锅炉总体

锅炉总体介绍一绪论火力发电厂的生产过程实际上就是能量转换过程。

即：燃料的化学能在锅炉中燃烧放出热能并将热能传给水，以产生一定压力和温度的蒸汽。

所产生的蒸汽被引入汽轮机，将蒸汽的热能转换成机械能；最后带动发电机将机械能转换成电能，因此，锅炉设备是火力发电厂必不可缺的三大主机之一。

目前，电厂锅炉所用燃料主要是煤，一般先把煤磨成煤粉，然后送入炉膛燃烧。

锅炉的作用就是生产一定数量和一定质量的蒸汽，它必须完成下列任务：a把一定数量和一定质量的燃料和空气送入炉膛燃烧，燃烧生成的高温烟气在炉膛和尾部烟道中放出热量，通过受热面被工质---水和蒸汽吸收，低温烟气最后由烟囱排出。

b把一定数量和一定质量的水送进锅炉的受热部件，通过受热面吸收烟气的热量，使水加热并汽化继而达到规定参数的过热蒸汽，最后被引出以推动汽轮机发电机旋转而发电。

炉膛、受热面，烟道以及炉墙和构架等部件的综和体称为锅炉本体；供应空气和排除烟气的风机以及供锅炉给水的给水泵和燃料设备叫辅助设备。

锅炉机组及辅助设备总称为锅炉设备。

1.1 锅炉的分类锅炉的分类可以按循环方式、燃烧方式、排渣方式、运行方式以及燃料、蒸汽参数炉型、通风方式等进行分类，其中按循环方式和蒸汽参数的分类最为常见。

1.1.1 按循环方式分类锅炉按照循环方式可分为自然循环锅炉、控制循环锅炉和直流锅炉。

1.1.1.1 自然循环锅炉：给水经给水泵升压后进入省煤器，受热后进入蒸发系统。

蒸发系统包括汽包、不受热的下降管、受热的水冷壁以及相应的联箱等。

当给水在水冷壁中受热时，部分水会变为蒸汽，所以水冷壁中的工质为汽水混合物，而在不受热的下降管中工质则全部为水。

由于水的密度要大于汽水混合物的密度，所以在下降管和水冷壁之间就会产生压力差，在这种压力差的推动下，给水和汽水混合物在蒸发系统中循环流动。

这种循环流动是由于水冷壁的受热而形成，没有借助其他的能量消耗，所以称为自然循环。

在自然循环中，每千克水每循环一次只有一部分转变为蒸汽，或者说每千克水要循环几次才能完全汽化，循环水量大于生成的蒸汽量。

单位时间内的循环水量同生成蒸汽量之比称为循环倍率。

自然循环锅炉的循环倍率约为4～30。

1.1.1.2 控制循环锅炉：在循环回路中加装循环水泵，就可以增加工质的流动推动力，形成控制循环锅炉。

在控制循环锅炉中，循环流动压头要比自然循环时增强很多，可以比较自由地布置水冷壁蒸发面，蒸发面可以垂直布置也可以水平布置，其中的汽水混合物即可以向上也可以向下流动，所以可以更好地适应锅炉结构的要求。

控制循环锅炉的循环倍率约为3～10。

自然循环锅炉和控制循环锅炉的共同特点是都有汽包。

汽包将省煤器、蒸发部分和过热器分隔开，并使蒸发部分形成密闭的循环回路。

汽包内的大容积能保证汽和水的良好分离。

但是汽包锅炉只适用于临界压力以下的锅炉。

1.1.1.3直流锅炉：直流锅炉没有汽包，工质一次通过蒸发部分，即循环倍率为1。

直流锅炉的另一特点是在省煤器、蒸发部分和过热器之间没有固定不变的分界点，水在受热蒸发面中全部转变为蒸汽，沿工质整个行程的流动阻力均由给水泵来克服。

如果在直流锅炉的启动回路中加入循环泵，则可以形成复合循环锅炉。

即在低负荷或者本生负荷以下运行时，由于经过蒸发面的工质不能全部转变为蒸汽，所以在锅炉的汽水分离器中会有饱和水分离出来，分离出来的水经过循环泵再输送至省煤器的入口，这时流经蒸发部分的工质流量超过流出的蒸汽量，即循环倍率大于1。

当锅炉负荷超过本生点以上或在高负荷运行时，由蒸发部分出来的是微过热蒸汽，这时循环泵停运，锅炉按照纯直流方式工作。

1.1.2 按蒸汽参数分类锅炉按照蒸汽参数分为低压锅炉（出口蒸汽压力≤2.45MPa，下同，）、中压锅炉（2.94～4.90 MPa）、高压锅炉（7.8～10.8 MPa）、超高压锅炉（11.8～14.7 MPa）、亚临界压力锅炉（15.7～19.6 MPa）、超临界压力锅炉（>22.1 MPa）和超超临界压力锅炉（主汽压>27 MPa 或主再热汽温在580℃以上）。

1.2 大型锅炉的总体布置及设计特点锅炉本体的布置型式是指锅炉炉膛和炉膛中的辐射受热面与对流烟道和其中的各种对流受热面之间的相互关系及相对位置，锅炉本体的布置型式既与锅炉的容量、参数有关，又与锅炉所用的燃料性质以及钢材、地皮相对价格有关。

由于具体条件不同，会有许多不同的布置型式。

1.2.1 本体布置型式及特点大型锅炉常见的本体布置型式有以下几种：1．Π形布置在燃用煤粉的自然循环锅炉、强制循环锅炉和直流锅炉中，广泛采用这种布置型式。

它是用炉膛组成上升烟道，用对流烟道组成水平烟道和垂直下降烟道的锅炉布置型式，如图1-2-1(a)所示。

(a)Π形布置；(b)无水平烟道Π形；(c)双折焰角Π形；(d)箱形布置(e)塔形布置；(f)半塔形布置图1-2-1 锅炉布置型式Π形布置的主要优点是：（1）锅炉的排烟口在下部，因此，转动机械和笨重设备，如送风机，引风机及除尘器都可布置在地面上，可以减轻厂房和锅炉构架的负载。

（2）锅炉及厂房的高度较低。

（3）在水平烟道中可以采用支吊方式比较简单的悬吊式受热面。

（4）在尾部垂直下降烟道中，受热面易布置成逆流传热方式，强化对流传热。

（5）下降烟道中，气流向下流动，吹灰容易并有自吹灰作用。

（6）尾部受热面检修方便。

（7）锅炉本身以及锅炉和汽轮机之间的连接管道都不太长。

但这种型式也有缺点，主要有：（1）占地面积大。

（2）由于有水平烟道，使锅炉构架复杂，而且不能充分利用其所有空间来布置受热面。

（3）由于有水平烟道，烟气在炉内流动要经两次转弯，造成烟气在炉内的速度场、温度场和飞灰浓度场不均匀，影响传热效果，并导致对流受热面局部飞灰磨损严重。

（4）由于锅炉高度低，又要求下降烟道与锅炉高度基本相近，因而在大容量锅炉中，在尾部烟道中要布置足够的尾部受热面便有困难，特别是在燃用低发热值的劣质煤时更显得突出。

2．Γ形布置Γ形布置实质上是Π形布置的一种改进，这种布置如图1-2-1（b ）所示，Γ形布置只是取消了Π形布置中的水平烟道，其他则大致相同。

因此，它保留了Π形布置的许多优点，布置紧凑，可以节省钢材，而且占地面积小；但尾部受热内的检修不方便。

大容量锅炉如果采用管式空气预热器时，因为不便支吊，而且尾部烟道高度不够，就不宜采用这种布置。

如果采用回转式空气预热器时，则采用这种布置型式比较适宜。

3．塔形布置图l-2-1(e ）为塔形布置方案，下部为炉膛，对流烟道就布置在炉膛上方，锅炉本体形成一个塔形。

4．箱形布置箱形布置，其下部为炉膛，上部分隔成两个串联的对流烟道，形成一个箱形的结构，如图l-2-1(d ）所示。

箱形布置主要用于燃油或燃气锅炉，因为炉膛容积可以相对减少，又可节省或简化凝渣管束。

1.3 锅炉的安全及经济性指标 1.3.1 锅炉运行的经济性指标锅炉运行的经济性用锅炉的热效率和净效率来表示。

锅炉热效率是指锅炉有效利用热与单位时间内所消耗燃料的输入热量的百分比，它可用正平衡热效率或反平衡热效率来表示：正平衡热效率 ,％ (1－1)反平衡热效率，％ （1－2） 式中：Qr 为输入热量，即随每公斤固、液体燃料或每标准立方米气体燃料输入锅炉的总热量，包括燃料的收到基低位发热值和物理显热，以及用外来热源加热燃料或空气时所带入的热量，kJ ／kg ；Q1为锅炉有效利用热，即单位时间内工质在锅炉中所吸收的热量，包括水、蒸汽所吸收的热量以及排污水和自用蒸汽所消耗的热量，kJ ／kg ；q1为有效利用热占单位时间内所消耗燃料的输入热量的百分比，即是锅炉的热效率，％；q2为排烟热损失，％；q3为气体未完全燃烧热损失，％；q4为固体未完全燃烧热损失，％；q5为散热损失，％；q6为其他热损失，包括炉渣显热损失和冷却热损失，％。

由上述公式（1－1）、（1一2）所求得的锅炉热效率即是毛效率，其物理意义是输入热量中转换给工质的百分比，它反映了燃烧和传热过程的完善程度，亦反映了锅炉设计和运行的优劣。

但从蒸汽的角度考虑，因为：①只有供出蒸汽才是锅炉的有效产品，自用蒸汽及排污水的吸热量并不向外供出，而是自身消耗或损失掉了。

②为了使锅炉能正常运行、产生蒸汽，,11001q r Q Q gl =*=η)(10065432q q q q q gl ++++-=η除使用燃料外，还要消耗电力用于供煤，制粉以及供水，通风，除灰、除尘等过程的需要，此外，还需要其他的耗能工质（如自来水、压缩空气等）供日常生产使用也即还需要生产这些耗能工质的能量消耗（一般也是电力）。

因此，锅炉运行的经济指标，除锅炉热效率外，还有一个锅炉净效率。

锅炉净效率是指扣除了锅炉机组运行时的自用能量消耗（热耗和电耗）以后的锅炉效率。

火力发电厂锅炉净效率ηj 可用下式计算：(1－3) 式中：Q1 为锅炉有效利用热，kJ ／kg ；Qq 为锅炉机组自身需要的热量，kJ ／kg ；Qp 为用于锅炉机组自身电耗对应的热量，kJ ／kg ； Qr 为输入热量，kJ ／kg 。

一台锅炉机组运行时自身需用的热耗有：吹灰和除渣用的热耗、锅炉排污水的热损失热耗、燃用液体燃料时的热耗，以及重油加热及雾化的热耗等。

而用于锅炉机组自身电耗方面，则要考虑送风机、引风机、排粉风机、一次风机、给粉机、原煤给煤机、磨煤机以及电除尘器等的电耗。

对于单元机组，还要计入给水泵的电耗（不仅是主给水泵，还包括增压泵），而非单元机组给水泵的电耗可接与锅炉给水量成正比计算。

此外，在计算锅炉净效率时，还要考虑锅炉车间自身电耗，而这部分电耗则是锅炉车间内所有运行锅炉共同均分的。

这方面需要计算油系统、水处理系统、燃料输送和处理系统和锅炉车间办公室的取暖设备、照明设备及淋浴设备所消耗的热能和电能等。

锅炉机组的自用电耗Qp 可用下式计算：Qp=29270（b/B ）∑p ， kJ ／kg （l －4） 式中：29270为标准燃料的发热值，kJ ／kg ；b 为电厂发电煤耗（标准煤耗），kg ／（kW ·h ）；∑p 为锅炉自身总电耗，kW 。

B 为燃料消耗量，kg ／h ； 1.3.2 锅炉运行的安全性指标锅炉运行时的安全性指标不能进行专门的测量，而用下列三个间接指标来衡量： 1．锅炉连续运行小时数锅炉连续运行小时数是指两次被迫停炉进行检修之间的运行小时数，国内一般大、中型电站锅炉的平均连续运行小时数在4000h 以上，而大型电站锅炉则应在7000h 左右。

2．锅炉的可用率锅炉可用率是指在统计期间内，锅炉总运行小时数及总备用小时数之和与该期间总时数的百分比，即(1－5)3．锅炉事故率r pq j Q Q Q Q --=1η％100统计期间总小时数小时时总运行小时数＋总备用可用率＝⨯锅炉事故率是指在统计期间内，锅炉总事故停炉小时数与总运行小时数、总事故停炉小时数之和的百分比．即（1－6）锅炉的可用率和事故率可按一个适当长的周期来计算，我国火力发电厂锅炉通常以一年为一个统计周期。