锅炉原理概述

锅炉讲义第一章一•发电厂生产过程通常将燃料运至电厂，经输送加工后，送入锅炉进行燃烧，使燃料中的化学能转变为热能并传递给锅炉中的水，使水变成高温高压的蒸汽，通过管道将压力和温度都较高的过热蒸汽送人汽轮机，推动汽轮机转子旋转作功，做功后的蒸汽参数降低，最后排入凝汽器。在这一过程中，蒸汽的热能转变为汽轮机转子旋转的机械能。发电机与汽轮机是用联轴器相连一同旋转的，汽轮机转子的机械能，通过发电机转变成电能。发电机产生的电能，经升压变压器后送人输电线路提供给用户。二、 锅炉概念及作用1、 锅炉概念：锅炉是一种生产蒸汽或热水的换热设备，按功能包括两大部分。一部分是通过燃烧煤、油、气及其他燃料，将化学能转化为热能；另一部分是各种形式的受热血，将燃料燃烧释放出的热能通过各种形式的受热血，传递给炉水使之升温、气化、过热以产生所需要的蒸汽，或加热所需要的高温热水供动力机械或其他设备使用。2、 锅炉的作用：锅炉的作用是将燃料的化学能转变为热能，并利用热能加热锅内的水使之成为具有足够数量和一定质量（汽温、汽压）的热水或蒸汽。。三、 锅炉工作原理锅炉是利用燃料燃烧释放出得热能或其它热能将工质（水或其它流体）加热到一定参数的换热设备。大部分锅炉用于加热水使之变为蒸汽。四、 锅炉的分类1、 按燃料分为：燃油炉（蒸汽雾化、空气雾化、机械雾化）、燃气炉、燃煤炉2、 按燃烧方式分为：层燃炉、沸腾炉（流化床炉）、室燃炉（燃油、燃气、煤粉（旋流、直流（四角切园、w型等）3、 按排渣方式分为：液态排渣炉、固态排渣炉4、 按循环方式分为：自然循环锅炉【锅炉具有锅筒，利用下降管和上升管中工质密度差产生工质循环，只能在临界压力以下应用。】多次强制循环锅炉【也称辅助循环锅炉。具有锅筒和循环泵，利用循环回路中的工质密度差和循环泵压头建立工质循环。只能在临界压力以下应用。】低倍率循环锅炉【具有汽水分离器和循环泵。主要靠循环泵建立工质循环，可应用于亚临界压力和超临界压力，循环倍率低，一般为1.25—2.0。】直流锅炉【无锅筒，给水靠水泵压头一次通过受热面产生蒸汽，适用于高压、超高压、亚临界压力、超临界压力锅炉。】复合循环锅炉【具有再循环泵。锅炉负荷低时按再循环方式运行，负荷高时按直流方式运行。可应用于亚临界压力和超临界压力】5、 按出口蒸汽压力分为：中压锅炉，一般压力为：3.82MPa(39KG/cm2)。高压锅炉，一般压力为：9.8MPa(100KGc/m2)。超高压锅炉,一般压力为：13.7MPa(140KG/cm2)。亚临界压力锅炉,一般压力为：16.67MPa(170KG/cm2)。超临界压力锅炉,压力大于22.13MPa(225KG/cm2)。6、 按锅筒布置分类：单锅筒、双锅简(最大220T/H)五、锅炉的基本构造1、锅炉的组成，锅炉本体锅炉v辅助设备锅炉本体是锅炉设备的主要部分，是由“锅”和“炉”两部分组成的。“锅”是汽水系统，它主要任务是吸引收燃料放出的热量，使水加热、蒸发并最后变成具有一定参数的过热蒸汽。它由省煤器、汽包、下降管、联箱、水冷壁、过热器和再热器等设备及其连接管道和阀门组成。⑴省煤器：位于锅炉尾部垂直烟道，利用烟气余热加热锅炉给水，降低排烟温度，提高锅炉效率，节约燃料。汽包：位于锅炉顶部，是一个圆筒形的承压容器，其下是水，上部是汽，它接受省煤器的来水，同时又与下降管、联箱、水冷壁共同组成水循环回路。水在水冷壁中吸热而生成的汽水混合物汇集于汽包，经汽水分离后向过热器输送饱和蒸汽。概括起来汽包的作用是：汽包是加热、蒸发、过热三个过程的连接枢纽。汽包中存有一定的水量，因而有一定的储热能力，在负荷变化时，可以减缓汽压的变化速度。汽包中装有各种设备，用以保证蒸汽品质，一般都装有汽水分离装置，连续排污装置和炉内加药装置。4）汽包上还装有压力表，水位计和安全阀等附件，以保证锅炉的安全工作。（3） 下降管：是水冷壁的供水管道，其作用是把汽包中的水引入下联箱再分配到各个水冷壁管中。（4） 水冷壁下联箱：联箱主要作用是将工质汇集起来，或将工质通过联箱重新分配到其它管道中。水冷壁下联箱是一根较粗两端封闭的管子，其作用是把下降管与水冷壁连接在一起，以便起到汇集、混合、再分配工质的作用。（5） 水冷壁：位于炉膛四周，其主要任务是吸收炉内的辐射热，使水蒸发，它是现代锅炉的主要受热血，同时还可以保护炉墙。分类：光管水冷壁、膜式水冷壁、刺管式水冷壁（6） 过热器。其作用是将汽包来的饱和蒸汽加热上成具有一定温度的过热蒸汽。（7） 再热器。其作用是将汽轮机中做过部分功的蒸汽再次进行加热升温，然后再送到汽轮机中继续做功。“炉”是燃烧系统，它的任务是使燃料在炉内良好的燃烧，放出热量。它由炉膛、燃烧器、点火装置、空气预热器、烟风道及炉墙、构架等组成。（1） 炉膛：是由炉墙和水冷壁转成的供燃料燃烧的，燃料在该空间内呈悬浮状燃烧，释放出大量的热量。（2） 燃烧器：位于炉膛四角或墙壁上，其作用是把燃料和空气以一定速度喷入炉内，使其在炉内能进行良好的混合以保证燃料及时着火和迅速完全地燃烧。分直流燃烧器和旋流燃烧器两种基本类型。（3） 空气预热器。位于锅炉尾部烟道，其作用是利用烟气余热加热燃料燃烧所需要的空气，不仅可以进一步降低排烟温度，而且对于强化炉内燃烧、提高燃烧的经济性、干燥和输送煤粉都是有利的。锅炉效率可提高2%左右。主要结构：A、管式空气预热器（间壁式）：直接布置在尾部烟道中（省煤器后），有时布置二级，与省煤器混合布置。用于中小型锅炉。B、回转式空气预热器（再生式）：烟气和空气交替地进行放热和吸热。一般一级布置在炉外，有垂直和水平布置二种型式，垂直布置中有受热面旋转和风罩旋转二种（4）烟风道。是由炉墙、部分受热血管道及包墙管等组成的管道，用以引导烟气的流动，并经各个受热面进行热量交换，分为水平烟道和尾部烟道。辅助设备辅助设备包括通风设备（送、引风机）、燃料运输设备、制粉系统、除灰渣及除尘设备、脱硫设备等。第二章.锅炉水循环1、 自然循环锅炉（单锅筒）循环回路汽水流程：锅筒一一下降管一一下集箱――水冷壁一一上集箱一一锅筒2、 水循环动力：汽水混合物与水的密度差产生。3、 水循环阻力：水循环回路流动阻力、循环回路结构变化而产生的局部阻力。4、 影响因素：热负荷均匀性、工作压力、结构不连续、运行工况。5、 水循环故障：停滞、倒流、自由水面。6、 对策：循环泵、节流装置等锅炉汽水流程1、 过热系统汽水流程：（1） 自然循环锅炉省煤器一一锅筒一一下降管一一水冷壁一一锅筒一一包墙过热器一一低温过热器一一过热减温器一一中温过热器一一过热减温器一一一高温过热器。（2） 直流锅炉省煤器一一水冷壁一外置汽水分离器一一包墙过热器一一低温过热器一一过热减温器一一中温过热器一一过热减温器一一高温过热器。2、 再热系统汽水流程：低温再热器一一再热减温器一一高温再热器。减温器减温器的作用：蒸汽温度调节、保持温度恒定。从结构上分为：喷水减温器、表面式减温器。喷水减温器调节速度快、水质要求高。表面式减温器调节速度慢、水质要求较喷水减温器低。.简述锅炉自然水循环的形成？答：利用工质的重度差所造成的水循环，称为自然循环。在冷态时，下降管和上升管都处于相同的常温状态，故管中的工质（都是水）是不流动的。在锅炉运行时，上升管接受炉膛的辐射热，其中要产生蒸汽，故管中的工质是汽水混合物，而下降管布置在炉外不受热，管中全是水。由于汽水混合物的重度小于水的重度，这个重度差促使上升管中的汽水混合物向上流动，进入汽包，下降管中的水向下流动进入下联箱，补偿上升管内向上流出的水量。只要上升管不断受热，这个流动过程就会不断地进行下去。这样，就形成了水和汽水混全物在蒸发设备的循环回路中的连续流动目前应用较多的为常规煤粉炉和循环流化床锅炉常规煤粉炉按制粉系统的不同又分为：中间储仓式制粉系统和直吹式制粉系统。按有无汽包又分为汽包锅炉和直流锅炉。循环流化床锅炉一•流态化当固体颗粒中有流体通过时随着流体速度逐渐增大固体颗粒开始运动且固体颗粒之间的摩擦力也越来越大当流速达到一定值时固体颗粒之间的摩擦力与它们的重力相等每个颗粒可以自由运动所有固体颗粒表现出类似流体状态的现象这种现象称为流态化。对于液固流态化的固体颗粒来说颗粒均匀地分布于床层中称为“散式”流态化。而对于气固流态化的固体颗粒来说气体并不均匀地流过床层固体颗粒分成群体作紊流运动床层中的空隙率随位置和时间的不同而变化这种流态化称为“聚式”流态化。循环流化床锅炉属于“聚式”流态化。固体颗粒床料、流化风以及完成流态化过程的设备称为流化床。设备组成循环流化床锅炉燃烧设备主要由燃烧室、点火装置、一次风室、布风板和风帽、给煤机等组成。1布风板的作用流化床锅炉燃烧室下部的炉篦被称为布风板。布风板的主要作用有三个：一是支承静止的炉内物料。二是给通过布风板的气流以一定的阻力，使在布风板上具有均匀的气流速度分布，合理分配一次风，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。三是以布风板对气流的一定阻力，维持流化床层的稳定。对布风装置的布风要求是：（1） 能均匀密集地分配气流，避免在布风板上形成停滞区。（2） 能使布风板上的床料与空气产生强烈的扰动和混合，要求风帽小孔出口气流具有较大的动能。（3） 空气通过布风板的阻力损失不能太大。（4） 具有足够的强度和刚度，能支撑本身和床料的重量，压火时防止风板受热变形，避免风帽烧损，并考虑到检修清理方便。风室与风道为了使布风板上方的气流速度能够分布均匀，要求布风板对气流具有一定的阻力。气流阻力的大小是与布风板下风室中的气流分布不均匀性成正比的，因此应使风室中的气流能够在出口有较好的分布，以便在一定的布风板压降下使布风板上的气流分布更为均匀。点火方式与点火装置流化床燃烧首先要解决把室温下静止状态的底料转变为流化状态正常燃烧着的床料的问题。流化床的点燃比较困难，因为从点燃底料到正常燃烧是一个动态过程，燃用的通常又是难以着火的劣质煤。点火初期的颗粒和风的温度都低，同样尺寸的颗粒达到流化状态的风量要比热态正常运行时约大1倍；而根据点火时颗粒燃烧和传热的要求，则又希望风量小些以减少热损失。流化床燃烧锅炉的整个点火启动过程一般可分成三个阶段。（1） 底料加热：用外来燃料作热源，把底料从室温加热到引燃温度。（2） 底料着火爆燃：底料达到一定温度后，启动风机引燃底料，用它本身燃烧放热进一步使床温急剧上升。（3） 过渡到正常运行：用风量控制床温，并适时给煤，调节好风煤比，逐步过渡到正常运行参数。流化床锅炉的点火方式主要有流态化点火和固定床点火。流态化点火又分为上点火和下点火。上点火和下点火以炉床为界。流态化点火方式是循环流化床锅炉的最常用最基本的点火方式。床料在流化状态下被加热，效率高，加热均匀，不易结焦。四给煤机与给煤方式燃煤循环流化床锅炉，成品煤的颗粒范围通常在0〜25mm之间，而且水分较煤粉炉大得多。常用的给煤机械有螺旋给煤机，埋刮板给煤机和皮带给煤机等给煤方式：循环流化床锅炉给煤方式分正压给煤和负压给煤两种，正压给煤就是给煤口处炉膛产压力大于大气压，负压给煤为小于大气压力第二节物料循环系统物料循环系统是循环流化床锅炉独有的系统，亦属锅炉燃烧系统范畴，是锅炉本体的一个组成部分。该系统主要包括物料分离器、立管和回料阀三部分，其作用是将烟气携带的大量物料分离下来并返逆回炉内形成循环床燃烧。一物料分离器循环流化床的物料分离器主要作用是将大量高温固体物料从气流中分离出来，送回炉膛，以维持燃烧室的快速流化态状态，保证燃料和脱硫剂多次循环、反复燃烧和反应。循环流化床锅炉物料分离器根据其分离器布置方式不同分为惯性分离器和旋风分离器两种。1惯性分离器惯性分离器结构简单，热惯性小，运行费用低，广泛应用于循环流化床锅炉中。在惯性分离器内，主要是使气流急速转向或冲击在挡板上后急速转向，其中颗粒由于惯性效应，运动轨迹与气流轨迹不同，从而使两者获得分离。气流速度高，这种惯性效应越大。气流回转半径越小，回转角越大，效率就越高。2旋风分离器旋风分离器结构简单，分离效率高，广泛用于循环流化床锅炉中，典型结构有耐火材料制成的高温旋风分离器和水冷、汽冷高温旋风分离器。（1）典型旋风分离器：用于循环流化床锅炉的典型旋风分离器以上圆下锥、气流切向进入为基本形式。由于没有转动部件，结构简单，效率高，运行性能稳定，维护方便，特别适合于循环流化床锅炉。（2）高温旋风分离器：高温旋风分离器通过一短烟道与炉膛连接，根据锅炉结构差异及分离器台数的多少布置于炉室后侧、前墙或侧墙，但布置于炉后者较多。分离器内衬为高温耐火材料，外设保温层隔热，耐火材料用量较大。所以热惯性大，使启动时间增长，费用增加，有的锅炉采用水冷或汽冷式旋风分离器，虽然基本解决了热惯性大的问题，但制造工艺比较复杂。（3）中温旋风分离：中温分离分离器入口介质温度较低，一般不高于600°C。与高温分离相比，有如下几方面特点：1） 尺寸可以减小，提高分离器效率。2） 保温层较薄，缩短锅炉起停时间，减小散热损失。3） 分离器内不会发生燃烧，也不会超温结焦。4） 对保温材料的耐温