锅炉第1章概论.ppt

能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南山东大学能源与动力工程学院山东大学能源与动力工程学院热能工程研究所热能工程研究所程世庆程世庆 教授教授电厂锅炉原理及设备能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南课程的性质（电厂）锅炉原理课程是热能与动力工程专业的主要专业课之一，它是为满足社会对该专业专门人才的需要而设置的。满足包括电力、化工、冶金、建材、城建等用热行业对锅炉设备设计、安装、运行、检修、改造等的需要。能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南教学总体要求教学总体要求 掌掌握握锅锅炉炉的的工工作作原原理理，炉炉内内燃燃烧烧过过程程、锅锅内内过过程程的的基基本本概概念念，初初步步具具有有从从燃燃烧烧的的稳稳定定性性和和经经济济性性、受受热热面面工工作作的的安安全全性性、蒸蒸汽汽清清洁洁、汽汽温温调调节节、锅锅炉炉效效率率等等主主要要方方面面去去分分析析锅炉机组性能与运行产生问题的能力。锅炉机组性能与运行产生问题的能力。掌掌握握燃燃烧烧的的基基本本特特性性和和燃燃料料的的基基本本性性质质，掌掌握握燃燃烧烧产产物物和和锅炉机组热平衡的计算方法。锅炉机组热平衡的计算方法。掌掌握握锅锅炉炉的的热热力力计计算算的的基基本本方方法法，并并学学会会使使用用计计算算中中需需要要使用的有关图、表及手册。使用的有关图、表及手册。掌掌握握有有关关锅锅炉炉整整体体设设计计的的基基本本知知识识和和锅锅炉炉安安全全经经济济运运行行的的一般知识，了解国内、外锅炉技术发展方向。一般知识，了解国内、外锅炉技术发展方向。能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南对专业基础课的要求（1 1）工工程程热热力力学学：要要求求掌掌握握热热力力参参数数及及基基本本定定律律、水水蒸蒸汽性质等。汽性质等。（2 2）传传热热学学：要要求求学学生生熟熟练练掌掌握握三三种种传传热热方方式式的的基基本本概概念念；气气体体对对单单管管和和管管束束的的放放热热计计算算；沸沸腾腾换换热热、膜膜态态沸沸腾腾；气气体体与与固固体体颗颗粒粒的的辐辐射射减减弱弱系系数数、辐辐射射层层厚厚度度，角角系系数数；复合换热；强化换热和传热系数等基本概念。复合换热；强化换热和传热系数等基本概念。（3 3）工工程程流流体体力力学学：要要求求重重点点掌掌握握连连续续性性方方程程式式与与能能量量方方程程式式；管管内内层层流流与与紊紊流流流流动动；各各种种情情况况下下的的阻阻力力计计算算；自由射流过程和流体附面层等概念。自由射流过程和流体附面层等概念。（4 4）认认识识实实习习：了了解解各各种种锅锅炉炉的的形形式式；各各种种受受热热面面、制制粉粉系系统统、炉炉排排、炉炉墙墙、钢钢架架、燃燃烧烧器器等等部部件件的的结结构构和和作作用用；对锅炉安装和检修知识有一定的了解。对锅炉安装和检修知识有一定的了解。能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南教学参考书叶江明（南京工程学院）主编，电厂锅炉原理及设备（第三版），中国电力出版社，2010容銮恩（华中理工大学）等合编，电站锅炉原理，中国电力出版社，2008樊泉桂（华北电力大学）主编，锅炉原理，中国电力出版社，2008周强泰（东南大学）主编，锅炉原理，中国电力出版社，2009能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南第一章 绪论什么是锅炉？能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南锅炉的发展（大容量、高参数、高效率）：方向一：火（烟）管锅炉，增加锅内受热面能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南方向二：水管锅炉，增加锅外受热面能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南火力发电厂能量转换的基本过程火力发电厂能量转换的基本过程:锅炉锅炉 汽轮机汽轮机 发电机发电机 燃料的化学能燃料的化学能 蒸汽的热能蒸汽的热能 转轴的机械能转轴的机械能 电能电能第一节 电厂（站）锅炉的作用及设备构成电电站站锅锅炉炉(boiler)是是火火力力发发电电厂厂三三大大主主机机之之 一一，又又 称称 为为 蒸蒸 汽汽 发发 生生 器器(steam generator)。能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南 火力发电厂生产过程示意图能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南朗肯循环朗肯循环锅炉参数的重要性锅炉参数的重要性能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南再热循环再热循环锅炉参数的重要性锅炉参数的重要性能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南锅炉的作用锅炉的作用锅炉的作用锅炉的作用 锅炉是利用燃料燃烧放出的热能或工业生产中的余热，将工质加锅炉是利用燃料燃烧放出的热能或工业生产中的余热，将工质加热到一定温度和压力的换热设备。在锅炉内实现下述过程热到一定温度和压力的换热设备。在锅炉内实现下述过程:燃烧燃烧 热交换热交换 燃料的化学能燃料的化学能 烟气的热能烟气的热能 蒸汽蒸汽(或热水或热水)的热能的热能 在锅炉中进行着三个主要过程在锅炉中进行着三个主要过程:(1)燃燃料料在在炉炉内内燃燃烧烧,其其化化学学贮贮藏藏能能以以热热能能的的形形式式释释放放出出来来,使使火火焰焰和燃烧产物和燃烧产物(烟气和灰渣烟气和灰渣)具有高温。具有高温。(2)高温火焰和烟气通过高温火焰和烟气通过“受热面受热面”向工质向工质(热媒热媒)传递热量。传递热量。(3)工工质质(热热媒媒)被被加加热热,其其温温度度升升高高或或者者汽汽化化为为饱饱和和蒸蒸汽汽,或或再再进进一一步被加热成为过热蒸汽。步被加热成为过热蒸汽。能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南伴随着能量的转换和转移还进行着物质的流伴随着能量的转换和转移还进行着物质的流 动和变化动和变化:(1)工工质质,例例如如给给水水(或或回回水水进进入入锅锅炉炉,最最后后以以蒸蒸汽汽(或或热热水水)的的形形式式供出。供出。(2)燃燃料料,例例如如煤煤进进入入炉炉内内燃燃烧烧,其其可可燃燃部部分分燃燃烧烧后后连连同同原原含含水水分分转转化化为烟气为烟气,其原含灰分则残存为灰渣。其原含灰分则残存为灰渣。(3)空空气气送送入入炉炉内内,其其中中氧氧气气参参加加燃燃烧烧反反应应,过过剩剩的的空空气气和和反反应应剩剩余余的的惰性气体混在烟气中排出。惰性气体混在烟气中排出。水水一一汽汽系系统统、煤煤一一灰灰系系统统和和风风-烟烟系系统统是是锅锅炉炉的的三三大大主主要要系系统统,这这三三个个系统的工作是同时进行的。系统的工作是同时进行的。通通常常将将燃燃料料和和烟烟气气这这一一侧侧所所进进行行的的过过程程(包包括括燃燃烧烧、放放 热热、排排渣渣、气气体流动等体流动等)总称为总称为“炉内过程炉内过程”；把把水水、汽汽这这一一侧侧所所进进行行的的过过程程(水水和和蒸蒸汽汽流流动动、吸吸热热、汽汽化化、汽汽水水分分离、热离、热 化学过程等化学过程等)总称为总称为“锅内过程锅内过程”。能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南锅炉按其用途可以分为电站锅炉、工业锅炉、船舶锅炉 和机车锅炉等四类。前两类又称为固定式锅炉,因为是安装在固定基础上而不可移动的。后两类则称为移动式锅炉。能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南锅锅炉炉锅炉本体锅炉本体辅助设备辅助设备锅炉机组锅炉机组电站煤粉锅炉机组组成电站煤粉锅炉机组组成能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南锅炉及其辅助设备煤斗煤斗给煤机给煤机磨煤机磨煤机空气预热器空气预热器排粉风机排粉风机燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器炉膛炉膛水冷壁水冷壁屏式过热器屏式过热器高温过热器高温过热器低温过热器低温过热器省煤器省煤器除尘器除尘器引风机引风机烟囱烟囱送风机送风机汽包汽包下降管下降管排渣室排渣室炉膛中心温度炉膛中心温度1300130014001400炉膛出口温度炉膛出口温度10001000排烟温度排烟温度110110160160进入汽轮机进入汽轮机顶棚过热器顶棚过热器电站煤粉锅炉机组组成电站煤粉锅炉机组组成能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南锅：汽、水锅：汽、水 系系 统统 能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南水水冷冷壁壁 (Water wall)敷设在锅炉炉膛四周由多根并联管组成的蒸发受热面。主要吸收炉膛中高温火焰及炉烟的辐射热量，保护炉墙，工质在其中作上升起动，受热蒸发。省省煤煤器器 (economizer)利用锅炉排烟加热给水的受热部件，用来降低排烟温度，提高锅炉效率，节约燃料耗量，故称为省煤器。过过热热器器 (superheater)把饱和蒸汽加热到额定过热温度的锅炉受热面部件。再再热热器器 (reheater)把汽轮机高压缸的排汽重新加热到一定温度的锅炉受热部件。锅锅筒筒 (drum)用以进行汽水分离和蒸汽净化，组成水循环回路并蓄存一定量水的筒形压力容器，又称汽包。能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南炉：煤、风、烟系统炉：煤、风、烟系统能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南燃燃烧烧设设备备 (fuel burning equipment)把空气、燃料以不同方式引入燃烧空间,形成连续稳定燃烧火焰的装置。炉炉膛膛 (furnace)锅炉中组织燃料燃烧的空间，也称燃烧室，是锅炉燃烧设备的重要组成都分。空气预热器空气预热器 (air preheater)用烟气余热加热空气的换热装置。一次风一次风：是将煤粉通过燃烧器输送到炉膛，并供给煤粉在着火阶段所需的空气；二次风二次风：在着火以后混入保证煤粉的燃尽。给煤机给煤机 (coalfeeder)按照负荷要求能准确调节磨煤机给煤量的机械设备。磨磨煤煤机机 (coalpulverizer)将破碎后的原煤磨制成煤粉以供锅炉燃烧的机械设备。送风机送风机 (forced draft fan)将空气输送入锅炉炉膛以满足燃料燃烧需要的风机。引引风风机机 (induced draft fan)从锅炉尾部将烟气抽出排入烟囱的风机，又称引风机。烟囱烟囱 (chimney)把锅炉烟气排入高空加以稀释和扩散的构筑物。排渣装置排渣装置：由炉膛下部排出燃料燃烧后生成的少部分较粗的灰渣。能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南第二节 电厂锅炉的基本特征一、电厂锅炉的特性锅炉容量、蒸汽参数、燃烧方式、汽水流动方式和锅炉整体布置等方面。1、容量额定蒸发量（BRL-boiler rated load）：在额定蒸汽参数，额定给水温度和使用设计燃料，保证热效率时所规定的蒸发量，单位为t/h（或kg/s最大连续蒸发量（BMCR-boiler maximum continuous rating：在额定蒸汽参数，额定给水温度和使用设计燃料，长期连续运行所能达到的最大蒸发量，单位为t/h（或kg/s）经济连续蒸发量（ECR-economic continuous rating）（不常用）能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南2、蒸汽参数（额定蒸汽参数）：在规定负荷范围内长期连续运行应能保证的出口蒸汽参数额定蒸汽压力（对应规定的给水压力），MPa 表压（ggauge pressure）绝对压力（aabsolute pressure）临界压力（22.1MPa）额定蒸汽温度（对应额定蒸汽压力和额定给水温度），能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南3、锅炉燃料：有煤、油、气体及其他可燃物。我国煤炭资源丰富、分布地区广，常以煤作为锅炉的主要燃料。不同燃料，锅炉的燃烧方式不同，结构也会有差别。4、锅炉的汽水流动方式（水循环方式）：指推动汽水混合物流动的方式。5、锅炉的整体布置：指炉膛、对流烟道以及各级受热面之间的相对位置。能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南二、锅炉的安全及经济指标1、锅炉效率Qr送入锅炉的热量，kJ/kg；Q1 有效利用热量，kJ/kg；Q2 排烟热损失，kJ/kg；Q3 化学未完全燃烧热损失，kJ/kg；Q4 机械未完全燃烧热损失，kJ/kg；Q5 锅炉散热损失，kJ/kgQ6 其它热损失，kJ/kg。详见第三章能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南若以送入锅炉热量的百分率来表示，即为：其中锅炉热效率 正平衡效率反平衡效率能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南锅炉净效率锅炉净效率是指扣除了锅炉机组运行时的自用能量消耗（热耗和电耗）以后的锅炉效率。一台锅炉机组运行时自身需用的热耗有：吹灰和除渣用的热耗、锅炉排污水的热损失热耗、燃用液体燃料时的热耗以及重油加热及雾化的热耗等。而用于锅炉机组自身电耗方面，则要考虑送风机、引风机、排粉风机、一次风机、给粉机、原煤给煤机、磨煤机以及电除尘器等的电耗，对于单元机组，还要计入给水泵的电耗（不仅是主给水泵，还包括增压泵）。计算锅炉净效率时，还要考虑锅炉车间自身电耗，而这部分电耗则是锅炉车间内所有运行锅炉共同均分的。这方面需要计算油系统、水处理系统、燃料输送和处理系统和锅炉车间办公室的取暖设备、照明设备及淋浴设备所消耗的热能和电能等。能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南2、锅炉运行的安全性指标 锅炉连续运行小时数：两次检修之间运行的小时数锅炉可用率锅炉事故率能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南3、排放指标GB13223 2003火电厂大气污染物排放标准排放物粉尘(mg/m3)SO2(mg/m3)NOx(mg/m3)浓度50400Vdaf20%450新的火电厂大气污染物排放标准即将出台，主要是对NOx的控制指标更加严格。能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南锅炉分类可以按循环方式、燃烧方式、排渣方式、运行方式以及燃料、蒸汽参数、炉型、通风方式等进行分类，其中按循环方式和蒸汽参数的分类最为常见。第三节 锅炉分类和型号能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南 锅炉蒸发受热面中工质流动方式锅炉蒸发受热面中工质流动方式按按循环方式分类循环方式分类锅炉按照循环方式可分为自然循环锅炉、强制循环锅炉、控制循环锅炉和直流锅炉。（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 能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南蒸汽参数分类蒸汽参数分类锅炉按照蒸汽参数分为低压锅炉（出口蒸汽压力，下同，2.45MPa）、中压锅炉（2.944.90 MPa）、高压锅炉（7.810.8 MPa）、超高压锅炉（11.814.7 MPa）、亚临界压力锅炉（15.719.6 MPa）、超临界压力锅炉（22.1 MPa）和超超临界压力锅炉（27 MPa）。燃烧方式燃烧方式锅炉按燃烧方式可分为层式燃烧锅炉、悬浮燃烧锅炉、旋风燃烧锅炉和循环流化床锅炉。其中悬浮燃烧锅炉常见的火焰型式有切向、墙式及对冲、U型、W型等数种。能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南层燃炉层燃炉 室燃炉室燃炉 流化床炉流化床炉 锅炉燃烧方式锅炉燃烧方式能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南按锅炉型式分类按锅炉型式分类锅炉按其燃烧室、对流烟道间的相互布置方式又可分为型(倒 U 型)、塔型、半塔型(改良型)、T 型、箱型、型(倒 L 型)、U型、W型等多种型式。按使用燃料按使用燃料可分为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉及燃用其他燃料（如油页岩、垃圾、沼气等）锅炉。按照排渣方式按照排渣方式可分为固态排渣和液态排渣两种。按通风方式按通风方式可分为平衡通风锅炉、微正压锅炉（24KPa）和增压锅炉。能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南 XXX/XXX XXX/XXX X最大连续出力（MCR，t/h）例：DG1180/17.5 545545 M13东方锅炉集团（股份）有限公司（原东方锅炉厂）制造蒸发量1180t/h，主蒸汽压力17.5MPa，过热蒸汽和再热蒸汽温度均为545，燃料为煤，第13次设计。生产厂家代号额定蒸汽压力（MPa）过热蒸汽温度再热蒸汽温度燃料种类代号设计序号锅炉型号DG,HG,SG,WG,BG,UG等能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南压力级别蒸汽压力（MPa）蒸汽温度（）给水温度（）锅炉容量（t/h）配套机组容量（MW）中压3.8450150,17235，651306，1225高压9.8510，540215220，41050，100超高压13.7540/540555/555240400，670125，200亚临界16.717.5，18.1555/555540/540570/570260290102510252008300，600超临界2525.42526.1526.15545/545571/569545/545605/603605/603277280275302302100021022650303330733006608009001000我国电厂锅炉系列我国电厂锅炉系列能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南了解：了解：能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南第四节第四节 电站锅炉发展趋势电站锅炉发展趋势 加快发展大容量、高参数机组，特别是超临界机组加快发展大容量、高参数机组，特别是超临界机组大大容容量量、高高参参数数机机组组可可适适应应生生产产发发展展的的需需要要，电电站站热热效效率率高高，基基建建投投资资、设备和运行费用降低设备和运行费用降低 强化煤电环境保护，发展洁净燃煤技术强化煤电环境保护，发展洁净燃煤技术 燃燃煤煤的的燃燃气气-蒸蒸汽汽联联合合循循环环(燃燃煤煤流流化化床床燃燃烧烧联联合合循循环环及及整整体体煤煤气气化化联联合合循循环）和超临界压力蒸汽循环可满足燃煤、高效、低污染要求环）和超临界压力蒸汽循环可满足燃煤、高效、低污染要求 提高运行可靠性和灵活性提高运行可靠性和灵活性锅炉的可靠性涉及到设计、设备制造、运行维护和生产管理等各个方面锅炉的可靠性涉及到设计、设备制造、运行维护和生产管理等各个方面 运运行行灵灵活活性性要要求求大大力力发发展展中中间间负负荷荷机机组组，适适应应电电网网调调峰峰需需要要,同同时时考考虑虑因因燃燃用用劣劣质质煤煤带带来来的的不不利利影影响响（结结渣渣、积积灰灰、磨磨损损、腐腐蚀蚀），提提高高锅锅炉炉煤煤种种的适应性。提高机组的监控水平的适应性。提高机组的监控水平 能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南高效火力发电技术高效火力发电技术 1.提提高高循循环环效效率率的的超超（超超）临临界界机机组和燃气组和燃气蒸汽联合循环发电技术蒸汽联合循环发电技术 2.以以发发电电为为核核心心的的总总能能利利用用多多联联产产技术技术 3.以以煤煤气气化化为为核核心心的的发发电电、煤煤化化工工等综合能源利用系统等综合能源利用系统能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南其它相关技术其它相关技术煤矸石燃烧及综合利用技术水煤浆替代燃油城市废弃物（垃圾）焚烧技术生物质燃烧技术（农村废弃物资源综合利用）余热锅炉能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南思考题1.基本概念锅炉容量 层燃炉 室燃炉 旋风炉 自然循环锅炉 强制循环锅炉 控制循环锅炉 直流锅炉连续运行小时数 事故率 可用率 2.问题锅炉由哪些设备组成？锅炉的分类方法有哪些？如何分类？