风板上的床料层 上下翻滚，呈流化状态燃烧。 室燃炉：燃料以粉状、雾状或气态随空气喷入炉膛，悬浮燃烧。 23 按锅炉蒸发受热面中工质流动方式分： 自然循环汽包锅炉 具有汽包，利用下降 管和上升管（水冷壁） 中工质密度差产生工质 循环。循环倍率(?)约为4 10，是亚临界压力以 下锅炉的主要形式。 强制循环强制循环汽包锅炉锅炉 具有汽包和循环泵，利 用循环回路中工质密度差 和循环泵压头使工质循 环。循环倍率约为35， 只能在临界压力以下应 用。 泵 汽包 联箱 下降管 受热面 24 直流锅炉 无汽包，给水靠 给水泵压头一次通 过各受热面产生蒸 汽，循环倍率约为1 ，可在高压以上任 何压力下应用 低倍率循环锅炉 无汽包，具有汽水分 离器和再循环泵，靠再 循环泵实现工质再循环, 循环倍率约为1.22， 多用于亚临界压力 泵 汽包 联箱 下降管 受热面 25 自然循环锅炉的优点是可以将汽包内含杂质浓度较高的水连续排去一部分(连 续排污),还可以在水冷壁下部定期放水,除去沉淀的水渣(定期排污),对给水质量 要求稍低,自动调节系统较简单.目前我国火电厂采用的锅炉绝大部分是自然循 环锅炉. 锅炉的汽压越高,饱和蒸汽与饱和水的比重就越接近,使炉水自然循环的动力 也越小.如果设计,运行不当,就容易发生水循环不良,引发爆管事故.一般汽压超 过16.6MPa(170大气压)时不宜采用此种锅炉.直流锅炉的特点是没有汽包,水在给 水泵的下,一直流过锅炉的蒸发部分,不往返循环,如图2-5所示. 直流锅炉的优点是没有汽包,比较容易制造,钢材耗量少,缺点是不能排污,对 水质要求高,自动调节也比较复杂.直流锅炉可用于任何蒸汽参数,特别适用于超 高压以上的电厂. 26 工质吸热量分配比例 补水率1.5% （五）电站锅炉的基本结构 图21 电站锅炉及其辅助设备系统简图 煤斗；给煤机；磨煤机；空气预热器；排粉风机；燃烧器； 炉膛；水冷壁；屏式过热器；高温过热器；低温过热器； 省煤器；除尘器；吸风机； 烟囱；送风机；锅筒； 下降管；顶棚过热器；排渣室 30 31 燃料燃烧过程的四个阶段： 预热干燥阶段 加热、析出水分，大量吸热； 挥发份析出阶段 CmHn、CO、H2等可燃气体析出，少量吸热； 着火、燃烧阶段 挥发份首先燃烧，造成高温促使碳着火燃 烧，大量放热； 燃尽阶段 碳粒燃尽形成灰渣，少量放热。 锅炉受热面锅炉受热面 锅炉受热面：是吸收炉内热量来加热工质的表面式换 热器。主要包括蒸发受热面（包括水冷壁、对流管束）、过热 器、再热器、省煤器及空气预热器。以完成水的加热、蒸发和过 热，蒸汽的再热及空气的预热。 蒸发 受热面 过热器 再热器 空气预热器 水 蒸汽 空气 水冷壁 对流管束 凝渣管束 辐射 对流 对流 对流 对流 辐射 省煤器水 对流 蒸发受热面的作用与结构蒸发受热面的作用与结构： 蒸发受热面是指工质在其中吸热、汽化的受热面。主要是指 敷设在炉膛四周炉墙上的水冷壁，用以吸收炉膛中的辐射热。为 了降低炉膛出口温度，保护炉墙、防止炉壁结渣。 现代大型锅炉的水冷壁已成为锅炉的主要受热面，因为炉内 温度高，水冷壁吸收辐射热的能力很强，这样可减少受热面积， 节约钢材；同时可降低高温，保护炉墙和防止结渣。 1、磨煤设备： 煤粉制备的主要设备。 （1）筒式钢球磨煤机。 （2）中速磨煤机 立磨。 （3）高速磨煤机 风扇磨煤机。 2、煤粉燃烧装置 煤粉燃烧器、点火装置、炉膛。 （1）煤粉燃烧器 旋流煤粉燃烧器 （1）煤粉燃烧器 直流煤粉燃烧器 （2）点火装置 三组点火：气油煤粉 二级点火：油煤粉 常用的电器点火器： 电火花点火器：常用于大、中型锅炉的三级点火系统 电弧点火器：多用于二级点火系统 高能点火器：用于二级点火系统 （3）炉膛 供煤粉燃烧的空间。 旋流燃烧器的炉膛 旋流燃烧器的炉膛的空气动力特性 直流燃烧器的炉膛 切向燃烧：直流燃烧器布置在炉膛的四角，其出口气流的集合轴线射向 炉膛中心的一个假想切圆。 切向燃烧方式： 1、单切圆布置：四角燃烧器一、二次风口的几何轴线相切于炉膛中心同一个 圆。见图a。 2、两角对冲：两角相切或一次风对冲，二次风切圆。见图b 3、双切圆布置：四角一、二次风口相切于不同直径的圆或对角燃烧器各自相 切于不同直径的圆。见图c。 4、八向或六向切圆图布置：如采用风扇磨煤机时，就将磨煤机沿炉膛四周布 置。 见图d 5、双炉膛切圆布置：两炉膛内气流旋转方向相反，大容量锅炉有时采用该布 置。见图e。 3 3、水冷、水冷壁与自然循环：壁与自然循环： 自然循环锅炉的水冷壁通常用无缝钢管制成。水冷壁通常垂自然循环锅炉的水冷壁通常用无缝钢管制成。水冷壁通常垂 直布置在炉膛四周，上部与汽包或上联箱相连接，并固定在钢直布置在炉膛四周，上部与汽包或上联箱相连接，并固定在钢 架上；下部与下联箱相连接，可自由膨胀。架上；下部与下联箱相连接，可自由膨胀。 中、小型锅炉常采用光管水冷壁；中、大型锅炉常采用膜中、小型锅炉常采用光管水冷壁；中、大型锅炉常采用膜 式水冷壁。膜式壁炉膛气密性好式水冷壁。膜式壁炉膛气密性好, ,可减少漏风可减少漏风, ,降低热损失降低热损失, ,提高提高 锅炉效率，并可降低受热面金属耗量和炉墙重量，便于采用悬锅炉效率，并可降低受热面金属耗量和炉墙重量，便于采用悬 吊结构。吊结构。 现代光管水冷壁的结构特点： 1、水冷壁管紧密排列，管间节距S与管子外径d之比为11.1之间； 2、广泛采用敷管式炉墙，水冷壁一半埋入炉墙，s/d一般为11.05。 优点是：炉墙温度较低，可做成薄而轻的护墙；节省高温耐火材料和 保温材料；锅炉重量轻，简化水冷壁炉墙的悬吊结构。 膜式水冷壁 现代大中型锅炉普遍采用膜式水冷壁。 由鳍片管焊接而成。 鳍片管型式：钢成直接轧制，称轧制鳍片管 在光管之间焊接扁钢制成，称焊接鳍 片管。 结构特点： 1、管间节距S与管子外径d之比为1.21.5之间； 2、炉膛具有很好的气密性，减少漏风。 3、对炉墙具有保护作用。 4、相同的炉墙面积下，幅射 4 4、汽水、汽水循环循环 自然循环锅炉的循环 回路包括若干根不受热的下降管、 接受炉内辐射热的水冷壁管，上部 与汽包连接，并固定在钢架上，下 部与下联箱连接,可自由膨胀。汽 包中的炉水自下降管经下联箱引入 水冷壁，炉水在水冷壁中接受炉内 高温烟气的辐射热以形成汽水混合 物并沿水冷壁上升到汽包，以形成 自然保护循环回路。 汽包： 汽包是自然循环锅炉和强制循环锅炉的重要受压部件。 汽包主要作用： 1、汽包是工质加热、蒸发、过热三个过程的连接枢纽， 保证锅炉水循环； 2、汽包是蒸汽通道与水通道的交汇点。汽包内装有汽水 分离器、连续排污装置等，用以汽水分离，保证蒸汽品质； 3、汽包内保持一定水量，具有一定储热能力，有利于运 行调节； 4、汽包筒体上安装有压力表、水位表、事故防水阀、安 全阀等，以控制汽包压力、监视汽包水位，保证锅炉安全工 作。 过热器过热器 （一）过热器的型式及特点： 过热器的作用：将饱和蒸汽 加热成过热蒸汽，增加蒸汽的 做功能力。 过热器、一般布置在高温烟 道，管外烟气及管内工质温度 高、蒸汽的换热系数小，冷却 能力差，其壁温是锅炉受热面 中最高的。易发生管壁超温、 管间工质热偏差及高温腐蚀。 工作条件最为恶劣。 过热器的型式 对流式 布置于锅炉的水平烟道或尾部竖井中，主要 吸收烟气的对流放热量。 半辐射式 炉膛出口烟窗，称为屏式受热面 辐射式 炉膛顶部，称为顶棚受热面；或炉膛内壁， 称为墙式受热面。 辐射式受热面的采用利于改善汽温特性，降低金属耗 量。 1、对流过热器的型式 对流式过（再热器）由蛇形管组成，其进出口分别用联箱连接。 2、辐射过热器的型式 辐射过（再热器）主要以吸收炉膛 辐射热为主。 结构型式：屏式、墙式 屏式过热器（再热器）：一般布置 在炉膛上部，横向节距较大，通常 称为前屏，作用主要是降低炉膛出 口烟温，减少烟气扰动和旋转，改 善过热蒸汽或再热蒸汽的汽温特 性。 半辐射过热器（再热器）：布置在 炉膛出口处，吸收炉膛中辐射热和 烟气的对流热，对流和辐射的份额 与所布置的位置和节距有关。 屏式过热器 3、壁式过热器的型式 辐射过（再热器）主要以吸收炉膛辐射热为主。 结构型式：（1）1紧贴炉墙和水冷壁管相间布置，多用于控制循环锅炉 ； （2）附着在水冷壁管上，将水冷壁管遮盖，水冷壁被遮盖部人不吸收热 ，多用于自然循环锅炉。 可以仅布置在炉膛上部，也可以沿炉膛全高度布置。 5 5、尾部、尾部受热面受热面 省煤器和空气预热器布置在对流烟道最后的低烟温区，利 用烟气的余热加热给水和燃料燃烧所需的空气，提高系统热 效率。 1.加热给水，提高效率； 2.减少蒸发受热面； 3.降低汽包的温差热应力 1.加热空气，利于着 火和燃烧； 2.提高效率 形 式 作 用 一般采用管式换热 大多采用回转 式蓄热换热器 省煤器空气预热器 尾部受热面工作特点： 受热工质和烟气温度均较低，金属工作条件虽不像过 热器那样恶劣，但易造成低温腐蚀、磨损与积灰。 1.流速； 2.飞灰浓度 烟气温度 措施 影响 因素 1.合理设计流速 2.降低飞灰浓度 3.加装防磨装置 1.提高空气温度 2.采用耐腐蚀材料 3.降低过量空气系数 飞灰磨损低温腐蚀 部位 省煤器较严重空气预热器较严重 省煤器 利用锅炉尾部烟气的热量 加热锅炉给水的设备。 布置形式：一般布置在烟道 内，吸收烟气的对流传热。 作用：（1）节省燃料，降低 烟气温度； （2）改善汽包的工作条件 ，减少汽包壁与给水之间的 温差引起的热应力。 （3）降低锅炉造价。用省 煤器这样的低温材料代替价 格昂贵的高温水冷壁材料。 省煤器布置形式 光管 鳍片管 膜片管 螺旋肋片管 省煤器布置方式 卧式逆流布置：水在蛇形管内自下由上流动，烟气在 管外自上由下横向冲刷管壁。 布置方式：纵向布置、横向布置 空气预热器 利用锅炉尾部烟气的热量加 热燃料燃烧所需要的空气的设 备。 布置形式：一般布置在烟道内 ，吸收烟气的对流传热。 作用：（1）进一步降低排温温 度，提高锅炉效率； （2）改善燃料的着火点与燃 烧条件，降低不完全燃烧热损 失。 （3）节省金属，降低造价。 （4）改善引风机的工作条 件。 空气预热器结构形式 （1）管式：应用很广。 优点：结构简单、制造方便，漏风量小（漏风率5%）。 缺点：体积大，耗材多。在670t/h锅炉以下采用较多。 （2）回转式：大型锅炉采用 优点：结构紧凑、重量较轻。 缺点：漏风量大（漏风率810%）、受热面易积灰。 （3）板式： 漏风量大，金属耗量大，目前已不被采用。 管式空气预热器 回转式空气预热器 工作原理：受热面回转式空气预热器的受热 面为薄钢板制作而成的波形板，安装在可以 旋转的圆筒形转子当中，随着转子的旋转而 交替通过烟气流通区、空气流通区和密封 区。受热面回转式空气预热器的受热面在经 过烟气流通区时接受热量，而到空气流通区 时释放热量，完成热传递。受热面回转式空 气预热器的受热面每旋转一周，就是一次空 气与烟气的热交换过程。受热面回转式空气 预热器的转动部分为受热面，其重量较大， 支撑的轴承负载也较重，因此对支撑轴承的 要求较高。 7171 CFB 循环流化床锅炉燃烧室 布风板 . 流化床锅炉燃烧室下部的炉篦称作布风板，布风板的主要 作用有： （1）支撑炉内物料 （2）合理分配一二次风，使通过布风板及风帽的一次风 流化物料，使之达到良好的流化状态。布风板的结构设 计、布置形式及风帽分布对锅炉燃烧、物料掺混、炉内传 热都起着重要作用。对布风板的要求是：在保证布风均匀 的条件下，布风板压降越低越好。 布风板 风帽 风帽的作用在于使进入流化床的空气产生第二次 分流并具有一定动能，以减少初始气泡的生成和 使底部粗颗粒产生强烈的扰动，壁面粗颗粒的沉 积，减少冷渣含碳量损失。风帽还有产生足够的 压降、均匀布风的作用。 尽管，风帽是循环流化床锅炉的一个小元件，但 它直接影响炉床的布风，炉内气固两相流的动 力特性以及锅炉安全经济运行。 风帽 炉内受热面 7979 水冷振动炉排炉与流化床比较 内容内容循环流化床循环流化床水冷振动炉排水冷振动炉排 燃料适应性燃料适应性强强差差 燃烧效率燃烧效率高高低低 燃烧稳定性和均匀性燃烧稳定性和均匀性好好差差 对生物质水分要求对生物质水分要求低低高高 设备造价设备造价低低高高 流化床锅炉：流化床锅炉： 流化床锅炉和其它类型锅炉比较流化床锅炉和其它类型锅炉比较 循环流化床锅炉的优点 燃料适应性广 高燃烧效率 高效脱硫 低氮氧化物（NOX）排放 高燃烧强度、炉膛截面积小 便于负荷调节 易于实现灰渣综合利用 床内不布置埋管受热面 燃料预处理系统简单 给煤点少 CFB锅炉还具有传热系数高、可以压火运行、不存在炉内和受热面结 渣、不会灭火放炮等优点，其它污染物如CO、HCl、HF等的排放量也 很低。 循环流化床锅炉的缺点 （1）飞灰含炭量高的问题。对于循环流化床来说，其底渣含炭量较低，但其最佳脱硫温度的限制，飞 灰含炭量却比较高。 （2）厂用电率高。由于循环流化床锅炉具有布风板、分离器结构和炉料层的存在烟风阻力比煤粉炉大 得多，相应的通风电耗也较高。 （3）N2O排放较高。流化床燃烧技术可有效抑制NOX、SO2的排放，但流化床低温燃烧是产生N2O最主要 的原因。 （4）炉膛、分离器和回送装置及其之间的膨胀和密封问题。由于流化床其表面附着一层厚厚的耐磨材 料与保温材料并且各个部位受热时间和程度不完全一致，所以会产生热应力而造成膨胀不均，导致 出现颗粒外漏现象。 （5）由于设计和施工工艺不当造成的磨损问题。锅炉部件的磨损主要与风速、颗粒浓度以及流场的不 均匀性有关，研究表明：磨损与风速的3.6次方和浓度成正比。炉膛、分离器和回送装置内由于大量 高浓度物料的循环流动，一些局部位置，如烟所改变方向的地方会开始磨损，然后逐渐扩大到整个 炉膛。 三、三、锅炉锅炉的相关参数的相关参数 日本某1000MW燃煤锅炉的烟气处理系统 典型的水平烟气流WESP GGH GGH 空预器 8 4 燃煤锅炉气流系统燃煤锅炉气流系统（无（无WESPWESP） 烟囱 CaCa 石灰石（范例）石灰石（范例） 空气 预热 器 NHNH 3 3 锅炉脱硝 干式干式 ESPESP 脱硫 SOSO 3 3 ( (气态气态) ) (NH(NH 4 4 ) ) 2 2 SOSO 4 4 ( (固体）固体