锅炉原理第1章绪论

1、电站锅炉原理电站锅炉原理E-mail：Teldd：实训楼A428办公室第一章第一章 绪论绪论思考：电从何而来？思考：电从何而来？火力发电厂火力发电厂三峡水电站三峡水电站广广东东岭岭澳澳核核电电站站盐湖风力发电站盐湖风力发电站煤炭是中国的首选能源煤炭是中国的首选能源中国一次能源消费结构变迁中国一次能源消费结构变迁煤炭是中国最重要的能源，生产消费的数量大，比重高，替代有难度。实现煤炭安全高效，清洁环保和可持续发展，具有重要意义 火电厂的生产过程火电厂的生产过程1-锅炉锅炉 2-汽轮机汽轮机 3-发电机发电机 4-凝汽器凝汽器 5-凝结水泵凝结水泵 6-给水泵给水泵7-低压

2、加热器低压加热器8-高压加热器高压加热器 9-除氧器除氧器 10-水处理设备水处理设备3观看动画观看动画可见在火力发电厂的生产过程中，存在着可见在火力发电厂的生产过程中，存在着三种三种形式的能量转换形式的能量转换：在：在锅炉锅炉中燃料的中燃料的化学能化学能转变为蒸转变为蒸汽的汽的热能热能；在；在汽轮机汽轮机中蒸汽的中蒸汽的热能热能转变为转子的转变为转子的机机械能械能；在；在发电机发电机中转子的中转子的机械能机械能转变为转变为电能电能。因此，锅炉、汽轮机和发电机被称为火力发电因此，锅炉、汽轮机和发电机被称为火力发电厂的厂的三大主机三大主机。锅炉的作用是使燃料在炉内燃烧放热，通过受锅炉的作用是使燃

3、料在炉内燃烧放热，通过受热面使给水加热、蒸发、过热，以产生一定数量和热面使给水加热、蒸发、过热，以产生一定数量和质量的过热蒸汽。质量的过热蒸汽。观看动画观看动画电站煤粉锅炉机组框图电站煤粉锅炉机组框图1-原煤仓原煤仓 2-给煤机给煤机 3-磨煤机磨煤机 4-空预器空预器 5-排粉风机排粉风机 6-燃烧器燃烧器 7-炉膛炉膛 8-水冷壁水冷壁 9-屏式过热器屏式过热器 10-高温过热器高温过热器 11-低温过热器低温过热器 12-省煤器省煤器 13-除尘器除尘器 14-引风机引风机 15-烟囱烟囱 16-送风机送风机 17-汽包汽包 18-下降管下降管 19-顶棚过热器顶棚过热器 20-排渣管排

4、渣管 21-给水管道给水管道 22-过热蒸汽出口过热蒸汽出口燃烧系统（煤、风、烟）燃烧系统（煤、风、烟）汽水系统汽水系统v 容量：用于表征蒸汽锅炉供热能力。容量：用于表征蒸汽锅炉供热能力。 锅炉的容量一般指单机锅炉的容量一般指单机蒸发量蒸发量，为单位时间内，为单位时间内锅炉所能供应的蒸汽量，以锅炉所能供应的蒸汽量，以t/h或或kg/s为单位，有为单位，有时也用与配套汽轮发电机的出力相匹配的输出功时也用与配套汽轮发电机的出力相匹配的输出功率率MW表示。表示。 （1）额定蒸发量额定蒸发量：在额定蒸汽参数，额定给水：在额定蒸汽参数，额定给水温度和使用设计燃料，保证热效率时所规定的蒸温度和使用设计燃料

5、，保证热效率时所规定的蒸发量。发量。（2）最大连续蒸发量：在额定蒸汽参数，额定给）最大连续蒸发量：在额定蒸汽参数，额定给水温度和使用设计燃料，长期连续运行所能达到水温度和使用设计燃料，长期连续运行所能达到的最大蒸发量。通常为额定蒸发量的的最大蒸发量。通常为额定蒸发量的1.03-1.2倍。倍。2. 参数：用于表征锅炉供热品位。参数：用于表征锅炉供热品位。（1）额定蒸汽参数：过热器出口的设计蒸汽压力）额定蒸汽参数：过热器出口的设计蒸汽压力MPa和蒸汽温度和蒸汽温度，对具有中间再热的锅炉，蒸，对具有中间再热的锅炉，蒸汽参数还应包括再热蒸汽流量、压力、温度。汽参数还应包括再热蒸汽流量、压力、温度。（2

6、）额定给水温度：一般指省煤器入口处的给水）额定给水温度：一般指省煤器入口处的给水温度。温度。3. 锅炉效率：是衡量锅炉运行经济性的主要指标。锅炉效率：是衡量锅炉运行经济性的主要指标。热效率热效率净效率净效率Q Q1 1 锅炉有效利用热，锅炉有效利用热， kJ/kgkJ/kg；Q Qr r 锅炉在单位时间内所消耗燃料的输入热量锅炉在单位时间内所消耗燃料的输入热量,kJ/kg,kJ/kg；Q Qq q 锅炉机组自身所需的热量，锅炉机组自身所需的热量，kJ/kgkJ/kg；Q Qp p 锅炉机组自身电耗对应的热量，锅炉机组自身电耗对应的热量，kJ/kgkJ/kg；q q3 3、q q4 4 锅炉化学

7、、机械未完全燃烧热损失，锅炉化学、机械未完全燃烧热损失，% % 341,%(13)rqq 燃烧效率燃烧效率1,%(12)qpjrQQQQ1100,%(1 1)grQQ4. 钢材消耗量：是衡量锅炉制造成本的重要指标。钢材消耗量：是衡量锅炉制造成本的重要指标。定义为锅炉单位蒸发量所用的钢材重量。钢材消定义为锅炉单位蒸发量所用的钢材重量。钢材消耗量与锅炉参数、循环方式、燃料种类及锅炉部耗量与锅炉参数、循环方式、燃料种类及锅炉部件结构有关。在保证锅炉安全高效运行的基础上，件结构有关。在保证锅炉安全高效运行的基础上，应尽可能降低锅炉钢耗量。应尽可能降低锅炉钢耗量。5. 安全可靠性：是锅炉技术水平的重要标

8、志之一。安全可靠性：是锅炉技术水平的重要标志之一。100%100%（1）连续运行小时数两次停炉检修之间的运行小时数事故停运小时数（2）事故率=总运行小时数+事故停运小时数总运行小时数+备用时数（3）可用率=统计期间总时数停运停运备用备用运行运行统计时一般以一年作为一个统统计时一般以一年作为一个统计周期。连续运行小时数越高，事计周期。连续运行小时数越高，事故率越低，可用率越高，表示锅炉故率越低，可用率越高，表示锅炉工作越可靠。一般连续运行小时数工作越可靠。一般连续运行小时数5000h，可用率，可用率9095%，事故，事故率约率约1%。6. 环保性：是现代锅炉必须予以考虑的指标。环保性：是现代锅炉

9、必须予以考虑的指标。CO2：减少化石燃料使用，提高化石燃料的能源：减少化石燃料使用，提高化石燃料的能源效率是减少效率是减少CO2排放的主要方法。排放的主要方法。SOx，NOx，粉尘飞灰：可通过高效除尘设备，粉尘飞灰：可通过高效除尘设备，脱硫脱硝设备，及低脱硫脱硝设备，及低NOx燃烧技术进行有效控制。燃烧技术进行有效控制。v 锅炉的分类根据不同的标准，可有多种分类方法：锅炉的分类根据不同的标准，可有多种分类方法：分类方式分类方式锅炉类型锅炉类型简要说明简要说明蒸发量大、中、小型只具有相对意义，无固定分界主蒸汽压力亚临界、超临界等按过热器出口过热蒸汽压力分类出口工质物态蒸汽锅炉锅炉出口工质为蒸汽热

10、水锅炉锅炉出口工质为热水燃料燃煤锅炉锅炉中使用的燃料为煤燃油锅炉锅炉中使用的燃料为燃油燃气锅炉锅炉中使用的燃料为燃气其他燃料木材、垃圾、生物质等分类方式分类方式锅炉类型锅炉类型简要说明简要说明按工质是否在受热面管内流动水管锅炉锅炉受热面管内流动的全部为工质烟管锅炉锅炉受热面管内流动的全部为烟气烟管水管混合锅炉锅炉受热面管内流动的一部分为工质、一部分为烟气按排渣方式固态排渣锅炉燃料燃烧后生成的灰渣呈固态排除液态排渣锅炉燃料燃烧后生成的灰渣呈液态从渣口流除表表1-2 我国电站锅炉的参数和容量我国电站锅炉的参数和容量 按燃烧方式分类：按燃烧方式分类： 层燃炉层燃炉 b. 室燃炉室燃炉 c. 旋风炉旋

11、风炉 d. 流化床炉流化床炉图图1-3 不同燃烧方式的锅炉不同燃烧方式的锅炉 层燃炉：层燃炉： 层燃炉有炉排，层燃炉有炉排，煤块在固定或移动煤块在固定或移动的炉排上燃烧，在的炉排上燃烧，在燃烧过程中燃料保燃烧过程中燃料保持层状。所需空气持层状。所需空气由炉排下的风箱送由炉排下的风箱送入，穿过燃料层进入，穿过燃料层进行燃烧反应。多用行燃烧反应。多用于小容量低参数的于小容量低参数的工业炉。工业炉。 层燃炉层燃炉 b. 室燃炉：室燃炉： 燃料随空气流进入炉室且呈悬浮燃料随空气流进入炉室且呈悬浮状燃烧的炉子，煤粉炉、燃油炉和燃状燃烧的炉子，煤粉炉、燃油炉和燃气炉均属于室燃炉。气炉均属于室燃炉。我国电站

12、锅炉大我国电站锅炉大多数采用的都是固态排渣煤粉炉。多数采用的都是固态排渣煤粉炉。煤煤粉炉把煤先磨成煤粉，然后用空气将粉炉把煤先磨成煤粉，然后用空气将煤粉喷入炉内呈悬浮状燃烧。煤被磨煤粉喷入炉内呈悬浮状燃烧。煤被磨成煤粉后，与空气的接触面大为增加，成煤粉后，与空气的接触面大为增加，这不仅改善了着火条件，也强化了燃这不仅改善了着火条件，也强化了燃烧，使煤粉炉的煤种适应范围较广，烧，使煤粉炉的煤种适应范围较广，而且燃烧也较完全，锅炉热效率高达而且燃烧也较完全，锅炉热效率高达90%以上。煤粉燃烧热惰性较小，燃以上。煤粉燃烧热惰性较小，燃烧调节方便，适应负荷变化快。烧调节方便，适应负荷变化快。 b. 室

13、燃炉室燃炉 c. 旋风炉：旋风炉： 以圆柱形旋风筒作为以圆柱形旋风筒作为燃烧室，气流在筒内高燃烧室，气流在筒内高速旋转，较细的煤粉在速旋转，较细的煤粉在旋风筒内悬浮燃烧，而旋风筒内悬浮燃烧，而较粗的煤粒贴在筒壁上较粗的煤粒贴在筒壁上燃烧。筒内高速旋转气燃烧。筒内高速旋转气流使燃烧加速，并使灰流使燃烧加速，并使灰渣熔化形成液态排渣。渣熔化形成液态排渣。旋风筒有立式和卧式两旋风筒有立式和卧式两种布置形式，可以燃用种布置形式，可以燃用较粗的煤粉或煤屑。较粗的煤粉或煤屑。 c. 旋风炉旋风炉 d. 流化床炉：流化床炉： 又称沸腾炉，炉子底部为又称沸腾炉，炉子底部为一多孔布风板，空气以一定一多孔布风板，

14、空气以一定速度穿过孔眼均匀进入布风速度穿过孔眼均匀进入布风板上的床料层，并把颗粒燃板上的床料层，并把颗粒燃料控制在特殊的流化状态下料控制在特殊的流化状态下进行燃烧，形成上下翻滚类进行燃烧，形成上下翻滚类似似“沸腾沸腾”的状态。床内安的状态。床内安装有以水和蒸汽或空气为冷装有以水和蒸汽或空气为冷却介质的埋管，使料层温度却介质的埋管，使料层温度控制在控制在7001000，有利，有利于减少于减少NOX的生成。的生成。 d. 流化床炉流化床炉 d. 流化床炉：流化床炉： 为了提高燃烧效率、减轻环为了提高燃烧效率、减轻环境污染和受热面磨损，在炉膛境污染和受热面磨损，在炉膛出口处将烟气中的大部分固体出口处

15、将烟气中的大部分固体颗粒从气流中分离并收集起来，颗粒从气流中分离并收集起来，送回炉膛继续燃烧，称为送回炉膛继续燃烧，称为循环循环流化床锅炉。流化床炉可以在流化床锅炉。流化床炉可以在常压常压或或增压增压下燃烧。由增压流下燃烧。由增压流化床炉出来的高温高压燃气，化床炉出来的高温高压燃气，经除尘后可送入燃气轮机，而经除尘后可送入燃气轮机，而由埋管等受热面出来的蒸汽则由埋管等受热面出来的蒸汽则送入蒸汽轮机，就形成了送入蒸汽轮机，就形成了燃气燃气-蒸汽联合循环蒸汽联合循环。 d. 流化床炉流化床炉2. 按水循环方式分类：按水循环方式分类：自然循环、控制循环和直流自然循环、控制循环和直流 锅炉锅炉（a）自

16、然循环）自然循环 （b）控制循环）控制循环 （c）直流式）直流式1-给水泵给水泵 2-省煤器省煤器 3-汽包汽包 4-下降管下降管 5-联箱联箱 6-蒸发管蒸发管 7-过热器过热器 8-循环泵循环泵（a）自然循环）自然循环 1-给水泵给水泵 2-省煤器省煤器 3-汽包汽包 4-下降管下降管 5-联箱联箱 6-蒸发管蒸发管 7-过热器过热器 8-循环泵循环泵自然循环锅炉：自然循环锅炉：蒸发受热面内的工质，蒸发受热面内的工质，依靠下降管中的水与上升管中的汽水依靠下降管中的水与上升管中的汽水混合物之间的密度差所产生的压力差混合物之间的密度差所产生的压力差进行循环的锅炉。进行循环的锅炉。过程：过程：水

17、由给水泵水由给水泵1压送，经省煤器压送，经省煤器2加热后进入汽包。下降管加热后进入汽包。下降管4位于炉位于炉膛外不受热，管内工质为水，蒸发管膛外不受热，管内工质为水，蒸发管6受热，管内工质为汽水混合物，下受热，管内工质为汽水混合物，下降管内水的密度大于蒸发管内汽水混降管内水的密度大于蒸发管内汽水混合物的密度，在密度差作用下，推动合物的密度，在密度差作用下，推动工质在封闭蒸发系统中循环流动。工质在封闭蒸发系统中循环流动。循环倍率循环倍率K：单位时间内循环水量与单位时间内循环水量与系统中产生的蒸汽量之比。自然循环系统中产生的蒸汽量之比。自然循环锅炉锅炉K一般为一般为430。适用亚临界以下。适用亚临

18、界以下。73（b）控制循环）控制循环 1-给水泵给水泵 2-省煤器省煤器 3-汽包汽包 4-下降管下降管 5-联箱联箱 6-蒸发管蒸发管 7-过热器过热器 8-循环泵循环泵控制循环锅炉：控制循环锅炉：压力提高，汽压力提高，汽水密度差减小，蒸发受热面内水密度差减小，蒸发受热面内的工质除了依靠水与汽水混合的工质除了依靠水与汽水混合物的密度差外，主要依靠锅水物的密度差外，主要依靠锅水循环泵进行循环的锅炉。循环泵进行循环的锅炉。为了保证受热蒸发管内有足够为了保证受热蒸发管内有足够的流量循环，在蒸发系统的下的流量循环，在蒸发系统的下降管内加装循环泵降管内加装循环泵8，以增强，以增强工质循环流动的推动力。

19、控制工质循环流动的推动力。控制循环锅炉循环倍率循环锅炉循环倍率K一般为一般为310.7（c）直流锅炉）直流锅炉 1-给水泵给水泵 2-省煤器省煤器 3-汽包汽包 4-下降管下降管 5-联箱联箱 6-蒸发管蒸发管 7-过热器过热器 8-循环泵循环泵直流锅炉：直流锅炉：靠给水泵的压头靠给水泵的压头,给水一次通过锅炉各受热面给水一次通过锅炉各受热面产生蒸汽的锅炉。给水经省产生蒸汽的锅炉。给水经省煤器加热后，流经蒸发受热煤器加热后，流经蒸发受热面，在其中全部蒸发汽化为面，在其中全部蒸发汽化为蒸汽，蒸汽在过热器中加热蒸汽，蒸汽在过热器中加热为过热蒸汽。因此直流锅炉为过热蒸汽。因此直流锅炉循环倍率循环倍率

20、K=1，并且，并且不存在不存在汽包汽包。自然循环与控制循环锅炉的共同点就是都自然循环与控制循环锅炉的共同点就是都有汽包有汽包。汽包将省煤器、蒸发受热面、过热器。汽包将省煤器、蒸发受热面、过热器分开，并使蒸发设备形成封闭的循环回路，蒸分开，并使蒸发设备形成封闭的循环回路，蒸发受热面与过热器发受热面与过热器有固定的分界点有固定的分界点。但汽包只。但汽包只适用于适用于临界压力以下临界压力以下的工作压力。的工作压力。直流锅炉直流锅炉没有汽包没有汽包，并且省煤器、蒸发受，并且省煤器、蒸发受热面、过热器之间热面、过热器之间没有固定的分界点没有固定的分界点。复合循环锅炉：复合循环锅炉：由直流锅炉和强制循环锅

21、炉综合发展起来的，由直流锅炉和强制循环锅炉综合发展起来的，也是对直流锅炉的一种改进。它是依靠锅水循环泵的压头将也是对直流锅炉的一种改进。它是依靠锅水循环泵的压头将蒸发受热面出口的部分或全部工质进行再循环的锅炉。蒸发受热面出口的部分或全部工质进行再循环的锅炉。为了保证锅炉低负荷运行时蒸发受热面的可靠冷却，同为了保证锅炉低负荷运行时蒸发受热面的可靠冷却，同时减少高负荷时给水泵的功耗，因此：时减少高负荷时给水泵的功耗，因此：低负荷时：低负荷时：循环泵起动循环泵起动，部分工质进行再循环，与给水泵送，部分工质进行再循环，与给水泵送来的给水组成复合系统保证足够的质量流量，来的给水组成复合系统保证足够的质量流量，K1高负荷时：高负荷时：循环泵停止循环泵停止，再循环系统内无工质流动，锅炉即，再循环系统内无工质流动，锅炉即直流锅炉直流锅炉K=1，可避免过高的质量流速造成给水泵功耗过大。，可避免过高的质量流速造成给水泵功耗过大。复合循环锅炉复合循环锅炉循环泵循环泵v 型布置型布置上行烟道上行烟道的炉膛，大体呈矩形立方体，的炉膛，大体呈矩形立方体，四周壁面上布置有水冷壁，接受四周高温四周壁面上布置有水冷壁，接受四周高温火焰的辐射热。炉膛出口至下行烟道之间火焰的辐射热。炉膛出口至下行烟道之间的区域为的区域为水平烟道水平烟道。水平烟道内适于布置。水平烟道内适于布置高温过热器和高温再热