锅炉原理课件：锅炉受热面布置

1、锅炉原理锅炉整体布置锅炉原理锅炉的热力系统1锅炉外形布置23基本参数选取一、锅炉的热力系统1/48锅炉的热力系统1锅炉外形布置23基本参数选取一、锅炉的热力锅炉的热力系统：各种受热面在烟气行程中所处 的位置及各受热面吸收烟气热量的比例关系。锅炉热力系统的外在表现就是锅炉的整体外形和 受热面布置，应当做到：安全可靠前提最大经济效益目标(高效，省金属)制造、安装、维修方便一般要求2/48一、锅炉的热力系统锅炉的热力系统：各种受热面在烟气行程中所处 的位置及各受热面内容1、蒸汽参数的影响2、燃料性质的影响3、容量的影响3/48一、锅炉的热力系统内容3/48一、锅炉的热力系统1、蒸汽参数对热力系统的影

2、响锅炉中单位质量工质吸收的热量：igr igs =igr i+过 热i iY+iY igs汽 化加 热4/48一、锅炉的热力系统igr ：过热蒸汽焓，kJ/kgigs ：给水焓，kJ/kgi“：饱和蒸汽焓，kJ/kgiY：饱和水焓，kJ/kgiY igs, i” iY, igr i“分别称为锅炉的加热、蒸发(汽化)、过热吸热量。锅炉蒸发吸热量通常指锅炉水冷壁吸热量，包括汽化和部分加热吸热量。1、蒸汽参数对热力系统的影响igr igs =igr 一、锅炉的热力系统锅炉蒸汽参数的发展过程：低温 低压2.5MPa高温 高压10.8MPa超高 压14.7MPa亚临 界16.8MPa超临 界25MPa超

3、超 临界31MPa随锅炉参数升高，加热、汽化和过热比例如何变化？5/48一、锅炉的热力系统锅炉蒸汽参数的发展过程：低温 低压2.5M不同参数和容量锅炉工质的吸热比例一、锅炉的热力系统随压力升高，锅炉蒸发吸热量减少，过热吸热量增加!6/48不同参数和容量锅炉工质的吸热比例一、锅炉的热力系统随压力升高一、锅炉的热力系统不同蒸汽参数(压力)下：低压小容量锅炉：蒸发吸热占比很 大，水冷壁不能满足蒸发吸热需要，还需在炉膛外布置锅炉管束。中压锅炉：蒸发吸热占比下降，水 冷壁可满足蒸发吸热需要，不需锅 炉管束。高压、超高压及亚临界压力锅炉： 蒸发吸热占比进一步下降，过热吸 热占比增加，完全采用对流过热器 布

4、置空间存在困难，故部分过热器 进入炉膛构成辐射或半辐射式过热 器。锅炉受热面布置7/48一、锅炉的热力系统不同蒸汽参数(压力)下：锅炉受热面布置7/2、燃料性质的影响燃料种类不同，锅炉热力系统不同。同种类燃料，化学成分、燃烧特性不同，对热力 系统的影响也不同。锅炉不能通用性设计，困难就在于此。例如：当燃用贫煤和无烟煤时，由于挥发分V较低， 着火、燃尽较为困难，用热风送粉，trk较高。 锅炉常采用W火焰炉型式，下炉膛有时需布置 卫燃带，省煤器与空预器有时采用交错双级布 置。8/48一、锅炉的热力系统2、燃料性质的影响8/48一、锅炉的热力系统水分增多，需综合考虑燃烧温度下降、炉内辐 射吸热是否减

5、少、对流吸热是否增加、燃尽是 否能保证等。灰分增多，需综合考虑磨损、结渣、积灰、烟 速与受热面积的关系等。硫分增多，需综合考虑腐蚀、堵灰、排烟温度 与效率等。发热量变化，需综合考虑燃烧温度变化、辐射 与对流吸热量比例变化，烟气量的变化等因素 与受热面积的关系。9/48一、锅炉的热力系统水分增多，需综合考虑燃烧温度下降、炉内辐 射吸热是否减少、对一、锅炉的热力系统3、容量的影响若炉膛简化为深:宽:高=a: b: H， 如炉膛容积V=abH按比例增加 到8倍，V1=a1b1H1=8abH，则：炉膛宽度只增加到81/3=2倍， 即b1=2b；炉膛横截面积只增加到82/3=4倍，即a1b1=4ab。炉

6、膛壁面积同样只增加到 82/3=4倍，即a1h1=4ah， b1h1=4bh。10/48一、锅炉的热力系统3、容量的影响10/48结论：锅炉炉膛体积大致与其线性尺寸的三次方成正比， 而炉膛壁面积则与其线性尺寸的平方成正比。因此， 炉膛体积的增大比壁面积增大快。这样，大容量锅 炉的炉膛壁面积比小容量锅炉相对减少。锅炉的炉内燃烧放热量与锅炉的容量D和炉膛体积 大致成比例。因此，大容量锅炉的燃烧放热能力超 过炉膛水冷壁的传热能力，而中、小锅炉则相反。因此，对于中、小锅炉，仅水冷壁就可使火焰足够 冷却。而大容量锅炉中，还需布置屏式过热器或双 面水冷壁才能保证炉膛的足够传热，使炉膛出口烟 温降低到能够防

7、止在对流受热面区域结渣的程度。11/48一、锅炉的热力系统结论：11/48一、锅炉的热力系统同理，随锅炉容量D增大，折算到锅炉单位宽度上 的蒸发量D/b迅速增大，也就意味着大容量锅炉的 宽度相对较小，对流受热面的流通面积也因此偏小， 而锅炉烟气流量Vy随容量D按比例增大。过热器、再热器、省煤器等管圈片数与锅炉宽度成 正比，对流受热面也因此难以布置而显得不足。因此，大容量锅炉工质和烟气流速过高。为此，对 流过热器和再热器需采用多重管圈结构，省煤器采 用多重管圈或双面进水。空预器则往往采用体积紧 凑的回转再生式预热器。锅炉容量一般总是与参数相联系的，大容量锅炉一 般采用高参数，中、小容量锅炉则采用

8、中低参数。12/48一、锅炉的热力系统同理，随锅炉容量D增大，折算到锅炉单位宽度上 的蒸发量D/b锅炉的热力系统1锅炉外形布置23基本参数选取二、锅炉外形布置13/48锅炉的热力系统1锅炉外形布置23基本参数选取二、锅炉外形布内容1、受热面布置的基本原则2、室燃炉的外形14/48二、锅炉外形布置内容14/48二、锅炉外形布置1、受热面布置的基本原则锅炉受热面的布置必须兼顾安全性和经济性，即 在确保安全可靠前提下，追求最大的经济性。从传热来考虑，锅炉受热面的总体布置应呈逆流， 以利于获得更大传热温差，节约金属。省煤器：沿工质流程水温最低的受热面。布置在 锅炉尾部，逆流布置，需考虑低温腐蚀可能性。

9、水冷壁：布置在高温炉膛周围，利用管壁中水或 汽水混合物温度较低、放热系数高的特点充分冷 却管壁。15/48二、锅炉外形布置1、受热面布置的基本原则15/48二、锅炉外形布置过热器与再热器：蒸汽温度高， 冷却能力相对较低，需兼顾传热 效率和防止管壁超温，总体 为 混流。空预器：布置在烟气行程最后， 需考虑空预器冷端壁温太低所 导致的低温腐蚀问题。二、锅炉外形布置亚临界锅炉受热面布置16/48过热器与再热器：蒸汽温度高， 冷却能力相对较低，需兼顾传热 锅炉外形的选择是为了满足热力系统对各种受热 面布置的要求，选择时应考虑的因素有：锅炉的参数；燃料性质；燃烧设备的型式；制造及工艺条件；锅炉房的建筑型

10、式；检修及运行操作是否方便；还要考虑到与其它设备(汽轮机)的配合等。17/48二、锅炉外形布置锅炉外形的选择是为了满足热力系统对各种受热 面布置的要求，选二、锅炉外形布置2、室燃炉的外形整体外形取决于炉膛和尾部受热面的相对位置。型(倒U型)；T型；N型；M型；塔型；半塔型；箱型；背靠背型锅炉本体布置示意图18/48二、锅炉外形布置2、室燃炉的外形型(倒U型)；锅炉本体布置型(倒U型)布置电站锅炉中应用最广泛的型式，各种容量和燃料均可 适用。优点：锅炉高度较低，安装起吊方便；受热面易于布置成工质与烟气呈相互逆流；尾部烟道烟气向下流动，有利于吹灰，即具有所谓 的自吹灰能力；锅炉烟气出口在底层，风机

11、、除尘器等设备都可布 置在地面；汽机至过热器的连接管道长度也较短。19/48二、锅炉外形布置型(倒U型)布置19/48二、锅炉外形布置缺点：占地面积大；烟道转弯容易引起飞灰对受热面的局部磨损；转弯气室部分难以利用，尾部对流受热面可能布置 不下；烟气转弯进入水平烟道后温度分布不均匀，易导致 水平烟道对流受热面的结渣和金属局部超温。20/48二、锅炉外形布置缺点：20/48二、锅炉外形布置二、锅炉外形布置1锅筒；2下降管；3分割屏 过热器；4后屏过热器；5屏式 再热器；6末级再热器；7末级 过热器；8悬挂管；9包覆管； 10过热蒸汽出口；11墙式辐射 再热器；12低温过热器；13省 煤器；14燃烧

12、器；15循环泵； 16水冷壁；17容克式空气预热 器；18磨煤机；19除渣装置； 20一次风机；21二次风机；22再热蒸汽出口；23给水进口；24再热蒸汽进口600MW形控制循环锅炉断面图21/48二、锅炉外形布置1锅筒；2下降管；3分割屏 过热器；4塔型布置塔型布置的特点是：烟气一直向上流动，炉膛可呈正 方形，四周布置膜式水冷壁直至炉膛上部。优点：烟道较短，整个锅炉体积缩小，占地面积小；煤粉管道和燃烧器布置方便；所有对流受热面都水平悬吊在炉膛上部，便于疏水。整台锅炉为悬吊结构，对流受热面管子在一侧集中 穿墙，减少密封面。烟气不改变流动方向，对流受热面冲刷均匀，磨损 减轻。烟气温度横截面分布均

13、匀。22/48二、锅炉外形布置塔型布置22/48二、锅炉外形布置缺点：锅炉高度大，构架成本高，安装和检修困难；蒸汽 及风道管路长，成本也高；炉膛上部受热面上的松散积灰将直接落入炉膛，对 炉内的燃烧进程有一定的干扰;将空气预热器和送、引风机放在锅炉顶部，加重了 锅炉构架负荷。半塔型布置结合了塔型布置和型布置的优点：烟气在通过炉膛 顶部省煤器后转弯向下，从垂直的空烟道中流动放置 在地面的空预器、除尘器和引风机。送风机也放在地 面上。23/48二、锅炉外形布置缺点：23/48二、锅炉外形布置2.4 W型布置锅炉燃用无烟煤时，由于挥发分低，着火温度高， 燃烧不易稳定，燃烧速度慢，难以着火和燃尽。为 低

14、挥发分煤稳定的着火和燃烧，需要在着火区保持 高温，加速着火，并有足够长的燃烧行程。24/48二、锅炉外形布置2.4 W型布置24/48二、锅炉外形布置锅炉的热力系统1锅炉外形布置23基本参数选取三、基本参数选取25/48锅炉的热力系统1锅炉外形布置23基本参数选取三、基本参数选内容1、排烟温度的选取2、热空气温度的选取3、炉膛热强度4、炉膛出口烟温的选取5、空气和烟气流速26/48三、基本参数选取内容26/48三、基本参数选取锅炉的基本设计参数包括炉膛热强度炉膛出口烟温排烟温度热空气温度炉膛出口的过量空气系数和各烟道受热面的漏风 系数、各受热面中烟气速度、空气速度、水速等。27/48三、基本参

15、数选取锅炉的基本设计参数包括27/48三、基本参数选取1、排烟温度的选取兼顾：经济性和安全性。锅炉排烟温度py低，排烟热损失q2少，锅炉效率高， 节约燃料，但会使尾部受热面传热温差减小，传热面 积增大，浪费金属，提高初投资，可见排烟温度选取 是一个技术经济问题。经济排烟温度：兼顾受热面钢材(钢材价格)、燃料量(燃料价格)，以及相应的各种辅机(磨煤机、送风机、 引风机)的电耗，得出综合经济效益最好的方案，这 样选定的排烟温度称为最经济排烟温度。28/48三、基本参数选取1、排烟温度的选取28/48三、基本参数选取三、基本参数选取29/48锅炉排烟温度选取除技术经济因素外，还要考虑低 温腐蚀和堵灰

16、等工作安全可靠性问题。如排烟温度 py过低，硫酸蒸汽结露，低温受热面易腐蚀及堵灰。 这就要提高受热面壁面温度，使之高于烟气中酸蒸 汽的露点。对于折算含硫量为0.65%的燃料，酸蒸汽露点可达 120150C，如仅用提高排烟温度的方法来提高壁温 则会使锅炉效率下降太多。故用暖风器等措施来提 高进风温度，而使排烟温度保持在合理经济的水平。三、基本参数选取29/48锅炉排烟温度选取除技术经济因素外，三、基本参数选取中大容积锅炉(D75t/h)的排烟温度中小容积锅炉(D75t/h)的排烟温度如果不考虑腐蚀问题，或腐蚀问题较轻，排烟温度 可选取较低的数值，甚至将烟气中的水蒸气冷凝下 来(冷凝式锅炉)，锅炉

17、热效率可大幅提高。推荐的经济排烟温度见表所示。表中值仅作为参考。 设计时要根据燃料性质、钢材和燃料的供应和价格 进行分析后选定。30/48三、基本参数选取中大容积锅炉(D75t/h)的排烟温度中小2、热空气温度的选取理论上讲，trk越高越好。但高到一定数值后，对强化燃烧没有太大的帮助， 反而要耗费过多的空气预热器受热面，并增加尾 部受热面布置的困难对室燃炉，只要能满足稳定燃烧和制粉系统干燥 的需要，不必太高。对于层燃炉，若trk太高，易烧坏炉排。31/48三、基本参数选取2、热空气温度的选取31/48三、基本参数选取三、基本参数选取热风温度推荐值32/48三、基本参数选取热风温度推荐值32/4

18、8三、基本参数选取33/483、炉膛放热强度炉膛的主要热力特性是单位时间内输入的平均热量， 也称炉膛热功率、炉膛热负荷、炉膛放热强度。锅炉设计、运行中必须注意的炉膛热负荷有：炉膛容积热负荷炉膛截面热负荷燃烧器区壁面热负荷燃尽区容积热负荷三、基本参数选取33/483、炉膛放热强度三、基本参数选取炉膛容积热负荷单位时间送入炉膛单位容积中的平均热量(以收到基 低位发热量计算)称为炉膛容积热负荷，以qv表示：vBCalQnet,arq=VfBcal：计算燃料消耗量，kg/s;Qnet,ar：燃料收到基低位发热量，kJ/kg；Vf：炉膛容积，m3。34/48三、基本参数选取炉膛容积热负荷vBCalQne

19、t,arVfB三、基本参数选取35/48炉膛容积热负荷qv基本反映了炉内流场和温度条 件下燃料及燃烧产物在炉膛内停留的时间：qv愈大，炉膛容积Vf愈小，锅炉愈紧凑，燃料 在炉内停留时间愈短。但qv过大，不利于燃料 充分燃尽，同时炉膛水冷壁面积过小，会使炉 内温度水平和炉膛出口烟温升高，从而导致炉 内和炉膛出口后的对流受热面结渣。qv愈小，炉膛容积Vf愈大，燃料在炉内的停留 时间愈长，对燃料燃尽愈有利，燃煤锅炉炉壁 结渣的可能性也愈小。但qv过小，则炉膛容积 Vf过大，炉内温度水平降低，燃尽困难，甚至 着火也困难。三、基本参数选取35/48炉膛容积热负荷qv基本反映了炉内流三、基本参数选取36/

20、48因此，炉膛容积热负荷qv的大小应合适。设计锅炉时， qv的选取除与锅炉容量有关外，还与燃烧方式、燃料 特性有关。对于采用固态排渣、切向燃烧、配300600MW机组 的煤粉锅炉：燃用煤种挥发分含量Vdaf 25%时，qv的上限值可 取85115 kW/m3 ;燃用煤种挥发分含量Vdaf 25%时，qa可取 4.05.1MW/m2 ;燃用煤种挥发分含量Vdaf 25%时，qa可取 4.25.2MW/m2 。三、基本参数选取39/48因此qa的大小也必须合适。设计锅炉三、基本参数选取燃烧器区域壁面热负荷按燃烧器区域炉膛单位炉壁面积来计算，单位时间送 入炉膛的平均热量称为燃烧器区域壁面热负荷，以q

21、B 表示：BBCalQnet,arq=ABAB：燃烧器区域炉壁面积，m2 。大容量锅炉为了降低NOx的排放量，趋向于采用单个、 多层热功率较小的燃烧器，且每层燃烧器在高度方向 的间距加大，以降低燃烧器区域的温度水平。这样， 采用qa来判断煤粉着火的稳定性和结渣的可能性已不 够严格，这时可采用qB作为补充指标。40/48三、基本参数选取燃烧器区域壁面热负荷BBCalQnet,ar三、基本参数选取41/48燃烧器区域壁面热负荷qB可以在一定程度上反映炉内 燃烧中心区的火焰温度水平。qB愈小，该区的温度愈 低，有利于减轻该区壁面结渣倾向。qB与qa一样，反映了燃烧器区域的温度水平。但qB还 能反映火

22、焰的分散或集中情况。 qB愈大，说明火焰 愈集中，燃烧器区域的温度水平就愈高，这对燃料的 稳定着火有利，却易造成燃烧器的壁面结渣。褐煤：0.931.16MW/m2；无烟煤和贫煤：1.42.1 MW/m2；烟煤：1.281.40 MW/m2；对于采用固态排渣、切向燃烧、配300600MW机 组的煤粉锅炉， qB的上限值可取1.22.0 MW/m2。三、基本参数选取41/48燃烧器区域壁面热负荷qB可以在一定三、基本参数选取燃尽区容积热负荷锅炉输入热功率与燃尽区炉膛容积的比值：mBCalQnet,arq=VmVm：炉膛燃尽区容积，m3 。qm的数值基本反映了最上层喷口喷出的煤粉在炉内最 短可能停留

23、时间。qm愈小，停留时间愈长，该层煤粉 射流的燃尽愈可得到保证，也有利于降低屏区入口局 部烟温，避免结渣沾污倾向。对于采用固态排渣、切向燃烧、配300600 MW机组 的煤粉锅炉，qm的上限值可取200260 kW/m3。42/48三、基本参数选取燃尽区容积热负荷mBCalQnet,arVm4、炉膛出口烟温的选取保证辐射和对流受热面可靠(安全性)燃用固体燃料时，以受热面不结渣为限，炉膛出口 烟温应小于DT值。对于短渣煤种，炉膛出口烟温应不超过ST-100C。炉膛出口布置有半辐射屏式受热面时，屏后烟气温 度应不超过DT-50C或ST-100C，而屏前烟温在燃用 不结渣煤时应低于1250C，燃用强

24、结渣煤和页岩煤 时应低于1100C。燃用液体和气体燃料时，无结渣问题，但炉膛出口 烟温也不宜过低，否则炉内平均温度水平降低，影 响着火的稳定和燃尽。43/48三、基本参数选取4、炉膛出口烟温的选取43/48三、基本参数选取技术经济性的要求(经济性)高烟温区域：辐射传热效果优于对流传热，采用辐 射方式可节省受热面积。低烟温区域：布置对流受热面更为合算。如果提高炉膛出口烟温值，辐射受热面吸热量减小， 金属消耗量降低；但对流受热面吸热量增加，受热 面面积和金属消耗量会相应提高。如果降低炉膛出口烟温值，辐射受热面吸热量和金 属消耗量增加；对流受热面吸热量减少，可以节省 一些受热面积，但传热温差减小，对流传热效果变 差，对降低对流受热面的投资反而不利。44/48三、基本参