电站锅炉原理课件

第1章绪论1.1锅炉的构成及工作过程电站锅炉是一种为汽轮发电机组提供合格蒸汽的设备，它通过煤、油或天然气等燃料的燃烧释放出化学能，并通过传热过程将能量传递给水，产生规定参数(温度、压力)和品质的蒸汽，再通过汽轮发电机组转换为电能。锅炉是火力发电厂的主要设备之一。1.1.1锅炉的构成锅炉由锅炉本体和辅助设备组成，是进行燃料燃烧、烟气向工质传热、工质受热汽化三种过程的综合装置。锅炉本体是锅炉的主要组成部分，由燃烧系统和汽水系统两大部分组成。锅炉的辅助设备主要包括燃料供应设备(系统)、制粉设备、通风设备、水处理及给水设备、除尘除灰设备、脱硫设备、仪表及自动控制设备等。1.1.2锅炉的工作过程图1.1电站锅炉设备及工作过程示意图1—原煤斗；2—给煤机；3—磨煤机；4—排粉风机；5—燃烧器；6—排渣装置；7—下联箱；8—炉膛；9—水冷壁；10—屏式过热器；11—高温过热器；12—下降管；13—汽包；14—过热器出口联箱；15—再热器出口联箱；16—再热器；17—低温过热器；18—再热器进口联箱；19—省煤器出口联箱；20—省煤器；21—省煤器进口联箱；22—送风机；23—空气预热器；24—电除尘器；25—引风机；26—脱硫装置；27—烟囱1.2锅炉的容量、参数与分类1.2.1锅炉容量1.2.2锅炉的蒸汽参数1.2.3给水温度1.2.4锅炉的分类按用途可以分为工业锅炉、船舶锅炉和电站锅炉。按蒸汽压力可以分为低压锅炉(出口蒸汽表压≤2.45MPa)，中压锅炉(表压2.94~4.90MPa)，高压锅炉(表压7.84~10.8MPa)，超高压锅炉(表压11.8~14.7MPa)，亚临界压力锅炉(表压15.7~19.6MPa)，超临界压力锅炉(表压高于24.0～28.0MPa)，超超临界机

组(表压达到28.0MPa以上或主蒸汽温度和再热蒸汽温度为593℃及以上)。按燃料种类可以分为燃煤锅炉、燃油锅炉和燃气锅炉等。按燃烧方式可以分为火床炉、室燃炉、旋风炉、流化床炉等。目前，电站锅炉以燃烧煤粉为主，称为室燃炉。按工质在蒸发受热面中的流动方式可以分为自然循环锅炉和强制流动锅炉两个大类。强制流动锅炉可以进一步分为控制循环锅炉和直流锅炉。1.3锅炉的基本型式1.3.1自然循环锅炉图1.22209t/h亚临界压力自然循环锅炉1—汽包；2—低温过热器进口；3—省煤器；4—低温过热器；5—再热器；6—高温过热器；7—屏式过热器；8—再热器出口；9—过热器出口1.3.2直流锅炉图1.3DG1900/25.4—Ⅱ2型锅炉1—屏式过热器；2—高温过热器；3—高温再热器；4—低温再热器；5—燃烧器；6—空气预热器；7—省煤器灰斗；8—省煤器；9—低温过热器；10—再热减温器；11—过热器二级减温器；12—汽水分离器；13—储水罐1.4锅炉的技术经济及环保指标1.4.1锅炉的技术经济指标锅炉的技术经济指标是指：热效率、成本及工作的可靠程度。锅炉效率是指锅炉有效利用的热Q1与燃料输入热量Qr的百分比。1.4.2锅炉的环保指标1.5大容量电站锅炉的发展趋势第2章锅炉燃料及特性2.1锅炉燃料锅炉中所用的燃料有三种：①固体燃料——主要是煤，其次有油页岩及生物质(秸秆、木材加工边角余料等)。②液体燃料——主要有重油、各种渣油及炼焦油等。③气体燃料——天然气、煤层气、高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气及发生炉煤气等。2.2煤的化学组成与分析2.2.1煤的元素分析成分煤的元素分析成分是指煤中碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)五种元素的总称。1)碳(C)2)氢(H)3)氧(O)4)氮(N)5)硫(S)2.2.2煤的工业分析2.2.3煤的成分基准及换算(1)收到基(2)空气干燥基(3)干燥基(4)干燥无灰基2.3煤的发热量燃料发热量指的是单位质量或体积的燃料完全燃烧时所放出的热量，单位为kJ/kg(固体或液体燃料)或kJ/Nm3(气体燃料)。2.3.1煤的发热量定义根据不同的应用，煤的发热量有以下三种定义：①弹筒发热量Qb——是指在实验室中用氧弹式量热计测定的实测值，由于煤中的S、N在氧弹内燃烧会生成SO2与NOx，溶于事先置于氧弹内的水中而生成硫酸与硝酸，并放出热量，因而弹筒发热量要比在锅炉实际燃烧中煤释放出的热量要高。②高位发热量Qgr——单位质量的煤完全燃烧时放出的全部热量，包含烟气中水蒸气凝结时放出的热量。③低位发热量Qnet——单位质量的煤完全燃烧时放出的全部热量中扣除水蒸气的汽化潜热后所得的发热量。2.3.2发热量的测定图2.1氧弹式量热计(a)1—氧弹；2—Beckman温度计；3—内筒；4—挡板；5—恒温水夹套；6—水夹套温度计；7—电动机；8—搅拌器(b)1—厚壁圆筒；2—弹盖；3—螺帽；4—氧气进气孔；5—排气孔；6—电极；7—燃烧皿；8—电极；9—火焰挡板2.3.3发热量的换算2.4煤的灰渣特性2.4.1煤灰的熔融特性1)煤灰的熔融性(1)灰的制备(2)灰锥的制做(3)在弱还原性气氛中测定根据灰熔融性温度的高低，通常把煤灰分成易熔、中等熔融、难熔和不熔四种，其熔融温度范围大致为：易熔灰ST值在1160℃以下；中等熔融灰ST值在1160～1350℃；难熔灰ST值在1350～1500℃；不熔灰ST值则高于1500℃。2)煤灰成分对熔融性的影响3)灰渣熔融性对锅炉工作的影响2.4.2煤的结渣与沾污特性1)煤的结渣特性(1)结渣率(2)碱酸比B/A(3)硅铝比(4)煤灰的结渣特性指数Rz2)煤的沾污特性2.5煤的分类和燃烧特性2.5.1煤的分类2.5.2动力配煤2.5.3煤的燃烧特性1)碳氢比C/H图2.2动力配煤的工艺简图2)燃料比FC/Vdaf3)反应指数T154)煤的燃烧特性曲线5)煤的着火稳定性指数Rw图2.3某烟煤煤样燃烧特性曲线6)煤的燃尽特性指数RJ图2.4某烟煤煤焦燃尽曲线2.6液体燃料电站锅炉常用的液体燃料主要是重油、渣油和柴油。2.6.1重油重油的特点是：(1)密度和黏度较大，密度大，脱水较困难；而黏度大则流动性较差，为了保证重油的顺利输送和良好雾化，应将重油加热到较高的温度。(2)燃点和闪点较高而不易挥发。因此，相对轻柴油说，火灾的危险性较小。2.6.2渣油渣油是石油提炼过程中形成的塔底残油，是国产标准重油规格以外的重油。2.6.3柴油柴油主要用于电站锅炉启动及低负荷稳燃。从广义上说，密度较小的燃料油称为柴油，又称轻柴油，柴油的特点是：(1)黏度小，流动性好。因此，在运输和雾化过程中，一般不需要加热。当采用柴油作为锅炉燃料时，可用直接点火的方式启动锅炉。(2)含硫量较小，对环境的污染也小。(3)柴油相对重油和渣油而言，容易挥发，火灾的危险性较大。2.6.4电站锅炉用液体燃料的特性指标1)黏度2)闪点及燃点3)凝固点4)硫分和杂质2.7气体燃料2.7.1天然气体燃料天然气体燃料分纯气田煤气、油田伴生气和煤层气三种。2.7.2人工气体燃料电站锅炉所用的气体燃料主要是人工气体燃料，有高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气等。第3章燃料燃烧计算与锅炉热平衡3.1空气量及烟气量的计算3.1.1理论空气量3.1.2过量空气系数3.1.3理论烟气量1)二氧化碳和二氧化硫的体积2)理论氮气的体积3)理论水蒸气体积(1)燃料中的水分受热汽化生成的水蒸气：(2)燃料中的氢完全燃烧生成的水蒸气：(3)理论空气带入的水蒸气体积：(4)燃油锅炉的蒸气雾化设备等带入的其他水蒸气体积：4)理论烟气量5)理论干烟气量3.1.4实际烟气量1)实际烟气量2)实际干烟气量3.1.5不完全燃烧时的燃烧产物3.1.6烟气成分分压力和飞灰浓度3.2空气焓和烟气焓的计算3.2.1空气焓3.2.2烟气焓1)烟气焓计算2)锅炉运行时烟气焓计算3.3烟气成分分析与计算3.3.1烟气分析方法1)化学吸收法2)色谱分析法3)红外吸收法4)电化学传感器法图3.1色谱分析法流程示意图3.3.2烟气中CO和RO2含量的计算1)CO的计算2)RO2和RO2max的计算3.3.3过量空气系数的计算3.3.4锅炉漏风系数3.4锅炉热平衡与热损失3.4.1热平衡方程式3.4.2锅炉输入热量1)燃料物理显热ir2)外来热源加热空气时带入的热量Qwr3)雾化燃油所用蒸气带入的热量Qzq3.4.3锅炉有效利用热3.4.4固体不完全燃烧热损失3.4.5可燃气体不完全燃烧热损失3.4.6排烟热损失3.4.7散热损失3.4.8其他热损失图3.2锅炉散热损失q51—锅炉整体(连同尾部受热面)；2—锅炉本身(无尾部受热面)；3—我国电站锅炉性能验收规程中的曲线(连同尾部受热面)3.5锅炉热效率与热平衡试验3.5.1锅炉热效率3.5.2锅炉的热平衡试验1)锅炉热平衡系统界限及热量平衡2)锅炉热平衡试验要点(1)试验大纲(2)试验条件和试验准备(3)机组稳定时间(4)试验工况的维持图3.3锅炉机组系统界限图3.4锅炉热平衡(5)试验记录(6)工况试验的舍弃(7)热效率试验次数(8)测量仪表第4章燃烧理论基础燃烧是指燃料与氧化剂进行的发热与发光的高速化学反应。4.1燃烧化学反应速度与基本定律4.1.1燃烧化学反应速度4.1.2燃烧化学反应基本定律、催化反应与链锁反应1)质量作用定律2)阿累尼乌斯定律3)盖斯定律4)活化能5)催化作用图4.1活化能与活化状态6)链锁反应4.1.3燃烧化学反应的主要影响因素1)温度对反应速率的影响2)压力对反应速率的影响3)反应物性质对反应速率的影响4)反应物混合比对反应速率的影响图4.2混合比对反应速率的影响1—纯混合气；2—含惰性组分的混合气4.2着火与燃烧机理4.2.1着火的两种方式——自燃与点燃4.2.2着火的机理4.3煤和焦炭燃烧4.3.1碳燃烧机理图4.3碳表面上的气化和燃烧过程4.3.2碳的燃烧反应阶段4.3.3煤粒的燃烧的四个阶段与特点4.3.4煤的多相燃烧反应区域划分1)动力燃烧区域2)扩散燃烧区域3)过渡燃烧区域图4.4多相燃烧过程各燃烧区域的氧浓度变化1—动力燃烧区域；2，3—过渡燃烧区域；4—扩散燃烧区域图4.5碳粒表面的燃烧速度4.4煤粉气流的完全燃烧4.4.1煤粉的着火4.4.2煤粉射流燃烧过程及完全燃烧的条件1)供应合适与充足的空气量2)适当高的炉温3)空气和煤粉的良好扰动和混合4)保证煤粉在炉内足够的停留时间第5章煤粉制备及制粉系统5.1煤粉基本特性5.1.1煤粉的一般特性1)煤粉的一般物理特性2)煤粉具有良好的流动性3)煤粉具有吸湿性4)煤粉具有磨蚀性5)煤粉的堆积特性5.1.2煤粉的自燃、爆炸及防止5.1.3煤粉的细度1)煤粉细度2)煤粉的经济细度5.1.4煤粉的均匀性指标5.2煤的可磨性和磨损指数5.2.1煤的可磨性系数5.2.2煤的磨损指数5.3磨煤机5.3.1钢球磨煤机1)概述(1)基本工作原理(2)影响钢球磨煤机工作的主要因素①筒体的转速n②钢球充满系数ψ③钢球直径④通风量⑤筒内载煤量(3)钢球磨煤机的主要优缺点①适合磨制Ｖdaf较低的煤和冲刷磨损指数大的“硬”煤②能磨制冲刷磨损指数Ke＞3.5的煤③能磨制高水分煤④对煤中杂质(石块、木块和铁块)不敏感⑤钢球磨煤机结构简单，故障少，运行比较安全可靠，检修周期长，对运行和维修的技术水平要求较其他磨煤机低。可不停机添加钢球，连续运行时间较长。2)单进单出筒式钢球磨煤机3)双进双出筒式钢球磨煤机(1)双进双出钢球磨煤机概述①概述图5.1双进双出钢球磨煤机三维示意图②双进双出球磨机风粉流程图5.2BBD4360型双进双出钢球磨煤机风粉流程图(2)双进双出球磨机与一般球磨机的主要区别(3)双进双出球磨机的优点5.3.2中速磨煤机1)中速磨煤机概述2)常用中速磨煤机的比较3)中速磨煤机的主要优缺点4)中速磨煤机对煤种的适应性5.3.3风扇式磨煤机图5.3RP型中速磨煤机图5.4MPS中速磨1—弹簧压紧环；2—弹簧；3—压环；4—滚子；5—压块；6—辊子；7—磨环；8—磨盘；9—喷嘴环；10—拉紧钢丝绳图5.5中速球磨1—导块；2—压紧环；3—上磨环；4—钢球；5—下磨环;6—轭架；7—石子煤箱；8—活门；9—压紧弹簧；10—热风进口；11—煤粉出口；12—原煤进口图5.6风扇式磨煤机简图5.4给煤机和给粉机5.4.1给煤机1)电子称重式给煤机的结构图5.7EG2490型电子称重给煤机外形示意图1—给煤皮带电动机；2—原煤斗出口落煤挡板；3—落煤管；4—给煤机进口端手动进煤挡板；5—给煤机本体；6—给煤机出口料斗；7—给煤机出口电动落煤挡板；8—落煤管；9—清扫刮板链电动机；10—就地电控箱图5.8EG2490型电子称重式给煤机结构示意图1—进料口；2—机内照明灯；3—张紧滚筒；4—进料端门；5—皮带张紧螺杆；6—张紧滚筒座滑轨；7—密封风进口；8—刮板链张紧螺丝；9—张紧链轮；10—清洁刮板链；11—给料皮带；12—张力滚筒；13—称重重量校块；14—驱动链轮；15—堵煤信号挡板；16—出料口；17—驱动滚筒；18—排出端门；19—皮带清洁刮板；20—断煤信号挡板；21—称重托辊；22—负荷传感器；23—支承跨托辊2)给煤过程与称重原理图5.9给煤机称重方框图5.4.2给粉机图5.10螺旋给粉机1—电动机；2—螺旋杆；3—出口；4—闸门；5—煤粉仓图5.11等直径螺杆工作状况图5.12叶轮式给粉机1—外壳；2、3—叶轮；4—固定盘；5—轴；6—减速齿轮5.5煤粉分离器5.5.1分离器的工作原理1)重力分离2)惯性分离3)离心分离图5.13重力分离竖井图5.14惯性分离器图5.15离心分离器(a)原用型；(b)改进Ⅰ型；(c)改进Ⅱ型1—分离器入口管；2—一次分离粗粉；3—内锥体；4—可调节的切向挡板；5—合格煤粉出口；6—二次分离粗粉；7—不合格粗粉回粉管图5.16电动回转分离器5.5.2煤粉分离器的工作指标1)分离器效率2)循环倍率3)煤粉细度调节系数4)煤粉均匀性的改善程度5)分离器的阻力5.6制粉系统5.6.1概述5.6.2单进单出钢球磨煤机中间储仓式制粉系统5.6.3双进双出钢球磨煤机正压直吹式制粉系统1)系统流程2)双进双出钢球磨煤机正压直吹式制粉系统的优点①煤种适应性广。②备用容量小。图5.17单进单出钢球磨煤机中间储仓式制粉系统(a)乏气送粉；(b)热风送粉1—热风管；2—磨煤机；3—冷风入口；4—给煤机；5—原煤仓；6—闸板；7—锁气器；8—燃烧器；9—锅炉；10—送风机；11—空气预热器；12—压力冷风管；13—再循环器；14—二次风管；15—防爆门；16—下行干燥管；17—热一次风机；18—三次风；19—回粉管；20—排粉机；21—粗粉分离器；22—一次风箱；23—给粉机；24—混合器；25—排湿管；26—煤粉分离器；27—转换挡板；28—螺旋输粉机；29—煤粉仓

图5.18双进双出钢球磨煤机正压直吹式制粉系统1—给煤机；2—混料箱；3—双进双出钢球磨煤机；4—粗粉分离器；5—风量测量装置；6—一次风机；7—二次风机；8—空气预热器；9—密封风机③在较宽的负荷范围内有快速反应的能力。④负荷调节范围大。⑤煤粉细度稳定，不受负荷变化的影响。⑥一次风的煤粉浓度高，有利于低挥发分煤的燃烧。5.6.4中速磨煤机直吹式制粉系统1)中速磨煤机直吹式制粉系统的型式2)中速磨煤机直吹式制粉系统存在的主要问题图5.19中速磨煤机直吹式制粉系统(a)负压系统；(b)正压系统1—原煤仓；2—自动磅秤；3—给煤机；4—磨煤机；5—煤粉分离器；6—一次风风箱；7—煤粉管道；8—燃烧器；9—锅炉；10—送风机；11—热一次风；12—空气预热器；13—热风管道；14—冷风管道；15—排粉风机；16—二次风风箱；17—冷风门；18—密封风门；19—密封风机图5.20中速磨煤机正压冷一次风机直吹式制粉系统5.6.5中速磨煤机储仓式制粉系统5.6.6风扇磨直吹式制粉系统图5.21中速磨煤机仓储式制粉系统1—给煤机；2—磨煤机；3—细粉分离器；4—煤粉仓；5—排粉风机；6—燃烧器；7—锅炉；8—空气预热器；9—送风机；10—给粉机图5.22风扇式磨煤机直吹式制粉系统(a)单介质干燥；(b)二介质干燥1—原煤仓；2—自动磅秤；3—给煤机；4—下行干燥管；5—磨煤机；6—煤粉分离器；7—燃烧器；8—二次风箱；9—空气预热器；10—送风机；11—锅炉；12—抽烟口图5.23风扇磨三介质干燥直吹式制粉系统1—给煤机；2—下降干燥管；3—风扇磨煤筒；4—粗粉分离器；5—煤粉分配器；6—燃烧器；7—高温炉烟抽烟口；8—混合室；9—空气预热器；10—送风机；11—除尘器；12—引风机；13—冷烟风机；14—二次风箱；15—烟囱；16—锅炉第6章锅炉燃烧设备及燃烧技术6.1煤粉炉燃烧设备6.1.1炉膛1)炉膛容积热负荷2)炉膛截面热负荷3)燃烧器区域壁面热负荷4)炉膛辐射受热面热负荷6.1.2燃烧器6.1.3点火装置1)电火花点火装置2)电弧点火装置图6.1电弧点火装置1—炭块；2—炭棒；3—电弧点火器；4—套管；5—引弧汽缸；6—点火轻油枪；7—套管；8—油枪推进汽缸3)高能点火装置图6.2半导体高能点火组装图4)等离子点火(1)等离子点火工作原理(2)等离子点火系统图6.3等离子发生器工作原理6.2燃烧器出口风粉射流特性6.2.1旋流射流的流动结构及特点①开放气流②全扩散气流图6.4旋转射流的气流型式(a)弱旋转气流(封闭气流);(b)开放气流;(c)全扩散气流6.2.2直流射流结构及基本特性图6.5等温自由射流的结构特性及速度分布1—喷口；2—射流等速核心区；3—射流边界层；4—射流的外边界；5—射流内边界；6—射流源点；7—扩展角；8—速度分布图6.6切圆燃烧方式直流燃烧器布置方式6.3直流燃烧器与旋流燃烧器6.3.1直流燃烧器1)四角布置的切圆燃烧方式2)四角切圆燃烧主要特点3)切圆燃烧炉内气流偏斜原因4)减少切圆燃烧炉内气流偏斜的措施(1)合理的假想切圆直径(2)合理的一、二次风动量比(3)射流对相邻两侧炉墙的夹角α1和α2图6.7切圆燃烧方式炉内气流的偏斜(4)合理的燃烧器高宽比结构特性(5)合理的燃烧器面积与一、二次风喷口间的相对间距5)直流燃烧器类型(1)WR型浓淡偏差燃烧器图6.8WR型燃烧器1—摆动式喷嘴；2—楔形钝体；3—浓淡分隔板；4—煤粉管弯头(2)PM燃烧器6)切圆燃烧方式直流 燃烧器的布置图6.9PM型燃烧器的分配器图6.10直流燃烧器分级布风方式图6.11直流燃烧器均等布风方式图6.12某2100t/h亚临界锅炉直流燃烧器喷口布置图6.13一次风喷口中布置的二次风(a)周界风；(b)夹心风；(c)十字风6.3.2旋流燃烧器1)旋流燃烧器类型(1)石川岛播磨IHI-FW-DF旋流燃烧器图6.14IHI-FW-DF型双流旋流燃烧器1—炉墙壁管；2—流量分配器；3—轻油燃烧器；4—二次空气喷嘴；5—二次空气导叶；6—外筒；7—内筒；8—可动内筒；9—三次空气管；10—火焰检测器；11—分离板；12—煤粉入口图6.15IHI-WR-PC型旋流燃烧器1—气流分配板；2—旋风分离器；3—挡板；4—点火枪；5—旋流体；6—烧嘴；7—油枪；8—挡板；9—低负荷喷嘴图6.16日立双调风燃烧器(a)NR-1；(b)NR-2(2)石川岛播磨IHI-WR-PC旋流燃烧器(3)日立(Hitachi)低NOx双调风燃烧器(4)EI-DRB双调风燃烧器图6.17EI-DRB双调风燃烧器A—高温、富燃料、挥发分析出区；B—还原区；C—NOx分解区；D—焦炭氧化区(5)DG2028/17.35-Ⅱ2型锅炉采用的低NOx轴向旋流式煤粉燃烧器(LNASB)图6.18LNASB型低NOx轴向旋流式煤粉燃烧器2)旋流燃烧器的布置方式图6.19旋流燃烧器的布置(a)前墙布置;(b)前后墙对冲(交错)布置图6.20燃烧器布置简图3)布置方式特点(1)燃烧器前墙布置(2)对冲(交错)布置4)旋流燃烧器的运行参数图6.21DG2028/17.35-Ⅱ2型锅炉旋流燃烧器布置6.4低NOx煤粉燃烧技术1)低过量空气燃烧2)空气分级燃烧图6.22空气分级燃烧3)燃料分级燃烧4)烟气再循环5)低NOx燃烧器6)煤粉炉的低NOx燃烧系统图6.23燃料分级燃烧6.5W形火焰燃烧方式6.5.1W形火焰锅炉燃烧特点1)W形火焰锅炉2)W形火焰的主要特点(1)W形火焰燃烧方式有如下的主要优点(2)W形火焰燃烧方式有如下的主要缺点6.5.2W形火焰燃烧方式采用的燃烧器1)浓缩型EI-XCL双调风旋流燃烧器2)带旋风子分离器的高浓度煤粉燃烧器图6.24浓缩型EI-XCL双调风旋流燃烧器图6.25带旋风子分离器的高煤粉浓度燃烧器1—一次风进口；2—主燃烧器轴向叶片调节杆；3—抽气控制挡板；4—抽气管；5—煤粉气流分配箱；6—旋风于分离器；7—锅炉护板；8—二次风箱；9—耐火砖块；10—叶片；11—主燃烧器喷嘴；12—点火油枪中心线；13一二次风调节挡板控制杆3)直流缝隙式燃烧器图6.26直流缝隙式燃烧器6.5.3W火焰锅炉燃烧脉动6.6循环流化床燃烧技术6.6.1概述1)常规流化床燃烧2)循环流化床燃烧3)增压流化床燃烧6.6.2流化床燃烧的原理、系统及组成1)燃烧室2)飞灰分离收集装置3)飞灰回送装置4)外部流化床热交换器6.6.3循环流化床锅炉的燃烧区域6.6.4影响流化床燃烧的主要因素1)燃煤特性的影响2)燃煤粒径的影响3)布风装置和流化质量的影响4)给煤方式的影响5)床温的影响图6.27东方锅炉厂300MW亚临界循环流化床锅炉6)床体结构和飞灰再燃的影响7)运行水平影响6.6.5循环流化床锅炉的优缺点2)循环流化床锅炉缺点6.6.6东方锅炉厂自主开发的300MW亚临界CFB锅炉第7章电站锅炉受热面与整体布置电站锅炉的受热面包括蒸发受热面(主要为水冷壁)、过热器、再热器、省煤器以及空气预热器。7.1水冷壁7.1.1水冷壁的工作特点及作用①强化传热，减少锅炉受热面面积。②降低高温对炉墙的破坏作用，起保护炉墙的作用。③防止炉墙结渣。④悬吊炉墙。⑤吸收炉内辐射热，使水冷壁管内热水汽化，产生饱和蒸汽。⑥由于炉膛中高温火焰中心温度高达1500～1600℃，水冷壁辐射换热约占总换热量的95％。7.1.2水冷壁的结构及布置7.1.3直流锅炉蒸发受热面的结构型式图7.1膜式水冷壁结构图7.2水平刚性梁结构图7.3内螺纹管结构1)一次垂直上升管屏2)炉膛下部多次上升、上部一次上升管屏3)螺旋式水冷壁管屏图7.41025t/h亚临界压力直流锅炉1—前屏过热器；2—后屏过热器；3—高温过热器；4—第二级再热器；5—第一级过热器；6—低温再热器引出管；7—低温过热器；8—省煤器；9—调节挡板；10—空气预热器图7.5FW型直流锅炉炉膛受热面布置图1—回路1，炉膛底部；2—回路2，炉膛下部前墙和两侧墙(前部)；3—回路3，炉膛下部两侧墙(中间)；4—回路4，炉膛下部后墙和两侧墙(后部)；5—回路5，炉膛上部四侧；6—回路6，对流烟道各侧；7—顶棚图7.6螺旋管圈的几何原理4)超临界锅炉水冷壁结构实例(1)水冷壁结构特点(2)过渡水冷壁结构和布置(3)支撑结构图7.7DG1900/25.4-Ⅱ2型锅炉过渡水冷壁布置图7.8螺旋盘绕水冷壁刚性梁结构①垂直水冷壁刚性梁②螺旋水冷壁刚性梁(4)水冷壁的炉墙结构图7.9垂直水冷壁炉墙结构简图7.2过热器与再热器7.2.1概述图7.10过热器与再热器旁路系统简图1—锅炉；2—汽轮机高压缸；3—再热器；4—汽轮机中压缸；5—汽轮机低压缸；6—凝汽器；7—Ⅰ级减温减压旁路；8—Ⅱ级减温减压旁路；9—大旁路；10—向空排汽7.2.2过热器与再热器的结构型式1)对流式图7.11顺流逆流混合流过热及其温差图(a)顺流;(b)逆流;(c)串联混合流图7.12对流过热器的不同管圈结构(a)单管圈；(b)双管圈；(c)三管圈图7.13对流过热器前排管束的拉稀结构2)半辐射式图7.14管屏的型式(a)外圈两圈管子截短；(b)外圈管子短路；(c)内外圈管子交叉；(d)外圈管子短路，内外管屏交叉3)辐射式(壁式、墙式)4)包覆壁过热器7.2.3过热器系统1)顶棚与包覆壁过热器2)低温对流过热器3)屏式过热器4)高温对流过热器7.2.4再热器系统1)低温再热器图7.15DG1900/25.4—Ⅱ2型锅炉汽水流程图1—省煤器；2—炉膛；3—低温过热器；4—屏式过热器；5—末级过热器；6—低温再热器；7—高温再热器；8—汽水分离器；9—储水罐图7.16低温过热器布置图7.17屏式过热器的布置图7.18定位滑动块示意图图7.19高温过热器图7.20U形承重块示意图2)高温再热器图7.21低温再热器图7.22高温再热器7.2.5热偏差1)产生热偏差的原因(1)吸热不均(2)流量不均图7.23沿烟道宽度热负荷的分布图7.24过热器的Z形连接和U形连接方式(a)Z形；(b)U形图7.25过热器的多管连接方式2)减小热偏差的措施(1)将受热面分级，级间进行中间混合(2)级间进行左右交叉流动，以消降两侧热力偏差(3)连接管与联箱之间采用多管引入和多管引出连接方式(4)采用定距装置，以使屏间距离及蛇形管片的横向节距相等(5)适当减小外管圈管子长度，或外管圈采用直径较大的管子。(6)根据管圈两端的不同压差在管子的入口处装设不同孔径的节流圈，控制各管内蒸汽流量，使流量不均匀系数趋近于1，从而减少热偏差，直流锅炉和强制循环锅炉常用加节流圈的方法来分配流量。(7)按受热面热负荷分布情况划分管组。(8)从运行操作上采取措施减少热偏差。7.2.6过热器与再热气温调节1)运行中影响过热汽温和再热汽温的因素(1)锅炉负荷(2)过剩空气系数(3)给水温度(4)受热面的污染情况图7.26过热器的汽温特性1—辐射式过热器；2,3—对流式过热器(5)饱和蒸汽用汽量(6)燃烧器的运行方式(7)燃料种类和成分图7.27双喷头式减温器图7.28文丘利管式喷水减温器2)汽温调节方法(1)喷水减温器图7.29旋涡式喷嘴喷水减温器1—旋涡式喷嘴；2—减温水管；3—支撑钢碗；4—减温器联箱；5—文丘利管；6—混合管图7.30多孔喷管式喷水减温器1—筒体；2—混合管；3—喷管；4—管座(2)蒸汽旁路法(3)汽-汽热交换器(4)烟气再循环图7.31蒸汽旁路法调节再热汽温图7.32汽-汽热交换器调节再热汽汽温的系统1—过热蒸汽进口；2—过热蒸汽出口；3—再热蒸汽进口；4—再热蒸汽出口；5—三通阀(a)烟道内;(b)烟道内图7.33烟气再循环系统1—再循环风机；2—再热器；3—省煤器；4—对流过热器；5—屏式过热器(5)分隔烟道与烟气挡板图7.34分隔烟道烟气挡板示意图1—低温再热器；2—低温过热器；3—高温再热器；4—高温过热器；5—后屏过热器；6—省煤器；7—隔烟墙(6)改变火焰中心位置7.3省煤器与空气预热器7.3.1省煤器其主要作用为：(1)给水在进入蒸发受热面之前，先在省煤器内加热，充分利用烟气中的热量，提高给水温度，降低排烟温度，从而达到提高锅炉效率，节约燃料的目的。(2)为了减少蒸发受热面，采用价格较低的省煤器来代替造价较高的部分锅炉蒸发受热面。(3)提高进入汽包的给水温度，减少汽包壁与给水之间的温差，从而减小汽包所承受的热应力，便汽包的工作条件得到改善。图7.35省煤器蛇形管的布置(a)垂直于前后墙；(b)平行于前后墙，双面进水；(c)平行前后墙，单面进水图7.36H型鳍片管省煤器图7.37省煤器的布置图7.38省煤器防磨设施7.3.2空气预热器1)强化燃烧2)强化传热3)可提高锅炉运行经济性4)提高了制粉干燥出力(1)管式空气预热器(2)热管式空气预热器(3)回转式空气预热器7.4锅炉的整体布置图7.39管式空气预热器1—锅炉钢架；2—空气预热器管子；3—空气连通罩；4—导流板；5—热风道连接法兰；6—上管板；7—预热器墙板；8—膨胀节；9—冷风道连接法兰；10—下管板图7.40前置式热管空气预热器系统7.4.1蒸汽参数对受热面布置的影响

图7.41容克式空气预热器

1—上轴承；2—径向密封；3—上端板；4—外壳；5—转子；6—环向密封；7—下端板；8—下轴承；9—主轴；10—传动装置；11—三叉梁；12—空气出口；13—烟气进口图7.42风罩转动的罗特缪勒式空气预热器1—冷风气入口；2—静子；3—热空气出口；4—烟气进口；5—转动的上、下风罩；6—烟气出口图7.43回转式空气预热器整体结构图7.44空气预热器结构分解图7.4.2燃料性质对受热面布置的影响7.4.3锅炉整体外形布置1)Π型布置2)塔形布置3)箱型布置图7.45锅炉本体布置示意图(a)∏型;(b)T型;(c)U型;(d)塔型;(e)H型;(f)N型;(g)L型;(h)半塔型;(i)箱型第8章锅炉热力计算基本原理及方法锅炉的设计包括各方面的计算，主要有：热力计算、水循环或水动力计算、空气动力计算、烟气阻力计算、管子金属壁温计算、强度计算、炉墙和构架计算等，热力计算是最主要和基础的计算。锅炉热力计算的目的是为确定锅炉的主要工作指标和参数，以及各受热面的结构尺寸。8.1主要参数选定原则8.1.1锅炉排烟温度8.1.2热空气温度8.1.3炉膛出口烟温8.1.4各受热面中工质的流速1)过热蒸汽质量流速2)再热器质量流速3)省煤器水速8.1.5烟气流速8.2锅炉热力计算步骤及方法图8.1锅炉热力计算程序简化框图8.3炉膛传热基本原理与计算方法8.3.1炉膛传热原理及特点图8.2炉内温度场沿炉膛高度分布曲线(a)不同负荷；(b)不同过量空气系数8.3.2炉膛受热面的辐射特性1)角系数2)热有效系数3)污染系数8.3.3炉膛辐射换热的基本方程和计算方法1)炉膛辐射换热的基本方程图8.3计算炉膛辐射换热的简化模型2)炉膛内温度场分布规律3)炉膛黑度4)火焰黑度5)炉膛热力计算方法(1)单室炉及半开式炉膛传热计算(2)带有屏的炉膛传热计算(3)大容量锅炉炉膛换热计算的改进8.3.4炉膛结构1)燃料对炉膛设计的影响2)炉膛几何特征(1)炉膛有效容积(2)炉壁面积按包覆炉膛有效容积的表面积尺寸计算。(3)主要炉膛热力特性参数。(4)炉膛截面的宽/深比(l2/l1)的选取。(5)冷灰斗倾角β的选取。图8.4切向燃烧锅炉炉膛结构尺寸示意图图8.5对冲燃烧锅炉炉膛结构尺寸示意图图8.6W型火焰燃烧锅炉炉膛结构示意图图8.7塔式布置锅炉炉膛结构示意图(6)炉膛高度。(7)下排一次风喷嘴中心至冷灰斗拐点的距离l5的选取原则。8.4对流受热面的传热计算8.4.1对流受热面的设计要求及热力计算特点1)过热器的设计要求及热力计算特点(1)过热器设计的要求①有良好的气温特性，即在负荷变化时，气温能保持正常及变化小。②对气温调节反应快，易于调节。③节省钢材，尤其是合金钢。④要采取措施减小过热器热偏差。⑤较小的流动阻力，蒸汽从汽包到过热器出口压降不能过大。⑥运行安全可靠，制造安装及检修方便。(2)过热器热力计算的特点①布置在炉膛上部的屏式过热器分为前屏、大屏、半大屏、后屏等型式。其中前屏以辐射换热为主，一般合并在炉膛中计算。②在现代电站锅炉中，对流式过热器往往都采用分级布置，计算时也分级计算。③采用喷水调节过热汽温，在进行过热器热力计算中涉及喷水量对过热器蒸汽流量和吸热量的影响时，是采取先假定喷水量后校核的方法进行的。2)再热器的设计要求及热力计算特点(1)再热器的设计要求①有良好的汽温特性，即在负荷变化时，气温能保持正常及变化小。②工质在再热器内的压降应在0.2MPa

以下。③应当采取措施，减小再热器的热偏差。④设置旁路系统，在锅炉启动和汽轮机甩负荷时，保护再热器。⑤再热器进口一般装有事故喷水减温器，在发生各种事故时，保护再热器。(2)再热器热力计算的特点3)转向室的设计和热力计算特点4)附加受热面的热力计算5)尾部受热面的设计和热力计算的特点(1)尾部受热面的设计要求(2)尾部受热面热力计算特点8.4.2对流受热面热力计算的基本方程与方法1)传热计算基本方程(1)传热方程(2)热平衡方程2)传热计算方法图8.8计算终温θ″P的图解法8.4.3对流受热面热力计算主要参数分析1)传热系数(1)传热过程传热过程由三个串联的换热环节组成：①热流体对外壁的放热；②从外壁穿过管壁到内壁面的导热；③内壁面对管内流体的放热。(2)传热系数公式2)对流放热系数(1)横向冲刷顺列管束的对流放热系数(2)横向冲刷错列管束的对流放热系数(3)纵向冲刷受热面的对流放热系数(4)回转式空气预热器对流放热系数(5)特殊结构布置时的对流放热系数(6)扩展受热面的对流传热计算图8.9斜向冲刷管束时的流通截面3)辐射放热系数图8.10扩展对流受热面(a)肋片管；(b)鳍片管；(c)错列膜式管；(d)顺列膜式管4)积灰污染对传热的影响①污染系数②热有效系数③利用系数5)工质侧的放热系数6)传热温压第9章锅炉水循环与水动力学9.1锅炉水循环过程蒸发受热面内，工质的流动可以是循环的,也可以是一次通过的。按工质在蒸发受热面内的流动方式，可以将锅炉分为自然循环锅炉和强制流动锅炉两个大类。强制流动锅炉可以进一步分为强制循环锅炉和直流锅炉。9.1.1自然循环锅炉自然循环锅炉的主要特征是有一个直径较大的汽包。汽包是锅炉的省煤器、过热器和蒸发受热面的分隔容器，给水的加热、蒸发和过热等相应的各个受热面有明显的分界。9.1.2强制循环锅炉强制循环锅炉和自然循环锅炉的汽水系统比较相似，区别只是多了一个循环泵。9.1.3直流锅炉图9.1锅炉蒸发受热面内工质流动的几种类型(a)自然循环锅炉；(b)强制循环锅炉；(c)控制循环锅炉；(d)直流锅炉1—给水泵；2—省煤器；3—汽包；4—下降管；5—联箱；6—蒸发受热面；7—过热器；8—循环泵；9—节流圈直流锅炉没有汽包，给水在给水泵压头的作用下，依次通过加热、蒸发和过热等各个受热面，完成水的加热、汽化和蒸汽过热过程，最后蒸汽过热到所给定的温度，各受热面之间并没有固定的界限。9.1.4复合循环锅炉1)复合循环锅炉的基本原理复合循环锅炉是由直流锅炉和强制循环锅炉联合发展起来的一种锅炉。在稳定工况下，直流锅炉水冷壁内的工质流量等于蒸发量。图9.2复合循环锅炉再循环2)全负荷复合循环锅炉全负荷复合循环锅炉在全负荷范围内都有ΔPb＞ΔPlz，即在全负荷范围内都有工质再循环，这种锅炉又称低循环倍率锅炉。图9.3亚临界压力低循环倍率锅炉系统和循环流量曲线(a)亚临界参数低循环倍率锅炉系统；(b)循环流量曲线1—省煤器；2—混合器；3—过滤器；4—再循环泵；5—分配器；6—节流圈；7—水冷壁；8—汽水分离器；9—备用管路3)部分负荷复合循环锅炉图9.4部分负荷复合循环锅炉的工作原理图9.5超临界压力复合循环锅炉1—省煤器；2—混合器；3—循环泵；4—分配器；5—水冷壁；6—过热器；7—循环限制阀；8—循环旁路4)复合循环锅炉的特点复合循环锅炉的流动特性是由循环泵的特性、水冷壁的流动特性及再循环管的流动特性所决定的。设计中只要很好地组合这三者的关系，就可获得预期的复合循环锅炉的流动特性。复合循环锅炉特点如下：①水冷壁管壁温度工况由再循环得到可靠保证，可选用较大直径的水冷壁管和采用垂直一次上升管屏，因此结构简单可靠。②再循环系统使流经水冷壁管的工质流量增大，因此额定负荷时的质量流速可选得低些，以减小流动阻力和水泵电耗。③锅炉的最低负荷可降到额定负荷的5％左右，启动旁路系统可按额定负荷的5%~10％设计，减小设备投资和启动时的工质及热量损失。④再循环工质使水冷壁进口工质的焓提高，工质在蒸发管内焓增减少，有利于减少热偏差和提高管内工质流动的稳定性。

⑤锅炉在低负荷范围内运行时，工质流量和温度变化幅度小，减小了壁面热应力，有利于改善锅炉低负荷运行时的条件。⑥再循环泵长期在高温高压下工作，制造工艺复杂，技术性能要求高，且循环泵要消耗电能，致使机组运行费用增加。⑦复合循环不仅应用于超临界压力锅炉，而且还应用在亚临界压力锅炉。亚临界压力复合循环锅炉的汽水系统，除有混合器外还设有汽水分离器。汽水分离器断面不大，水位波动大，给水调节比较困难。

9.2自然循环基本原理9.2.1概述自然循环锅炉的蒸发系统是 由汽包、下降管、分配水管、 下联箱、上升管、上联箱、 汽水引出管、汽水分离器等 组成的一个闭合循环回路， 如图9.6所示。图9.6循环回路1—汽包；2—下降管；3—下联箱；4—水冷壁在闭合循环回路中，由于工质自身的密度差造成的重位压差推动工质流动的现象，称为自然循环。由汽包、下降管、上升管、联箱等组成的循环回路中，工质流动的动力是由密度差产生的，而没有任何外来推动力。闭合循环回路中，蒸汽实际上并不循环流动，只有水在闭合回路内循环流动，所以又称为水循环。9.2.2自然循环的基本原理1)物理量的定义2)自然循环回路的总压差3)循环回路的运动压头和有效压头9.3两相流体参数与计算9.3.1汽水两相流的基本参数1)蒸汽含量2)蒸汽和水的折算速度和真实速度3)汽水混合物密度和速度9.3.2汽水两相流的流型1)垂直上升管内的流型2)水平管内的流型图9.7垂直上升蒸发管内的流动型式图9.8水平管内的流型9.3.3汽水两相流阻力的计算1)均相模型及摩擦阻力计算方法(1)均相模型及其公式均相模型假定：①汽和水均匀的混合在一起，与泡状流近似，只考虑汽和水的比容不同。②汽和水之间没有相对运动，认为两者速度相同。(2)以均相模型为基础的公式2)分流模型及重位压降计算方法(1)分流模型(2)重位压差Δpzw的计算图9.9汽水混合物摩擦阻力公式中Ψ线算图当p＜180×0.098MPa时，按纵坐标查Ψ。当p＞180×0.098MPa时，按横坐标查Ψ(a)受热管；(b)不受热管图9.10汽水两相流的分流模型3)两相流体流动局部阻力计算4)两相流体流动加速压降计算5)流动机构模型9.4自然循环水动力计算与安全9.4.1自然循环水动力的计算水动力计算的方法是按给定结构的循环回路建立基本方程，然后求解方程组，以求得回路的特性参数。建立基本方程有压差

法和压头法两种，以流动压力降平衡为基础建立基本方程式的方法称为压差法；以流动动力与阻力平衡为基础建立基本方程式的方法则称为压头法。基本方程组的解法有试算法和特性曲线图解法两种。目前试算法主要应用计算机采用逐次逼近法求解，在手算中则主要采用绘制特性曲线图求解。1)循环回路自然水循环的回路是由汽包、下降管、上

升管、联箱及导汽管等组成的，分简单回路与复杂回路两种，如图9.11所示。一个下降管系统单独与一个水冷壁管屏组成的回路称为简单回路，多个管屏共用一个下降管系统的回路则称为复杂回路。图9.11简单回路与复杂回路(a)无上联箱的简单回路；(b)简单回路；(c)复杂回路图9.12简单回路的分段实例(1)压差法(2)压头法2)循环回路特性曲线与工作点循环回路的特性曲线是指某循环回路在热负荷一定时，循环回路的压头、压差、阻力等与循环水量或循环水速之间的函数关系曲线。(1)简单回路自然循环特性曲线图解法图9.13压差法的图解曲线图9.14压头法的图解曲线(2)复杂循环回路自然循环特性曲线图解法9.4.2自然循环故障1)停滞2)倒流图9.15串联上升系统的特性曲线图9.16并联上升系统的总特性曲线及工作点3)下降管带汽9.4.3自然循环的自补偿特性锅炉工作压力和回路高度一定时，循环回路运动压头的大小取决于上升管的热负荷，热负荷的变化将会导致循环流速变化。当热负荷降低时，由于产汽量减少，汽水混合物密度增加，运动压头降低，循环流速降低；当上升管热负荷增强时，产汽量增多，汽水混合物密度减小，运动压头增加，但是上升管的流动阻力也随着增大。循环流速是增大还是减小取决于这两个因素中变化较大的一个。在上升管质量含汽率小于界限含汽率范围内，自然循环回路上升管受热增强时，循环水量和循环流速也随之增大，这种特性称为自然循环的自补偿特性或自补偿能力。图9.17循环流速与上升管质量含汽率的关系9.4.4自然循环的安全性1)影响安全性的主要因素(1)水冷壁受热不均或受热强度过高图9.18下降管对停滞、倒流的影响(2)下降管带汽(3)水冷壁管内壁结垢(4)上升系统的流动阻力图9.19水冷壁阻力对循环流量的影响(5)锅炉负荷2)提高安全性的措施(1)减小并列蒸发管吸热不均①按受热面热负荷的大小划分循环回路。②改善炉膛四角管子的受热状况。③采用平炉顶结构。为减小并列管吸热不均，在运行方面应注意以下几点：①保持炉膛火焰中心位置，避免火焰偏斜。②保持水冷壁清洁，防止局部结渣积灰，结渣使管子吸热不均匀性增加。当回路中某些管子结渣，吸热量减少，循环流速降低。③避免锅炉长时间低负荷运行。锅炉负荷较低时，蒸发管中产汽量较少，循环流速较低。低负荷运行时，投入的燃烧器个数少，火焰在炉内充满度较差，炉膛温度场分布不均，水冷壁吸热不均匀程度相对增大。吸热较弱的偏差管容易发生循环故障。(2)降低下降管和汽水导管的阻力(3)合理设计上升管9.5强制流动锅炉的水动力特性强制流动锅炉包括强制循环锅炉和直流锅炉两种。两者的共同点是工质在泵的推动力作用下流动。9.5.1强制流动蒸发受热面中的流动多值性1)流动的多值性图9.20水动力特性曲线1—单值特性曲线；2—多值特性曲线2)水平蒸发受热面的水动力特性

图9.21均匀受热的水平蒸发管圈图9.22水平管圈的水动力特性曲线3)影响水动力多值性的主要因素(1)工作压力图9.23压力对水动力特性的影响图9.24超临界压力的比体积特性(2)入口工质焓值图9.25进口工质温度对水动力特性的影响p—4MPa；tp—饱和温度；ts=250℃1—t1=210℃；2—t2=180℃；3—t3=150℃；4—管子未被加热图9.26超临界压力下水平管圈进口工质焓对水动力特性的影响p—29.4MPa；l—250℃；d=38mm×4mm1—hr=837kJ/kg；2—hr=1047kJ/kg；3—he=1256kJ/kg；he—入口水焓(3)管圈热负荷和锅炉负荷(4)热水段阻力4)垂直蒸发管中的水动力特性图9.27垂直上升管水动力特性曲线图9.28垂直下降管水动力特性曲线5)消除或减轻水动力多值性的措施(1)提高工作压力(2)适当减小蒸发段进口水的欠焓(3)增加热水段阻力(4)加装呼吸联箱(5)提高质量流速图9.29节流圈对水动力特性的影响1—节流圈阻力；2—未加节流圈；3—加节流圈后的水动力特性9.5.2强制流动蒸发受热面中的脉动1)流量脉动现象脉动现象是指在强制流动锅炉蒸发受热面中，流量的大小随时间发生周期性变化的现象。脉动现象有管间脉动、屏间脉动和全炉脉动三种。图9.30同一根管子脉动现象2)发生脉动的原因图9.31沿管长的压力变化Ⅰ—无脉动；Ⅱ—有脉动；Ⅲ—节流圈中压力变化1—进口联箱；2—出口联箱；3—节流圈产生脉动的根本原因是由于饱和水与饱和蒸汽的密度差造成的。产生脉动的外因是管子在蒸发开始区段受到外界热负荷变动的扰动，而内因则是由于该区段工质及金属的蓄热量发生周期性变化。实践证明，垂直管中也可能产生脉动现象，有时甚至是相当敏感。3)防止脉动的措施(1)提高工作压力(2)增大加热段与蒸发段的阻力比值图9.32压力对脉动的影响图9.33呼吸联箱装置示意图1—入口联箱；2—呼吸联箱；3—出口联箱(3)提高质量流速(4)蒸发区段安装中间联箱(5)合适的锅炉启停和运行方面的措施9.5.3蒸发受热面中的热偏差1)热偏差的定义(1)垂直管屏的水力不均(2)水平管圈的水力不均(3)垂直管圈的水力不均图9.34水力偏差系数ηG，偏差管出口工质温度tc与受热面进口焓的关系(a)p=23.5MPa;(b)p=11.8MPa;平均焓增为835kJ/kg图9.35进口焓极值点ijzj与受热面焓增的关系(a)p=23.5MPa；(b)p=11.8MPa图9.36水力偏差系数与进口焓的关系Δi=835kJ/kg；ηq=1.4_2)水力不均危害3)热偏差的影响因素热偏差的影响因素主要有热力不均、水力不均及结构不均等。(1)热力不均炉膛内烟气温度场分布在宽度、深度和高度方向都不均匀。(2)水力不均水力不均是由于并联各管的流动阻力、重位压头及沿进口或出口联箱长度上压力分布不同而引起的。流动多值性和脉动也是引起水力不均的原因。另外，热力不均也会导致水力不均。①流动阻力的影响。图9.37受热面偏差特性1—热负荷不均匀影响弱；2—热负荷不均匀影响强②重位压头的影响。4)减轻与防止热偏差的措施(1)加装节流阀或节流圈(2)减小管屏或管带宽度(3)装设中间联箱和混合器(4)采用较高的工质流速(5)合理组织炉内燃烧工况9.5.4强制流动蒸发受热面的沸腾传热恶化1)亚临界及以下压力的直流锅炉2)超临界压力直流锅炉图9.38超临界压力锅炉水冷壁温度工况0~1—加热区；1~2—相变区；2~3—过渡区；tbh—饱和温度；tnb—内壁温度；tgb—工质温度图9.39超临界压力下的传热恶化曲线1—q＝700kW/m2；2—q＝580kW/m2；3—q＝465kW/m2；4—q＝350kW/m2图9.40质量流速对的传热恶化曲线的影响1—ρw＝400kg/m2s；2—ρw＝700kg/m2s；3—ρw＝1000kg/m2s；tb—管壁温度；tgz—工质温度3)减轻和防止传热恶化的措施①使用好材料。②推迟和抑制传热恶化。具体办法：①提高ρw。②采用内螺纹管、螺旋式导流器(扰流子)。第10章锅炉蒸汽品质及蒸汽净化10.1蒸汽品质10.1.1蒸汽杂质对热力设备的危害电站锅炉的任务是生产一定数量和质量的蒸汽，蒸汽的质量包括蒸汽参数和蒸汽品质。蒸汽品质一般是指每千克蒸汽内含杂质的数量，其单位用μg/kg或mg/kg表示，它反映了蒸汽的洁净程度。蒸汽含有的杂质主要是各种盐类、碱类及氧化物，而其中绝大部分是盐类物质，因此，通常用蒸汽含盐量来表示蒸汽的洁净程度。10.1.2蒸汽品质规范10.2蒸汽污染的原因锅水中的盐分以两种方式进入到蒸汽中：一是饱和蒸汽带水，称为蒸汽的机械携带；二是蒸汽直接溶解某些盐分，称为溶解携带或蒸汽的选择性携带。因此，锅炉给水中含有杂质是蒸汽被污染的根源，而蒸汽的机械携带和溶解携带是蒸汽污染的途径。10.2.1饱和蒸汽的机械携带1)机械携带机理2)机械携带的影响因素(1)锅炉负荷的影响图10.1蒸汽湿度与锅炉负荷的关系(2)工作压力(3)蒸汽空间高度(4)锅水含盐量图10.2蒸汽湿度与蒸汽空间高度的关系图10.3蒸汽湿度与锅水含盐量的关系10.2.2饱和蒸汽的溶解携带1)蒸汽溶盐规律2)溶盐的分类3)高压蒸汽溶盐的特点(1)饱和蒸汽和过热蒸汽都具有溶解盐分的能力，所有能溶于饱和蒸汽的盐类也能溶于过热蒸汽。(2)随着压力的提高，蒸汽溶解盐分的能力增强。(3)高压蒸汽溶盐具有选择性。(4)对于高压以下的蒸汽，蒸汽的机械携带是蒸汽污染的主要原因。4)硅酸在蒸汽中的溶解特性硅酸在高压蒸汽中的溶解特性有两个：一是硅酸在蒸汽中的溶解度最大；二是硅酸以分子形式溶解在蒸汽中。10.3蒸汽净化图10.4SiO2在过热蒸汽中的溶解度1—饱和水线；2—临界压力点；3—饱和蒸汽线10.3.1净化蒸汽的原则措施(1)提高给水品质(2)控制锅水品质(3)减少机械性携带(4)减少选择性携带10.3.2汽水分离装置汽水分离装置的任务是利用重力、离心力、惯性力等作用，把蒸汽中的水分尽可能地分离出来，以提高蒸汽品质。汽包内的汽水分离过程一般分为两个阶段：一是粗分离阶段，其任务是消除汽水混合物的动能，并进行初步的汽水分离；二是细分离阶段，其任务是将蒸汽中的小水滴进一步的分离出来，并使蒸汽从汽包上部均匀引出。图10.5进口挡板1)进口挡板进口挡板的作用是用来消除汽水混合物的动能，使汽水初步分离。2)旋风分离器旋风分离器是一种分离效果很好的粗分离装置，广泛应用于大中型锅炉。(1)工作原理旋风分离器由筒体、波形板分离器顶帽、底板、导向叶片和溢流环等部件组成。旋风分离器工作原理是：汽水混合物由连接罩切向进入分离器筒体后，产生旋转运动，依靠离心力作用进行汽水分离。分离出来的水分被抛向筒壁，并沿筒壁向下流动，由筒底导向叶片排入汽包水容积中；蒸汽则沿筒体旋转上升，经顶部的波形板分离器径向流出，进入汽包的蒸汽空间。(2)旋风分离器的布置为了提高旋风分离器的分离效果，应采用较高的汽水混合物入口速度和较小的筒体直径。图10.6旋风分离器1—进口法兰；2—拉杆；3—底板；4—导向叶片；5—筒体；6—溢流环；7—波形板顶帽(3)涡轮旋风分离器涡轮分离器又称轴流式旋风分离器，由内筒、外筒及与内筒相连的集汽短管、螺旋形叶片和梯形波形板顶帽等组成。图10.7涡轮分离器1—梯形顶帽；2—波形板；3—集汽短管；4—钩头螺栓；5—固定式导向叶片；6—涡轮芯子；7—外筒；8—内筒；9—排水夹层；10—支撑螺栓图10.8螺旋臂式分离器(4)螺旋臂式分离器螺旋臂式分离器由两同心圆结构的筒体、旋转挡板、螺旋臂、防涡流板、扩散器及人字形波形板顶帽组成。(5)外置式旋风分离器由水冷壁来的汽水混合物沿切向进入筒体内进行汽水分离，分离出来的蒸汽向上流动，经过多孔板，由蒸汽连通管引至汽包的蒸汽空间；分离出来的水向下流动与汽包来的锅水混合，然后进入下降管，引至水冷壁的下联箱。图10.9外置式旋风分离器的示意图1—筒体；2—由水冷壁来的汽水混合物引入管；3—多孔板；4—蒸汽连通管；5—下降管；6—水连通管；7—汽包图10.10波形板分离器3)波形板分离器波形板分离器也叫百叶窗分离器，由密集的波形板组成。4)顶部多孔板顶部多孔板也叫均汽孔板，安装在汽包上部蒸汽出口处。多孔板的作用是利用孔板的节流作用，使蒸汽空间的负荷分配均匀。与波形板分离器配合使用时，多孔板还可使波形板分离器的蒸汽负荷均匀，提高分离效果。此外，多孔板还能阻挡住一些小水滴，起到一定的细分离作用。图10.11顶部多孔板1—蒸汽引出管；2—盲板；3—顶部多孔板；10.3.3蒸汽清洗装置蒸汽清洗装置的任务是降低蒸汽中的溶盐，尤其是降低蒸汽中溶解的硅酸，以改善蒸汽品质。1)蒸汽清洗的原理2)蒸汽清洗装置3)影响清洗效果的因素图10.12蒸汽清洗装置(a)钟罩式；(b)平孔板式影响蒸汽清洗效果的因素主要有：清洗水量、清洗水品质、水层厚度、清洗前蒸汽的含盐量和蒸汽流速等。10.4给水净化与排污10.4.1锅炉水质1)给水品质2)锅水标准10.4.2补给水处理1)锅炉补给水的预处理2)离子交换处理

10.4.3汽包锅炉的锅水处理10.4.4直流锅炉的水处理1)直流锅炉给水品质指标直流锅炉给水质量标准的制定依据是：①保证锅炉受热面的积盐在允许限度以内，以延长清洗间隔时间；②锅炉出口的蒸汽中，各种盐类的含量低于一定值，汽轮机不因积盐而影响出力和安全。2)直流锅炉给水处理方法图10.131000t/h亚临界直流锅炉水处理系统1—凝汽器；2—凝结水泵；3—覆盖过滤器；4—混床；5—凝升泵；6—低加；7—除氧器；8—给水泵；9—高加；10—阳床；11—脱碳器；12—中间箱；13—阴床；14—除盐水箱；15—凝结水箱；16—除盐水泵10.4.5凝结水处理1)凝结水处理的作用(1)降低凝结水含盐量和铁等金属腐蚀产物的含量，提高凝结水水质，使给水水质和蒸汽品质相应提高，改善或提高锅炉和汽轮机内部的清洁状态，提高锅炉和汽轮机的安全性和经济性。(2)当凝汽器轻微泄漏时，可保证机组正常运行，减少因凝汽器泄漏而带来的停机次数；当凝汽器泄漏较大时，可保证机组安全停机。(3)减少机组启停时的冲洗时间，既节约冲洗用水，又增加发电时间。机组启动越快，效益越显著。2)凝结水处理系统的类型根据水处理工艺的不同，凝结水处理系统可以分为两大类：一类是有前置过滤器的系统，即在混合床除盐设备之前安装有单独的过滤设备；一类是不设过滤器的系统。目前对凝结水的处理大都采用前置式除盐系统，其工作流程为：凝结水依次流过电磁除铁过滤器、活性炭过滤器和混床除盐设备，处理合格后供出。图10.14带有补给水箱的低压凝结水处理系统1—汽轮机；2—凝汽器；3—凝结水泵；4—凝结水处理装置；5—补给水箱；6—凝结水升压泵；7—低压加热器；8—除氧器；9—给水泵；10—补给水泵图10.15中压凝结水处理的热力系统1—汽轮机；2—凝结水泵；3—凝结水处理装置；4—低压加热器；5—除氧器；6—给水泵10.4.6锅炉排污及其利用系统1)锅炉排污2)排污利用系统图10.16锅炉单级连续排污利用系统1—锅炉；2—汽轮机；3—发电机；4—凝汽器；5—凝结水泵；6—低压加热器；7—除氧器；8—给水泵；9—高压加热器；10—地沟；11—排污水冷却器；12—排污扩容器第11章锅炉受热面的沾污、磨损与腐蚀11.1锅炉受热面沾污、结渣及腐蚀现象11.1.1沾污和结渣11.1.2锅炉受热面的腐蚀11.2炉膛沾污、结渣及高温腐蚀11.2.1炉膛水冷壁沾污、结渣1)主要产生原因与特点(1)机械沉积。(2)黏结沉积物。(3)烧结性积灰。(4)熔渣层。2)炉膛水冷壁沾污、结渣对锅炉运行的影响(1)沾污和结渣会降低水冷壁的传热能力。(2)由于炉膛出口烟温升高，易使飞灰黏结在屏式和对流过热器上造成沾污和结渣。(3)水冷壁沾污和结渣会加剧过热器和再热器的吸热不均匀。(4)形成高温腐蚀。(5)影响锅炉的经济性。11.2.2炉膛水冷壁的高温腐蚀1)产生的原因及特点(1)硫酸盐型腐蚀