电厂锅炉设备及系统

目前锅炉亟待解决的一些问题： (1) 燃用劣质煤时锅炉受热面的积灰、结渣和磨损问题； (2) 超临界锅炉水冷壁的传热特性不佳和高温腐蚀问题； (3) 燃煤锅炉的清洁燃烧问题； (4) 循环流化床锅炉的磨损和排渣不畅问题； (5) 锅炉的“四管泄漏”问题。 (6) 过热汽温和再热汽温的调节问题
单机容量达 800 — 1000 MW 及以上的锅炉，国外多采 用超临界压力。由亚临界压力提高到超临界压力，电厂经 济性提高1．8％左右。 提高蒸汽温度可有效提高电厂循环热效率，但由于汽 温提高要求使用更多的昂贵高合金钢材，致使设备的造价 大为提高。目前世界主要工业国家的蒸汽温度一般限制在 570℃以下，多采用540℃左右。 2.不断提高对电厂锅炉的性能要求 随着电厂锅炉容量和参数的提高，以及燃料品质的下， 对锅炉的性能指标要求也不断提高，以保证锅炉运行时的 安全性和经济性。具体体现在 以下诸方面： (1) 提高锅炉对多种煤质的适应性； (2) 提高锅炉低负荷运行时燃烧的稳定性；
(3) 开发针对劣质煤的高效燃烧技术； (4) 改进燃烧技术，降低污染物的生成量和排放量 (5) 加强过热汽温和再热汽温调节的可靠性及灵活性； (6) 能快速启停和快速变负荷，适应机组调峰的要求； (7) 减少水冷壁、过热器、再热器、省煤器的爆管事故和 泄漏量； (8) 提高锅炉部件的工作可靠性，承压部件寿命可达35年 以上，受磨损的受热面8—10年 (9) 提高运行控制和管理的自动化程度； (10) 提高金属材料的耐高温、耐腐蚀、耐磨损和高强度性 能；
(3)直流锅炉。 给水靠给水泵的压头，一次通过锅炉各受热面产生蒸 汽的锅炉，称为直流锅炉，直流锅炉的特点是没有汽包， 整台锅炉由许多管子并联，然后用联箱连接串联组成。在 给水泵压头的作用下，工质依顺序一次通过加热、蒸发和 过热受热面。进口的工质是水，出口工质则是符合设计要 求的过热蒸汽。由于所有受热面内工质流动是靠给水泵的 压头来推动的，所以在直流锅炉中，受热面中工质都是强 制流动。直流锅炉既可用于临界压力以下的锅炉，又可用 于临界压力以上的锅炉，而超临界压力时只能采用直流锅 炉。
(2)循环流化床炉。 流化床燃烧方式就是燃料颗粒在大于临界风速(由固定床转 化为流化床的风速)的空气流速作用下，在流化床上呈沸腾状态 的燃烧方式。这种燃烧方式有明显的优点，即能够燃用劣质煤 和污染物排放少等，40多年来发展很快，应用范围已从中、小 型的工业锅炉发展到较大型的电站锅炉。 循环流化床锅炉性能在很多方面都可与煤粉炉相比美，在 减少污染方面还优于煤粉炉，所以循环流化床锅炉出现以后， 立刻受到国内外的高度重视，并得到迅速发展，可望成为新一 代高效率、低污染的电站燃煤锅炉机组。特别在我国，电站锅 炉以燃煤为主，而且主要是劣质煤，燃料量的增大会引起更大 的环境污染问题，因此促进了此类锅炉的发展。 下图为循环流化床锅炉的简图
(二)锅炉型号 锅炉型号是指锅炉产品的容量、参数、性能和规格， 常 用一组规定的符号和数字来表示。我国电厂锅炉型号一般 用四组字码表示，其表达形式如下： AA一×××／×××一×××／×××一△× 第一组符号是制造厂家 ( HG表示哈尔滨锅炉厂，SG表 示上海锅炉厂，DG表示东方锅炉厂)；第二组数字分子是 锅炉容量，单位t／h，分母数字为锅炉出口过热蒸汽压力， 单位MPa；第三组数字分子分母分别表示过热蒸汽温度和 再热蒸汽温度，单位℃；最后一组中，符号表示燃料代号， 而数字表示锅炉设计序号。煤、油、气的燃料代号分别是 M、Y、Q，其他燃料代号是 T。
例如，SG一1025／18．2 -- 540／540 -- PM7 型表 示上海锅炉厂制造，容量为 1025 t／h ，过热蒸汽压力为 18.2 MPa， 过热蒸汽温度为 540 ℃ ，再热蒸汽温度为 540 ℃, 设计燃料为贫煤，设计序号为7(该型号锅炉为第7次设 计)。 另外，根据锅炉的布置方式，工质在蒸发受热面中的 流动方式等，可以称为Π型布置控制循环亚临界煤粉炉。
电厂锅炉设备及系统
能源与环境工程学院. 电厂锅炉的构成和工作过程 发电厂是生产电能的工厂。根据生产电能的能源不 同，主要有火力发电厂、水电站和核电站。此外，还有 少量的风能、太阳能和潮汐发电厂等。而火力 发电厂是 目前世界大多数国家电能生产的主力电厂。 火力发电是利用煤、石油或天然气等燃料的化学能来 生产电能的。根据我国的燃料政策，我国火电厂的燃料 主要是煤，即为燃煤电厂， 燃煤火电厂的生产过程如图1－1所示。
第三节 电厂锅炉的发展趋势
目前国内外电厂锅炉的发展方向主要是高效、低污染、 以及满足机组调峰的需要。 1.增大锅炉单机容量和提高蒸汽参数。 要做到高效利用燃料，节省有限的能源，其主要的方向 就是增大锅炉单机容量和提高蒸汽参数。近几十年来，世 界发达国家的电力工业得到了飞速发展，特别是计算机和 耐温金属材料的开发和应用，为电厂锅炉向高参数、大容 量、高自动化发展提供了强有力的技术支持。 目前，在工业发达的国家中，与 600 MW 汽轮发电机组 配套的 2000 t／h 超临界压力的大型电厂锅炉已相当普遍。 美国1972年就已有与1300MW配套的4400t／h超临界压力 的锅炉投入运行，日本1974年就已有与1000MW汽轮发电 机组配套的3180 t／h超临界压力的锅炉投入运行。
粉状、雾状燃料颗粒随同空气一烟气流作连续的运动， 燃料颗粒悬浮在空气一烟气流中，连续流过炉子空间，并 在悬浮状态下着火、燃烧，直至燃尽。所以火室燃烧方式 也叫悬浮燃烧方式。煤粉炉、燃油锅炉和燃气锅炉都属于 室燃炉。特别是煤粉锅炉，它是现代大中型电站锅炉的主 要形式。 煤粉炉一般采用的燃烧方式是直流燃烧器四角布置切 圆燃烧方式、旋流燃烧器前后墙布置对冲燃烧方式和W型 火焰燃烧方式 下图是典型的煤粉炉采用的燃烧方式，即采用直流燃 烧器四角布置切圆燃烧方式，燃燃器喷口布置在炉膛四个 角上，将煤粉和空气以一定的角度喷入炉膛，在炉内形成 旋转火炬。空气和煤粉在炉内混合强烈，着火条件优越， 燃烧稳定，有利于煤粉的完全燃烧。
所规定的蒸 汽量。 蒸汽锅炉的最大连续蒸汽量(BMCR)是指在额定蒸汽参数 额定给水温度、使用设计燃料，长期连续运行时所达到的最 大蒸汽量。一般 BMCR = (1.03一1.2)BECR。 2. 蒸汽参数 锅炉蒸汽参数是说明锅炉蒸汽规范的特性数据，一般指 锅炉过热器出口处的蒸汽温度和蒸汽压力(表压力)，分别用 符号 P 和 t 表示，单位分别为 MPa 和 ℃。 锅炉设计时所规定的蒸汽压力和温度称为额定蒸汽压力 和额定蒸汽温度。对于具有再热器的锅炉，蒸汽参数还应包 括再热蒸汽压力、再热蒸汽温度和再热蒸汽流量。
由于火电站工艺流程复杂，设备众多，直接由人工控 制则很难保证各设备及系统的正常运行，因此现代火电站 均配有先进的计算机集散控制系统（DCS），同时具有机 组的数据采集系统（DAS）, 协调控制系统（CCS），其 下还包括很多子系统。另外锅炉还有燃烧安全监控系统 （FSSS）等等。 2. 电厂锅炉的两大系统 综上所述，电厂锅炉的工作过程可以分成两大系统的 工作过程，即燃烧系统和汽水系统。 图 1 － 3 和图 1－4便是电厂锅炉的燃烧系统和汽水系统。
电厂锅炉由锅炉本体和辅助设备组成。 电厂锅炉机组是由锅炉本体、辅助系统和附属设备、 锅炉附件等构成的。锅炉本体主要包括“锅”和“炉”， “锅”部分：省煤器、汽包、下降管、水冷壁、过热器、 再热器、进出口联箱及汽水联通管道等。 “炉”部分：炉膛、燃烧设备、烟道和风道等。 此外，锅炉本体还包括 用来固定和悬吊锅炉部件、受热 面、炉墙等设备的构架(包括平台扶梯)。 现代大型电厂锅炉机组的辅助系统和附属设备较多。 辅助系统包括：燃料供应系统、煤粉制备系统、给水系 统、通风系统、除尘除灰系统、吹灰系统，水处理系统、 测量及控制系统等。各个辅助系统都配有相应的附属设 备和控制装置。
二、锅炉的分类和型号 (一)锅炉分类 锅炉的分类方法很多，主要有以下几种。 1．按锅炉容量分类 2．按锅炉的蒸汽压力分类 我国300MW火力发电机组的锅炉绝大多数采用亚临界 参数，只有少数采用超临界参数。亚临界压力锅炉都采用 中间过热，即都装设有再热器。 3．按炉内燃烧方式分类 锅炉有四种不同的燃烧方式，对应于四种不同的锅炉， 即火床炉、旋风炉、室燃炉和循环流化床炉，大型电厂锅 炉通常采用室燃炉和循环流化床炉。 (1)室燃炉。 燃料以粉状、雾状或气态随同空气喷入炉膛中进行燃 烧的方式称为火室燃烧方式，用火室燃烧方式来组织燃烧 的锅炉称为室燃炉。如果是燃用煤的话，则称为煤粉炉
第二节 电厂锅炉的特征和分类
一、锅炉容量与参数 1.锅炉容量 锅炉容量即锅炉蒸发量，它是反映锅炉生产能力大 小的基本特性数据。常用符号 D 表示，单位为t／h。 习惯 上，电厂锅炉容量也用与之配套的汽轮发电机组的电功 率来表示，如300MW。 在大型锅炉中，锅炉容量又分为额定蒸发量和最大连 续蒸发量。蒸汽锅炉的额定蒸发量 ( BECR) 是指在额定 蒸汽参数、额定给水温度、使用设计燃料并保证热效率时
前苏联于1981年投运了一台1200MW的超临界压力直 1981年投运了一台 MW的超临界压力直 流锅炉，锅炉容量为3950t／h。扩大单机容量可使发电容 量迅速增长以适应生产发展的需要，同时也可以使基建投 下降，设备费用降低，减少运行费用以及节约金属材料消 耗。在其他条件相同时，锅炉容量增大 1倍，钢材使用率 可减少5％～20％，所需管理人员也可相应减少。 20％，所需管理人员也可相应减少。 随着机组容量的增大，提高电厂的热效率就变得更为 迫切，提高蒸汽参数和采用蒸汽再热是提高电厂热效率的 有效措施。 目前世界主要工业国家大容量机组锅炉采用的压力， 一般可分为超高压、亚临界压力和超临界压力三个级别。 蒸汽压力由超高压提高到亚临界压力，大约可使电厂经济 性提高1．7％。
由上可以看出，在火力发电厂的生产过程中存在着三 种形式的能量转换：在锅炉中燃料的化学能转变为热能； 在汽轮机中热能转变为机械能；在发电机中机械能转变 为电能。锅炉、汽轮机和发电机称为火力发电厂的三大 主机。 锅炉是火力发电厂三大主机中最基本的能量转换设备。 其作用是利用燃料在炉内燃烧释放的热能加热给水，产生 规定参数(温度、压力)和品质的蒸汽，送往汽轮机 做功。 我国电厂锅炉的燃料主要是煤。将煤磨制成煤粉，然后送 入锅炉炉膛中燃烧，这种锅炉便是煤粉炉。 1. 电厂锅炉的构成和工作过程 图1－2是一台典型煤粉炉及其辅助系统示意图，可以用 来说明锅炉的主要构成和工作过程。
4．按锅炉蒸发受热面内工质的流动方式分类 按工质在蒸发受热面内的流动方式可以将锅炉分成：自然循环 锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉和复合循环锅炉。 (1) 自然循环锅炉。 蒸发受热面内的工质，依靠下降管中的水和上升管中的汽水 混合物之间的密度差所产生的压力差进行循环的锅炉，称为自然 循环锅炉。 (2) 控制循环锅炉。 控制循环锅炉都是在自然循环锅炉的基础上发展起来的，蒸 发受热面内的工质除了依靠下降管中的水和上升管中的汽水混合 物之间的密度差所产生的压力差以外，主要依靠锅水循环泵的压 头进行循环的锅炉，称为控制循环锅炉。其循环系统在水冷壁上 升管的人口处加装了节流圈，目的是调节各根上升管中的流量分 配，避免在蒸发系统中出现多值性、脉动、停滞及倒流等循环故 障，以及减轻水冷壁管子的热偏差。