《锅炉原理》讲稿PPT.ppt

锅炉原理,,,第一章概论,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-→气轮机膨胀作功-→带动发电机发电。,1-1锅炉的一般工作原理,一、煤粉锅炉及辅助设备示意图锅省煤器、汽包、下降管、水冷壁组成的蒸发设备和过热器等组成的汽水系统。炉炉膛、烟道、燃烧器、空气预热器等组成的燃烧系统。辅助设备制粉设备、送风机、引风机、烟囱、给水设备、除灰设备、除尘设备、输煤系统。,35吨链条炉,,35吨煤粉炉,,锅炉三大系统,1）燃烧供给系统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（MP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）,目前国内已经使用的火力发电机组为,汽轮机600MW,锅炉1950t/h,压力25.5MP国外汽轮机1300MW,锅炉4300t/h,国内较大电厂,陡河电厂（155万KW）、谏壁电厂（162.5万KW、清河电厂（130万KW）、姚孟电厂（120万KW）、神头电厂（130万KW）、徐州电厂（130万KW）、秦岭电厂（105万KW）、锦州电厂（120万KW）、大同二电厂（120万KW）、富拉尔基二电厂（100万KW）,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1.3MP以下中压锅炉2.53.9MP（20世纪2040年代）高压锅炉1014MP（50年代）超高压锅炉1417MP（60年代）亚临界锅炉1722.5MP（70年代）超临界锅炉22.5MP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.旋风炉卧式和立式两种粗煤粒贴旋风筒内壁燃烧.细煤粉随筒内气流一起运动悬浮燃烧.特点a燃烧猛烈燃烧与风的相对速度很高.因供氧条件好,炉温高,猛烈程度比煤粉炉高.b燃烧在炉内停留时间长,可烧粗煤粉制粉设备简单.c排渣率高90以液态渣形式排出,烟气飞灰少,为10,有利于提高烟气速度飞灰对设备有磨损,加强传热.缺点1制造工艺比较复杂,对耐火材料要求高.2风机电耗大.3液态渣带走的热损失大,4有害气体NO2排放量大。（很少采用）,四、沸腾炉,燃料在沸腾床内进行燃烧.介于层燃炉和室燃炉之间.特点a.适应煤种广.煤矸石也能燃烧,矿区应用广.b.强化传热.埋管布置于沸腾床内的受热面管子不积灰,但磨损严重.同样容量炉膛可减少一半与普通炉比.c.低温燃烧.①燃烧温度900950℃.（若温度高,则会结渣.）②NOx量少,环境污染少.,这是美国巴威的内循环炉型其特点是采用高速床和两级分离器。在炉膛出口前后的高温区装有两组槽型惯性分离器作为第一级分离，而分离下来的飞灰将在炉膛内部形成循环。在锅炉尾部省煤器之后还有一多管旋风分离器作第二次分离。这种锅炉的结构相对简单，布置更接近传统的煤粉锅炉，不仅锅炉整体紧凑、简单，而且也更便于采用传统锅炉成熟可靠的受热面结构。目前最大容量的这种锅炉是装在美国宾夕法尼亚州的燃高灰分尾煤的210t/h高压循环流化床锅炉。,芬兰奥斯隆循环流化床,这是奥斯隆炉型其特点是采用高循环倍率，高温旋风分离器，在炉膛内可布置少量受热面但不设外置流化床热交换器。这种循环流化床锅炉的大型化问题也已顺利解决，已有各种容量的大型电站锅炉在世界各地运行。最大容量的这种锅炉是装在美国宾夕法尼亚州约克郡的783t/h配250MW亚临界压力循环流化床锅炉，该锅炉已于1997年上半年投入商业运行。,德国鲁齐循环流化床锅炉,其特点是采用高循环倍率，高温旋风分离器和外置流化床热交换器。虽然外置流化床热交换器的采用使这种锅炉略显复杂，但也使这种锅炉的床温调节更加简便，过热器/再热器的布置更为灵活。目前这种循环流化床锅炉最大容量的锅炉是法国阿尔斯通斯登工业公司制造的，装在普罗旺斯电厂配250MW机组的700t/h亚临界压力循环流化床锅炉。,,意志巴高克循环流化床锅炉,这是德巴德国巴高克型，是德巴在欧共体资助下开发的一种低速低倍率循环流化床锅炉，其设计意图是尽可能将鼓泡床和高速循环床的优点很好地结合起来。其特点是采用低的循环倍率和中温400-500oC旋风分离这种锅炉的结构相对简单，但大型化，特别是再热器的布置，有一定困难。目前最大容量的这种锅炉是装在捷克的燃褐煤的350t/h高压电站锅炉。,五.按工质在锅炉内的流动方式分,1.自然循环锅炉加热水→省煤器蒸发→水冷壁加热蒸汽→过热器下降管不受热,管中全部是水上升管受热,管中为汽和水的混合物2、强制循环锅炉3、直流锅炉4、复合循环锅炉,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520。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45.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.,1-6工业锅炉型号表示方法,按照标准规定方法编制△△△－／－（1）（2）3456（1）总体型式代号（2）燃烧设备代号（3）额定热功率或额定蒸发量（4）额定争气压力或允许工作压力（5）过热蒸汽温度或出/进水温度（6）燃料种类代号,锅壳锅炉总体型式代号,水管锅炉总体型式代号,锅炉燃烧设备代号,燃料种类代号,型号举例,WNG1-0.7-AⅢDZL4-1.25-WQXW2.8-1.25/95/70-AⅡQXW2.8-1.25/145-AⅡ,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,,,3-7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.,,,4-8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,,,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流在筛子的煤粉量。,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.,6-6沸腾炉,一.种类和结构.1种类.全沸腾式-固定风板,煤粒全部被吹起,在沸腾状态下燃烧.半沸腾式-炉排是倾斜布置的,前部为沸腾池,后部用链条炉燃烧,燃烧和传热不如全沸腾炉,结构复杂.循环流化床-流化速度最高为10米/秒,在炉后布置分离器,将烟气中飞灰分离下来,经回料器把飞灰重新送入炉内.2结构风室,布风板,加煤口,埋管受热面,灰渣溢流口.,二.工作原理.当风气流作用于通过）燃料层若气流对煤粉升力煤粉重力时,煤粉被带走（输送速度）.----煤粉炉气流对煤粉升力相当煤粉重力,开始浮动沸腾.煤粒从固定态变为沸腾态时的最低气流速度称为临界速度.,三.优缺点.1.优点1适用煤种广着火条件好,燃烧条件好,燃烬条件好.2强化传热埋管与高温固体颗粒发生强烈的碰撞,使埋管的传热系数可达230-300W/m2k.比一般锅炉对流面高几倍.,3低温燃烧850-950℃,可防止结渣及高温腐蚀.NOx含量少.可进行脱硫.灰渣综合利用.4负荷调节性能好.（5）锅炉体积小，可节省钢材与安装费用。,2.缺点1锅炉效率低2埋管磨损严重.3电耗大.,6-7循环流化床锅炉,一.循环流化床锅炉发展七十年代末,八十年代初投入运行.美国70年代以来20多台.最大420t/h德国发展循环流化床锅炉最早的国家.日本自行设计35,54,50,225,250t/h.中国研制了10,20,35,75,220t/h.,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。,不同流速下固体颗粒床层的流动状态,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ρp颗粒密度,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。,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。而一般的气－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，床层中的空隙率限位置和时间的不同而变化，这种流态化称为聚式流态化。,三、循环流化床锅炉的工作原理如图所示。,,四、循环流化床的炉内传热的基本形式1、颗粒对流换热颗粒团以气膜导热方式、直接碰撞方式将热量传给受热面。2、气体对流换热气流在颗粒与受热面之间进行对流换热3、辐射传热,五、优缺点1优点①燃料适应性强.②燃料效率高.③燃烧强度为鼓泡床的3倍.④脱硫效果达85-90,是鼓泡床的1倍.⑤NOx生成物少.,⑥负荷调节性能好.⑦循环床内无埋管,故无磨损与腐蚀.⑧循环床内无埋管,启动停炉方便.⑨给煤点数少.⑩灰渣含碳量低,可综合利用.,2缺点①风机电耗高.②受热面、耐火材料的砌筑部件磨损严重.③受热面,耐火材料的砌筑部件厚度大,启动时间长.④燃煤质量,燃煤尺寸的筛分特性变化时,要稳定燃烧并达到设计蒸发量存在困难.⑤N2O含量高.,