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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 锅炉的工
2、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。按蒸汽压力可以分为低压锅
3、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。强制流动锅炉可以进一步分
4、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：热效率、成本及工作的可靠程
5、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(N)5)硫(S)2.2.2 煤的工业分析,2.2
6、.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
7、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
8、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Rz2)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/Vdaf3)反应指数T154)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,
9、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
10、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 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
11、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,
12、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Qwr3)雾化燃油所用蒸气带入的热量Qzq3.4.3 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,3.4.6 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(
13、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
14、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4.3.1 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
15、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5.1.1 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
16、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
17、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
18、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
19、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
20、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,5.6.2 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
21、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；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
22、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
23、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
24、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
25、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
26、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
27、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
28、-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(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
29、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.
30、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
31、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
32、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
33、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,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
34、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)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
35、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(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
36、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
37、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
38、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；(
39、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；
40、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
41、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
42、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
43、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
44、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
45、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)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
46、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
47、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。,9.1.1 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
48、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
49、；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
50、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电耗。锅炉的最低负荷可降到额定负荷的5左右，启动旁路系统可按额定负荷的5%10设计，减小设备投资和启动时的工质及热量损失。再循环工质使水冷壁进口工质的焓提高，工质在蒸发管内焓增减少，有利于减少热偏差和提高管内工质流动的稳定性。,锅炉在低负荷范围内运行时，工质流量和温度变化幅度小，减小了壁面热应力，有利于改善锅炉低负荷运行时的条件。再循环泵长期在高温高压下工作，制造工艺复杂，技术性能要求高，且循环泵要消耗电能，致使机组运行费用增加。复合循环不仅应用于超临界压力锅炉，而且还应用在亚临界压力锅炉。亚临界压力复合循环锅炉的汽水系统
