電廠鍋爐設備及系統(tǒng)

電廠鍋爐設備及系統(tǒng)第1頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)火力發(fā)電廠基本生產過程及鍋爐的作用

電力是一個國家經濟發(fā)展的基礎，是國民經濟的先行官。與其他能源相比，電力具有很大的優(yōu)越性，它效率高，便于控制和遠距離傳輸，使用方便，所以現代社會發(fā)展對電力的依賴程度越來越高，電氣化程度是衡量一個國家現代化水平的重要標志之一。但電力不是一種天然能源，必須由其他能源轉換而成。大規(guī)模的電能生產一般在電站中進行。目前的發(fā)電方式主要有火力發(fā)電、水力發(fā)電和核能發(fā)電等。由于我國的能源以煤為主，所以火力發(fā)電是我國目前主要的發(fā)電方式，占我國發(fā)電總量的70％左右。

利用燃料燃燒進行發(fā)電的設備稱為火力發(fā)電機組，主要有三大設備組成：鍋爐、汽輪機和發(fā)電機?；鹆Πl(fā)電機組的發(fā)電過程如以下示意圖所示。

第2頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月第3頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月上海石洞口第二發(fā)電廠第4頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月第5頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月電廠鍋爐的作用由圖所述，在火力發(fā)電廠的生產過程中存在著三種形式的能量轉換：在鍋爐中：燃料的化學能轉變?yōu)闊崮?；在汽輪機中：熱能轉變?yōu)闄C械能；在發(fā)電機中：機械能轉變?yōu)殡娔?。鍋爐是火力發(fā)電廠三大主機中最基本的能量轉換設備。其作用是利用燃料在爐內燃燒釋放的熱能加熱給水，產生規(guī)定參數(溫度、壓力)和品質的蒸汽，送往汽輪機做功。我國電廠鍋爐的燃料主要是煤。將煤磨制成煤粉，然后送入鍋爐爐膛中燃燒，這種鍋爐便是煤粉爐。第6頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)電廠鍋爐的構成和工作過程以及各部件作用一.電廠鍋爐的構成

電廠鍋爐機組是由鍋爐本體、輔助系統(tǒng)及設備部件等構成的。

第7頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月鍋爐鍋爐本體輔助設備鍋爐機組電站煤粉鍋爐機組組成2/4第8頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月第9頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月第10頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月

鍋爐本體主要包括

“鍋”和

“爐”

兩部分，

“鍋”

部分：省煤器、汽包、下降管、水冷壁、過熱器再熱器、進出口聯箱及汽水聯通管道等。

“爐”部分：爐膛、燃燒設備、空氣預熱器、煙道和風道等。此外，鍋爐本體還包括用來固定和懸吊鍋爐部件、受熱面、爐墻等設備的構架(包括平臺扶梯)。

輔助系統(tǒng)包括：燃料供應系統(tǒng)、煤粉制備系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、除塵除灰系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)，水處理系統(tǒng)、測量及控制系統(tǒng)和煙氣脫硫系統(tǒng)等。各個輔助系統(tǒng)都配有相應的附屬設備和控制裝置。下圖為配300MW發(fā)電機組的煤粉爐布置圖

第11頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月第12頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月電廠超臨界鍋爐受熱面的布置示意圖電廠鍋爐受熱面內工質流程示意圖第13頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月第15頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月

由于火電站設備繁多，工藝流程復雜，直接由人工控制則很難保證各設備及系統(tǒng)的正常運行，因此現代火電站均配有先進的計算機集散控制系統(tǒng)（DCS），同時配有機組的數據采集系統(tǒng)（DAS）,協(xié)調控制系統(tǒng)（CCS），其下還包括很多子系統(tǒng)。另外鍋爐還有燃燒安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）或燃燒器管理控制系統(tǒng)（BMS）等等。為了方便生產過程的監(jiān)控和管理，電廠還配有監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）

第16頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月2.電廠鍋爐的工作過程電廠鍋爐的工作過程可以分成兩大系統(tǒng)的工作過程，即燃燒系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)的工作過程。以下示意圖便是電廠鍋爐的燃燒系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)的流程。第17頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月第18頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月燃燒系統(tǒng)由燃燒設備、制粉系統(tǒng)和風煙系統(tǒng)等組成，完成燃料在爐內的燃燒和高溫煙氣對受熱面的傳熱過程。燃燒設備主要由爐膛、燃燒器和點火裝置組成，要求達到燃燒效率高，燃燒穩(wěn)定和連續(xù)，污染物的排放量低，運行調節(jié)方便等目的。制粉系統(tǒng)由磨煤機及其輔助部件構成，其任務是將原煤磨制成一定細度的煤粉，并將其送入爐膛進行燃燒。制粉系統(tǒng)主要有直吹式和中間儲倉式兩種，目前直吹式制粉系統(tǒng)得到廣泛應用。風煙系統(tǒng)由送風機、引風機和風道及煙道組成，其任務是向爐內送入足夠的空氣，滿足燃料完全燃燒所需的氧氣，并及時將燃燒產生的煙氣排出。目前電廠鍋爐常采用平衡通風方式，即引風量略大于送風量，維持爐內一定的微負壓，第19頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月第20頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月汽水系統(tǒng)由給水系統(tǒng)、蒸發(fā)系統(tǒng)和過熱系統(tǒng)及再熱系統(tǒng)組成，分別完成水的加熱、蒸發(fā)和過熱三個階段的任務。給水系統(tǒng)的受熱面主要是省煤器，給水在進入鍋爐前先經過該受熱面，吸收煙氣的熱量，使排煙溫度降低，鍋爐效率提高而節(jié)省燃料，因而該受熱面就稱為省煤器．蒸發(fā)系統(tǒng)由汽包、下降管、水冷壁和聯箱及聯通管道組成，其受熱面為水冷壁，吸收爐膛中的輻射熱，將下降管送入的水蒸發(fā)成飽和蒸汽。過熱系統(tǒng)由不同型式的過熱器及減溫器組成，其工作任務是把水冷壁所產生的飽和蒸汽過熱到一定溫度的過熱蒸汽，同時在鍋爐允許的負荷波動保持過熱蒸汽溫度在正常范圍內。再熱系統(tǒng)由不同型式的再熱器及減溫器組成，其工作任務是把汽輪機高壓缸的排汽再次加熱，再送至汽輪機中壓缸繼續(xù)做功，以提高循環(huán)效率，并減少汽輪機末端的蒸汽濕度，保證汽輪機的安全。第21頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月水冷壁→啟動分離器→頂棚過熱器→包墻過熱器→

低溫過熱器→

一級減溫→

屏式過熱器→

二級減溫→

高溫過熱器→汽輪機鍋爐過熱蒸汽系統(tǒng)第22頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)電廠鍋爐的特征和分類

一、鍋爐容量與參數

1..鍋爐容量鍋爐容量即鍋爐蒸發(fā)量，它是反映鍋爐生產能力大小的基本特性數據。常用符號D表示，單位為T/H。在大型鍋爐中，鍋爐容量又分為額定蒸發(fā)量和最大連續(xù)蒸發(fā)量。蒸汽鍋爐的額定蒸發(fā)量（BECR）是指在額定蒸汽參數、額定給水溫度、使用設計燃料并保證熱效率時所規(guī)定的蒸汽量。

第23頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月

鍋爐的最大連續(xù)蒸汽量(BMCR)是指在額定蒸汽參數、額定給水溫度、使用設計燃料，長期連續(xù)運行時所達到的最大蒸汽量。一般BMCR=(1.03一1.2)BECR。例如某電廠配600MW發(fā)電機組的鍋爐(BMCR)為1900T/H2.蒸汽參數鍋爐蒸汽參數是說明鍋爐蒸汽規(guī)范的特性數據，一般指鍋爐過熱器出口處的蒸汽溫度和蒸汽壓力(表壓力)，分別用符號P和t表示，單位分別為MPa和℃。鍋爐設計時所規(guī)定的蒸汽壓力和溫度稱為額定蒸汽壓力和額定蒸汽溫度。對于具有再熱器的鍋爐，蒸汽參數還應包括再熱蒸汽壓力、再熱蒸汽溫度和再熱蒸汽流量。以下表格示出我國電站鍋爐的蒸汽參數和容量第24頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月第25頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月第26頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月第27頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月二、鍋爐的分類和型號

(一)鍋爐分類鍋爐的分類方法很多，主要有以下幾種。

1．按鍋爐容量分類

2．按鍋爐的蒸汽壓力分類我國300MW火力發(fā)電機組的鍋爐絕大多數采用亞臨界參數，而600MW以上的機組則多采用超臨界參數。

3．按爐內燃燒方式分類鍋爐有四種不同的燃燒方式，對應于四種不同的鍋爐，即火床爐、旋風爐、室燃爐和循環(huán)流化床爐，大型電廠鍋爐通常采用室燃爐和循環(huán)流化床爐。(1)室燃爐。燃料以粉狀、霧狀或氣態(tài)隨同空氣噴入爐膛中進行燃燒的方式稱為火室燃燒方式，用火室燃燒方式來組織燃燒的鍋爐稱為室燃爐。如果是燃用煤的話，則稱為煤粉爐第28頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月

火床爐室燃爐第29頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月

在室燃爐中，粉狀、霧狀燃料顆粒隨同空氣一煙氣流作連續(xù)的運動，燃料顆粒懸浮在空氣一煙氣流中，連續(xù)流過爐子空間，并在懸浮狀態(tài)下著火、燃燒，直至燃盡。所以室燃爐燃燒方式也叫懸浮燃燒方式，燃燒效率很高。煤粉爐、燃油鍋爐和燃氣鍋爐都屬于室燃爐。特別是煤粉鍋爐，它是現代大中型電站鍋爐的主要形式。煤粉爐一般采用的燃燒方式是直流燃燒器四角布置切圓燃燒方式、旋流燃燒器前后墻布置對沖燃燒方式和W型火焰燃燒方式

下圖是典型的煤粉爐采用的燃燒方式，即采用直流燃燒器四角布置切圓燃燒方式，燃燃器噴口布置在爐膛四個角上，將煤粉和空氣以一定的角度噴入爐膛，在爐內形成旋轉火炬?？諝夂兔悍墼跔t內混合強烈，著火條件優(yōu)越，燃燒穩(wěn)定，有利于煤粉的完全燃燒。第30頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月第31頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)循環(huán)流化床鍋爐流化床燃燒方式就是燃料顆粒在大于臨界風速(由固定床轉化為流化床的風速)的空氣流速作用下，在流化床上呈沸騰狀態(tài)的燃燒方式。這種燃燒方式有明顯的優(yōu)點，即能夠燃用劣質煤和污染物排放少等，40多年來發(fā)展很快，應用范圍已從中、小型的工業(yè)鍋爐發(fā)展到較大型的電站鍋爐。循環(huán)流化床鍋爐性能在很多方面都可與煤粉爐相比美，在減少污染方面還優(yōu)于煤粉爐，可以大大減少硫氧化物和氮氧化物氣體的排放，所以循環(huán)流化床鍋爐出現以后，立刻受到國內外的高度重視，并得到迅速發(fā)展，可望成為新一代高效率、低污染的電站燃煤鍋爐機組。特別在我國，電站鍋爐以燃煤為主，而且主要是劣質煤，燃料量的增大會引起更大的環(huán)境污染問題，因此促進了此類鍋爐的發(fā)展。下圖為循環(huán)流化床鍋爐的簡圖和工作原理圖第32頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月第33頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月第34頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月第35頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月4．按鍋爐蒸發(fā)受熱面內工質的流動方式分類按工質在蒸發(fā)受熱面內的流動方式可以將鍋爐分成：自然循環(huán)鍋爐、強制循環(huán)鍋爐和直流鍋爐(1)

自然循環(huán)鍋爐。蒸發(fā)受熱面內的工質，依靠下降管中的水和上升管中的汽水混合物之間的密度差所產生的壓力差進行循環(huán)的鍋爐，稱為自然循環(huán)鍋爐。(2)控制循環(huán)鍋爐。

控制循環(huán)鍋爐都是在自然循環(huán)鍋爐的基礎上發(fā)展起來的，蒸發(fā)受熱面內的工質除了依靠下降管中的水和上升管中的汽水混合物之間的密度差所產生的壓力差以外，主要依靠鍋水循環(huán)泵的壓頭進行循環(huán)的鍋爐，稱為控制循環(huán)鍋爐。第36頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月

自然循環(huán)汽包鍋爐具有汽包，利用下降管和上升管中工質密度差產生工質循環(huán)

強制循環(huán)具有汽包和循環(huán)泵，利用循環(huán)回路中工質密度差和循環(huán)泵壓頭工質循環(huán)4/5鍋爐蒸發(fā)受熱面中工質流動方式第37頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)直流鍋爐。給水靠給水泵的壓頭，一次通過鍋爐各受熱面產生蒸汽的鍋爐，稱為直流鍋爐，直流鍋爐的特點是沒有汽包，整臺鍋爐由許多管子并聯，然后用聯箱連接串聯組成。在給水泵壓頭的作用下，工質依順序一次通過加熱、蒸發(fā)和過熱受熱面。進口的工質是水，出口工質則是符合設計要求的過熱蒸汽。由于所有受熱面內工質流動是靠給水泵的壓頭來推動的，所以在直流鍋爐中，受熱面中工質都是強制流動。直流鍋爐既可用于臨界壓力以下的鍋爐，又可用于臨界壓力以上的鍋爐，而超臨界壓力時只能采用直流鍋爐。第38頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月鍋爐類型

直流鍋爐無汽包，給水靠給水泵壓頭一次通過各受熱面產生蒸汽

低倍率循環(huán)鍋爐無汽包，具有汽水分離器和再循環(huán)泵，主要靠再循環(huán)泵實現工質再循環(huán)5/5第39頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月

(二)鍋爐型號鍋爐型號是指鍋爐產品的容量、參數、性能和規(guī)格，常用一組規(guī)定的符號和數字來表示。我國電廠鍋爐型號一般用四組字碼表示，其表達形式如下：

AA×××／×××一×××／×××一△×

第一組符號是制造廠家(HG表示哈爾濱鍋爐廠，SG表示上海鍋爐廠，DG表示東方鍋爐廠)；第二組數字分子是鍋爐容量，單位T／H，分母數字為鍋爐出口過熱蒸汽壓力，單位MPa；第三組數字分子分母分別表示過熱蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度，單位℃；最后一組中，符號表示燃料代號，而數字表示鍋爐設計序號。煤、油、氣的燃料代號分別是M、Y、Q，其他燃料代號是T。第40頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月

例如，SG1025／18.2一540／540一PM7型表示上海鍋爐廠制造，容量為1025t／h，過熱蒸汽壓力為18.2MPa，過熱蒸汽溫度為540℃，再熱蒸汽溫度為540℃,設計燃料為貧煤，設計序號為7(該型號鍋爐為第7次設計)。另外，根據鍋爐的布置方式，工質在蒸發(fā)受熱面中的流動方式等，可以稱為型布置控制循環(huán)亞臨界煤粉爐。第41頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月

第四節(jié)電廠鍋爐的發(fā)展趨勢

目前國內外電廠鍋爐的發(fā)展方向主要是高效、低污染、以及滿足機組調峰的需要。1.增大鍋爐單機容量和提高蒸汽參數。要做到高效利用燃料，節(jié)省有限的能源，其主要的方向就是增大鍋爐單機容量和提高蒸汽參數。近幾十年來，世界發(fā)達國家的電力工業(yè)得到了飛速發(fā)展，特別是計算機控制技術和耐高溫金屬材料的開發(fā)和應用，為電廠鍋爐向高參數、大容量、高自動化發(fā)展提供了強有力的技術支持。目前，在工業(yè)發(fā)達的國家中，與600MW汽輪發(fā)電機組配套的2000t／h超臨界壓力的大型電廠鍋爐已相當普遍。美國1972年就已有與1300MW配套的4400t／h超臨界壓力的鍋爐投入運行，日本1974年就已有與1000MW汽輪發(fā)電機組配套的3180T／H超臨界壓力的鍋爐投入運行。前蘇聯于1981年投運了一臺1200MW的超臨界壓力直流鍋爐，鍋爐容量為3950t／h。第42頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月

擴大鍋爐的容量可使發(fā)電容量迅速增長以適應生產發(fā)展的需要，同時也可以使基建投資下降，設備費用降低，減少運行費用以及節(jié)約金屬材料消耗。在其他條件相同時，鍋爐容量增大1倍，鋼材使用率可減少5％～20％，所需管理人員也可相應減少。隨著機組容量的增大，提高電廠的熱效率就變得更為迫切，提高蒸汽參數和采用蒸汽再熱是提高電廠熱效率的有效措施。目前世界主要工業(yè)國家大容量機組鍋爐采用的壓力，一般均為亞臨界壓力和超臨界壓力級別。蒸汽壓力由超高壓提高到亞臨界壓力，大約可使電廠發(fā)電效率提高1.7％。單機容量達800—1000MW及以上的鍋爐，國外多采用超臨界壓力。由亞臨界壓力提高到超臨界壓力，電廠發(fā)電效率提高1.8％左右。第43頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月

目前電站鍋爐的參數已經發(fā)展為超超臨界壓力，電廠經濟性也相應提高。提高蒸汽溫度可有效提高電廠循環(huán)熱效率，但由于汽溫提高要求使用更多的昂貴高合金鋼材，致使設備的造價大為提高。目前世界主要工業(yè)國家的蒸汽溫度一般限制在570℃以下，多采用540℃左右。我國目前投產的火電機組已經發(fā)展為超臨界壓力和超超臨界壓力，機組容量相應為600MW和1000MW。第44頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月

拿上海舉例，上世紀90年代初石洞口二廠就引進了兩臺600MW超臨界機組，而后外高橋電廠在2000年代初投產了兩臺900MW超臨界機組，目前兩臺1000MW超臨界機組也投入運行。目前還在規(guī)劃籌建1300MW超超臨界機組近三年來，華能玉環(huán)電廠1、2號、華電鄒縣電廠7、8號共四臺國產超超臨界百萬千瓦燃煤機組相繼投運，第45頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月1.外高橋第三電廠2×1000MW機組2955t/h鍋爐上鍋（SBWC）---阿爾斯通公司（API，USA）2.華能玉環(huán)電廠2×1000MW機組2950t/h鍋爐哈鍋（HBC）---三菱公司（MHI，JAPAN）3.華電國際鄒縣發(fā)電廠四期2×1000MW機組機組3030t/h鍋爐東鍋（DBC）---巴布科克-日立公司（BHK，JAPAN）目前已投產的國內百萬等級超超臨界壓力鍋爐：第46頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月玉環(huán)電廠1000MW機組鍋爐總剖面圖最大連續(xù)蒸發(fā)量B-MCR2950t/h額定蒸汽壓力（過熱器出口）

26.25MPa(a)額定蒸汽溫度

605℃再熱蒸汽蒸汽流量（B-MCR/BRL）

2457/2279t/h再熱器進口/出口蒸汽壓力（B-MCR）

5.27/5.07MPa(a)再熱器進口/出口蒸汽溫度（B-MCR）

359/603℃給水溫度（B-MCR）

298℃雙爐膛直流燃燒器雙切圓燃燒方式

第47頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月鄒縣電廠1000MW機組鍋爐總剖面圖旋流燃燒器前后墻對沖燃燒方式第48頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月外高橋三期1000MW

鍋爐剖面圖縱切面主蒸汽820.8 kg/s(2,955t/h)29.7 MPa(設計壓力)605 0C

再熱蒸汽678.6 kg/s(2,443t/h)7.0 MPa(設計壓力)0C給水297 0C煤種

煙煤直流燃燒器切向燃燒方式第49頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月目前我國正在規(guī)劃和在建的100萬千瓦超超臨界燃煤機組國電泰州發(fā)電有限公司4臺1000MW超超臨界機組廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司二期工程6臺1000MW超超臨界機組天津北疆發(fā)電廠4×1000MW燃煤超超臨界發(fā)電機組華能廣東海門電廠規(guī)劃總裝機容量為6臺100萬千瓦超超臨界燃煤機組廣東平海電廠設計裝機容量1000MW，一期工程為1000MW。華潤電力浙江蒼南電廠2×1000MW超超臨界機組國華寧海電廠二期2×1000MW超超臨界機組浙江北侖電廠2×1000MW超超臨界機組國電博興電廠規(guī)劃容量為4×1000MW超超臨界機組皖能馬鞍山發(fā)電廠2×1000MW超超臨界機組安徽華電蕪湖電廠二期2×1000MW超超臨界機組綏中發(fā)電廠二期2×1000MW超超臨界機組福州長樂電廠一期工程2×1000MW超超臨界機組安徽華電宿州電廠二期2×1000MW超超臨界機組山東大唐東營電廠一期2×1000MW超超臨界機組湖北漢川電廠2×1000MW超超臨界機組珠海發(fā)電廠2×1000MW超超臨界機組諫壁發(fā)電廠2×1000MW超超臨界機組未完整第50頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)改進燃燒技術，降低污染物的生成量和排放量(3)加強過熱汽溫和再熱汽溫調節(jié)的可靠性及靈活性；(4)能快速啟停和快速變負荷，適應機組調峰的要求；(5)減少水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器的爆管事故和泄漏量；(6)提高鍋爐部件的工作可靠性，承壓部件壽命可達35年以上，受磨損的受熱面壽命可達8—10年(7)提高運