《锅炉原理》讲稿新.ppt

锅炉原理与设备,电力学院袁隆基,第一章绪论,火力发电约占全国总发电量的70左右，锅炉是发电厂的三大主机之一，在火力发电厂中占重要地位。电厂生产过程燃料（煤、油、天然气）-→热能-→水-→蒸汽-→汽轮机膨胀作功-→带动发电机发电。,,图1-1火力发电厂的生产过程图,1-1锅炉的一般工作原理与构成,锅炉是一种生产蒸汽或热水的换热设备。,两大任务,1、通过燃烧煤、油、气及其他燃料，将化学能转化为热能；,锅蒸汽或热水在锅筒、水冷壁、对流受热面等内部形成，形成锅的概念。炉通常燃料的燃烧过程在炉膛内进行，形成炉的概念。,定义,2、将燃料燃烧释放出的热能传递给炉水使之升温、汽化、过热为蒸汽。,,电站锅炉的构成,锅,,炉,,锅炉本体,,辅助设备,,锅炉机组,,,,,汽水系统汽包、下降管、联箱、导管及各换热设备（水冷壁、过热器、再热器、省煤汽等）组成。完成由水变成蒸汽的吸热过程。,锅炉燃烧系统由炉膛、燃烧器、烟道、炉墙构架等部件组成，完成煤的燃烧过程。,由送风机、引风机、燃料供应及制粉、除灰、除渣、测量控制等组成,,,,,,1-2锅炉设备的组成及工作原理,（1）锅炉本体（2）输煤系统（3）制粉系统（4）烟风及燃烧系统（5）除尘及排渣系统,锅炉设备的组成（五大系统）,输煤系统,除尘排渣系统,锅炉本体,制粉系统,烟风及燃烧系统,锅炉设备的组成示意图,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,汽水系统汽包、下降管、联箱、导管及各换热设备（水冷壁、过热器、再热器、省煤器等）组成。完成由水变成蒸汽的吸热过程。,锅炉燃烧系统由炉膛、燃烧器、烟道、炉墙构架等部件组成，完成煤的燃烧过程。,,,1.2.1锅炉本体,,,,,省煤器,再热器,过热器,汽包,下降管,燃烧器,空气预热器,水冷壁,锅炉本体示意图,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,省煤器,汽包,炉膛,过热器,再热器,汽轮机,凝汽器,凝结水,,主蒸汽,,温度，压力下降的蒸汽,530℃,锅炉设备汽水流程,,工质水的加热和汽化过程,蒸汽的产生过程,水循环过程,2.2输煤系统,锅炉房,运煤,,,,,,,,,翻车机卸煤,转运站,煤场,输煤栈桥,皮带输送机,电磁除铁器,碎煤机,送往制粉系统,35吨链条炉,,,,,,,,,,,,,汽包,下降管,炉排,煤斗,一次风口,,,链轮,炉膛,水冷壁,过热器,炉拱,省煤器,35吨煤粉炉,,,,,,,,,汽包,水冷壁,燃烧器,下降管,过热器,省煤器,空预器,锅炉工作流程,锅炉三大系统1）燃料供给系统2）汽水系统3）空气、烟气系统,1-2锅炉的参数,一、锅炉容量（额定蒸发量）锅炉在设计蒸汽参数和保证效率下最大连续蒸发量。Kg/st/h二、蒸汽参数锅炉出口处蒸汽压力（MPa和温度（℃）三、给水温度进省煤器的给水温度。动力中压锅炉给水温度150℃或170℃动力高压锅炉给水温度215℃动力亚临界锅炉给水温度260℃（表1-1参数）,,1-3锅炉分类,一、按用途分工业锅炉、船舶锅炉、电站锅炉、机车锅炉二、按蒸汽参数（压力）分低压锅炉2.45MPa以下中压锅炉2.944.92MPa（20世纪2040年代）高压锅炉7.8410.8MPa（50年代）超高压锅炉11.814.7MPa（60年代）亚临界锅炉15.719.6MPa（70年代）超临界锅炉22.1MPa以上（70年代后）,三、按使用燃料分,燃煤锅炉燃油锅炉燃气锅炉电锅炉,四、按燃烧方式分,1.层燃炉火床炉燃烧特点燃料在炉排上燃烧。,2、室燃炉燃烧特点燃料在炉膛内悬浮燃烧。,3、流化床炉,燃料在流化床内进行燃烧.介于层燃炉和室燃炉之间.,,五、按锅炉蒸发受热面中工质流动方式分a自然循环汽包锅炉b强制（控制）循环汽包锅炉,c直流锅炉d复合循环锅炉,a自然循环汽包锅炉K4-10，亚临界以下,b强制循环汽包锅炉K3-5，临界压力以下,G,D,循环倍率KG/D,,c直流锅炉d复合循环锅炉K1，高压以上K1.2-2,压临界,1-4锅炉的安全和经济指标,一.安全指标锅炉的可靠性。三种指标衡量1.连续运行小时数两次检修之间运行的小时数.4000h2.事故率[事故停用小时数/运行总时数事故停用小时数]10090,二.经济性指标,1.锅炉效率锅炉的有效利用热量与输入热量的百分比.ηglQ1/Qr10030万机组,设计效率92,保证效率89,一般为902.钢材使用率锅炉每小时产生一吨蒸汽所用钢材吨数.2.5～5t/t/h,1-5电厂锅炉型号表示方法,国内规定方法编制△△－/－／－△（1）（2）3456（7）（1）厂家拼音缩写（2）锅炉蒸发量，t/h（3）过热蒸汽额定出口压力，MPa（4）过热蒸汽温度，℃（5）再热蒸汽温度，℃（6）燃料种类代号（拼音缩写表示）（7）设计序号,型号举例,WG-1000/16.7-540/540-M6武汉锅炉厂制造，蒸发量（容量）1000t/h，过热蒸汽压力16.7MPa，过热蒸汽温度540℃，再热蒸汽温度540℃，设计燃料为煤，设计序号为6。,,工业锅炉型号,△△△╳╳╳╳/╳╳△╳设计次序燃料代号额定蒸汽或热水温度额定蒸汽压力额定蒸发量燃烧方式锅炉型号,例SHL20-2.45/400-A双锅筒横置式链条炉排，额定蒸发为20t/h，蒸汽压力为2.45MPa，过热蒸汽温度为400C0，燃用烟煤,1-6锅炉发展的趋势,发展趋势1、大容量容量增大一倍,每t/h的金属用量减少5～20。2、高参数参数提高一档,经济性提高2.3、再热机组一次再热,提高经济性4～5.目前我国多采用亚临界压力,温度多采用540℃,主要是考虑设备工作的可靠性.,第二章燃料,2-1燃料的化学成分和性质一.燃料在燃烧过程中能够产生热量的物质.,,二.锅炉用燃料1.固体煤、油页岩.2.液体重油、渣油石油炼制后的残余物、点火时用柴油、轻油.3.气体-天然气、高炉煤气、焦炉煤气,三.煤的成分,C、H、O、N、S、A、W1.碳Ca.含量5090.是主要可燃元素,含量多少与地质年龄有关.无烟煤、烟煤、贫煤、褐煤、泥煤、煤矸石b.形式固定碳单质状态.c.对运行的影响含碳高的煤不易着火.d.发热量32700kj/kg.2.氢Ha.含量36随地质年龄升高而降低.b.形式与氧结合生成水,或成为有机物.c.运行含量越高,越容易燃烧.d.发热量120103kj/kg.,3.硫S,a.含量一般为1,烟气温度为δ时,烟气焓等于理论烟气焓,过量空气焓和飞灰焓三部分之和.即其中,,,3-6热平衡,锅炉机组热平衡---指输入锅炉机组的热量与锅炉机组输出热量之间的平衡.热平衡意义---表明了燃料的热量有多少被有效利用,有多少变为热量损失,这些损失又表现在哪些方面.目的找出引起热量损失的原因,提出减少损失的措施,有效地提高锅炉效率,以节约能源.,一.热平衡方程式,输入输出QrQ1有效）Q2排烟）Q3化学）Q4机械）Q5散热）Q6（其他）相对热损失（输入热量的百分率）100q1q2q3q4q5q6锅炉效率为,,二、输入热量,低位发热量燃料带入物理热空气预先加入热（暖风机）雾化热,,,三、损失,1、q4机械未完全燃烧损失设计时按经验推荐数值选取运行时通过热平衡测定，但飞灰量难以准确收集，一般采用灰平衡法计算,,,,,,,影响q4的因素,燃料性质燃烧设备、方式负荷过量空气系数运行水平,2、q3化学不完全燃烧损失,也叫可燃气体不完全燃烧损失,是指锅炉排烟中残留的可燃气体和重碳氢化合物等未放出其燃烧热而造成的热损失.1气体燃料,,,2固体燃料,测试时采用q33.2αpyCO,,影响q3因素,燃料性质炉膛过量空气系数炉内温度炉内空气动力场组织计算时选取煤粉炉q30气体、液体锅炉q30.5层燃炉q3（0.51.0）,3.排烟热损失q2,高温烟气离开最后受热面，造成的损失。是锅炉损失中最大的一项。,,影响q2的因素,排烟温度过量空气系数与漏风系数燃料性质运行水平,4.散热损失,由于锅炉炉墙,锅筒,集箱,汽水管道,烟风管等部件温度高于周围大气温度而向四周散失的热量.,,5.灰渣热损失,由灰渣排出炉外带走的热损失.,,,3-7锅炉效率及燃料消耗量的确定,实际燃料消耗量,,,计算燃料消耗量,,保热系数φ烟道受热面吸热量/烟气在烟道中放热量受热面传给工质热量/受热面传给工质热量散热,,,,,,,,,,,,3-8运行中过量空气系数的确定,同理，用干烟气中的氮表示实际空气量,忽略燃料中的氮元素释放形成的氮气，上式可变为,将（2）、（3）带入（1）式得,锅炉正常燃烧时不完全燃烧产物CO很少，可视为完全燃烧，则有,带入（4）式，整理后可得,说明1、对于一定的燃料，只要测出三原子气体RO2含量就可以计算出测量处的α。2、燃料一定，根据燃料调整试验确定对应最佳过量空气系数时的RO2，运行中保持该RO2值可以使锅炉处于经济运行工况。3、根据O2含量，可以近似确定过量空气系数α。4、电厂实际运行中常用测量O2的方法控制最佳过量空气系数。5、可以利用上式计算确定各处的漏风系数。,第四章煤粉制备,现代中型和大型锅炉一般均采用煤粉燃烧,原煤先经碎煤机打碎,然后在磨煤机中制成煤粉.4-1煤粉一、煤粉特性1.煤粉细度即煤粉颗粒大小.1定义-用某筛子上筛后的煤粉剩余量占筛分煤粉总量的百分比定义为煤粉细度.电厂锅炉用煤多为2060μm。,2经济细度使不完全燃烧损失和制粉能耗最小时的煤粉细度.,3影响经济细度的主要因素a.与煤种有关b.磨煤机和分离器的性能性能决定煤粉颗粒的均匀程度.c.燃烧方式旋风炉可烧粗些的煤粉,甚至碎煤屑.4）经济细度的确定使q4与qm之和为最小。,2.煤粉的颗粒组成特性,用一套筛孔尺寸不同的标准筛子进行筛分得到的煤粉颗粒组成曲线,称为筛分曲线D通过筛子煤粉量。R留在筛子的煤粉量。,筛分曲线用途,1、直观比较煤粉的相对细度。2、比较煤粉的均匀程度。对曲线用公式描写；Rx筛子上煤粉剩余量。b煤粉细度系数n煤粉均匀性指标讨论保持R90不变，n增加，则R200减小，即过粗粉少。保持R200不变，n增加，则R90增加，即过细粉少。显然n越大，过粗粉、过细粉都少，煤粉均匀。,3.煤粉水分,水分过大,要影响煤粉流动性和着火.煤粉过于干燥,褐煤、烟煤与空气接触易自燃和爆炸。煤粉的水分Wmf接近分析水分Wf时比较合适.,4.煤粉的爆炸性.1.Vr100μm时,爆炸可能性很小.2.遇到明火时会爆炸.3.严格控制制粉系统末端气粉混合物的温度.4.装防爆门.,二.煤的可磨系数Kkm1.定义将质量相等的标准燃料和试验燃料由相同的初始粒度磨制成细度相同的煤粉时,消耗能量的比值称为试验燃料的可磨性系数,以Kkm表示KkmEb/EsEb标准煤能耗Es实验煤能耗,2.Kkm的测定和计算公式a.BTи-全苏热工研究所的测量方法.粒度2.36～3.33mm的空气干燥煤样500g，用小型瓷制成的球磨机磨15分钟，测定R90s值代如公式KkmBTи＝2（ln100/R90s2/3我国范围0.8～2.0；1.5为易磨煤。标准煤为1。,b.哈氏法.粒度0.59～1.19mm，50g，中速磨磨3分钟，取出后筛分20分钟。Kkmha136.93D74D74通过孔径为74μm筛子的煤粉量。KkmBTи＝0.034（Kkmha）1.250.61,三、煤的磨损指数1、定义表示煤对磨煤机金属研磨部件磨损的轻重程度的指数。用Ke表示。Ke＝m/10τKe5.0磨损性极强,4-2磨煤机,分类（按转速分）1.低速1525转/分筒式钢球磨煤机（DTM型）2.中速50300转/分中速平盘磨,E型磨,碗式磨3.高速7501500转/分风扇磨,锤击磨,一.球磨机,1.结构磨煤部分直径2-4M,长3-10M的圆桶,内装大量钢球直径2560mm.从内到外分为五层护甲-波浪型锰钢石棉-绝热筒体-钢板毛毡-隔音外壳-铁皮,2.原理利用低速旋转的滚筒带动筒内钢球运动,通过钢球对原煤的撞击,挤压,研磨,碾压,将煤磨成煤粉.特点干燥与磨煤同时进行,采用热空气作为干燥剂.3.影响磨煤机工作的主要因素1临界转速与工作转速n1350℃不结渣;t210,使炉排上有一层一定厚度的灰渣垫,起保护炉排作用.4熔化温度t31200℃,避免结渣.5煤种大小适宜最大尺寸40mm0-6mm的粉末不应超过50-55.,5-9循环流化床锅炉,一、循环流化床锅炉的应用与早期发展（一）循环流化床锅炉的应用1921年12月德国人温克勒（FrizWinkler）发明了第一台流化床。1938年12月麻省理工学院刘易斯、吉里兰发明了快速流化床。1920～1950年鼓泡流化床锅炉占主要地位。1979年芬兰奥斯隆（Ahlstrom）公司生产了20t/h的循环流化床锅炉。1982年德国鲁奇公司第一台50t/h商用循环流化床锅炉投入运行。（商业化开始的标志）1995年，250MW循环流化床锅炉（700t/h、16.3MPa、565/565℃）在法国投运。（大型化标志）,流化床流体的动力特性1在任一高度的静压近似于在此高度以上单位床截面内团体颗粒的重量；2无论床层如何倾斜，床表面总是保持水平，床层的形状也保持容器的形状；3床内固体颗粒可以像流体一样从底部或侧面的孔中排出；4密度高于床层表现密度的物体在床内会下沉，密度小的物休会浮在床面上；5床内颗粒混合良好，因此，当加热床层时．整个床层的温度基本均匀。,二、流态化过程当流体向上流过颗粒床层时，当流速较低时，颗粒静止不动，流体只在颗粒之间的缝隙中通过。当流速增加到某一速度之后，颗粒不再由分布板所支持，而由流体的摩擦力所承托，每个颗粒可在床层中自由流动动；就整个床层而言，具有了许多类似流体的性质。这种状态就被称为流态化。颗粒床从静止状杰转变为流化状态的最小速度叫做临界流态化速度。,一般的液－固流态化，颗粒均匀地分散于床层中，称之为散式流态化。而气－固流态化，气体并不均匀地流过颗粒床层，一部分气体形成气泡经床层短路流出，颗粒则被分成群体作湍流运动，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。,三、流态化工作原理（一）一些概念1、床料锅炉启动前，布风板上先铺有一定厚度、一定粒度的“原料”，称做床料。床料的成分燃煤、灰渣、石灰石粉、砂子等。2、物料床料成分、锅炉运行中给入的燃料、脱硫剂、返送回来的飞灰等。,3、临界流化风速与临界流化风量将床层从固定状态转变到流化状态（或称沸腾状态）时按布风板面积计算的空气流量称为临界流化风量，此风量按布风板面积计算成空气流速称临界流化风速或最小流化速度。,临界流化速度为dp颗粒平均粒径νg气体的运动粘度ρg气体密度