火力发电厂锅炉

二、煤的热重分析
燃料特性是燃烧设备设计的主要依据，采用常规的方法， 如元素及工业分析时，发热量和灰熔点，灰的成分和可磨 性系数等参数，不能完全表征煤的燃烧特性。 近年来，国内外开发了许多特种分析方法，如热天平、热 显微镜、着火指数炉、一维炉等方法。 由于仪器规范不同，即使同一种煤也会得出不同的结果。 在使用分析数据时应弄清数据的来源单位，所用仪器和规 范，否则可能造成错误。 煤的失重分析是判别煤的燃烧特性而进行的专门分析，热 天平是常用设备之一。
Cd+Hd十Od+Nd十Sd+Ad=100％ (2—4)
4．干燥无灰基(原可燃基)；
假想无水、无灰状态的煤为基准，以下角标daf表示。由于 不受水分、灰分影响，常用于比较两种煤中的碳、氢、氧、 氮、硫成分含量的多少，即 Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100％ (2—5)
4种基准同样也可以用于煤的工业分析。元素分析成分和工 业分析成分的关系如图2—1所示。
四、煤的发热量 煤的发热量是指单位质量的煤在完全燃烧时放出的热量。 在实际应用中，煤的发热量有高位发热量和低位发热量之 分，发热量的单位目前用kJ／kg。
发热量中包括煤燃烧后所产生的水蒸气凝结放出的汽化潜 热时，称为高位发热量，用Qgw表示。
五、折算成分和标准煤 1．折算成分
锅炉的设计和运行中，为了更好地鉴别煤的性质，更准 确地比较煤中硫、水分、灰分对锅炉工作的影响，常用 折算成分的概念来考虑。 规定每送入锅炉 4182kJ ／ kg 热量 ( 即 1000kcal ／ kg) ， 带入锅炉的水分、灰分和硫分。
根据燃料在自然界所处的状态，可将燃料分为固体燃料、液 体燃料和气体燃料。 固体燃料主要以煤为主；液体燃料以重油和渣油为主；气体 燃料以煤气为主。 根据获得燃料的方法，可将直接从自然界取得未经工艺加工 的燃料称为天然燃料，如原煤、原油及天然气。 将经过工艺加工后的木炭、焦炭和石油制品则称为人工燃料。
三、FW300MW级W型火焰锅炉 FW300MW级W型火焰锅炉是采用引进技术生产制造的亚临 界自然循环锅炉，见图1—3。
四、B&W360MW级W型火焰锅炉
B&W360MW级W型火焰锅炉是引进的亚临界自然循环锅炉。 锅炉整体布臵如图1-4所示。沿烟气流程布臵屏式过热器、 高温过热器，水平烟道中布臵高、低温再热器(即再热器 为单级布臵)，尾部竖井烟道中布臵低温过热器和省煤器。 过热汽温调节采用两级喷水减温，再热汽温调节采用炉底 供热风的方式。炉底注入热风还可以使冷灰斗区域的炉渣 凝聚体积减小，以利于排渣和减轻受热面的磨损。
直流锅炉及低倍率循环锅炉的容量和参数如表1-2所示
二、火电厂锅炉的类型 燃烧方式来看，现有的300、600MW级亚临界参数锅炉主要有三 种技术形式：第一种是四角切圆燃烧方式，第二种是对冲燃烧 方式，第三种是W型火焰燃烧方式。 四角燃烧锅炉多数采用摆动式燃烧器调节再热汽温，也可采用 烟气挡板和其他调温方式。而对冲燃烧锅炉采用旋流式燃烧器， 多数采用烟气挡板调节再热汽温。 从循环方式来看，主要有四种形式：自然循环；控制循环；复 合循环或低倍率循环方式；纯直流方式。四角燃烧锅炉的循环 方式趋于多样化，上述四种形式都占相当数量。 而对冲燃烧锅炉，多数采用自然循环方式。从受热面系统布臵 来看，对于采用摆动式燃烧器调温的锅炉，除了水平烟道和尾 部烟道的贴墙管过热器外，烟道中的主受热面系统布臵大致上 形成了两种形式：—种是过热器和再热器都采用辐射+对流式的 系统；另一种是过热器采用辐射+对流式的系统，再热器采用对 流式系统。
螺旋管圈水冷壁通过焊接在鳍片管上的张力板悬吊于炉顶钢 架上，螺旋管圈水冷壁的重量负载传递给张力板，再由张力 板把重量负载均匀地传递给炉膛上部的垂直管屏，从而实现 螺旋管圈的悬吊。
二 亚临界直流锅炉
第五节
低倍率循环锅炉
国内电厂中也有相当数量的低倍率循环锅炉，一般采用 塔型布臵，容量等级为600、 500、300MW。 图1—16是500MW亚临界参数低倍率循环塔型锅炉。
2．空气干燥基(原分析基)
煤样在实验室规定温度下，自然干燥，失去外部水分后， 其余的成分组合便是空气干燥基，以下角标ad表示，即 Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100％(2—3) 3．干燥基 假想无水状态煤为基准，以下角标d表示。由于已不受水 分的影响，灰分含量百分数比较稳定，可用于比较两种 煤的含灰量，即
从锅炉炉型结构看，有倒U型布臵、塔型布臵、W型火焰炉型 布臵。从工作参数看，目前发展的主要是亚临界和超临界参 数机组。
第一节
自然循环锅炉
一、采用对冲燃烧方式的300MW自然循环锅炉 图1—1采用B&W技术设计制造的亚临界压力300MW锅炉。采 用双调风旋流式燃烧器对冲燃烧、自然循环、烟气挡板调温 方式。
二、采用四角燃烧方式的300MW自然循环锅炉 图1-2是东方锅炉厂根据CE技术设计制造的亚临界压力300MW 锅炉，采用四角切圆燃烧、自然循环、摆动式燃烧器调温方 式。 炉膛的宽、深、高分别为13335mm、 12829mm、54300mm，燃 用西山贫煤和洗中煤的混煤。炉膛容积热负荷为389103kJ ／ (m3h)，炉膛断面热负荷为17.13106kJ／(m2h)。 炉膛四角布臵4只摆动式直流燃烧器，燃烧器有6层一次风喷 口，4层油喷口，6层二次风喷口，气流射出喷口后，在炉膛 中央形成700mm和 1000mm的两个切圆。
煤中的水分在自然干燥条件下失去的部分，称为外部水分， 而剩余部分称为内部水分，两部分之和称为全水分。
二、工业分析 在一定的实验室条件下的煤样，分析得出水分、挥发分、 固定碳和灰分这四种成分的质量百分数的过程，称为工业 分析。 取1g左右的自然干燥后的煤粉样放人预先加热至145±5℃ 的干燥箱中，干燥1h后，试样质量减轻的量占原质量的百 分数即为空气干燥基水分。 此数值与外部水分值相加即为全水分。
第二章燃料及其燃烧特性
第一节
火电厂锅炉燃料的分类
火电厂锅炉是将燃料的化学能转换为蒸汽热能的设备。 在工程上将加热至一定温度后能与氧发生强烈的化学反应， 并放出大量热量的炭氢化合物和炭化物称为燃料。 燃料的种类和特性对锅炉的安全性和经济性有密切关系。 在锅炉的设计和运行中，由于燃料的不同、锅炉受热面积 的大小、炉膛高矮、燃烧器型式、空气预热器面积的大小、 受热面的污染、磨损、腐蚀等情况均会不同。
第三节 控制循环锅炉
一、300MW控制循环锅炉 图1—5为CE技术设计制造的300MW控制循环锅炉的整体布臵。 其受热面布臵与自然循环锅炉大致相同，不同的是水循环系统 中增加了循环泵和水冷壁管径减小。 炉水循环泵及其工作系统如下。
二、600MW控制循环锅炉
图 1-7 是采用 CE 技术设计制造的 600MW 亚临界控制循环锅 炉，采用四角燃烧，摆动式直流燃烧器调温方式。
第三节 煤的燃烧特性分析
一、煤的热分解机理
煤粒被加热到超过一定温度后，即进入热分解阶段，放出 挥发分并形成焦碳。
煤在热分解时放出挥发分的重量和成分与热解的条件有关， 即与加热温升速度、最终温度和在此温度下的持续时间有 关。当加热时温升速度大于1l0℃／s时，称为快速热分解； 而当加热时温升速度小于2℃／s时称为慢速热分解；温升 速度介于两者之间的为中速热分解。
第二节 煤的元素分析和工业分析 一、元素分析 全面测定煤中所含化学成分的分析叫元素分析。根据分 析，煤中元素达三十几种。一般将不可燃物质都归入灰 分Fra Baidu bibliotek 对燃烧有影响的成分包括：碳、氢、氧、氮、硫、灰分 和水分，各化学元素成分用质量百分数表示，即 C+H+O十N十S+A+M100％
氢是煤中发热量最高的物质，完全燃烧时，纯氢的发热量 为1.2105kJ／kg。氢燃点低，易点燃，是有利元素。煤中 氢的含量较少，一般约占3％～6％。
炉膛宽、深、高度分别为 18.542m 、 16.432m 、 65.354m 。 燃用烟煤，断面热负荷为 5.64106W ／ m2 ，容积热负荷为 96.25 103W／m3。
600MW控制循环锅炉的受热面系统布臵类似于300MW控制 循环锅炉。
第四节
直
流
锅
炉
一、超临界压力600MW锅炉 600MW超临界压力锅炉为n型布臵，如图1—8所示。 炉膛下部螺旋管圈水冷壁，炉膛上部布臵垂直管屏水冷壁。
2．标准煤 准确地比较煤的消耗量，便于比较和管理，采用收到基 发热量为29270kJ／kg (7000kcal／kg)的煤为标准煤。 即可用下式计算标准煤耗Bb Bb=BQar,net kg／h (2—14) 式中 B——电厂实际煤耗值。 比较两个电厂的煤耗时，可用式(2—14)先折算为标准 煤耗后再比较。
将煤粉样放在高温炉中，按规定方法升温至815±10C，并 加热1h，冷却至室温后称重，剩余重量占原煤样重量的质 量百分数即为空气干燥基灰分的含量。将原煤粉样中水分、 灰分、挥发分扣除后，即为空气干燥基固定碳的质量百分 数。发电厂中均可做煤的工业分析。
三、煤的成分计算基准
煤中灰分和水分含量容易受外界条件的影响而发生变化， 单位质量的煤中其他可燃物质的质量百分数也会随之而变 化。同一种煤，也会出现上述情况。 因此，需要根据煤存在的条件或根据需要而规定的“成分 组合”作为基准，才能正确地反映煤的性质。 常用下列4种基准。 1．收到基(原应用基） 收到状态的煤为基准计算煤中全部成分的组合称为收到基， 其中包括全部水分。收到基以下角标ar表示，即 Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar100％ (2—2)
挥发分是煤在加热过程中有机质分解而析出的气体物质。 主要是由各种碳氢化合物、氢、一氧化碳、硫化氢等可燃 气体组成的，另外还有少量的氧、二氧化碳、氮等不可燃 气体。
碳化程度不同，挥发分的析出温度以及挥发分的含量也不 同。
挥发分燃点低，易于着火燃烧，对锅炉工作影响较大，其 含量常做为煤的分类的重要依据。 煤在失去水分和挥发分后剩余部分即为焦碳，它包括固定 碳和灰分。
根据用途，将用于炼焦、锻造和化工的焦结性好、含杂质少 的燃料称为工艺燃料。
不适于做工艺燃料的锅炉燃用的燃料称为动力燃料。
我国的燃料政策是，尽量不烧油和天然气，电力工业以烧煤 为主；尽量不使用工艺燃料；为减少运输，应尽量使用当地 出产的煤；由于煤对环境的污染大于其他燃料，在使用过程 中应尽量采取措施减少污染。
煤中的氧和氮是不可燃物质，其含量也较少。煤中的氮在 高温条件下易生成污染大气的NOx，被视为有害元素。
硫虽然在燃烧时也放出热量，但其燃烧产物S02和S03会造成 锅炉金属的腐蚀并污染大气。 硫常以三种形式存在，即有机硫、硫化铁硫、硫酸盐硫。 前两种可燃，称为挥发硫，后一种归入灰分。一般在计算 含硫量时应采用全硫分。 煤中灰分和水分均为不可燃物质。灰分存在不仅使燃料发 热量减少，而且影响燃料着火燃尽，也是造成积灰、结渣、 磨损的主要因素。水分会使炉内温度下降，影响着火，并 增大排烟热损失，还会加剧尾部受热面腐蚀和堵灰。
我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，占世界煤产量的 25％。1996年，我国煤炭产量达 13.8亿t，而煤炭占我国一次 能源消费量的75％。
我国煤炭资源相对较为丰富，分布也广，而石油和天然气资 源相对不足，预计到21世纪中叶，我国能源消耗仍会以煤为 主。 煤是由多种有机物和无机物混合组成的复杂的固体碳氢燃料。 它是远古植物遗体随地壳的变动被埋入地下，长期在地下温 度、压力较高的环境中，植物中的纤维素、木质素经脱水腐 蚀，含氧量不断减少，碳质不断增加，逐渐形成化学稳定性 强、含碳量高的固体碳氢燃料。 埋入地下深度和时间不同、地质作用的强弱不同，就会形成 不同的煤种，即分为褐煤、烟煤和无烟煤三大类。
第一章 火电厂锅炉综述
第一节
火电厂锅炉的类型
80 年代以来，我国建设了一批以燃煤为主的亚临界与超临 界参数大容量发电机组。各种类型的 300 、 350 、 500 、 600 、 800MW级亚临界与超临界参数锅炉机组相继投入运行。 一、火电厂锅炉的容量和参数
亚临界压力自然循环及控制循环锅炉的容量和参数见表1—1