火力發(fā)電廠鍋爐

1、第一章 火電廠鍋爐綜述第一節(jié) 火電廠鍋爐的類型80年代以來(lái)，我國(guó)建設(shè)了一批以燃煤為主的亞臨界與超臨界參數(shù)大容量發(fā)電機(jī)組。各種類型的300、350、500、600、800MW級(jí)亞臨界與超臨界參數(shù)鍋爐機(jī)組相繼投入運(yùn)行。一、火電廠鍋爐的容量和參數(shù)亞臨界壓力自然循環(huán)及控制循環(huán)鍋爐的容量和參數(shù)見(jiàn)表11直流鍋爐及低倍率循環(huán)鍋爐的容量和參數(shù)如表1-2所示二、火電廠鍋爐的類型燃燒方式來(lái)看，現(xiàn)有的300、600MW級(jí)亞臨界參數(shù)鍋爐主要有三種技術(shù)形式：第一種是四角切圓燃燒方式，第二種是對(duì)沖燃燒方式，第三種是W型火焰燃燒方式。四角燃燒鍋爐多數(shù)采用擺動(dòng)式燃燒器調(diào)節(jié)再熱汽溫，也可采用煙氣擋板和其他調(diào)溫方式。而對(duì)沖燃燒鍋

2、爐采用旋流式燃燒器，多數(shù)采用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫。從循環(huán)方式來(lái)看，主要有四種形式：自然循環(huán)；控制循環(huán)；復(fù)合循環(huán)或低倍率循環(huán)方式；純直流方式。四角燃燒鍋爐的循環(huán)方式趨于多樣化，上述四種形式都占相當(dāng)數(shù)量。而對(duì)沖燃燒鍋爐，多數(shù)采用自然循環(huán)方式。從受熱面系統(tǒng)布置來(lái)看，對(duì)于采用擺動(dòng)式燃燒器調(diào)溫的鍋爐，除了水平煙道和尾部煙道的貼墻管過(guò)熱器外，煙道中的主受熱面系統(tǒng)布置大致上形成了兩種形式：種是過(guò)熱器和再熱器都采用輻射+對(duì)流式的系統(tǒng)；另一種是過(guò)熱器采用輻射+對(duì)流式的系統(tǒng)，再熱器采用對(duì)流式系統(tǒng)。從鍋爐爐型結(jié)構(gòu)看，有倒U型布置、塔型布置、W型火焰爐型布置。從工作參數(shù)看，目前發(fā)展的主要是亞臨界和超臨界參數(shù)機(jī)組。第一

3、節(jié) 自然循環(huán)鍋爐一、采用對(duì)沖燃燒方式的300MW自然循環(huán)鍋爐 圖11采用B&W技術(shù)設(shè)計(jì)制造的亞臨界壓力300MW鍋爐。采用雙調(diào)風(fēng)旋流式燃燒器對(duì)沖燃燒、自然循環(huán)、煙氣擋板調(diào)溫方式。二、采用四角燃燒方式的300MW自然循環(huán)鍋爐圖1-2是東方鍋爐廠根據(jù)CE技術(shù)設(shè)計(jì)制造的亞臨界壓力300MW鍋爐，采用四角切圓燃燒、自然循環(huán)、擺動(dòng)式燃燒器調(diào)溫方式。爐膛的寬、深、高分別為13335mm、 12829mm、54300mm，燃用西山貧煤和洗中煤的混煤。爐膛容積熱負(fù)荷為389103kJ (m3h)，爐膛斷面熱負(fù)荷為17.13106kJ(m2h)。爐膛四角布置4只擺動(dòng)式直流燃燒器，燃燒器有6層一次風(fēng)噴口，

4、4層油噴口，6層二次風(fēng)噴口，氣流射出噴口后，在爐膛中央形成700mm和 1000mm的兩個(gè)切圓。 三、FW300MW級(jí)W型火焰鍋爐FW300MW級(jí)W型火焰鍋爐是采用引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)制造的亞臨界自然循環(huán)鍋爐，見(jiàn)圖13。 四、B&W360MW級(jí)W型火焰鍋爐B&W360MW級(jí)W型火焰鍋爐是引進(jìn)的亞臨界自然循環(huán)鍋爐。鍋爐整體布置如圖1-4所示。沿?zé)煔饬鞒滩贾闷潦竭^(guò)熱器、高溫過(guò)熱器，水平煙道中布置高、低溫再熱器(即再熱器為單級(jí)布置)，尾部豎井煙道中布置低溫過(guò)熱器和省煤器。過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)采用兩級(jí)噴水減溫，再熱汽溫調(diào)節(jié)采用爐底供熱風(fēng)的方式。爐底注入熱風(fēng)還可以使冷灰斗區(qū)域的爐渣凝聚體積減小，以利于排

5、渣和減輕受熱面的磨損。 第三節(jié) 控制循環(huán)鍋爐一、300MW控制循環(huán)鍋爐圖15為CE技術(shù)設(shè)計(jì)制造的300MW控制循環(huán)鍋爐的整體布置。其受熱面布置與自然循環(huán)鍋爐大致相同，不同的是水循環(huán)系統(tǒng)中增加了循環(huán)泵和水冷壁管徑減小。爐水循環(huán)泵及其工作系統(tǒng)如下。 二、600MW控制循環(huán)鍋爐圖1-7是采用CE技術(shù)設(shè)計(jì)制造的600MW亞臨界控制循環(huán)鍋爐，采用四角燃燒，擺動(dòng)式直流燃燒器調(diào)溫方式。爐膛寬、深、高度分別為18.542m、 16.432m、65.354m。燃用煙煤，斷面熱負(fù)荷為5.64106Wm2，容積熱負(fù)荷為96.25 103Wm3。600MW控制循環(huán)鍋爐的受熱面系統(tǒng)布置類似于300MW控制循環(huán)鍋爐。 第

6、四節(jié) 直 流 鍋 爐一、超臨界壓力600MW鍋爐 600MW超臨界壓力鍋爐為n型布置，如圖18所示。爐膛下部螺旋管圈水冷壁，爐膛上部布置垂直管屏水冷壁。螺旋管圈水冷壁通過(guò)焊接在鰭片管上的張力板懸吊于爐頂鋼架上，螺旋管圈水冷壁的重量負(fù)載傳遞給張力板，再由張力板把重量負(fù)載均勻地傳遞給爐膛上部的垂直管屏，從而實(shí)現(xiàn)螺旋管圈的懸吊。二 亞臨界直流鍋爐第五節(jié) 低倍率循環(huán)鍋爐 國(guó)內(nèi)電廠中也有相當(dāng)數(shù)量的低倍率循環(huán)鍋爐，一般采用塔型布置，容量等級(jí)為600、 500、300MW。 圖116是500MW亞臨界參數(shù)低倍率循環(huán)塔型鍋爐。 第二章燃料及其燃燒特性第一節(jié) 火電廠鍋爐燃料的分類火電廠鍋爐是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為

7、蒸汽熱能的設(shè)備。在工程上將加熱至一定溫度后能與氧發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，并放出大量熱量的炭氫化合物和炭化物稱為燃料。燃料的種類和特性對(duì)鍋爐的安全性和經(jīng)濟(jì)性有密切關(guān)系。在鍋爐的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，由于燃料的不同、鍋爐受熱面積的大小、爐膛高矮、燃燒器型式、空氣預(yù)熱器面積的大小、受熱面的污染、磨損、腐蝕等情況均會(huì)不同。根據(jù)燃料在自然界所處的狀態(tài)，可將燃料分為固體燃料、液體燃料和氣體燃料。固體燃料主要以煤為主；液體燃料以重油和渣油為主；氣體燃料以煤氣為主。根據(jù)獲得燃料的方法，可將直接從自然界取得未經(jīng)工藝加工的燃料稱為天然燃料，如原煤、原油及天然氣。將經(jīng)過(guò)工藝加工后的木炭、焦炭和石油制品則稱為人工燃料。根據(jù)用途，

8、將用于煉焦、鍛造和化工的焦結(jié)性好、含雜質(zhì)少的燃料稱為工藝燃料。不適于做工藝燃料的鍋爐燃用的燃料稱為動(dòng)力燃料。我國(guó)的燃料政策是，盡量不燒油和天然氣，電力工業(yè)以燒煤為主；盡量不使用工藝燃料；為減少運(yùn)輸，應(yīng)盡量使用當(dāng)?shù)爻霎a(chǎn)的煤；由于煤對(duì)環(huán)境的污染大于其他燃料，在使用過(guò)程中應(yīng)盡量采取措施減少污染。我國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，占世界煤產(chǎn)量的25。1996年，我國(guó)煤炭產(chǎn)量達(dá)13.8億t，而煤炭占我國(guó)一次能源消費(fèi)量的75。我國(guó)煤炭資源相對(duì)較為豐富，分布也廣，而石油和天然氣資源相對(duì)不足，預(yù)計(jì)到21世紀(jì)中葉，我國(guó)能源消耗仍會(huì)以煤為主。煤是由多種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物混合組成的復(fù)雜的固體碳?xì)淙剂稀Ｋ沁h(yuǎn)古植物遺

9、體隨地殼的變動(dòng)被埋入地下，長(zhǎng)期在地下溫度、壓力較高的環(huán)境中，植物中的纖維素、木質(zhì)素經(jīng)脫水腐蝕，含氧量不斷減少，碳質(zhì)不斷增加，逐漸形成化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、含碳量高的固體碳?xì)淙剂?。埋入地下深度和時(shí)間不同、地質(zhì)作用的強(qiáng)弱不同，就會(huì)形成不同的煤種，即分為褐煤、煙煤和無(wú)煙煤三大類。 第二節(jié) 煤的元素分析和工業(yè)分析 一、元素分析全面測(cè)定煤中所含化學(xué)成分的分析叫元素分析。根據(jù)分析，煤中元素達(dá)三十幾種。一般將不可燃物質(zhì)都?xì)w入灰分。對(duì)燃燒有影響的成分包括：碳、氫、氧、氮、硫、灰分和水分，各化學(xué)元素成分用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示，即 C+H+O十N十S+A+M100氫是煤中發(fā)熱量最高的物質(zhì)，完全燃燒時(shí)，純氫的發(fā)熱量為1.2105

10、kJkg。氫燃點(diǎn)低，易點(diǎn)燃，是有利元素。煤中氫的含量較少，一般約占36。煤中的氧和氮是不可燃物質(zhì)，其含量也較少。煤中的氮在高溫條件下易生成污染大氣的NOx，被視為有害元素。硫雖然在燃燒時(shí)也放出熱量，但其燃燒產(chǎn)物S02和S03會(huì)造成鍋爐金屬的腐蝕并污染大氣。硫常以三種形式存在，即有機(jī)硫、硫化鐵硫、硫酸鹽硫。前兩種可燃，稱為揮發(fā)硫，后一種歸入灰分。一般在計(jì)算含硫量時(shí)應(yīng)采用全硫分。煤中灰分和水分均為不可燃物質(zhì)?；曳执嬖诓粌H使燃料發(fā)熱量減少，而且影響燃料著火燃盡，也是造成積灰、結(jié)渣、磨損的主要因素。水分會(huì)使?fàn)t內(nèi)溫度下降，影響著火，并增大排煙熱損失，還會(huì)加劇尾部受熱面腐蝕和堵灰。二、工業(yè)分析在一定的實(shí)驗(yàn)

11、室條件下的煤樣，分析得出水分、揮發(fā)分、固定碳和灰分這四種成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的過(guò)程，稱為工業(yè)分析。取1g左右的自然干燥后的煤粉樣放人預(yù)先加熱至1455的干燥箱中，干燥1h后，試樣質(zhì)量減輕的量占原質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)即為空氣干燥基水分。此數(shù)值與外部水分值相加即為全水分。 煤中的水分在自然干燥條件下失去的部分，稱為外部水分，而剩余部分稱為內(nèi)部水分，兩部分之和稱為全水分。揮發(fā)分是煤在加熱過(guò)程中有機(jī)質(zhì)分解而析出的氣體物質(zhì)。主要是由各種碳?xì)浠衔铩?、一氧化碳、硫化氫等可燃?xì)怏w組成的，另外還有少量的氧、二氧化碳、氮等不可燃?xì)怏w。碳化程度不同，揮發(fā)分的析出溫度以及揮發(fā)分的含量也不同。揮發(fā)分燃點(diǎn)低，易于著火燃燒，對(duì)鍋爐

12、工作影響較大，其含量常做為煤的分類的重要依據(jù)。煤在失去水分和揮發(fā)分后剩余部分即為焦碳，它包括固定碳和灰分。將煤粉樣放在高溫爐中，按規(guī)定方法升溫至81510C，并加熱1h，冷卻至室溫后稱重，剩余重量占原煤樣重量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)即為空氣干燥基灰分的含量。將原煤粉樣中水分、灰分、揮發(fā)分扣除后，即為空氣干燥基固定碳的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。發(fā)電廠中均可做煤的工業(yè)分析。 三、煤的成分計(jì)算基準(zhǔn)煤中灰分和水分含量容易受外界條件的影響而發(fā)生變化，單位質(zhì)量的煤中其他可燃物質(zhì)的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)也會(huì)隨之而變化。同一種煤，也會(huì)出現(xiàn)上述情況。因此，需要根據(jù)煤存在的條件或根據(jù)需要而規(guī)定的“成分組合”作為基準(zhǔn)，才能正確地反映煤的性質(zhì)。常用下列4

13、種基準(zhǔn)。 1收到基(原應(yīng)用基）收到狀態(tài)的煤為基準(zhǔn)計(jì)算煤中全部成分的組合稱為收到基，其中包括全部水分。收到基以下角標(biāo)ar表示，即 Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar100(22)2空氣干燥基(原分析基)煤樣在實(shí)驗(yàn)室規(guī)定溫度下，自然干燥，失去外部水分后，其余的成分組合便是空氣干燥基，以下角標(biāo)ad表示，即 Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100(23)3干燥基假想無(wú)水狀態(tài)煤為基準(zhǔn)，以下角標(biāo)d表示。由于已不受水分的影響，灰分含量百分?jǐn)?shù)比較穩(wěn)定，可用于比較兩種煤的含灰量，即 Cd+Hd十Od+Nd十Sd+Ad=100(24)4干燥無(wú)灰基(原可燃基)； 假想無(wú)水

14、、無(wú)灰狀態(tài)的煤為基準(zhǔn)，以下角標(biāo)daf表示。由于不受水分、灰分影響，常用于比較兩種煤中的碳、氫、氧、氮、硫成分含量的多少，即 Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100(25)4種基準(zhǔn)同樣也可以用于煤的工業(yè)分析。元素分析成分和工業(yè)分析成分的關(guān)系如圖21所示。四、煤的發(fā)熱量煤的發(fā)熱量是指單位質(zhì)量的煤在完全燃燒時(shí)放出的熱量。在實(shí)際應(yīng)用中，煤的發(fā)熱量有高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱量之分，發(fā)熱量的單位目前用kJkg。發(fā)熱量中包括煤燃燒后所產(chǎn)生的水蒸氣凝結(jié)放出的汽化潛熱時(shí)，稱為高位發(fā)熱量，用Qgw表示。 五、折算成分和標(biāo)準(zhǔn)煤1折算成分鍋爐的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，為了更好地鑒別煤的性質(zhì)，更準(zhǔn)確地比較煤中硫、水

15、分、灰分對(duì)鍋爐工作的影響，常用折算成分的概念來(lái)考慮。規(guī)定每送入鍋爐4182kJkg熱量(即 1000kcalkg)，帶入鍋爐的水分、灰分和硫分。 2標(biāo)準(zhǔn)煤準(zhǔn)確地比較煤的消耗量，便于比較和管理，采用收到基發(fā)熱量為29270kJkg (7000kcalkg)的煤為標(biāo)準(zhǔn)煤。即可用下式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)煤耗Bb Bb=BQar,net kgh (214)式中 B電廠實(shí)際煤耗值。比較兩個(gè)電廠的煤耗時(shí)，可用式(214)先折算為標(biāo)準(zhǔn)煤耗后再比較。 第三節(jié) 煤的燃燒特性分析一、煤的熱分解機(jī)理煤粒被加熱到超過(guò)一定溫度后，即進(jìn)入熱分解階段，放出揮發(fā)分并形成焦碳。煤在熱分解時(shí)放出揮發(fā)分的重量和成分與熱解的條件有關(guān)，即與加熱溫

16、升速度、最終溫度和在此溫度下的持續(xù)時(shí)間有關(guān)。當(dāng)加熱時(shí)溫升速度大于1l0s時(shí)，稱為快速熱分解；而當(dāng)加熱時(shí)溫升速度小于2s時(shí)稱為慢速熱分解；溫升速度介于兩者之間的為中速熱分解。 二、煤的熱重分析燃料特性是燃燒設(shè)備設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，采用常規(guī)的方法，如元素及工業(yè)分析時(shí)，發(fā)熱量和灰熔點(diǎn)，灰的成分和可磨性系數(shù)等參數(shù)，不能完全表征煤的燃燒特性。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)了許多特種分析方法，如熱天平、熱顯微鏡、著火指數(shù)爐、一維爐等方法。由于儀器規(guī)范不同，即使同一種煤也會(huì)得出不同的結(jié)果。在使用分析數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)弄清數(shù)據(jù)的來(lái)源單位，所用儀器和規(guī)范，否則可能造成錯(cuò)誤。煤的失重分析是判別煤的燃燒特性而進(jìn)行的專門分析，熱天平是常用設(shè)備之一。 二、煤的熱重分析燃料特性是燃燒設(shè)備設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，采用常規(guī)的方法，如元素及工業(yè)分析時(shí)，發(fā)熱量和灰熔點(diǎn)，灰的成分和可磨性系數(shù)等參數(shù)，不能完全表征煤的燃燒特性。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)了許多特種分析方法，如熱天平、熱顯微鏡、著火指數(shù)爐、一維爐等方法。由于儀器規(guī)范不同，即使同一種煤也會(huì)得出不同的結(jié)果。在使用分析數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)弄清數(shù)據(jù)的來(lái)源單位，所用儀器和規(guī)范，否則可能造成錯(cuò)誤。煤的失重分析是判別煤的燃燒特性而進(jìn)行的專門分析，熱天平是常用設(shè)備之一。 二、發(fā)電廠