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1、山东大学能源与动力工程学院热能工程研究所程世庆 教授,电厂锅炉原理及设备,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。,教学总体要求,掌握锅炉的工作原理，炉内燃烧过程、锅内过程的基本概念，初步具有从燃烧的稳定性和经济性、受热面工作的安全性、蒸汽清洁、汽温调节、锅炉效率等主要方面去分析锅炉机组性能与运行产生问题的能力。掌握燃烧的基本特性和燃料的基本性质，掌握燃烧产物和锅炉机组热平衡的计算方法。掌握锅炉的热力计算的基本方法，并学会使用
2、计算中需要使用的有关图、表及手册。掌握有关锅炉整体设计的基本知识和锅炉安全经济运行的一般知识，了解国内、外锅炉技术发展方向。,对专业基础课的要求,（1）工程热力学：要求掌握热力参数及基本定律、水蒸汽性质等。（2）传热学：要求学生熟练掌握三种传热方式的基本概念；气体对单管和管束的放热计算；沸腾换热、膜态沸腾；气体与固体颗粒的辐射减弱系数、辐射层厚度，角系数；复合换热；强化换热和传热系数等基本概念。（3）工程流体力学：要求重点掌握连续性方程式与能量方程式；管内层流与紊流流动；各种情况下的阻力计算；自由射流过程和流体附面层等概念。（4）认识实习：了解各种锅炉的形式；各种受热面、制粉系统、炉排、炉墙、
3、钢架、燃烧器等部件的结构和作用；对锅炉安装和检修知识有一定的了解。,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,第一章 绪论,什么是锅炉？,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,方向二：水管锅炉，增加锅外受热面,火力发电厂能量转换的基本过程:,第一节 电厂（站）锅炉的作用及设备构成,电站锅炉(boiler)是火力发电厂
4、三大主机之一，又称为蒸汽发生器(steam generator)。,火力发电厂生产过程示意图,朗肯循环,锅炉参数的重要性,再热循环,锅炉参数的重要性,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，将工质加热到一定温度和压力的换热设备。在锅炉内实现下述过程:,在锅炉中进行着三个主要过程:(1)燃料在炉内燃烧,其化学贮藏能以热能的形式释放出来,使火焰和燃烧产物(烟气和灰渣)具有高温。(2)高温火焰和烟气通过“受热面”向工质(热媒)传递热量。(3)工质(热媒)被加热,其温度升高或者汽化为饱和蒸汽,或再进一步被加热成为过热蒸汽。,伴随着能量的转换和转移还进行着物质的流 动和变化:(1)工
5、质,例如给水(或回水进入锅炉,最后以蒸汽(或热水)的形式供出。(2)燃料,例如煤进入炉内燃烧,其可燃部分燃烧后连同原含水分转化为烟气,其原含灰分则残存为灰渣。(3)空气送入炉内,其中氧气参加燃烧反应,过剩的空气和反应剩余的惰性气体混在烟气中排出。水一汽系统、煤一灰系统和风-烟系统是锅炉的三大主要系统,这三个系统的工作是同时进行的。通常将燃料和烟气这一侧所进行的过程(包括燃烧、放 热、排渣、气体流动等)总称为“炉内过程”；把水、汽这一侧所进行的过程(水和蒸汽流动、吸热、汽化、汽水分离、热 化学过程等)总称为“锅内过程”。,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
6、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。,锅,炉,锅炉本体,辅助设备,锅炉机组,电站煤粉锅炉机组组成,锅炉及其辅助设备,煤斗,给煤机,磨煤机,空气预热器,排粉风机,燃烧器,燃烧器,炉膛,水冷壁,屏式过热器,高温过热器,低温过热器,省煤器,除尘器,引风机,烟囱,送风机,汽包,下降管,排渣室,炉膛中心温度13001400,炉膛出口温度1000,排烟温度110160,进入汽轮机,顶棚过热器,电站煤粉锅炉机组组成,锅：汽、水 系 统,水冷壁(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
7、在其中作上升起动，受热蒸发。省煤器(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。过热器(superheater)把饱和蒸汽加热到额定过热温度的锅炉受热面部件。再热器(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。,炉：煤、风、烟系统,燃烧设备(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。炉膛(furnace)锅炉中组织燃料燃烧的空间，也称
8、燃烧室，是锅炉燃烧设备的重要组成都分。空气预热器(air preheater)用烟气余热加热空气的换热装置。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：在着火以后混入保证煤粉的燃尽。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。磨煤机(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(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。引风机(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(chimney)把锅炉烟气排入高空加
9、以稀释和扩散的构筑物。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。,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 cont
10、inuous rating）（不常用）,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），,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
11、。,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,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,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
12、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。,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,3、排放指标GB13223 2003火电厂大气污染物排放标准,新的火电厂大气污染物排放标准即将出台，主要是对NOx
13、的控制指标更加严格。,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,锅炉蒸发受热面中工质流动方式,按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,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 M
14、Pa）、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。,层燃炉 室燃炉 流化床炉,锅炉燃烧方式,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。按使用燃料可分为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉及燃
15、用其他燃料（如油页岩、垃圾、沼气等）锅炉。按照排渣方式可分为固态排渣和液态排渣两种。按通风方式可分为平衡通风锅炉、微正压锅炉（24KPa）和增压锅炉。,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,我国电厂锅炉系列,了解：,第四节 电站
16、锅炉发展趋势,加快发展大容量、高参数机组，特别是超临界机组大容量、高参数机组可适应生产发展的需要，电站热效率高，基建投资、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 燃煤的燃气-蒸汽联合循环(燃煤流化床燃烧联合循环及整体煤气化联合循环）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 运行灵活性要求大力发展中间负荷机组，适应电网调峰需要,同时考虑因燃用劣质煤带来的不利影响（结渣、积灰、磨损、腐蚀），提高锅炉煤种的适应性。提高机组的监控水平,高效火力发电技术,1.提高循环效率的超（超）临界机组和燃气蒸汽联合循环发电技术 2.以发电为核心的总能利用多联产技术 3.以煤气化为核心的发电、煤化工等综合能源利用系统,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,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？,
