锅炉与汽轮机的简述

《火电厂动力部分》结业论文
锅炉与汽轮机的简述
院系:××工程学院
班级：××
姓名：××
学号：××××××
1．锅炉的定义、组成及分类
1.1锅炉的定义及组成
1.1.1 锅炉的定义：利用燃料（固体燃料、液体燃料和气体燃料）燃烧释放的化学能转换成热能，且向外输出热水或蒸汽的换热设备。

1.1.2 锅炉的组成：锅炉由“锅”和“炉”两大部分组成。

“锅”是指汽水流动系统，包括锅筒、集箱、水冷壁以及对流受热面等，是换热设备的吸热部分；“炉”是指燃料燃烧空间及烟风流动系统，包括炉膛、对流烟道以及烟囱等，是换热设备的放热部分。

1.2.锅炉的分类
锅炉有多种分类方法，主要的分类方法有：
1.2.1 按用途分类：
发电锅炉：是指用于火力发电的锅炉。

火力发电机组由蒸汽锅炉、汽轮机、发电机三大动力设备构成。

锅炉产生的高温、高压蒸汽经过汽轮机做功，使蒸汽的热能转换机械能，汽轮机带动发电机高速旋转发电，此时机械能转换成电能；
工业锅炉：是指锅炉产生的高温热载体（蒸汽、高温水以及有机热载体）供工业生产过程中应用，如酿酒、造纸、纺织、木材、食品、化工等；
生活锅炉：是指锅炉产生的热水、蒸汽供人们生活之用，如取暖、洗浴、消毒等。

1.2.2 按压力参数分类：
低压锅炉：是指出口额定蒸汽压力不超过2.5MPa的锅炉；
中压锅炉：是指出口额定蒸汽压力为3.0~5.0MPa的锅炉；
高压锅炉：是指出口额定蒸汽压力为8.0~11.0MPa的锅炉；
超高压锅炉：是指出口额定蒸汽压力为12.0~15.0MPa的锅炉；
亚临界压力锅炉：是指出口额定蒸汽压力为16.0~20.0MPa的锅炉；
超临界压力锅炉：是指出口额定蒸汽压力超过临界压力（22.1MPa）的锅炉。

注：临界压力1MPa=10.2kgf/cm2 进行换算，其余压力均按1MPa=10.0kgf/cm2换算。

1.2.3 按介质形态分类：
蒸汽锅炉：是指输出热载体的形态是蒸汽的锅炉；
热水锅炉：是指输出热载体的形态是热水的锅炉。

1.2.4 按介质循环方式分类：
自然循环锅炉：在水循环回路中，介质流动的动力来自水与汽水混合物的密度差；强制循环锅炉：在水循环回路中介质流动的动力除水和汽水密度差外，主要依靠锅水循环泵的压头；
直流锅炉：给水依靠给水泵压头在受热面一次通过产生蒸汽的锅炉，因此，直流锅炉也属于强制循环锅炉。

1.2.5 按结构形式分类：
水管锅炉：是指火焰或烟气在受热面管外面流动加热，介质则在受热面管内流动吸热的锅
锅壳锅炉：受热面主要布置在锅壳内，且火焰或烟气则在受热面管内流动加热，而介质则在受热面管外吸热的锅炉。

1.2.6 按燃料类别分类：
燃煤锅炉：以煤为燃料的锅炉；
燃油锅炉：以石油产品如柴油、重油、渣油为燃料的锅炉；
燃气锅炉：以气体燃料如天然气、城市煤气以及工业废气为燃料的锅炉。

1.2.7 按燃烧方式分类：
层燃锅炉：是指燃料在炉排上进行燃烧的锅炉，包括固定炉排炉、链条炉排炉以及往复炉排炉等，其燃料主要是煤；
室燃锅炉：燃料以气态形状在燃烧室内进行燃烧的锅炉。

其燃料是气体燃料、液体燃料和煤粉；
循环流化床锅炉：是指燃料在料床上方进行沸腾燃烧，在烟气出口将未燃尽的煤粒分离出来再送会回料床燃烧的锅炉。

循环流化床锅炉燃料适应范围广，排放低，是燃烧劣质煤的较好炉型。

2.工业锅炉的燃烧设备
锅炉的燃烧设备以提供良好的燃烧条件，以求能把燃料的化学能最大限度地释放出来并其转化为热能。

锅炉的燃烧方式有三种形式：层燃（火床燃烧）、室燃（悬浮燃烧）、沸腾燃烧。

各种燃烧方式有其相应的燃烧设备。

固定炉排、链条炉排、往复炉排、振动炉排等属于层燃式，适用于燃烧固体燃料。

煤粉锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉等属于室燃式，适用于粉状固体燃料，液体燃料和气体燃料。

鼓泡流化床、循环流化床属于沸腾燃烧方式，适用于燃烧颗粒状固体燃料。

抛煤机链条炉排，兼有层燃和室燃的燃烧方式，属于混合燃烧方式。

2.1 固定炉排：一种最古老、结构简单的层燃燃烧的设备，分两种单层炉排和双层炉排A单层炉排用铸铁制造，有板状和条状B双层炉排，内有上下两层炉排，上炉排由水冷却管组成的固定炉排，下炉排为普通铸铁的固定炉排。

上炉排以上空间为风室，下炉排以下为灰坑，两层炉排之间为燃烧室。

2.2 链条炉排：一种结构比较完善的燃烧设备。

由于机械化程度高（加煤、清渣、除灰等均有机械完成），制造工艺成熟，运行稳定可靠，人工拨火能使燃料燃烧的更充分，燃烧率也较高，适用于大、中、小型工业锅炉。

国产链条炉排按结构可分链带式、横梁式和鳞片式链条炉排。

A链带式链条炉排属于轻型结构适用于额定蒸发量小于10t/Hd的蒸汽锅炉或相应容量的燃烧锅炉。

B横梁式链条炉排是用刚性很强的横梁作支架，炉排片嵌于支架横梁的槽内，当主动轴上的链轮带动链条转动时横梁及其上的整付炉排随之移动。

C鳞式链条炉排适用于额定蒸发量大于10t/Hd的蒸汽锅炉或相应容量的燃烧锅炉。

2.3往复炉排：一种利用炉排往复运动来实现给煤、除渣、拨火机械化的燃烧设备。

往复炉排炉排按布置方式可分倾斜往复炉排和水平往复炉排A倾斜往复炉排为倾斜阶梯型，炉排有相间布置的活动炉排片和固定炉排片组成。

B水平往复炉排是有固定炉排片和活动炉排片交错组成，炉排片相互搭接。

2.4 振动炉排：一种由偏心块激振器、横梁、炉排片、拉杆、弹簧板、后密封装置、激振器电机、地脚螺钉、减震橡皮垫、下框架、前密封装置。

测梁、固定支点等部件组成。

具有结构简单，制造容易，重量轻、金属耗量少、设备投资省、燃烧条件好、炉排面积负荷高、煤种适应能力强优点在工业锅炉应用过。

2.5 抛煤机：按抛煤方式，抛煤机可分为风力抛煤机，机械抛煤机和机械－风力抛煤机三种。

机械抛煤机兼有机械抛煤机和风力抛煤机的功能，它有两个主要部件构成：给煤部件和抛煤部件。

2.6 沸腾燃烧流化床：一种介于固定床和悬浮床之间的气固两相床层。

流化床根
据不同的流化速度划分为鼓泡床、湍流床和快速床。

A鼓泡流化床结构由给煤装置、布风装置、风室、灰渣溢流口、沸腾层、悬浮段等。

特点对煤种适应行强、能强化转热，节省钢材，便于灰渣的综合利用，对环境污染较煤粉炉轻，锅炉本体结构简单。

B循环流化床是新一代高效，低污染洁净煤燃烧技术。

其特点是在于燃料及脱硫剂在流化床状态下经过多次循环，反复的进行低温燃烧和脱硫反应。

C循环流化床和鼓泡流化床燃烧过程中最主要的区别在于1、循环流化床沸腾层内流化速度很高一般为3～10m/s最高可达10m/s，鼓泡流化床锅炉的流化速度为1～3m/s。

2.7 煤粉锅炉的燃烧设备：煤先经磨煤设备，然后喷入炉膛内燃烧，整个燃烧过程是在炉膛内呈悬浮状进行，这种锅炉称为煤粉炉。

其特点能改善与空气的混合，加快点火盒和燃烧，煤种适用性广，适应于大中型锅炉。

煤粉锅炉的燃烧设备有煤粉设备、制粉系统和煤粉燃烧器。

2.8燃油燃烧器：有喷油嘴和调风器组成；是将燃料油雾化，并于空气强烈混合后送入炉膛，使油气混合物在炉膛内呈悬浮状态的一种燃烧设备。

燃油燃烧器是燃油锅炉的关键设备，按使用燃料种类可分轻质油燃烧器和重质油燃烧器，重油黏度大，在重油燃烧器内一般设置预热器。

工业燃油锅炉大多配置轻质油燃烧器。

2.9燃气燃烧器：它是燃气锅炉的最主要的燃烧设备。

燃气燃烧器有扩散式燃烧器、大气式燃烧器和完全预混式燃烧器。

将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。

又称蒸汽透平。

主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。

还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。

3．锅炉的简单工作原理
锅炉的简单工作原理：锅炉运行时，同时在进行三个过程，即燃料的燃烧过程、火焰和烟气向锅水的传热过程和水的加热、汽化与过热过程。

锅炉在运行时，燃料中的可燃物质在适当的温度下，与通风系统传输给炉膛内的空气混合燃烧，释放出热量，通过各种受热面传递给锅水，水温不断升高，产生汽化，这时为饱和蒸汽，经过汽水分离进入主汽阀输出使用。

如果对蒸汽品质要求较高，可将饱和蒸汽进入过热器中再进行加热成为过热蒸汽输出使用。

对于热水锅炉，锅水温度始终在沸点温度以下，与用户的采暖供热网连通进行循环。

4．汽轮机
4.1定义
汽轮机是将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械，是蒸汽动力装置的主要设备之一。

汽轮机是一种透平机械，又称蒸汽透平。

4.2汽轮机发展史
公元一世纪时，亚历山大的希罗记述了利用蒸汽反作用力而旋转的汽转球，又称为风神轮，这是最早的反动式汽轮机的雏形；1629年意大利的布兰卡提出由一股蒸汽冲击叶片而旋转的转轮。

19世纪末，瑞典拉瓦尔和英国帕森斯分别创制了实用的汽轮机。

拉瓦尔于1882年制成了第一台5马力(3.67千瓦)的单级冲动式汽轮机，并解决了有关的喷嘴设计和强度设计问题。

单级冲动式汽轮机功率很小，现在已很少采用。

20世纪初，法国拉托和瑞士佐莱分别制造了多级冲动式
汽轮机。

多级结构为增大汽轮机功率开拓了道路，已被广泛采用，机组功率不断增大。

帕森斯在1884年取得英国专利，制成了第一台10马力的多级反动式汽轮机，这台汽轮机的功率和效率在当时都占领先地位。

20世纪初，美国的柯蒂斯制成多个速度级的汽轮机，每个速度级一般有两列动叶，在第一列动叶后在汽缸上装有导向叶片，将汽流导向第二列动叶。

现在速度级的汽轮机只用于小型的汽轮机上，主要驱动泵、鼓风机等，也常用作中小型多级汽轮机的第一级。

与往复式蒸汽机相比，汽轮机中的蒸汽流动是连续的、高速的，单位面积中能通过的流量大，因而能发出较大的功率。

大功率汽轮机可以采用较高的蒸汽压力和温度，故热效率较高。

19世纪以来，汽轮机的发展就是在不断提高安全可靠性、耐用性和保证运行方便的基础上，增大单机功率和提高装置的热经济性。

汽轮机的出现推动了电力工业的发展，到20世纪初，电站汽轮机单机功率已达10兆瓦。

随着电力应用的日益广泛，美国纽约等大城市的电站尖峰负荷在20年代已接近1000兆瓦，如果单机功率只有10兆瓦，则需要装机近百台，因此20年代时单机功率就已增大到60兆瓦，30年代初又出现了165兆瓦和208兆瓦的汽轮机。

此后的经济衰退和第二次世界大战期间爆发，使汽轮机单机功率的增大处于停顿状态。

50年代，随着战后经济发展，电力需求突飞猛进，单机功率又开始不断增大，陆续出现了325～600兆瓦的大型汽轮机；60年代制成了1000兆瓦汽轮机；70年代，制成了1300兆瓦汽轮机。

现在许多国家常用的单机功率为300～600兆瓦。

4.3汽轮机的分类
汽轮机在社会经济的各部门中都有广泛的应用。

汽轮机种类很多，并有不同的分类方法。

按结构分，有单级汽轮机和多级汽轮机；各级装在一个汽缸内的单缸汽轮机，和各级分装在几个汽缸内的多缸汽轮机；各级装在一根轴上的单轴汽轮机，和各级装在两根平行轴上的双轴汽轮机等。

按工作原理分，有蒸汽主要在各级喷嘴(或静叶)中膨胀的冲动式汽轮机；蒸汽在静叶和动叶中都膨胀的反动式汽轮机；以及蒸汽在喷嘴中膨胀后的动能在几列动叶上加以利用的速度级汽轮机。

按热力特性分，有为凝汽式、供热式、背压式、抽汽式和饱和蒸汽汽轮机等类型。

凝汽式汽轮机排出的蒸汽流入凝汽器，排汽压力低于大气压力，因此具有良好的热力性能，是最为常用的一种汽轮机；供热式汽轮机既提供动力驱动发电机或其他机械，又提供生产或生活用热，具有较高的热能利用率；背压式汽轮机的排汽压力大于大气压力的汽轮机；抽汽式汽轮机是能从中间级抽出蒸汽供热的汽轮机；饱和蒸汽轮机是以饱和状态的蒸汽作为新蒸汽的汽轮机。

4.4汽轮机装置的热效率及其提高方法
汽轮机装置的热经济性用汽轮机热耗率或热效率表示。

汽轮机热耗率是每输出单位机械功所消耗的蒸汽热量，热效率是输出机械功与所耗蒸汽热量之比。

对于整个电站，还需考虑锅炉效率和厂内用电。

因此，电站热耗率比单独汽轮机的热耗率高，电站热效率比单独汽轮机的热效率低。

一座汽轮发电机总功率为1000兆瓦的电站，每年约需耗用标准煤230万吨。

如果热效率绝对值能提高1%，每年可节约标准煤6万吨。

因此，汽轮机装置的热效率一直受到重视。

为了提高汽轮机热效率，除了不断改进汽轮机本身的效率，包括改进各级叶片的叶型设计(以减少流动损失)和降低阀门及进排汽管损失以外，还可从热力学观点出发采取措施。

根据热力学原理，新蒸汽参数越高，热力循环的热效率也越高。

早期汽轮机所用新蒸汽压力和温度都较低，热效率低于20％。

随着单机功率的提高，30年
代初新蒸汽压力已提高到3～4兆帕，温度为400～450℃。

随着高温材料的不断改进，蒸汽温度逐步提高到535℃，压力也提高到6～12.5兆帕，个别的已达16兆帕，热效率达30％以上。

50年代初，已有采用新蒸汽温度为600℃的汽轮机。

以后又有新蒸汽温度为650℃的汽轮机。

现代大型汽轮机通常采用新汽压力24兆帕，新汽温度和再热温度为535～565℃的超临界参数,或新汽压力为16.5兆帕、新汽温度和再热温度为535℃的亚临界参数。

使用这些汽轮机的电站热效率约为40％。

另外，汽轮机的排汽压力越低，蒸汽循环的热效率就越高。

不过排汽压力主要取决于冷却水的温度，如果采用过低的排汽压力，就需要增大冷却水流量或增大凝汽器冷却面积，同时末级叶片也较长。

凝汽式汽轮机常用的排汽压力为0.005～0.008兆帕。

船用汽轮机组为了减轻重量，减小尺寸,常用0.006～0.01兆帕的排汽压力。

此外，提高汽轮机热效率的措施还有，采用回热循环、采用再热循环、采用供热式汽轮机等。

提高汽轮机的热效率，对节约能源有着重大的意义。

4.5汽轮机的发展方向
大型汽轮机组的研制是汽轮机未来发展的一个重要方向，这其中研制更长的末级叶片，是进一步发展大型汽轮机的一个关键；研究提高热效率是汽轮机发展的另一方向，采用更高蒸汽参数和二次再热，研制调峰机组，推广供热汽轮机的应用则是这方面发展的重要趋势。

现代核电站汽轮机的数量正在快速增加，因此研究适用于不同反应堆型的、性能良好的汽轮机具有特别重要的意义。

另外，在汽轮机设计、制造和运行过程中，采用新的理论和技术，以改善汽轮机的性能，也是未来汽轮机研究的一个重要内容。

例如：气体动力学方面的三维流动理论，湿蒸汽双相流动理论；强度方面的有限元法和断裂力学分析；振动方面的快速傅里叶转换、模态分析和激光技术；设计、制造工艺、试验测量和运行监测等方面的电子计算机技术；寿命监控方面的超声检查和耗损计算。

此外，还将研制氟利昂等新工质的应用，以及新结构、新工艺和新材料等。