电站锅炉区分
锅炉的种类与燃烧方式
1、2 锅炉结构简介及其特点
锅炉就是一种生产蒸汽的设备,它就是利用煤、油、天然气等燃料燃烧释放热能或其她热能,加热给水或其她介质,以获得规定参数与品质的蒸汽、热水或其她热媒。这些携带能量的热媒有时直接供给生产生活所需的热能,有时通过汽轮机转换为电能。
锅炉的类型很多,可以从不同角度出发对锅炉进行分类,主要有:
(1)按用途不同,可分为电站锅炉、工业锅炉、生活锅炉。
在检验管理上,我国又把锅炉分为工业锅炉与电站锅炉[1]。工业锅炉与电站锅炉主要就是从用途与额定工作压力上区分的,但实际上有些交叉,难以严格区别,所以《锅炉定期检验规则》中才将额定工作压力小于等于2、5Mpa的锅炉作为工业锅炉对待,额定工作压力大于等于3、8Mpa的锅炉作为电站锅炉对待。这样的划分,人为痕迹较重。
《锅炉定期检验规则》中的工业锅炉就涵盖了前面所述的生活锅炉。
(2)按介质不同,可分为蒸汽锅炉、热水锅炉、有机热载体炉。
(3)按结构形式,可分为锅壳锅炉与水管锅炉。前者锅壳内一般布置有其她受热面,炉胆或管板、下脚圈等元件就是锅壳锅炉的标志。锅壳锅炉还常装水管或烟火管以增加受热面,根据管内流动的介质不同又有水管、火(烟)管与水火管之分,常见的DZ型锅炉就就是水火管锅壳锅炉,即锅炉中既有水管又有火(烟)管。而水管锅炉汽包内不需布置其她受热面,容量可以做得更大。
(4)按蒸汽压力大小,可分为低压锅炉(p≤2、5MPa)、中压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉、亚临界锅炉、超临界锅炉、超超临界锅炉。
低压锅炉容量也比较小,20t／h以下居多,都属于工业锅炉的范畴。中压以上锅炉都就是电站锅炉,容量越大,水冷壁的循环回路会越多,过热器系统也会越复杂。超高压以上锅炉还会增加再热器系统。
(5)按燃料与提供热能的方式不同,可分为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、余热锅炉、电加热锅炉、垃圾焚烧锅炉、生物质锅炉等。
目前,燃煤锅炉所占比例最大。
(6)按燃料在锅炉中的燃烧方式,可分为层燃炉、室燃炉、沸腾炉、循环流化床锅炉与旋风炉。沸腾炉、循环流化床锅炉与煤粉炉(属室燃炉)对燃料的颗粒尺寸都有要求,颗粒度就是重要的运行指标。煤粉炉按排渣方式又可分为液态排渣炉、固态排渣炉。
链条炉属于层燃炉,一般不大于20t/h。煤粉炉属悬浮燃烧的室燃炉,悬浮燃烧的特点就是燃料与空气接触面积大,燃烧速度快,适用于大容量锅炉。而沸腾炉呈流化状态进行燃烧,所以又叫流化床锅炉。旋风炉污染大,大多已经淘汰。
(7)按炉膛出口烟气压力,可分为微正压燃烧锅炉、负压燃烧锅炉。
(8)按工质在蒸发系统的流动方式,可分为自然循环锅炉与强制循环锅炉两大类。强制循环锅炉又分为控制循环锅炉(或多次循环锅炉)、直流锅炉、复合循环锅炉。
(9)按安装方式,可分为整装锅炉、组装锅炉、散装锅炉。
(10)在工业锅炉中,按锅筒位置,可分为立式锅炉、卧式锅炉。
(11)在工业锅炉中,按燃烧室布置,可分为内燃式锅炉,外燃式锅炉。
(12)在电站锅炉中,习惯上把额定蒸发量小于220t/h的称为小型锅炉,220t/h～670t/h为中型锅炉,大于670t/h 及以上为大型锅炉。
(13)在电站锅炉中,按整体布置形式,可分为∏型布置、塔型布置、箱型布置等。
以WNS2-1、0-Y为例,它既就是燃油锅炉,同时又属于锅壳锅炉(火管锅炉)、蒸汽锅炉、低压锅炉、室燃锅炉、燃油锅炉、自然循环锅炉、微正压燃烧锅炉、整装锅炉、卧式锅炉、内燃式锅炉与工业锅炉的范畴。下面将工业锅炉与电站锅炉的结构及其特点作一简要介绍。
1、2、1 工业锅炉
工业锅炉就是指向工业生产或生活用途提供蒸汽、热水的锅炉,一般就是指额定工作压力小于等于2、5MPa
的锅炉[2]。
工业锅炉发展较快,一批新型炉型与新技术崭露头角。已出现的新型快装、组装锅炉,新发展的铸铁锅炉、直流锅炉、角管锅炉突破了多年的传统结构。燃油燃气锅炉上程序控制器与保护装置的应用与发展,在一定程度上缓解了最头疼的缺水问题。全自动水处理设备的广泛运用,部份缓解了水质管理薄弱单位的锅炉水垢问题。以下就是几种常见的炉型:
(1)水火管锅炉
水火管锅炉就就是水火管锅壳锅炉(也称DZ型锅炉),它结构紧凑、安装简单,就是我国广大锅炉工作者数十年共同研究开发的结果。近40年来,水火管锅壳锅炉一直就是我国工业锅炉中数量最多的炉型,约占我国工业锅炉的一半。这已经成为我国工业锅炉发展的重要特征。
我国就是以燃煤为主的国家,为便于煤炭燃烧,DZ型锅炉在锅壳两侧及后部装设水冷壁,即将带有水冷壁的炉膛置于锅壳之外,遂形成“水火管锅壳锅炉”。这样也便于向较大容量发展,同时由于高效传热元件——螺纹烟管的应用, DZ型锅炉容量已达到40t/h,压力可达1、6MPa 。这种炉型的受热面管有火管、水冷壁管(如图1-1所示),省煤器采用耐腐蚀的铸铁省煤器。
1-火管2-八字型水冷壁管3-水冷壁管
图1-1 DZ型锅炉
水火管锅炉锅筒直径大、限制了容量的发展。在运行中也暴露出一些缺陷,事故率较高:火焰直接烧锅筒,锅筒鼓包;因烟管水平布置,对锅水含氧量较为敏感,烟管腐蚀;热胀冷缩程度不同,管板裂纹;角板撑开裂;螺纹烟管的积灰等。
经不断完善,已有多种改进型。主要有以下变动:取消小烟室、湿背改干背、取消水冷壁管间的鳍片、水冷壁管进入锅筒由斜向改为径向、改进角板撑、八字型水冷壁管遮挡锅筒使锅筒底部不直接受火焰加热、螺纹烟管、单回程布置烟管、拱形管板、偏置锅筒等。
(2)水管锅炉
水管锅炉的容量与压力都限制较少,有很大的想象空间,而且便于布置成各种形式,水循环也比较好。水管锅炉水汽系统主要包括锅筒、集箱、水冷壁、对流管束、省煤器、过热器等部件。
目前国内生产的10 t/h～20 t/h的工业水管锅炉,大多数为双锅筒横置式(见图1-2)或双锅筒纵置式锅炉,给水温度60℃～105℃。在这种锅炉中,水冷壁及锅炉对流受热面管束都就是蒸发受热面,如有过热器,则布置在第一管束之后。
1-煤斗2-炉排3-风室4-老鹰铁5-检查孔6-空气预热器7-下锅筒
8-旁通烟道门9-省煤器10-上锅筒11-对流管12-水冷壁
图1-2 SHL20-13 锅炉
近年来在国际上发展起来的新一代高效、低污染清洁燃烧技术——循环流化床(CFB)锅炉,具有强化传热、燃烧效率高、燃料适应性广与排放污染物少等特点,这种炉型在10 t/h 以上的燃煤工业锅炉中也已得到积极发展应用。但循环流化床锅炉的受热面磨损问题非常突出。
水管锅炉大多就是散装锅炉,安装相对复杂。与锅壳锅炉相比,对水质及运行操作水平均要求较高。
(3)锅壳锅炉
锅壳锅炉的基本结构多数就是双层夹套结构。其外筒叫锅壳,内筒叫炉胆,炉胆就是燃烧室。当水汽介质有压力时,锅壳受内压,炉胆承受外压。锅壳锅炉又分立式与卧式两种,有的也会布置水管与火管。目前常用的燃油、燃气锅炉大部分就是WNS型卧式内燃锅壳锅炉。
锅壳锅炉有以下共同特点:盛水的“锅”与烧火的“炉”都被包含在一个壳体——锅壳中, 炉胆容积小,被水包围,水冷程度大,燃烧条件差,必须烧优质燃料;锅壳壳体直径较大,开孔较多,形状不规则,内部受热部分与不受热部分连接在一起,温度与热膨胀程度不同,因而壳体安全性较差;锅炉结构系统比较简单,便于运输安装、运行管理及检查维护;受热面少,蒸发量或热功率小。
(4)燃油燃气锅炉
为了抑制大气环境的恶化,提高大气质量,上世纪八十年代以后我国燃油燃气锅炉增长十分迅速,尤其在许多大中城市发展更快。燃油燃气锅炉燃烧强度高,炉膛容积热负荷为链条炉的1、4～2、6倍;对流传热烟气速度高,可为燃煤锅炉的2倍以上,以及采用微正压燃烧等,所以燃油燃气锅炉采用内燃式锅壳锅炉较多,其结构紧凑、锅炉热效率高。
在燃油燃气锅炉中,由于炉膛出口烟温高,燃煤锅炉上常用的烟管胀接结构在这里一般都改为了焊接结构。小型立式水管锅炉(即贯流锅炉)一般由水管、集箱组成,这种锅炉的水容积小,蒸发强度高,汽空间小,极易造成上部管子过热。所以对水位的自动控制、联锁保护要求很高。燃油燃气锅炉的控制主要就是依靠程序控制器来完成的。
(5)有机热载体锅炉
有机热载体炉具有热传导效率高、系统热损失小,温度易控制,受热相对均匀的优点,尤其有可在相对较低的运行压力下获得较高工作温度的突出特点。近年来随着我国经济建设发展、技术水平提高,为满足生产工艺的需要,有机热载体炉的应用范围越来越广,使用数量越来越多,并呈不断快速增长趋势。目前已被大量应用在纺织、印染、化工、纸业、食品、玻纤等多种行业。有机热载体炉采用强制循环,有机热载体锅炉的受热面管多为盘管结构。
(6)电加热锅炉
电加热锅炉具有清洁、可靠等优点,但电能就是一种清洁的二次能源,电价较高,其运行成本就是燃煤锅炉的6倍,燃油燃气的2倍,因此长期以来电加热锅炉在我国未能得到很好的发展。但随着电力建设的加快与对环保要求的严格,特别就是实行峰谷电分开计价后,电加热锅炉也得到了较快的发展,电加热锅炉的市场分额不断扩大且产品仍以蓄热式电锅炉为主。相对于燃煤、燃油、燃气锅炉,电加热锅炉的工作条件较好,对水质要求不高。
(7)垃圾焚烧锅炉
流化床燃烧技术就是本世纪六十年代迅速发展起来的一种新型清洁燃烧技术。它利用炉内燃料的充分流动、混合,达到高效燃烧。我国在利用流化床燃烧技术燃用低热值燃料方面处于国际领先水平。特别就是浙江大学热能工程研究所多年来进行废弃物(如城市生活垃圾等)的研究开发与应用,成功开发出异重流化床城市生活垃圾焚烧技术,可实现高效清洁燃烧。垃圾焚烧锅炉有时还用于发电供热,它解决了城市垃圾造成的污染,与填埋相比节省了大量土地,减少了二次污染,同时充分利用了再生能源,达到了对垃圾处理的减容化、无害化、资源化的目的,社会效益显著。
在这些工业锅炉中,可能会有的受热面管就是水冷壁管、对流管、省煤器管,有的还有火(烟)管、水管、过热器管等。对以水为介质的蒸汽锅炉而言,水的预热、汽化及蒸汽过热在不同的受热面中完成,锅炉给水先进入省煤器预热,后经蒸发受热面加热为饱与蒸汽,必要时再经过热器被加热为过热蒸汽。
1、2、2 电站锅炉
锅炉就是火力发电厂的三大主机之一。随着电力工业的进步,特别就是耐热材料与自动控制等技术的开发与应用,电站锅炉正向高参数、大容量、高自动化方向发展。
电站锅炉通常就是指以发电或热、电联产为主要目的的锅炉,一般就是指额定工作压力大于等于3、8MPa 的锅炉。目前,电力行业与自备电厂运行的电站锅炉,容量差异大,型号种类多,表1-1给出了电站锅炉参数系列。
表1-1 电站锅炉参数系列
额定蒸发量t/h 额定蒸汽压力、额定蒸汽温度机组功率
MW
3、82MPa
(中压) 9、8MPa
(高压) 13、7MPa
超高压) 16、7MPa(亚临界) 22、1MPa