电站锅炉系统结构培训教程

METEC2x220t/h+1x137.5MW

锅炉系统结构简介2/2/20231锅炉的组成

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。2/2/20232锅炉系统简单示意图2/2/20233典型电站锅炉剖面图2/2/20234安装完成的锅炉岛

2/2/20235“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。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。主要由受热面组成。2/2/20236锅内设备汽包：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2/2/20237“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。2/2/20238炉内设备炉膛：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。2/2/20239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、烟囱等上料设备：破碎机、双螺旋给料机、卸料机、轮式叠臂抓斗起重机、装载机等除尘设备：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2/2/202310一、电站锅炉受热面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①预热：省煤器②蒸发：水冷壁③过热：过热器④再热：再热器2/2/202311受热面的整体布置型式(a)Π型；(b)Γ型；(c)T型；(d)塔型；(e)半塔型；(f)箱型2/2/202312（1）膜式水冷壁锅炉炉墙四周，辐射换热蒸发受热面。水冷壁的作用：①强化传热，节省金属消耗量；②形成炉墙，起保护炉墙作用；③能有效地防止炉壁结渣。受热面联箱：为分配流体的装置。2/2/2023132/2/202314成品水冷壁膜式水冷壁销钉焊膜式水冷壁给料口

水冷壁折烟角

水冷壁集箱2/2/202315运行后磨损的水冷壁2/2/202316（2）过热器受热面和再热器受热面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（一般布置在尾部烟道）；半辐射式过热器（即屏式过热器）；辐射式过热器。

2/2/202317对流过热器：屏式过热器2/2/202318③辐射式过热器2/2/202319过热器立体图2/2/202320成品过热器对流过热器屏式过热器2/2/202321④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。2/2/202322锅炉过热器布置型式2/2/202323辐射过热器辐射过热器结构：

与水冷壁相同；辐射过热器为低温受热面，较低温度蒸汽流过，改善管子工作条件。2/2/202324（3）省煤器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2/2/202325省煤器分类螺旋鳍片管式光管式大型电站锅炉铸铁式(压力<4MPa)铸铁式用在小容量锅炉2/2/202326铸铁式：体积、重量大，价格贵，法兰多，易泄露；2/2/202327光管式省煤器成品钢管式省煤器材质：锅炉无缝钢管。优点：体积小，重量轻，价格低廉。2/2/202328鳍片管省煤器和膜式省煤器示意图

（a）

鳍片管省煤器；(b)膜式省煤器

2/2/202329安装与运行后的省煤器安装中的省煤器运行后的省煤器2/2/202330（4）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：分为管式空气预热器和回转式空气预热器

2/2/202331管式空气预热器管式空气预热器2/2/202332回转式空气预热器1－转子；2－轴；3－齿条；4－齿轮；5－烟气入口；6－烟气出口；7－空气人口；8－空气出口；9－隔板；10－过渡区；11－密封图回转式空气预热器容克式）2/2/202333回转式空气预热器2/2/202334二、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2/2/202335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2/2/2023362/2/202337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2/2/202338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。2/2/202339汽水系统部件(1）汽包2/2/202340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。2/2/202341（2）集中下降管2/2/202342（3）联箱2/2/2023433.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

2/2/202344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。2/2/202345三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：上料系统（含破碎，储存、输送等）；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。

2/2/2023461.上料系统生物质锅炉上料系统的要求燃料本身的特殊性对生物质锅炉给料机的性能提出了特殊的要求可以很方便地用管道进行输送需要适应生物质燃料的各种特性，在各种情况下具有足够的输送能力需要有很高的可靠性，以及灵活响应锅炉负荷变化需求的能力确保一般设备故障条件下设备的可用性燃料特性与设计要求存在一定程度差异情况下尽可能满足锅炉运行其它2/2/202347燃料处理入炉的技术模式成捆上料，燃料包直接入炉模式成捆上料，炉前破碎后入炉的模式完成破碎预处理后的燃料经过料仓入炉的模式2/2/202348模式A2/2/202349模式A的特点丹麦的小型秸秆直燃发电项目采用，国内国电东海生物质电厂采用，但是在原理上适合热功率较小的应用场合适合于100%软质秸杆为燃料的场合，限制了采用多种燃料的可能性炉前防火道内排列的多个大草捆（单个500kg）提供一定的入炉燃料缓存量无需破碎，避免了破碎设备投资和运行电耗对于燃料包的品质要求很高，主要体现在对于包捆密度和几何尺寸有严格的要求2/2/202350模式B2/2/202351模式B的特点丹麦较多秸秆直燃发电项目采用，中国国内未见适合与以软秸杆为主要燃料，可以掺烧部分硬质生物质较大的草捆（500kg）提供一定的入炉燃料缓存炉前在线破碎对于设备技术要求很高，目前国内尚无经验，费用也高对于燃料包的品质要求较高，特别是捆扎形式和杂质含量等需满足一定要求2/2/202352模式C多种燃料分散破碎散料转运配备料仓构成类似传统的燃煤电厂模式，国外生物质电厂（非秸秆燃料）和中国大多数生物质直燃电厂采用该模式。2/2/202353C模式即完成破碎预处理的燃料经过料仓入炉的模式，是目前中国国内大多数生物质直燃锅炉采用的模式。也是应用最成熟的一种模式。我们推荐METEC用此种上料模式。2/2/202354给料系统典型设计室内料棚去铁器破碎机炉前仓锅炉料坑34A转运层皮带上料皮带仓底输送机组2/2/202355系统特点上料环节比较少，可靠、成本低除料仓外，各环节运行正常，对燃料品种变化适应性好对燃料品质适应性强（高水分、含石块、尘土和其他杂质等）运行模式灵活，对于打包或者不打包，已破碎或者未破碎的入场燃料都可以处置2/2/202356容易出现的问题

燃料破碎效果差，特别是秸杆类原料，给后续工序增加压力料仓物料搭桥，物料传递至输送机产生困难物料缠绕，输送机无法正常工作。物料的挤压纠结2/2/202357料仓内搭桥是由于生物质燃料流动性差引起的物料缠绕也是生物质燃料的主要特性特别是软草秸秆物料的挤压纠结使搭桥缠绕问题激化搭桥与缠绕程度与物料的类别及水分、几何长度有关原因分析2/2/202358技术措施料仓与底部输送机间设置播料机构，从而使料仓分为上下两部分，播料机构承担料仓内物料重力并负责将物料拨至输送机，输送机负责将物料水平送出，输送机上仅仅承担了入炉燃料重力设计合理的料仓（仓料直接压在输送机上不可靠）上部料仓采用梯形结构2/2/2023592.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2/2/202360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2/2/202361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。2/2/202362锅炉引风机2/2/202363四．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：现在应用的布袋除尘器、静电除尘器、电袋除尘器等。经综合经济分析考虑，推荐给METEC生物质电厂为静电除尘器。2/2/202364图管式电除尘器工作原理示意图1-收尘极；2-电晕极；3-绝缘子；4-高压直流电源；5-接地线；6-灰斗；7-含尘气体进口；8-净烟气出口电除尘器是利用高电压产生的强场强使气体局部电离，并利用电场力实现粒子（固体或液体）与气流的分离。（如右图）静电除尘器工作原理除尘器过程可以分为：1气体电离和电晕放电

2粉尘荷电3粉尘运动及捕集4清灰2/2/202365除尘系统设备图布袋除尘

电除尘

2/2/202366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三是空气氮与燃料中的碳、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。2/2/202367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。2/2/202368五．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。2/2/202369①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。

2/2/202370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。

2/2/202371②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）》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。2/2/202372③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。

2/2/202373④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。

2/2/202374六、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2/2/202375云母水位计1－云母水位计；2－汽阀；3－水阀；4－放水阀2/2/202376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R22/2/2023774．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。2/2/202378七炉墙、钢架、吹灰器

炉墙是构成锅炉燃烧室和烟道的外壁，阻止热量向外散失，起着保温和密封的作用，并使烟气按指定的方向流动。炉墙须满足如下要求：应有良好的绝热性、耐热性、严密性、抗蚀性和防振性，并有足够的机械强度和承受温度急剧变化的能力，还应有重量轻、便于施工和价格低的特点。砌筑炉墙常用材料有以下几种。炉墙2/2/202379

耐火黏土砖又名耐火砖，是由耐火黏土（即焙烧过的黏土）和用作黏合剂的生黏土混合后，经高温烧制而成。按化学成分不同可分为酸性砖和碱性砖。因为灰渣呈碱性，锅炉炉墙通常用碱性砖，以防其腐蚀。按耐火温度不同可分为甲、乙、丙三级，各级耐火能力分别为1730℃、1675℃、1580℃。耐火砖的密度为1.8～2.2t/m3。

耐火黏土砖的特点是：耐热性好，机械强度大，价格低，因此应用广泛。它一般用于炉膛内衬墙和烟温高于600℃的烟道中。耐火粘土砖2/2/202380由硅藻土掺入锯末或泥煤经过熔烧而成。硅藻土砖的特点是：密度小（为0.5～0.6t/m3），导热能力小和具有一定的耐热性，但是其机械强度小，抗腐蚀性差。所以放在耐火砖外侧，起保温作用。炉墙、钢架、吹灰器硅藻土砖2/2/202381

普通红砖是用普通黏土和少量砂子焙烧而成，密度为1.7～1.8t/m3。主要用于锅炉燃烧室的炉墙外层或低温烟道上，其耐温能力不超过600℃。炉墙、钢架、吹灰器普通红砖2/2/202382

在砌筑炉墙时，还要用到耐火土、铬铁矿砂等调制成的各种耐火涂料以及珍珠岩等保温材料。炉墙按构造不同分为重型炉墙、轻型炉墙、敷管炉墙三种。（1）重型炉墙炉墙直接砌筑在锅炉基础上，全部重量由基础承担。炉墙高度一般不宜超过12m，适用于蒸发量小于35%的锅炉。炉墙、钢架、吹灰器其它材料2/2/202383（2）轻型炉墙轻型炉墙又叫钢架承托