鍋爐原理概述

鍋爐講義第一章一?發(fā)電廠生產(chǎn)過(guò)程通常將燃料運(yùn)至電廠，經(jīng)輸送加工后，送入鍋爐進(jìn)行燃燒，使燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮懿鬟f給鍋爐中的水，使水變成高溫高壓的蒸汽，通過(guò)管道將壓力和溫度都較高的過(guò)熱蒸汽送人汽輪機(jī)，推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)作功，做功后的蒸汽參數(shù)降低，最后排入凝汽器。在這一過(guò)程中，蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)槠啓C(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。發(fā)電機(jī)與汽輪機(jī)是用聯(lián)軸器相連一同旋轉(zhuǎn)的，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械能，通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變成電能。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能，經(jīng)升壓變壓器后送人輸電線路提供給用戶。二、 鍋爐概念及作用1、 鍋爐概念：鍋爐是一種生產(chǎn)蒸汽或熱水的換熱設(shè)備，按功能包括兩大部分。一部分是通過(guò)燃燒煤、油、氣及其他燃料，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能；另一部分是各種形式的受熱血，將燃料燃燒釋放出的熱能通過(guò)各種形式的受熱血，傳遞給爐水使之升溫、氣化、過(guò)熱以產(chǎn)生所需要的蒸汽，或加熱所需要的高溫?zé)崴﹦?dòng)力機(jī)械或其他設(shè)備使用。2、 鍋爐的作用：鍋爐的作用是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并利用熱能加熱鍋?nèi)的水使之成為具有足夠數(shù)量和一定質(zhì)量（汽溫、汽壓）的熱水或蒸汽。。三、 鍋爐工作原理鍋爐是利用燃料燃燒釋放出得熱能或其它熱能將工質(zhì)（水或其它流體）加熱到一定參數(shù)的換熱設(shè)備。大部分鍋爐用于加熱水使之變?yōu)檎羝?。四?鍋爐的分類1、 按燃料分為：燃油爐（蒸汽霧化、空氣霧化、機(jī)械霧化）、燃?xì)鉅t、燃煤爐2、 按燃燒方式分為：層燃爐、沸騰爐（流化床爐）、室燃爐（燃油、燃?xì)?、煤粉（旋流、直流（四角切園、w型等）3、 按排渣方式分為：液態(tài)排渣爐、固態(tài)排渣爐4、 按循環(huán)方式分為：自然循環(huán)鍋爐【鍋爐具有鍋筒，利用下降管和上升管中工質(zhì)密度差產(chǎn)生工質(zhì)循環(huán)，只能在臨界壓力以下應(yīng)用?！慷啻螐?qiáng)制循環(huán)鍋爐【也稱輔助循環(huán)鍋爐。具有鍋筒和循環(huán)泵，利用循環(huán)回路中的工質(zhì)密度差和循環(huán)泵壓頭建立工質(zhì)循環(huán)。只能在臨界壓力以下應(yīng)用?！康捅堵恃h(huán)鍋爐【具有汽水分離器和循環(huán)泵。主要靠循環(huán)泵建立工質(zhì)循環(huán)，可應(yīng)用于亞臨界壓力和超臨界壓力，循環(huán)倍率低，一般為1.25—2.0?！恐绷麇仩t【無(wú)鍋筒，給水靠水泵壓頭一次通過(guò)受熱面產(chǎn)生蒸汽，適用于高壓、超高壓、亞臨界壓力、超臨界壓力鍋爐?！繌?fù)合循環(huán)鍋爐【具有再循環(huán)泵。鍋爐負(fù)荷低時(shí)按再循環(huán)方式運(yùn)行，負(fù)荷高時(shí)按直流方式運(yùn)行?？蓱?yīng)用于亞臨界壓力和超臨界壓力】5、 按出口蒸汽壓力分為：中壓鍋爐，一般壓力為：3.82MPa(39KG/cm2)。高壓鍋爐，一般壓力為：9.8MPa(100KGc/m2)。超高壓鍋爐,一般壓力為：13.7MPa(140KG/cm2)。亞臨界壓力鍋爐,一般壓力為：16.67MPa(170KG/cm2)。超臨界壓力鍋爐,壓力大于22.13MPa(225KG/cm2)。6、 按鍋筒布置分類：?jiǎn)五佂病㈦p鍋簡(jiǎn)(最大220T/H)五、鍋爐的基本構(gòu)造1、鍋爐的組成，鍋爐本體鍋爐v輔助設(shè)備鍋爐本體是鍋爐設(shè)備的主要部分，是由“鍋”和“爐”兩部分組成的?！板仭笔瞧到y(tǒng)，它主要任務(wù)是吸引收燃料放出的熱量，使水加熱、蒸發(fā)并最后變成具有一定參數(shù)的過(guò)熱蒸汽。它由省煤器、汽包、下降管、聯(lián)箱、水冷壁、過(guò)熱器和再熱器等設(shè)備及其連接管道和閥門組成。⑴省煤器：位于鍋爐尾部垂直煙道，利用煙氣余熱加熱鍋爐給水，降低排煙溫度，提高鍋爐效率，節(jié)約燃料。汽包：位于鍋爐頂部，是一個(gè)圓筒形的承壓容器，其下是水，上部是汽，它接受省煤器的來(lái)水，同時(shí)又與下降管、聯(lián)箱、水冷壁共同組成水循環(huán)回路。水在水冷壁中吸熱而生成的汽水混合物匯集于汽包，經(jīng)汽水分離后向過(guò)熱器輸送飽和蒸汽。概括起來(lái)汽包的作用是：汽包是加熱、蒸發(fā)、過(guò)熱三個(gè)過(guò)程的連接樞紐。汽包中存有一定的水量，因而有一定的儲(chǔ)熱能力，在負(fù)荷變化時(shí)，可以減緩汽壓的變化速度。汽包中裝有各種設(shè)備，用以保證蒸汽品質(zhì)，一般都裝有汽水分離裝置，連續(xù)排污裝置和爐內(nèi)加藥裝置。4）汽包上還裝有壓力表，水位計(jì)和安全閥等附件，以保證鍋爐的安全工作。（3） 下降管：是水冷壁的供水管道，其作用是把汽包中的水引入下聯(lián)箱再分配到各個(gè)水冷壁管中。（4） 水冷壁下聯(lián)箱：聯(lián)箱主要作用是將工質(zhì)匯集起來(lái)，或?qū)⒐べ|(zhì)通過(guò)聯(lián)箱重新分配到其它管道中。水冷壁下聯(lián)箱是一根較粗兩端封閉的管子，其作用是把下降管與水冷壁連接在一起，以便起到匯集、混合、再分配工質(zhì)的作用。（5） 水冷壁：位于爐膛四周，其主要任務(wù)是吸收爐內(nèi)的輻射熱，使水蒸發(fā)，它是現(xiàn)代鍋爐的主要受熱血，同時(shí)還可以保護(hù)爐墻。分類：光管水冷壁、膜式水冷壁、刺管式水冷壁（6） 過(guò)熱器。其作用是將汽包來(lái)的飽和蒸汽加熱上成具有一定溫度的過(guò)熱蒸汽。（7） 再熱器。其作用是將汽輪機(jī)中做過(guò)部分功的蒸汽再次進(jìn)行加熱升溫，然后再送到汽輪機(jī)中繼續(xù)做功。“爐”是燃燒系統(tǒng)，它的任務(wù)是使燃料在爐內(nèi)良好的燃燒，放出熱量。它由爐膛、燃燒器、點(diǎn)火裝置、空氣預(yù)熱器、煙風(fēng)道及爐墻、構(gòu)架等組成。（1） 爐膛：是由爐墻和水冷壁轉(zhuǎn)成的供燃料燃燒的，燃料在該空間內(nèi)呈懸浮狀燃燒，釋放出大量的熱量。（2） 燃燒器：位于爐膛四角或墻壁上，其作用是把燃料和空氣以一定速度噴入爐內(nèi)，使其在爐內(nèi)能進(jìn)行良好的混合以保證燃料及時(shí)著火和迅速完全地燃燒。分直流燃燒器和旋流燃燒器兩種基本類型。（3） 空氣預(yù)熱器。位于鍋爐尾部煙道，其作用是利用煙氣余熱加熱燃料燃燒所需要的空氣，不僅可以進(jìn)一步降低排煙溫度，而且對(duì)于強(qiáng)化爐內(nèi)燃燒、提高燃燒的經(jīng)濟(jì)性、干燥和輸送煤粉都是有利的。鍋爐效率可提高2%左右。主要結(jié)構(gòu)：A、管式空氣預(yù)熱器（間壁式）：直接布置在尾部煙道中（省煤器后），有時(shí)布置二級(jí)，與省煤器混合布置。用于中小型鍋爐。B、回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器（再生式）：煙氣和空氣交替地進(jìn)行放熱和吸熱。一般一級(jí)布置在爐外，有垂直和水平布置二種型式，垂直布置中有受熱面旋轉(zhuǎn)和風(fēng)罩旋轉(zhuǎn)二種（4）煙風(fēng)道。是由爐墻、部分受熱血管道及包墻管等組成的管道，用以引導(dǎo)煙氣的流動(dòng)，并經(jīng)各個(gè)受熱面進(jìn)行熱量交換，分為水平煙道和尾部煙道。輔助設(shè)備輔助設(shè)備包括通風(fēng)設(shè)備（送、引風(fēng)機(jī)）、燃料運(yùn)輸設(shè)備、制粉系統(tǒng)、除灰渣及除塵設(shè)備、脫硫設(shè)備等。第二章.鍋爐水循環(huán)1、 自然循環(huán)鍋爐（單鍋筒）循環(huán)回路汽水流程：鍋筒一一下降管一一下集箱――水冷壁一一上集箱一一鍋筒2、 水循環(huán)動(dòng)力：汽水混合物與水的密度差產(chǎn)生。3、 水循環(huán)阻力：水循環(huán)回路流動(dòng)阻力、循環(huán)回路結(jié)構(gòu)變化而產(chǎn)生的局部阻力。4、 影響因素：熱負(fù)荷均勻性、工作壓力、結(jié)構(gòu)不連續(xù)、運(yùn)行工況。5、 水循環(huán)故障：停滯、倒流、自由水面。6、 對(duì)策：循環(huán)泵、節(jié)流裝置等鍋爐汽水流程1、 過(guò)熱系統(tǒng)汽水流程：（1） 自然循環(huán)鍋爐省煤器一一鍋筒一一下降管一一水冷壁一一鍋筒一一包墻過(guò)熱器一一低溫過(guò)熱器一一過(guò)熱減溫器一一中溫過(guò)熱器一一過(guò)熱減溫器一一一高溫過(guò)熱器。（2） 直流鍋爐省煤器一一水冷壁一外置汽水分離器一一包墻過(guò)熱器一一低溫過(guò)熱器一一過(guò)熱減溫器一一中溫過(guò)熱器一一過(guò)熱減溫器一一高溫過(guò)熱器。2、 再熱系統(tǒng)汽水流程：低溫再熱器一一再熱減溫器一一高溫再熱器。減溫器減溫器的作用：蒸汽溫度調(diào)節(jié)、保持溫度恒定。從結(jié)構(gòu)上分為：噴水減溫器、表面式減溫器。噴水減溫器調(diào)節(jié)速度快、水質(zhì)要求高。表面式減溫器調(diào)節(jié)速度慢、水質(zhì)要求較噴水減溫器低。.簡(jiǎn)述鍋爐自然水循環(huán)的形成？答：利用工質(zhì)的重度差所造成的水循環(huán)，稱為自然循環(huán)。在冷態(tài)時(shí)，下降管和上升管都處于相同的常溫狀態(tài)，故管中的工質(zhì)（都是水）是不流動(dòng)的。在鍋爐運(yùn)行時(shí)，上升管接受爐膛的輻射熱，其中要產(chǎn)生蒸汽，故管中的工質(zhì)是汽水混合物，而下降管布置在爐外不受熱，管中全是水。由于汽水混合物的重度小于水的重度，這個(gè)重度差促使上升管中的汽水混合物向上流動(dòng)，進(jìn)入汽包，下降管中的水向下流動(dòng)進(jìn)入下聯(lián)箱，補(bǔ)償上升管內(nèi)向上流出的水量。只要上升管不斷受熱，這個(gè)流動(dòng)過(guò)程就會(huì)不斷地進(jìn)行下去。這樣，就形成了水和汽水混全物在蒸發(fā)設(shè)備的循環(huán)回路中的連續(xù)流動(dòng)目前應(yīng)用較多的為常規(guī)煤粉爐和循環(huán)流化床鍋爐常規(guī)煤粉爐按制粉系統(tǒng)的不同又分為：中間儲(chǔ)倉(cāng)式制粉系統(tǒng)和直吹式制粉系統(tǒng)。按有無(wú)汽包又分為汽包鍋爐和直流鍋爐。循環(huán)流化床鍋爐一?流態(tài)化當(dāng)固體顆粒中有流體通過(guò)時(shí)隨著流體速度逐漸增大固體顆粒開(kāi)始運(yùn)動(dòng)且固體顆粒之間的摩擦力也越來(lái)越大當(dāng)流速達(dá)到一定值時(shí)固體顆粒之間的摩擦力與它們的重力相等每個(gè)顆?？梢宰杂蛇\(yùn)動(dòng)所有固體顆粒表現(xiàn)出類似流體狀態(tài)的現(xiàn)象這種現(xiàn)象稱為流態(tài)化。對(duì)于液固流態(tài)化的固體顆粒來(lái)說(shuō)顆粒均勻地分布于床層中稱為“散式”流態(tài)化。而對(duì)于氣固流態(tài)化的固體顆粒來(lái)說(shuō)氣體并不均勻地流過(guò)床層固體顆粒分成群體作紊流運(yùn)動(dòng)床層中的空隙率隨位置和時(shí)間的不同而變化這種流態(tài)化稱為“聚式”流態(tài)化。循環(huán)流化床鍋爐屬于“聚式”流態(tài)化。固體顆粒床料、流化風(fēng)以及完成流態(tài)化過(guò)程的設(shè)備稱為流化床。設(shè)備組成循環(huán)流化床鍋爐燃燒設(shè)備主要由燃燒室、點(diǎn)火裝置、一次風(fēng)室、布風(fēng)板和風(fēng)帽、給煤機(jī)等組成。1布風(fēng)板的作用流化床鍋爐燃燒室下部的爐篦被稱為布風(fēng)板。布風(fēng)板的主要作用有三個(gè)：一是支承靜止的爐內(nèi)物料。二是給通過(guò)布風(fēng)板的氣流以一定的阻力，使在布風(fēng)板上具有均勻的氣流速度分布，合理分配一次風(fēng)，使通過(guò)布風(fēng)板及風(fēng)帽的一次風(fēng)流化物料，使之達(dá)到良好的流化狀態(tài)。三是以布風(fēng)板對(duì)氣流的一定阻力，維持流化床層的穩(wěn)定。對(duì)布風(fēng)裝置的布風(fēng)要求是：（1） 能均勻密集地分配氣流，避免在布風(fēng)板上形成停滯區(qū)。（2） 能使布風(fēng)板上的床料與空氣產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動(dòng)和混合，要求風(fēng)帽小孔出口氣流具有較大的動(dòng)能。（3） 空氣通過(guò)布風(fēng)板的阻力損失不能太大。（4） 具有足夠的強(qiáng)度和剛度，能支撐本身和床料的重量，壓火時(shí)防止風(fēng)板受熱變形，避免風(fēng)帽燒損，并考慮到檢修清理方便。風(fēng)室與風(fēng)道為了使布風(fēng)板上方的氣流速度能夠分布均勻，要求布風(fēng)板對(duì)氣流具有一定的阻力。氣流阻力的大小是與布風(fēng)板下風(fēng)室中的氣流分布不均勻性成正比的，因此應(yīng)使風(fēng)室中的氣流能夠在出口有較好的分布，以便在一定的布風(fēng)板壓降下使布風(fēng)板上的氣流分布更為均勻。點(diǎn)火方式與點(diǎn)火裝置流化床燃燒首先要解決把室溫下靜止?fàn)顟B(tài)的底料轉(zhuǎn)變?yōu)榱骰癄顟B(tài)正常燃燒著的床料的問(wèn)題。流化床的點(diǎn)燃比較困難，因?yàn)閺狞c(diǎn)燃底料到正常燃燒是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，燃用的通常又是難以著火的劣質(zhì)煤。點(diǎn)火初期的顆粒和風(fēng)的溫度都低，同樣尺寸的顆粒達(dá)到流化狀態(tài)的風(fēng)量要比熱態(tài)正常運(yùn)行時(shí)約大1倍；而根據(jù)點(diǎn)火時(shí)顆粒燃燒和傳熱的要求，則又希望風(fēng)量小些以減少熱損失。流化床燃燒鍋爐的整個(gè)點(diǎn)火啟動(dòng)過(guò)程一般可分成三個(gè)階段。（1） 底料加熱：用外來(lái)燃料作熱源，把底料從室溫加熱到引燃溫度。（2） 底料著火爆燃：底料達(dá)到一定溫度后，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)引燃底料，用它本身燃燒放熱進(jìn)一步使床溫急劇上升。（3） 過(guò)渡到正常運(yùn)行：用風(fēng)量控制床溫，并適時(shí)給煤，調(diào)節(jié)好風(fēng)煤比，逐步過(guò)渡到正常運(yùn)行參數(shù)。流化床鍋爐的點(diǎn)火方式主要有流態(tài)化點(diǎn)火和固定床點(diǎn)火。流態(tài)化點(diǎn)火又分為上點(diǎn)火和下點(diǎn)火。上點(diǎn)火和下點(diǎn)火以爐床為界。流態(tài)化點(diǎn)火方式是循環(huán)流化床鍋爐的最常用最基本的點(diǎn)火方式。床料在流化狀態(tài)下被加熱，效率高，加熱均勻，不易結(jié)焦。四給煤機(jī)與給煤方式燃煤循環(huán)流化床鍋爐，成品煤的顆粒范圍通常在0?25mm之間，而且水分較煤粉爐大得多。常用的給煤機(jī)械有螺旋給煤機(jī)，埋刮板給煤機(jī)和皮帶給煤機(jī)等給煤方式：循環(huán)流化床鍋爐給煤方式分正壓給煤和負(fù)壓給煤兩種，正壓給煤就是給煤口處爐膛產(chǎn)壓力大于大氣壓，負(fù)壓給煤為小于大氣壓力第二節(jié)物料循環(huán)系統(tǒng)物料循環(huán)系統(tǒng)是循環(huán)流化床鍋爐獨(dú)有的系統(tǒng)，亦屬鍋爐燃燒系統(tǒng)范疇，是鍋爐本體的一個(gè)組成部分。該系統(tǒng)主要包括物料分離器、立管和回料閥三部分，其作用是將煙氣攜帶的大量物料分離下來(lái)并返逆回爐內(nèi)形成循環(huán)床燃燒。一物料分離器循環(huán)流化床的物料分離器主要作用是將大量高溫固體物料從氣流中分離出來(lái)，送回爐膛，以維持燃燒室的快速流化態(tài)狀態(tài)，保證燃料和脫硫劑多次循環(huán)、反復(fù)燃燒和反應(yīng)。循環(huán)流化床鍋爐物料分離器根據(jù)其分離器布置方式不同分為慣性分離器和旋風(fēng)分離器兩種。1慣性分離器慣性分離器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，熱慣性小，運(yùn)行費(fèi)用低，廣泛應(yīng)用于循環(huán)流化床鍋爐中。在慣性分離器內(nèi)，主要是使氣流急速轉(zhuǎn)向或沖擊在擋板上后急速轉(zhuǎn)向，其中顆粒由于慣性效應(yīng)，運(yùn)動(dòng)軌跡與氣流軌跡不同，從而使兩者獲得分離。氣流速度高，這種慣性效應(yīng)越大。氣流回轉(zhuǎn)半徑越小，回轉(zhuǎn)角越大，效率就越高。2旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分離效率高，廣泛用于循環(huán)流化床鍋爐中，典型結(jié)構(gòu)有耐火材料制成的高溫旋風(fēng)分離器和水冷、汽冷高溫旋風(fēng)分離器。（1）典型旋風(fēng)分離器：用于循環(huán)流化床鍋爐的典型旋風(fēng)分離器以上圓下錐、氣流切向進(jìn)入為基本形式。由于沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高，運(yùn)行性能穩(wěn)定，維護(hù)方便，特別適合于循環(huán)流化床鍋爐。（2）高溫旋風(fēng)分離器：高溫旋風(fēng)分離器通過(guò)一短煙道與爐膛連接，根據(jù)鍋爐結(jié)構(gòu)差異及分離器臺(tái)數(shù)的多少布置于爐室后側(cè)、前墻或側(cè)墻，但布置于爐后者較多。分離器內(nèi)襯為高溫耐火材料，外設(shè)保溫層隔熱，耐火材料用量較大。所以熱慣性大，使啟動(dòng)時(shí)間增長(zhǎng)，費(fèi)用增加，有的鍋爐采用水冷或汽冷式旋風(fēng)分離器，雖然基本解決了熱慣性大的問(wèn)題，但制造工藝比較復(fù)雜。（3）中溫旋風(fēng)分離：中溫分離分離器入口介質(zhì)溫度較低，一般不高于600°C。與高溫分離相比，有如下幾方面特點(diǎn)：1） 尺寸可以減小，提高分離器效率。2） 保溫層較薄，縮短鍋爐起停時(shí)間，減小散熱損失。3） 分離器內(nèi)不會(huì)發(fā)生燃燒，也不會(huì)超溫結(jié)焦。4） 對(duì)保溫材料的耐溫