发电厂动力设备－－锅炉热工）.pptx

一、锅炉设备的组成和工作过程（一）锅炉的组成 1锅炉本体 汽水系统：汽包、下降管、水冷壁、过热器、再热器、省煤器、联箱等 燃烧系统：燃烧室、燃烧器、空气预热器等 炉墙和构架 第1页/共135页2锅炉辅助设备 通风设备：送风机、引风机等 燃料运输设备：卸煤机、输煤皮带、碎煤机等 制粉设备：给煤机、磨煤机、排粉机等 给水设备：给水泵、给水管道及其阀门等 除尘除灰设备：除尘器、冲灰泵、排浆泵、排灰器等 锅炉附件：水位计、安全门、吹灰器等第2页/共135页第3页/共135页（二）锅炉的工作过程(1)燃烧系统(燃料、烟、风系统)第4页/共135页(2)汽水系统第5页/共135页二、电厂锅炉主要特性参数1.锅炉容量(出力)D：锅炉单位时间生产的蒸汽量。kg/s,t/h（1）额定蒸发量De：蒸汽锅炉在额定蒸汽参数、额定给水温度、使用设计燃料并保证热效率时所规定的蒸发量。（2）最大连续蒸发量MCR：蒸汽锅炉在额定蒸汽参数、额定给水温度、使用设计燃料、长期连续运行时所能达到的最大蒸发量。第6页/共135页2.锅炉蒸汽参数 指锅炉过热器出口处的过热蒸汽压力和温度。(中间再热机组还包括再热蒸汽压力和温度）p:Mpa t:C第7页/共135页3.锅炉热效率（经济性指标）：单位时间内锅炉有效利用热量与所消耗燃料输入热量的百分比。第8页/共135页三、锅炉的分类和型号锅炉的分类方法：（1）按燃烧方式分：层燃炉、室燃炉、沸腾炉、旋风炉等；（2）按工质的流动特性分：自然循环炉、强制循环锅炉（直流锅炉、多次强制循环锅炉、复合循环锅炉）（3）按锅炉容量分：小、中、大型锅炉（4）按蒸汽参数分：低、中、高、超高、亚临界、超临界压力锅炉第9页/共135页（5）按燃料种类分：燃 煤、油、气炉（6）按排渣方式分：固态排渣、液态排渣（7）按通风方式分：平衡通风锅炉、微正压锅炉第10页/共135页锅炉的型号：例：HG-670/13.7-1 SG-935/16.7-570/570-1 第11页/共135页第二节第二节燃料的成分及特性燃料的成分及特性第12页/共135页一、煤的元素分析成分 C、H、O、N、S、A、M。第13页/共135页二、煤的工业分析成分 按煤的实际燃烧过程，采用加热方法获得：(内在)水分(Minh);挥发分(V);固定碳(FC);灰分(A).焦炭第14页/共135页煤的成分基准及其换算1.煤的成分基准：测定煤的成分含量时煤所处的状态，或测定时的条件。（1）收到基ar(as received basis)（2）空气干燥基ad(air dried basis)（3）干燥基d(dry basis)（4）干燥无灰基daf(dry ash-free basis)2.同一种煤的各种分析基准间的关系第15页/共135页三煤的重要特性 1.发热量 定义：单位量的燃料完全燃烧时所放出的全部热量。kJ/kg、kJ/Nm3 （1）高位发热量Qgr 单位量的燃料完全燃烧时所放出的全部热量，包括烟气中水蒸汽的汽化潜热。（2）低位发热量Qnet 从高位发热量中扣除水蒸汽的汽化潜热后剩余热量。第16页/共135页 标准煤 定义：以收到基低位发热量Qnet，ar等 于29270 kJ/kg的煤为标准煤。意义：便于比较设备运行的经济性；计算电厂煤耗；便于厂矿编制计划。换算：Bb=t/h B Qnet,ar29270第17页/共135页.挥发分V 在一定的热分解条件下析出的气态物质:H2 、CnHm 、CO、H2S N2、O2、CO2、H2O.特点（1）析出温度、着火温度随V而；（2）V着火温度低，有利于着火；（3）能疏松焦炭，有利于燃尽。不同分析成分之间的关系第18页/共135页我国动力煤的分类 分类依据：Vdaf,并参考M、A。1.无烟煤：Vdaf10%2.贫煤：10%20%3.烟煤：20%40%4.褐煤：40%第19页/共135页第三节煤粉及其制备系统第20页/共135页一、煤粉的特性（一）煤粉的物理性质 1.颗粒度很小；2.密度小；3.流动性好。（二）煤粉的爆炸 煤粉和空气的混合物遇明火爆炸。第21页/共135页（三）煤粉的细度和均匀性 1.煤粉细度 Rx=100,%x：筛号（筛孔内边长度,m)abaa+b第22页/共135页 2.煤粉均匀性表示煤粉的颗粒特性均匀性指数 n=f (R90,R200)n 均匀性好要求：n接近于第23页/共135页二、制粉系统任务：磨细、干燥、输送分类：直吹式 中储式第24页/共135页（一）直吹式制粉系统 要求：（1）磨煤出力=锅炉耗煤量 （2）磨煤通风量=一次风量 按磨内压力分:(1)正压系统 (2)负压系统第25页/共135页1.中速磨直吹式负压系统第26页/共135页 2.中速磨直吹式正压系统第27页/共135页(二)中储式制粉系统 特点:粉仓作为制粉系统与锅炉之间 的缓冲环节.分类:按输送介质分：干燥剂(乏气)送粉 热风(一次风）送粉 按乏气是否被利用分:开式系统 闭式系统第28页/共135页中速磨煤机类型：按研磨部件分类 辊盘式：平盘磨（LM）辊式 辊碗式：RP磨、HP磨 辊环式：MPS磨 钢球式球环式：E型磨第29页/共135页第30页/共135页结构和工作原理第31页/共135页影响中速磨工作的主要因素 （1）工作转速：磨煤出力、磨煤能耗、磨损速度 （2）通风量：磨煤出力、煤粉细度、石子煤排放量 （3）风环气流速度：（同上）（4）碾磨压力：磨煤出力、磨损速度 （5）燃料性质：M （2050%）可磨性系数第32页/共135页第四节煤粉燃烧及燃烧设备第33页/共135页燃烧：燃料中的可燃成分与空气发生强烈、的氧化作用，并同时放出大量热量的过程。着火点：燃料开始发生剧烈氧化时的最低温度。着火热：将燃料和空气混合物加热到着火温度所需的热量:加热燃料和空气;水分蒸发和过热;挥发分析出。第34页/共135页一、二、三次风 （1）一次风通过煤粉管道输送煤粉进入炉膛的空气。作用：输送煤粉；为挥发分燃烧提供足够的氧气。第35页/共135页（2）二次风通过燃烧器单独通道送入炉膛的热空气。作用：提供燃烧和燃尽阶段的氧气；产生足够的气流扰动。（3）三次风通过单独的管道与喷口直接进入炉膛的制粉系统乏气。第36页/共135页一、煤粉气流的燃烧过程(三阶段)1.着火前的准备阶段:煤粒的水分蒸发、挥发分析出 并达到着火温度吸热过程 2.燃烧阶段：强烈的放热过程 关键：加强气粉混合 3.燃尽阶段：少量残碳继续燃烧缓慢放 热过程第37页/共135页二、迅速完全燃烧的条件(四要素)(1)合适的空气量;(2)足够高的炉膛温度;(3)良好的混合；(4)足够的燃烧时间.第38页/共135页三、空气量 1.理论空气量V0 定义：在燃料燃烧计算中，1kg收到基燃料完全燃烧所需空气量。Nm3/kg（燃料）,m3/kg（燃料）2.实际空气量Vk 定义：燃料燃烧时实际供给的空气量。3.过量空气系数 （）=1；Vk=V0VkV0第39页/共135页锅炉运行时 的确定 简化公式：=21/（21O2)最佳过量空气系数 使燃烧损失和排烟损失之和为最小的炉膛过量空气系数 第40页/共135页四、煤粉燃烧器作用：将空气、燃料送入炉内，组织燃烧。要求：（1）着火迅速稳定；（2）气粉充分混合；（3）炉内火焰充满度好；（4）流阻小，调节性能好。第41页/共135页（一）直流煤粉燃烧器1.直流煤粉燃烧器射流特性第42页/共135页2.直流煤粉燃烧器 的布置及炉内燃烧工况四角切圆布置：第43页/共135页(1)着火条件 射流本身卷吸热烟气和炉膛热辐射;相邻燃烧器的相互引燃.(2)炉内工况 炉内形成高温旋转火球:火焰充满度好;后期混合条件好；煤粉在炉内停留时间长.所以:煤种适应性好.第44页/共135页3.直流煤粉燃烧器的类型 典型配风方式(1)均等配风(烟煤褐煤型)第45页/共135页（2）分级配风（无烟煤型）第46页/共135页（二）旋流燃烧器 旋转射流特性第47页/共135页主要特性:(1)中心回流区卷吸炉膛深处高温烟气;(2)射流扩散角较大;(3)射程短;(4)早期混合强烈.第48页/共135页五、煤粉炉炉膛1、作用与要求 作用:提供燃烧空间;提供辐射换热空间.基本要求:合理的炉内空气动力场和温度场;布置足够数量的辐射受热面 使炉膛出口烟温(ST-100);合适的热强度.第49页/共135页2、固态排渣煤粉炉结构第50页/共135页第五节第五节锅锅 炉炉 受受 热热 面面第51页/共135页一、水冷壁和水循环（一）自然循环锅炉的蒸发设备第52页/共135页1.作用吸收炉内的辐射热,使水蒸发形成饱和蒸汽.2.组成汽包、下降管、水冷壁、联箱（1）汽包的作用加热、蒸发、过热三个过程的连接枢纽和大致分界点；具有一定的储热能力，可以缓解汽压的变化速度；第53页/共135页内部汽水分离装置、蒸汽清洗装置等，提高蒸汽品质；附件：安全门、水位计等，保证汽包安全。（2）下降管将水连续不断地送往下联箱供给水冷壁。（3）联箱汇集、混合、分配工质。第54页/共135页（4）水冷壁作用：吸收炉内的辐射热,使水部分蒸发形成饱和蒸汽；保护炉墙，简化炉墙结构；节省金属，降低造价。第55页/共135页第56页/共135页（二）自然水循环原理 依靠下降管中的水和上升管中的 汽水混合物之间的密度差作为循环推动力。第57页/共135页.1、基本原理（1）自然水循环的压差公式 pA+gH-(pld)j =pA+hgH+(pld)s 即：gH-(pld)j =hgH+(pld)s （1）或：pj=ps意义：在稳定流动时，连接汽包和下联箱之间的下降系统总压差等于上升系统总压差。HBA第58页/共135页（2）运动压头 由（1）式得：（h）gH=(pld)j+(pld)s定义：运动压头Syd=（h）gH 循环回路总阻力p=(pld)j+(pld)s 则：Syd=p 意义：在稳定流动时，运动压头（自然推动力）正好平衡自然循环回路的流动阻力。第59页/共135页（3）有效压头 Syx =Syd-(pld)s 意义:稳定流动时,循环回路的有效压头应等于回路中下降管阻力.第60页/共135页2.循环倍率和质量含汽率 (1)质量含汽率 x=G/D G:进入上升管的循环水量 D:上升管出口蒸发量 (2)循环倍率 K=D/G=1/x K的物理意义:1kg水要全部变为蒸汽,需在循环回路中K次。或:在上升管中每产生1kg蒸汽,应进入上升管的水量K kg。第61页/共135页三、控制循环锅炉的工作原理 依靠下降管内的水和水冷壁内的汽水混合物的密度差产生的压力差以及循环泵的压头来推动工质的循环。第62页/共135页控制循环锅炉的主要特点1、循环可靠2、汽包上下壁温度均匀3、可以快速启动，适宜于调峰运行4、停炉后冷却速度快5、有利于锅炉的酸洗6、可预测水冷壁管内结垢程度7、蒸发受热面布置自由，可满足最合适的燃烧要求8、水冷壁管径小，汽包长度短，循环系统重量轻。第63页/共135页四、直流锅炉的水冷壁 一次强制循环锅炉特点：无汽包。给水在锅炉给水泵压头的作用下，依次流过省煤器、水冷壁、过热器，一次将给水全部变为过热蒸汽。即循环倍率为 1。第64页/共135页二、过热器和再热器1.作用过热器的作用：把汽包引出的饱和蒸汽加热成为具有一定过热度的过热蒸汽。再热器的作用：将汽轮机高压缸排汽重新加热成为具有新汽温度或略低于新汽温度的过热蒸汽。第65页/共135页过热器与再热器的工作特性 工作条件:1.烟气温度高；2.蒸汽传热性能差;3.材料允许的极限温度接近材料工作温度.要求:汽 温稳定;汽温特性好,调温手段可靠;热偏差小.第66页/共135页2。过热器与再热器的型式与结构 过热器:对流式;辐射式;半辐射式。再热器：对流式；辐射式（墙式）。第67页/共135页（1）对流式:布置在烟道中的蛇形管束.流动方式：传热温差顺流、逆流、混合流 放置方式：支吊、积灰、积水 水平（卧式）、立式 排列方式：烟气流速 顺列、错列 管圈型式（并联管圈数）：蒸汽流速单、双、三、七 第68页/共135页（2）辐射式：炉膛上部 屏式；墙式；顶棚。半辐射式：炉膛出口 后屏。包覆墙式：水平烟道 转向室 垂直烟道内壁。.第69页/共135页 典型的过热器、再热器系统过热器基本组合方式：串联混合流 顶棚过热器 包覆墙过热器 低温对流过热器 辐射过热器 半辐射过热器 高温对流过热器再热器：纯对流 墙式辐射再热器 半辐射屏式再热器 高温对流再热器第70页/共135页特点：传热温差大；受热面安全；汽温特性较平缓。第71页/共135页三、省煤器 1.作用:利用锅炉尾部烟气的热量加热锅炉给水。（1）降低排烟温度,提高锅炉效率，节省燃料 （2）提高进入汽包的给水温度，改善汽 包工作条件;（3）取代部分蒸发受热面，降低用造价.第72页/共135页2.种类:按出口工质状态:沸腾式 非沸腾式 按使用材料：铸铁式 钢管式 第73页/共135页3.结构 并列蛇形管:传热、磨损、积灰 光管 鳍片管 膜片管 肋片管第74页/共135页第75页/共135页布置:尾部烟道卧式布置:支吊、磨损横向布置 纵向布置水速双侧、单侧进水；多管圈 支吊：横向支承结构 纵向悬吊结构第76页/共135页四、空预器1.作用：利用锅炉尾部烟气的余热加热燃烧所用的空气。（1）降低排烟温度；（2）改善着火和燃烧条件；（3）减少蒸发受热面；（4）改善引风机工作条件。第77页/共135页2.种类与结构 1.传热式:管式空预器 2.蓄热式 受热面回转式:二分仓式 三分仓式 风罩回转式第78页/共135页第79页/共135页第六节锅炉的主要辅助设备第80页/共135页一、通风设备1。锅炉通风的任务：给锅炉连续送入燃料燃烧所需空气，并把燃烧生成的烟气排出炉外，以保证燃烧的正常进行。2。通风方式：自然通风 机械通风负压通风 正压通风 平衡通风第81页/共135页3、通风设备送风机克服从空预器至燃烧器整个风程上的阻力，将空气送入炉内。引风机克服从炉膛至除尘器整个烟程上的阻力，将烟气经烟囱排向大气。烟囱利用外界冷空气与烟囱内的热烟气的密度差所产生的引力进行自然通风。风道、烟道第82页/共135页4、风机的种类离心式轴流式第83页/共135页二、除尘设备第84页/共135页第五章第五章电厂锅炉运行电厂锅炉运行第85页/共135页第一节锅 炉 热 平 衡第86页/共135页一、锅炉热平衡的概念1.什么是热平衡 稳定工况下:输入锅炉的热量=输出锅炉的热量 =锅炉有效利用热+热损失 2.热平衡的意义 确定锅炉效率;了解各项热损失,以寻找提高锅炉效 率的途径;确定燃料消耗量.第87页/共135页第88页/共135页3.锅炉热平衡方程 （1）对应于每kg燃料建立的方程:Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6 kJ/kg （2）用占输入热量的百分数表示:q1+q2+q3+q4+q5+q6=100 qi=100%Qi Qr第89页/共135页锅炉的输入热量Qr Qr：1kg燃料及随此燃料进入锅炉的热量。锅炉有效利用热Q1 Q1：对应于每kg燃料，工质在锅炉中 所吸收的热量。第90页/共135页4 4、锅炉热效率及燃料消耗量的计算锅炉热效率（1）定义：gl=100，%正平衡效率 gl=100，%反平衡效率 gl=q1=100-(q2+q3+q4+q5+q6)，%QB QrQ1Qr第91页/共135页（2）锅炉净效率j 锅炉的热效率扣除锅炉机组自用汽、水热能和自用电量（折算成热损失）之后的热效率值。j=gl-100,%P:锅炉机组各辅助设备耗电量之和,(kwh)/h Bbz：标准煤耗,kg/(kwh)zs：自用水 zq：自用汽Dzs(hzs-hgs)+Dzq(hzq-hgs)+29270Pbbz B Qr第92页/共135页（3）燃料消耗量 1 燃料消耗量B：B=100，kg/h 2计算燃料消耗量Bj Bj=B(1-q4/100),kg/hQgl Qr第93页/共135页二、锅炉热损失1、排烟热损失q2 （1）定义：因排烟温度高于环境温度而造成的热量损失。（48%）（2）主要影响因素：排烟温度、排烟体积 第94页/共135页 排烟温度的选择第95页/共135页2.化学不完全燃烧热损失q3 定义：排烟中残留的可燃气体未放出其燃烧热而造成的热量损失。（煤粉炉：0.5%）一般根据烟气成分分析确定。第96页/共135页3.机械不完全燃烧热损失q4（1）定义：飞灰和灰渣中含有固体可燃物（固定碳）造成的热量损失。（15%）煤粉炉一般由飞灰含碳量测定。注：由于q4的存在，每kg入炉煤可近似认为只烧掉(1-q4/100)kg。第97页/共135页（2）最佳过量空气系数定义：使(q2+q3+q4)为最小的炉膛过量空气系数。确定：第98页/共135页第二节锅炉的运行调节第99页/共135页锅炉运行调整的特点与任务：（1）使锅炉的蒸发量随时适应外界负荷的需要；（2）汽压、汽温稳定在规定值的范围内；（3）均衡给水，维持汽包正常水位；（4）保证合格的蒸汽品质；（5）减少各种热损失，提高锅炉效率。第100页/共135页一、蒸汽压力的调节（一）汽压变化的原因压力变化的实质：锅炉蒸发量和外界负荷的不平衡。第101页/共135页外部扰动（外部因素）指外部负荷的正常增减及事故情况下的甩负荷。反映为汽轮机所需汽量的变化即锅炉出口蒸汽流量的变化。内部扰动（内部因素）指锅炉本身因素引起的变化炉内燃烧工况锅内传热工况等第102页/共135页内扰与外扰的判断第103页/共135页例机组快速减负荷第104页/共135页例一台给粉机故障第105页/共135页判断依据：汽压与流量的变化方向（）外扰：汽压与流量的变化方向相反；（）内扰：汽压与流量的变化方向相同（对于单元机组，仅适用于工况变动初期调节阀门未动作前）第106页/共135页（四）汽压的调节汽压变化范围：70%Ne以上：定压运行第107页/共135页锅炉负荷调节速度：定压：5%/min 变压：%/min 第108页/共135页（二）调节汽压的基本手段：调整燃烧率（风、燃料、给水）；调节汽压的特殊手段：增、减汽轮机负荷；调整旁路；向空排汽；锅炉安全门。第109页/共135页二、蒸汽温度的调节（一）汽温变化的原因烟气侧的主要影响因素：（）燃料性质变化；（）燃料量变化；（）风量调节（总风量、配风）；（）燃烧器运行方式；（）给水温度；（）受热面清洁程度。第110页/共135页蒸汽侧的主要影响因素（）饱和蒸汽湿度；（）减温水的变化；（）锅炉负荷汽温特性；（）蒸汽压力的变化。第111页/共135页第112页/共135页（二）汽温调节方法 要求（1）t-te58；（2）一、二次汽温偏差30；（3）左、右侧汽温偏差20；（4）额定压力下，汽温剧降或过热 度不足，汽轮机故障停机。过热汽：以蒸汽侧为主，烟气侧为辅；再热汽：以烟气侧为主，蒸汽侧为辅；第113页/共135页蒸汽侧调温喷水减温原理：用低温给水作为冷却水喷入蒸汽，直接吸收蒸汽热量，使其降温。特点：只能降温；调节灵敏，时滞小种类：1.表面式减温器 2.喷水减温器(混合式)3.再热器微量喷水和事故喷水 4.汽-汽交换器 第114页/共135页减温器的布置位置:调节时滞、管壁安全。第115页/共135页再热器入口设事故喷水 作用：保证再热器管壁不超温。投用原则：再热器进口汽温过高；再热器进口烟温严重升高。第116页/共135页2燃烧器调温实质：改变炉膛出口烟温和烟气量。（）改变摆动式燃烧器倾角特点：调温幅度大；设备简单，没有功率损失；注意对燃烧效率、稳燃、结渣等的影响；易卡涩。第117页/共135页（）改变燃烧器运行方式（多层布置）（）改变配风方式（多层布置）第118页/共135页分隔烟道挡板原理：改变烟气侧的传热量分配主要用于调节再热汽温。特点：结构简单，操作方便；在一定开度范围内（40）调节较灵敏；易卡涩，线性度较差。烟气再循环（一般不用）吹灰第119页/共135页第120页/共135页第121页/共135页三、汽包水位的调节（一）监视水位的意义防止水循环恶化；防止蒸汽品质恶化；防止烧干锅规定：最高水位：以保证蒸汽品质（湿度）为限；最低水位：以不影响水循环安全为限正常水位：汽包中心线下50150mm第122页/共135页（二）影响水位变化的因素根本原因（）物质平衡被破坏：GD；（）锅水状态变化：主要是汽压变化引起蒸汽比容或水容积中含汽量的变化第123页/共135页主要因素（）锅炉负荷（汽轮机用汽量）（）燃烧工况（产汽量）（）给水压力第124页/共135页虚假水位（暂时水位）由于工质压力突然变化，或燃烧工况突然变化，使水容积中汽泡含量增多或减少，引起工质体积膨胀或收缩，造成的汽包水位升高或下降的现象从能量平衡角度看为暂时的不真实水位影响因素：负荷变化速度和幅度；锅炉储热能力的大小第125页/共135页：汽轮机甩负荷第126页/共135页例：安全门排放第127页/共135页（三）水位监视与调整监视：就地一次水位计操作盘的二次水位计 工业电视电子记录仪 自动调节单冲量：三冲量：、第128页/共135页第129页/共135页四、燃烧调节（一）任务 保证 p.t.D.H，且稳定运行；保证燃烧稳定和受热面安全；提高锅炉和机组的经济性第130页/共135页（二）调节对象风：总风量配风；燃料；炉膛负压。三个合适：风/粉比一/二次风比送/引风比燃烧工况判断：烟气温度、氧浓度、火焰位置和颜色、飞灰可燃物、烟色、第131页/共135页升负荷：先增引风，后增送风，再增粉；降负荷：先减粉，后减送风，再减少引风。避免炉膛出现正压，避免燃烧缺氧，保证燃烧效率第132页/共135页第三节锅炉启动和停炉第133页/共135页第四节典型锅炉设备简介第134页/共135页感谢您的观看！第135页/共135页