锅炉概论.ppt

2-1锅炉概论,B中压2.49～4.9Mpa◆高压9～9.8Mpa;超高压11.8～14.7MPa◆亚临界压力15.7～19.6MPa◆超临界压力22.0MPa以上锅炉出口蒸汽蒸汽温度指锅炉主汽阀出口处（或过热器出口集箱）的过热蒸汽温度。锅炉给水温度指省煤器进口集箱处的给水温度。,,锅炉工质压焓图,2.2.1锅炉燃料,锅炉用燃料固体、气体以及液体燃料煤是我国锅炉的主要燃料;动力燃料常常采用劣质煤高炉煤气和焦炉煤气煤的组成C-（20-70）；H-（2-6）；O-（1-2）（40）；N-（0。5-2。5）；S-（〈1。5）；A-（10-50）；M-（10-60）以收到状态为基准的收到基（ar）以风干状态即失去外在水分为基准的空气干燥基（ad）以去除全部水分为基准的干燥基（d）和以去除全部水分、灰分为基准的干燥无灰基（daf）。,◆元素分析元素分析可以确定其碳、氢、氧、氮、硫以及灰分、水分的含量。◆工业分析元素分析不足以确定煤中有机物的复杂性质，不能够判断煤的燃烧性质。工业分析数据可燃质、水分（M）和灰分A，还将可燃质分为挥发分（V）和固定碳（FC）两部分。此外，工业分析还采用发热量Q作为参数。,◆发热量单位质量的煤完全燃烧后所放出的热量称为煤的发热量。通常用氧弹测热器测定。氧弹测热器直接测量出氧弹发热值，从中扣除硫和氮燃烧生成的硫酸和硝酸的溶解热后，就是煤的高位发热量（Qgr）；继而扣除煤中水分和氢燃烧生成的水蒸气的潜热后，即为煤的低位发热量（Qnet）。我国在有关锅炉计算中以低位发热量为准。为了便于煤耗指标的可比性，工程中常引入“标准煤”的概念，规定标准煤的低位发热量为29.3MJ/kg（7000kCal/kg）。,煤成分及其各种基准间关系示意图,,,煤的分类,无烟煤有明亮的黑色光泽，硬度大。挥发分含量最低，一般≤10。含碳量很高，灰分、水分等杂质较少，因而发热量高，约在21000～32500kJ/kg。着火和燃烬都很困难。贫煤煤化程度略低于无烟煤，是主要的动力用煤，挥发分一般在10～20。动力用煤中的贫煤，实际上也包括了干燥无灰基挥发分为14％～20％、胶质层厚度比贫煤略大的瘦煤。它的着火和燃烬特性优于无烟煤，但仍属反应性能较差的煤。,烟煤中等煤化程度的煤。干燥无灰基挥发分含量较高，一般在20％～45％；水分和灰分较少，因而发热量较高，在20000～30000kJ/kg。烟煤容易着火和燃烬，但对于高灰分的烟煤，着火和燃烬都相应比较困难。褐煤形成年代较短的煤，煤质松，略程褐色。挥发分含量很高，约为40％～50％，很容易着火和燃烧。但是褐煤中灰分和水分含量也都相对较高，发热量低，一般仅为10000～20000kJ/kg。,2.2.2锅炉热平衡,锅炉的热效率是锅炉的总有效利用热量占据锅炉输入热量的百分比。在设计锅炉时，可以根据热平衡求出锅炉的热效率式中，Q1－有效利用热量，是指被工质吸收，将给水一直加热成过热蒸汽（或热水或饱和汽）的热量，包括锅炉的省煤器、蒸发受热面、过热器、再热器吸收的热量。Q2－排烟热损失，是指离开锅炉最后受热面的烟气拥有的热量随烟气直接排放到大气中而不能得到利用所造成的热,,损失。这是锅炉热损失中最主要的一项。对大、中型锅炉约占输入热量的4～8％，主要影响因素为排烟温度和烟气容积。Q3化学不完全燃烧热损失，由于CO、H2、CH4等可燃气体部分残留于烟气中，未完全燃烧放热就随烟气排入大气所造成的损失。,Q4机械不完全燃烧热损失，是指部分固体颗粒燃料在炉内未能燃尽就被排放出炉外造成的热损失，通常仅次于排烟热损失。主要由以下三部分组成（1）由灰渣中未燃烧或未燃尽碳粒引起的损失；（2）因未燃尽碳粒随烟气排出炉外而引起的损失；（3）部分燃料经炉排落入灰坑引起的损失，它只存在于层燃炉中。Q5锅炉的散热损失，是由于锅炉炉墙、锅筒、集箱、汽水管道、烟风管道等部件的温度高于周围大气而向四周环境所散失的热量。Q6－其它热损失，包括灰渣的物理热损失及冷却水热损失。,Qr－输入锅炉的热量，kJ／kg，送入锅炉的燃料燃烧放出的热量，为燃料消耗量与燃料低位发热量的乘积。其它向锅炉输入的热量，如燃料的物理显热，雾化燃油所用蒸汽带入的热量，空气在进入锅炉整体范围以前用外热源加热的热量如采用蒸汽加热的暖风器时，都应计入。此外，在燃料灰份中有碳酸盐时，碳酸盐在燃烧中分解会吸收热量，应从燃料热量中扣除。空气预热器加热空气的热量是锅炉内部的热量交换，不应计入输入热量。,锅炉热平衡示意图,2.3.1锅炉燃烧方式概述,层燃燃烧原煤中只有特别大的煤块进行破碎后，就从煤斗进入炉膛，煤层铺在炉排上进行燃烧。悬浮燃烧原煤首先被磨成象面粉那样的煤粉，然后通过燃烧器随风吹入炉膛进行悬浮燃烧。这种燃烧方式也同样用来燃烧气体和液体燃料。流化床燃烧原煤经过专门设备破碎为0～8mm大小的煤粒，在炉膛的底部布置了布风板，来自布风板的高速鼓风将煤粒托起，燃烧过程如烧米粥一样，煤粒犹如米粒，在炉膛中上下翻滚地燃烧。,2.3.2层燃燃烧,层燃炉燃烧特性煤的燃烧顺序受热干燥、挥发分析出并着火燃烧、焦炭燃烧和燃尽，最后形成灰渣。区域l表示新煤干燥和加热区。从MA斜面开始析出挥发分，到达一定温度时挥发分着火燃烧。从NB开始，煤层进入焦炭燃烧区。焦炭燃烧分为氧化区和还原区由炉排下面进入煤层的空气中的氧，在氧化区中很快耗于焦炭燃烧并放出大量热量，因此氧化区的温度是煤层中最高的。燃烧产物中的CO2上升进入还原区，与炽热焦炭进行还原反应，生成的CO和剩余CO2一同逸出煤层进入炉膛。链条炉排的最末端是煤的燃尽区和灰渣区。,,链条炉排上煤燃烧区域的分布图1－新煤区；2－挥发份析出和燃烧区；3－焦炭氧化区；4－焦炭还原区；5－灰渣区,,层燃炉炉排均匀配风如果炉排下送入的空气不加控制，即所谓统仓均匀送风，那么炉排中间部分燃烧过程的炽烈阶段将得不到足够的空气，而炉排前后两端供应的空气量又会远远大于需要量，致使炉内总的过量空气系数过高，降低了炉膛温度，增大了未完全燃烧和排烟损失。,分段送风示意图,层燃炉炉排分段送风为了适应煤层沿炉排长度方向分段燃烧这一特点，必须向燃烧炽烈的炉排中部送入足够数量的空气，并相应减少送至尚未开始燃烧的新煤区和炉排末端燃尽区的空气量。为此，就必须将炉排下面的风室隔成几段，每段装有单独调节的风门，根据炉排上煤层燃烧的需要对送风进行分段调节，这就叫做分段送风。,,层燃炉炉拱作用前拱前拱位于炉排的前部，主要起引燃作用。通过吸收来自火焰和高温烟气的辐射热量，并加以集中辐射到新煤上，使之升温、着火。故前拱也称为辐射拱。后拱后拱位于炉排的后部。引导高温烟气，故属于对流型炉拱。a.引燃①输送高温烟气至前拱区，提高那里的炉温，强化前拱的辐射引燃。这种引燃是通过前拱起作用的。因而可称之为间接引燃。②引导灼热炭粒（飞灰）至前端，并使之散落在新煤上产生明火引燃的作用，可称之为直接引燃。后拱的引燃作用以间接引燃为主。由此可见，从引燃来看，前拱是主要的，后拱通过前拱起作用，因而是辅助的。,b.混合后拱输送富氧的烟气至前拱区，使之与那里的可燃气体相混合。这是炉内气体大尺度混合的主要方式。由于前拱一般不很长，因此后拱的输气路程较长。同时，由于后拱烟气的流动速度高，因而所产生的扰动混合也大。由此可见，从混合上看，后拱的作用是主要的。c.保温促燃后拱的存在，可有效地防止炉排面向炉膛上部放热。因而能有效地提高炉排后部的炉温，这就是其保温促燃作用的所在。,,双人字形炉拱由人字形前拱和人字形后拱组成，两者的总覆盖率在80％以上，直至全覆盖。使后拱的高温烟气冲向前拱区，并形成强烈旋转的火球，使得烟气中的可燃气体和氧气充分混合而完全燃烧，从而使前拱的温度大大提高，辐射到新煤上的热量也增强，,,双人字形炉层燃炉炉拱结构图,后拱高温烟气伸入到前拱区的直接引燃作用，保证了新煤的顺利着火。由于炉温高，加之超低长后拱的保温促燃作用，如果再辅之以相应的推迟送风法，就能使炉渣中的残碳燃烧干净。完全燃烧使得炉膛温度大大提高，从而使锅炉的蒸发量也得到提高。,2.3.3煤粉炉悬浮燃烧,炉膛炉膛是组织煤粉与空气连续混合、着火燃烧直到燃尽的空间。固态排渣煤粉炉的结构比较简单，外形呈高大立方体，烟气是上升或旋流上升的流动形式。炉膛四周铺设水冷壁，上部布置有过热器受热面，下部由前后墙水冷壁倾斜形成冷灰斗。大约占全部燃料灰分的10％～20％的灰渣掉入冷灰斗以固体形态排出炉外，其余以飞灰形式被烟气带出炉膛。在燃用难着火的煤种时，常在燃烧器区域的水冷壁上敷设卫燃带，保持燃烧区的高温。此外，通常在炉膛出口区把后墙伸向炉内形成折焰角，以延长煤粉在炉内的行程，并改善炉内火焰的充满情况，使出口烟温趋于均匀。,制粉系统直吹式系统中，磨煤机磨制的煤粉全部送入炉内燃烧，故磨煤机的制粉量等于锅炉的燃料消耗量。要求制粉量能适应锅炉负荷变化，故一般都配有中速或高速磨煤机。中间储仓式制粉系统是把磨好的煤粉先储存在煤粉仓中，然后按锅炉运行负荷的需要，由给粉机将粉仓中煤粉送入炉内燃烧。中间储仓式一般都用筒式钢球球磨机，并比直吹式系统增加了旋风分离器、螺旋输粉机和煤粉仓等设备。,燃烧器燃烧器的作用是保证煤粉和空气在进入炉膛时能充分混合、煤粉能连续稳定的着火、强烈的燃烧和充分的燃尽，并在燃烧过程中保证炉膛水冷壁不结渣。通过燃烧器进入炉膛的空气一般分为两种携带煤粉的空气称为一次风，单纯的热空气称为二次风。此外，采用中间储仓式热风送粉的制粉系统的煤粉炉也常将制粉乏气作为三次风送入炉膛。煤粉燃烧器按空气动力特性可分为旋流燃烧器和直流燃烧器两种。,,某一电站锅炉炉膛结构,旋流燃烧器,,,旋流燃烧器的气流结构特性二次风（有时还有一次风）强烈旋转，喷出喷口后形成中心回流区，卷吸炉内的高温烟气至燃烧器出口附近，加热并点燃煤粉。二次风不断和一次风混合，使燃烧过程不断发展，直至燃尽。除了中心回流区的高温烟气卷吸外，在燃烧器喷出的气流的外圈也有高温烟气被卷吸。旋转射流有扩散角大，射程短，早期混合强烈，后期混合减弱的特点。旋转射流的湍流换热强度很高。,,旋流燃烧器流动特性图,,旋流燃烧器的常用型式,,a）蜗壳；（b）切向叶片；（c）轴向可动叶片旋流燃烧器常用型式示意图,,旋流燃烧器的布置旋流燃烧器一般作前墙或前后墙对冲（交错）布置。前墙布置的特点是磨煤机可以布置在炉前，煤粉管路较短而且形状尺寸比较一致，分配较均匀，因而沿炉膛宽度方向烟气温度的偏差较小。前后墙布置方式的火炬相互穿插，炉内火焰的混合和充满情况比较好。,,a前墙布置b前后墙对冲（交错）布置旋流式燃烧器布置示意图,当炉墙上布置两个以上的旋流式燃烧器时，为使相邻燃烧器的射流不相互干扰，燃烧器相互之间、燃烧器与邻近的炉墙之间以及燃烧器与冷灰斗上缘之间都应保持适当的距离。为了防止炉内火焰的偏斜，相邻燃烧器气流的旋转方向宜彼此对称，反向旋转。,煤粉直流燃烧器,WR（宽调节比）型直流燃烧器在WR型燃烧器中，煤粉空气混合物流经入口弯头时，由于离心力的作用大部分煤粉紧贴着弯头的外沿进入煤粉喷管，设置在WR型燃烧器煤粉喷管中间的水平肋板将浓淡两股煤粉流分开，并保持到喷嘴处，再流经摆动式煤粉喷嘴出口处的三角形扩锥，可使其出口端的火焰稳定在回流区中，改善了低负荷下的稳燃性能，再加上喷嘴出口的周界风受到扩锥的导向作用，可推迟周界风和煤粉空气混合物的混和，更有利于煤粉着火。,WR型直流燃烧器,,水平浓淡煤粉直流燃烧器水平浓淡煤粉燃烧器的原理。百叶窗煤粉浓缩器将一次风在水平方向上分成浓度差异适当的浓淡两股，使浓煤粉气流位于向火侧，形成风包粉，在炉膛水冷壁附件形成氧化性气氛，提高灰熔融温度，并阻止煤粉颗粒直接冲刷水冷壁，从而可提高防结渣的能力，同时，改善了火焰稳定性，提高了着火性能。,1－一次风管道；2－煤粉燃烧器；3－浓煤粉气流出口；4－淡煤粉气流出口；5－内侧假象切圆；6－外侧假想切圆；7－水冷壁；8－氧化性气氛区水平浓淡煤粉燃烧原理图,直流燃烧器喷嘴沿高度方向的布置,切向燃烧直流燃烧器的一、二次风喷嘴是上下依次排列的按照煤种着火特性的不同间隔布置和集中布置。间隔布置方式挥发分含量高易于着火的烟煤和褐煤一次风中携带的煤粉较易着火，希望在着火后迅速与相近的二次风喷嘴射出的空气流混合，使火炬根部不致缺氧而导致燃烧不完全，这种情况下一二次风喷嘴常交替间隔排列，各喷嘴边缘的上下间距较小，沿高度间隔排列的各二次风喷嘴的风量可分别调节。集中布置方式较难着火的贫煤，劣质烟煤和无烟煤除了常在燃烧器区的炉膛水冷壁上敷设耐火材料做成卫燃带，以提高煤粉着火区的温度外，希望推迟一、二次风的混合，以保证在混合前一次风中的煤粉的较好的着火条件。为此，几个一次风喷嘴相对集中在一起并靠近燃烧器下部，一、二次风喷嘴上下边缘的间距较大。,,直流燃烧器高度方向布置方式,（a）间隔布置（b）集中布置直流燃烧器高度方向布置方式图,,切向燃烧的炉内空气动力场四个角喷出的煤粉火焰相互点燃，着火稳定性较好。燃烧器的燃烧工况和整个炉膛的空气动力特性关系十分密切。气流在适当的程度上偏离设计方向恰恰是组织切向燃烧所需要。炉内气流旋转直径增大，使上邻角过来的火焰更靠近射流根部，对着火有利，对混合也有好处，炉膛充满度也较好。但是切圆直径过大，一次风煤粉气流可能偏转贴壁，以致火焰冲刷水冷壁，而引起结渣，这是必须避免的。,切向燃烧火焰形状平面图,2.3.4流化床燃烧,流态化原理随着气流速度的不断增加，气固两相流动由固定床向流化床、气力输送转变。在固定床中，料层阻力随气流速度的增大而增大，当气流速度达到一定值，颗粒开始被吹起。随着气流速度的进一步增加，床层开始膨胀，床料被吹起并在一定高度范围内上下翻滚运动，床层高度增加，但是床层阻力不变，这就是流化床的工作状态。,流态化工作原理图,,鼓泡床中的夹带和扬析床层表面当大量气泡连续破裂时会夹带大量固体颗粒溅出床层，且在上部空间，由于受气泡破裂的影响，气体流速不均而具有较强的夹带固体颗粒的能力。扬析是指部分细颗粒燃料上升速度很快，在床层以及悬浮层停留时间太短，来不及燃烧就被空气带出炉膛的现象。夹带和扬析造成未燃尽损失，这是鼓泡床锅炉在燃烧宽筛分燃料时燃烧效率不高的主要原因。,鼓泡床锅炉结构示意图,,循环流化床锅炉特点◆循环流化床和鼓泡床的主要区别是在炉膛出口处安装一个高效分离器，将被气流带出炉膛的颗粒分离出来，通过回料装置再将其送回至炉膛底部，以提高燃烧效率，并保持炉内床料总量不变。◆由于粒子团的沉降和边壁效应，循环流化床中气固流动形成近炉壁处很浓的粒子团以旋转状向下运动，炉子中心则是相对较稀的气固相向上流动，产生一个强烈的炉内循环运动，大大强化了炉内的传热和传质过程，并使温度场分布均匀。◆在循环流化床内布置的水冷壁恰好处于固体粒子团向下运动的区域，颗粒浓度高但流动速度较慢，传热仍然很强却又可减轻水冷壁的磨损◆固体颗粒的聚集和团聚作用，是循环流化床内颗粒运动的一个特点。,德国鲁奇循环流化床锅炉系统图,,,布风装置由风道、风室和布风板所组成。布风板则包括花板、风帽和隔热层。鼓风机通过风道将空气送入风室，风室起着稳压和预分流的作用，把空气均匀地送入风帽，然后空气以w2的速度从风帽小孔喷出。布风装置是流化床中气固两相流动发生和形成流态化的关键部件。,图2－18布风装置结构,2-4锅炉受热面,燃煤电站锅炉烟、风、汽水系统图,2-4锅炉受热面,,自然循环及直流锅炉工质在受热面内的流程图,,,a光管；b鳍片管焊成的膜式水冷壁；c用边钢焊成的膜式水冷壁炉膛水冷壁管的型式,,自然循环锅炉蒸发受热面水冷壁,蒸发受热面循环回路示意图,,直流锅炉的水冷壁系统,a水平围绕上升管带型水冷壁b一次上升垂直管屏型水冷壁直流锅炉的水冷壁系统图,,过热器结构和布置方式根据传热方式，过热器可分为对流式、辐射式和半辐射式，而再热器通常都是对流式，在亚临界控制循环锅炉中也采用辐射式和半辐射式再热器。辐射式过热器布置在炉膛的炉壁上，直接吸收炉膛辐射热，它的结构和水冷壁相似，只有管径可能不同。半辐射式过热器布置在炉膛上方，同时吸收炉膛的辐射热和烟气的对流传热，常由许多根做成“U”形的管子排成一个平面的管屏，因此又称屏式过热器。屏式过热器是系统安全运行中的薄弱环节。,,过热器的基本结构示例图1.锅筒；2.在炉膛壁上的二行程辐射式过热器；3.炉膛出口处屏式过热器；4.立式对流过热器；5.卧式对流过热器；6.顶棚过热器；7.喷水减温器；8.过热蒸汽出口集箱；9.悬吊管进口集箱；10.悬吊管出口集箱；11.过热器悬吊管；14.燃烧器壁孔,,过热汽温及再热汽温的调节◆过热器及再热器作用由于受材料的限制，锅炉的过热汽温度停留在540～550℃的水平。仅提高压力而不相应的提高蒸汽温度，过热蒸汽在汽轮机膨胀作功后湿度很大，会影响汽机的安全，因此通常是将蒸汽在汽轮机作一部分功后送回到锅炉再加热，然后再回到后面的汽轮机作功，这样可降低汽轮机末级叶片中蒸汽湿度，电站的热效率还可进一步提高。再热器的作用就是布置在锅炉中加热从汽轮机引回来的蒸汽。◆汽温的调节方式可分为蒸汽侧和烟气侧。蒸汽侧主要是喷水减温，在高温蒸汽中喷入高纯度的除盐水，水滴的汽化使蒸汽的温度降低。调节喷入的水量，可以达到调节汽温的目的。烟气侧主要是通过改变锅炉内辐射受热面和对流受热面吸热量分配比例的方法来调节蒸汽温度，主要有烟气再循环、调节燃烧器倾角等方式。为保证经济性，再热蒸汽常采用烟气侧调温。,◆再热器的蒸汽属中压蒸汽，表面传热系数低，比热容小，而温度较高，容易引起管壁超温，一般都布置在烟温稍低区域，其所用的管子直径也较大些（4260mm），且对热力不均匀性的敏感性大。再热器的另一个特点是再热蒸汽来自汽轮机，应采取措施保证汽轮机甩负荷或机组启动和停机过程中再热器的安全性。省煤器◆省煤器主要是充分利用锅炉尾部烟气温度来加热给水，提高进入锅筒的水温，同时把离开锅炉的烟气温度进一步降低。这样可以提高锅炉效率，节省燃料，这就是省煤器名字的由来,,◆锅炉给水由省煤器进水管送入到省煤器分配集箱，均匀地分配到各蛇形管中并由烟气加热，然后送入汇合集箱，再经由连接管送入到锅炉的锅筒中，这就是最典型的省煤器流程。,,（a）鳍片管省煤器；b膜式省煤器鳍片管省煤器和膜式省煤器示意图,,空气预热器◆空气预热器的作用空气预热器是利用烟气的热量来加热燃烧所需空气的热交换设备。空气预热器可吸收烟气热量，使排烟温度降低并减少排烟热损失，提高锅炉效率；同时提高了燃烧空气的温度，有利于燃料的着火、燃烧和燃尽，增强了燃烧稳定性并可提高锅炉燃烧效率；空气预热还能提高炉膛内烟气温度，强化炉内辐射换热。因此，空气预热器已成为现代锅炉的一个重要的、不可缺少的部件。◆空气预热器的分类空气预热器按照换热方式一般可分为两大类间壁式和蓄热式或称再生式。在间壁式空气预热器中，烟气和空气都各有自己的通路，之间存在一个壁面，热量是从烟气侧连续地通过壁面传给空气。在蓄热式空气预热器中，烟气和空气交替地通过中间载热体（常为金属介质），当烟气流过时，热量由烟气传给受热面金属，并被金属载热体蓄积起来，然后空气通过受热面时，金属载热体就将蓄积的热量释放出来传给空气。这样周而复始连续不断地循环工作，使空气加热。,,管式空气预热器多在中小锅炉上使用，它由许多薄壁钢管装在上、下管板和中间管板上形成管箱。一般常采用立式布置，烟气在管内纵向流动，空气从管间的空间横向绕流过管子，两者成交叉流动，中间管板的作用是分割空气流程。管式空气预热器可以把空气加热到400℃左右。,1－管子；2－上管板；3－膨胀节；4－空气罩；5－中间管板；6－下管板；7－钢架；8－支架管式空气预热器图,,回转式空气预热器蓄热式预热器烟气和空气交替地通过金属受热面来加热空气。按运动方式，可分为受热面转动和风罩转动两种型式。这种空气预热器由转动的转子和固定的外壳组成，转子内分成许多扇形小块，扇形小块又分成仓格，内装满波形板。固定在外壳上的扇形顶板及底板把转子流通截面分为烟气流通区和空气流通区两部分，并分别与外壳上、下部的烟道以及风道相联。转子旋转一周即完成一个传热过程，烟气流通时把波形板加热，空气流通时波形板被空气冷却。,1－转子；2－轴；3－齿条；4－齿轮；5－烟气入口；6－烟气出口；7－空气人口；8－空气出口；9－隔板；10－过渡区；11－密封图2－58回转式空气预热器,,尾部受热面运行中的若干问题◆积灰尾部受热面的积灰包括松散灰和低温粘结灰两类。SO3硫酸蒸汽CaSO4低温粘结灰。◆低温腐蚀壁面温度达到烟气露点时，硫酸蒸汽会冷凝在受热面管壁上，金属氧化膜被酸溶解，金属和电解液相互作用而造成尾部受热面的低温腐蚀。对低温受热面的腐蚀可采用的措施主要有提高壁温、降低烟气露点或在冷端受热面采用耐腐蚀材料等。◆磨损磨损量的大小与撞击角度α有关，对单排管，α3640处的磨损最严重。而烟气速度对磨损的影响极大，磨损量的大小与烟气速度的三次方成正比。在“Π”型布置的锅炉中，易产生磨损的部位是水平烟道的两侧及底部、下降烟道转弯的后墙，这些地方容易形成烟气走廊，局部烟气速度高而造成磨损。,,,,,2-5锅炉水动力学及传热问题,自然循环锅炉水动力学◆自然循环由于上升管中汽水混合物的密度小于下降管中水的密度，下联箱左右两侧将产生压力差，从而驱使工质的循环流动。◆运动压头克服上升管阻力和下降管阻力的压力差称之为运动压头，用Syd表示，其计算值等于循环回路的含汽段高度与下降管和上升管在该高度中的平均重度差的乘积。◆有效压头克服下降管阻力，并称之为有效压头，用Syx表示。有效压头愈大，可以克服的下降管阻力就越大，亦即循环的水量愈大，水循环愈强烈。◆循环倍率在循环回路中进入上升管的循环水量与上升管出口蒸汽量之比称为循环倍率K。◆循环回路中的阻力计算包括单相及两相流体的摩擦阻力计算及局部阻力计算。,,,循环回路的特性曲线及计算◆计算方法预先选取三个循环水速的数值，分别计算出循环回路的运动压头以及上升管和下降管的阻力，运动压力减去上升管阻力即为有效压头，然后绘出有效压头，下降管阻力与循环水速（或相应的循环水量）之间的关系曲线，由两关系曲线的交点即可确定出回路的循环水量和有效压头，并可按此循环水量确定回路的循环倍率及水的欠焓。如所得结果与原选用的数据相差在允许范围之内，则计算完成。所得之结果表示循环回路的平均特性。然后再对水循环的可靠性进行校核。,简单回路的循环特性计算示意图,,◆下降管的总阻力计算由下降管进口局部阻力，弯头阻力，进入集箱的出口局部阻力及沿程摩擦阻力组成。上升管的总阻力由水段的进口局部阻力，摩擦阻力，蒸发段、引出段的局部阻力和摩擦阻力及管子出口阻力组成。水循环可靠性校核内容◆停滞◆自由水面◆倒流◆校核循环倍率并与界限循环倍率比较◆下降管是否带汽、汽化,,并联换热管组热偏差◆热偏差的定义锅炉的水冷壁、过热器、再热器和省煤器基本上是由并联管组构成的受热面，由于设计和运行等因素，并联的各根管子吸热量或介质流量存在差别，使各管子内介质的焓增不相同，这种现象称为热偏差。热偏差系数为计算管内工质的焓增和整个管组工质的平均焓增之比。包括◆烟气侧热负荷偏差系数计算管自蒸汽进口到计算点的热负荷与管组相应区段平均热负荷之比值；◆工质侧流量偏差系数计算管的工质流量与管组平均单管流量之比值；◆并联管组结构偏差系数计算管自蒸汽进口到计算点的受热面积与管组相应区段平均单管受热面积之比值。,,烟气侧热负荷不均匀引起的偏差对于切向燃烧方式，由于在炉膛出口存在烟气残余旋转，以及型布置的转弯流动的影响，再加上煤粉浓度分布的不均匀，在过热器和再热器区域，存在较大的烟温和烟速偏差，导致管屏的吸热不均匀，沿炉膛宽度方向的热负荷一般呈“M”型分布，如图所示是一台600MW切向燃烧锅炉高温再热器的热负荷分布。,600MW切向燃烧锅炉再热器出口汽温分布图,,屏间工质侧流量不均匀对于端部引入引出布置方式，Z型布置与C型布置相比，其集箱间压差分布很不均匀，相应的工质侧流量分布也很不均匀；,,集箱结构和压差分布图（a）Z型布置（b）C型布置,,蒸汽侧流量分布和烟气侧热负荷分布相匹配◆对于切向燃烧方式，烟气侧热负荷分布图形基本上固定，为“M”型。如果使热负荷较高的管屏具有较大的蒸汽流量，热负荷较低的管屏具有较小的蒸汽流量，这样的匹配方法可以避免局部管屏因流量偏差和热负荷偏差叠加而造成的超温爆管。◆另一种匹配方法可采用部分管屏加装节流圈，来调节屏间蒸汽流量分布。由于切向燃烧锅炉的烟气侧热负荷分布图形基本上固定，为“M”型，可以选择出口汽温较低的管屏加装节流圈，使该部分管屏中的蒸汽流量减少，以增加超温管屏中的蒸汽流量，从而达到降低超温管屏出口汽温的目的。,,同屏热偏差同屏各管之间汽温偏差的主要原因◆受烟气辐射热量不均匀悬空管四周受热，所接受的辐射热量最强；首排管和末排管为三面受热方式，在同样条件下，与中间管两面受热的方式相比，所接受的辐射热量更强，此外，由于首排管面对炉膛或屏前烟气辐射，其所接受的辐射热量强度最大。◆同屏各根管子辐射受热面不均匀外圈管比较长，因此它的受热面积和吸热量当然比内圈管大。◆同屏各根管子的流量分布不均匀外圈管由于较长，阻力系数较大，因此它的蒸汽流量比内圈管小。从上分析可知，外圈管接受烟气的辐射热量最大，而管内蒸汽冷却最弱，所以，一般情况下，超温爆管往往发生在外圈管。,管屏结构图,,减少同屏热偏差方法◆通过节流圈来调整同屏各管的流量分布，如在内圈管加装节流圈，以平衡外圈管的流量分布。◆缩短外圈管，伸长内圈管，采用宝塔形的管屏结构，使内外管圈的流量分布和受热面积都得到平衡。,,,（a）改进前（b）改进后管屏结构图,同屏热偏差（图中1号管为外圈管，16号管为内圈管）,2-6燃煤锅炉污染物排放控制,燃煤污染物煤的燃烧是造成我国生态环境破坏的最大污染源。燃煤所排放的温室气体CO2总量居世界第二位。电站锅炉消耗煤炭约1/2，工业锅炉消耗煤炭约1/3。二氧化硫的生成煤中含有硫分，且主要为可燃硫。在氧化性气氛条件下，可燃硫均会被氧化生成SO2，同时由于炉膛中的高温环境以及煤灰中催化剂的作用，部分SO2会进一步与氧反应生成SO3,二者统称SOx。生成的SO3大约只占SO2的0.5％～2％左右，但是SO3遇到水蒸气会生成H2SO4蒸汽，在温度较低时凝结在金属受热面上，造成腐蚀以及堵灰，严重影响锅炉的正常运行。此外，SO2排放到大气中也会继续与空气中的氧以及水蒸气反应，生成H2SO4，造成酸雨污染。,氮氧化物的生成生成NOx的途径主要有三个热力型、燃料型和快速型。热力型NOx是空气中的氮气在高温下直接氧化而生成的，它的生成和温度密切相关，仅当火焰温度大于1500℃时，才会大量生成；燃料型是燃料中氮在燃烧过程中氧化而生成的NOx，与温度的关系不大，是最主要的NOx生成途径；快速型是燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成的NOx，在煤燃烧过程中的生成量较小。,,三种类型NOx生成量与温度关系,三种类型NOx生成量与温度关系图,,SO2的控制途径◆燃烧前燃料脱由于煤中硫化亚铁比重较大，因此可以通过洗选法脱除部分的硫化亚铁以及其它矿物质。常规洗选法可以脱除30％～50％的硫化亚铁。化学浸出法、微波法、细菌脱硫，还可以将煤进行气化或者液化，转化为清洁的二次燃料，以达到脱硫的目的。◆燃烧中脱硫燃烧中脱硫主要指燃烧过程中SO2遇到碱金属氧化物如CaO、MgO等，便会反应生成CaSO4、MgSO4等而被脱除掉。由于煤灰中含有部分碱金属氧化物，在不采取任何措施时，部分SO2也会在燃烧中被脱除。燃烧中脱硫技术主要有脱硫剂吹入法、流化床燃烧以及型煤技术等。◆烟气脱硫烟气脱硫又可分为湿法、干法和半干法。湿法是采用碱溶液对烟气中的SO2进行吸收，特点是反应速度快、脱硫效率高以及钙利用率高，在Ca/S＝1时，可达到90％的脱硫率。缺点主要是初投资大、运行费用高。其中石灰石/石膏法是当前最主要、应用最广的湿法烟气脱硫技术。,,NOx的控制途径◆低NOx燃烧技术◆空气分级燃烧技术◆燃料分级燃烧技术◆煤粉浓淡燃烧技术◆烟气再循环技术◆低NOx燃烧器烟气脱硝技术◆选择性非催化脱硝法（SNCR）向炉膛中喷射氨、尿素等氨基还原剂，因为NH3等只与烟气中的NOx发生发应◆选择性催化剂法（SCR）采用催化剂促进NH3与NOx的反应，就称为选择性催化剂法。选择性催化剂法的反应温度取决于催化剂，当采用钛或者铁的氧化物做催化剂时，反应温度为300～400℃左右；而采用活性焦炭做催化剂时，反应温度应选为100～150℃。SCR系统由催化剂反应器、催化剂和氨储存及喷射系统组成，一般能够达到80％～90％的脱硝率，因此能够满足较为严格的排放标准，在国外得到了较广泛的应用。,,空气分级燃烧技术airstaging燃料的燃烧过程分段进行，燃烧用风分为一、二次风，减少煤粉燃烧区域的空气量，提高燃烧区域的煤粉浓度。推迟一、二次风混合时间，煤粉进入炉膛时形成富燃料区，并在富燃料区进行缺氧燃烧，以降低燃料型NOx的生成。缺氧燃烧产生的烟气再与补入的二次风混合，使燃料完全燃烧。“燃尽风”喷口的位置决定了煤粉气流在主燃烧区内的停留时间，它和过量空气系数一起，共同决定了主燃烧区内NOx降低的程度，也直接关系到其在燃尽区的燃尽效果和炉膛出口烟气温度水平。,沿炉膛高度空气分级燃烧,,燃料分级燃烧技术fuelstaging根据NOx的分解机理，已生成的NOx在遇到烃根CHi和未完全燃烧产物CO、H2、C和CnHm时，会发生NO的还原反应从而降低NOx排放水平。第一级燃烧区将85左右的燃料送入进行富氧燃烧，生成大量的NOx；第二级燃烧区送入15的燃料，进行缺氧燃烧，将第一区生成的NOx进行还原，从而降低NOx的排放。燃料分级燃烧时所使用的再燃燃料可以与主燃料相同，但由于煤粉气流在再燃区内的停留时间相对较短，再燃料宜于选用容易着火和燃烧的烃类气体或液体燃料，如天然气。,沿炉膛高度燃料分级燃烧,,二氧化碳的排放与控制◆二氧化碳的排放二氧化碳是一种温室气体，主要由化石燃料燃烧放出。工业化二百年来，大气中CO2的浓度从大约280ppm升高到了大约360ppm，约升高了30。CO2的过量排放会加剧全球的温室效应，因此需要对CO2排放加以控制。◆二氧化碳的控制◆提高能源效率；◆利用生物质燃烧（由于生物质生长时吸收大气中的CO2与其燃烧排放的CO2相同，可以认为是零排放）；◆对生成的二氧化碳进行埋藏和固化处理。,,可吸入颗粒物的排放控制◆可吸入颗粒物的危害一般指空气动力学当量直径小于10μm的微粒，以PM10表示。煤中还含有少量的重金属元素，如汞等，在高温燃烧时会汽化生成金属蒸汽，随着温度的降低会通过成核、凝聚、凝结等方式富集到微颗粒表面，并随之排到大气中。◆可吸入颗粒物的排放控制◆静电除尘器是通过静电场的作用除去微尘颗粒，可通过改变电荷、粘度、化学成分等参数来改变飞灰特性，如在烟气中加入少量的NH3等可大大增加飞灰颗粒的粘性，提高除尘效率。◆布袋除尘器是让含尘气流通过细密的滤料，微尘颗粒就在滤料一侧收集，然后通过振动或者使滤料通过相反方向的气流除去上边收集到的灰尘，再生滤料。如果操作得当，布袋除尘器除尘效率可达99.9％（包括99％以上的PM10和95％以上的PM2.5）。较高的除尘效率，除去重金属元素的效率也较高。,