电站锅炉原理课件.ppt

1、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

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

3、压力可以分为低压锅炉(出口蒸汽表压2.45 MPa)，中压锅炉(表压2.944.90 MPa)，高压锅炉(表压7.8410.8 MPa)，超高压锅炉(表压11.814.7 MPa)，亚临界压力锅炉(表压15.719.6 MPa)，超临界压力锅炉(表压高于24.0 28.0 MPa)，超超临界机组(表压达到28.0 MPa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

4、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1.2 2 209 t/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1.3 DG1900/25.42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

5、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： 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)。 液体燃料主要有重油、各种渣油及炼焦油等。 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

6、(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： 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。 高位发热量Qgr单位质量

7、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。 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；2Beckman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

8、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1 160 以下； 中等熔融灰ST值在1 1601 350 ； 难熔灰ST值在1 3501 500 ； 不熔灰ST值则高于1 500 。 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Rz 2)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/Vdaf 3)反应指数T15

9、 4)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

10、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

11、 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

12、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ir 2)外来热源加热空气时带入的热量Qwr 3)雾化燃油所用蒸气带入的热量Qzq 3.4.3 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.

13、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

14、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

15、.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

16、.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 筒体的转速n 钢球充满系数 钢球直径 通风量 筒内载煤量 (3)钢球磨煤机的主要优缺点 适合磨制daf较低的煤和冲刷磨损指数大的“硬”煤 能磨制冲刷磨

17、损指数Ke3.5的煤 能磨制高水分煤 对煤中杂质(石块、木块和铁块)不敏感 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 概述图5.1 双进双出钢球磨煤机三维示意图 双进双出球磨机风粉流程图5.2 BBD4360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

18、速磨煤机对煤种的适应性 5.3.3 风扇式磨煤机图5.3 RP型中速磨煤机图5.4 MPS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5.7 EG2490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

19、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5.8 EG2490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

20、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)改进型；(c)改进型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

21、.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 煤种适应性广。 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；

22、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 在较宽的负荷范围内有快速反应的 能力。 负荷调节范围大。 煤粉细度稳定，不受负荷变化的影响。 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

23、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

24、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

25、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 开放气流 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

26、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1和2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6.8 WR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6.9 PM型燃烧器的分配器图6.10 直流燃烧器分级

27、布风方式图6.11 直流燃烧器均等布风方式图6.12 某2 100 t/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6.14 IHI-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6.15 IHI-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

28、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6.17 EI-DRB双调风燃烧器A高温、富燃料、挥发分析出区；B还原区；CNOx分解区；D焦炭氧化区 (5)DG2028/17.35-2型锅炉采用的低NOx轴向旋流式煤粉燃烧器(LNASB)图6.18 LNASB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

29、(2)对冲(交错)布置 4)旋流燃烧器的运行参数图6.21 DG2028/17.35-2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 6.5 W形火焰燃烧方式 6.5.1 W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 6.5.2 W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

30、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 6.5.3 W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

31、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300 MW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300 MW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

32、强化传热，减少锅炉受热面面积。 降低高温对炉墙的破坏作用，起保护炉墙的作用。 防止炉墙结渣。 悬吊炉墙。 吸收炉内辐射热，使水冷壁管内热水汽化，产生饱和蒸汽。 由于炉膛中高温火焰中心温度高达1 5001 600 ，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7.4 1 025 t/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

33、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7.5 FW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7.7 DG1900/25.4-2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 垂直水冷壁刚性梁 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

34、 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级减温减压旁路；8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)

35、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7.15 DG1900/25.42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7.20 U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

36、 (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

37、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

38、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

39、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7.36 H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

40、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

41、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)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

42、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

43、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8.6 W型火焰燃烧锅炉炉膛结构示意图图8.7 塔式布置

44、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 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。 对气温调节反应快，易于调节。 节省钢材，尤其是合金钢。 要采取措施减小过热器热偏差。 较小的流动阻力，蒸汽从汽包到过热器出口压降不能过大。 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 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

45、膛中 计算。 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。 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 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。 工质在再热器内的压降应在0.2 MPa 以下。 应当采取措施，减小再热器的热偏差。 设置旁路系统，在锅炉启动和汽轮机甩负荷时，保护再热器。 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

46、)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： 热流体对外壁的放热； 从外壁穿过管壁到内壁面的导热； 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

47、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 污染系数 热有效系数 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

48、.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

49、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PbPlz，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

50、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： 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。 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