锅炉原理讲稿.ppt
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1、锅炉原理,第一章 概论,火力发电约占全国总发电量的70%左右,锅炉是发电厂的三大主机之一,在火力发电厂中占重要地位。 电厂生产过程: 燃料(煤、油、天然气)-热能-水-蒸汽-气轮机膨胀作功-带动发电机发电。,1-1 锅炉的一般工作原理,一、煤粉锅炉及辅助设备示意图: 锅:省煤器、汽包、下降管、水冷壁组成的蒸发设备和过热器等组成的汽水系统。 炉:炉膛、烟道、燃烧器、空气预热器等组成的燃烧系统。 辅助设备:制粉设备、送风机、引风机、烟囱、给水设备、除灰设备、除尘设备、输煤系统。,35吨链条炉,35吨煤粉炉,锅炉三大系统:,1)燃烧供给系统 2)汽水系统 3)空气、烟气系统,1-2锅炉的参数,一、锅
2、炉容量(额定蒸发量) 锅炉在设计蒸汽参数和保证效率下最大连续蒸发量。Kg/s t/h 二、蒸汽参数 锅炉出口处蒸汽压力(MP)和温度() 三、给水温度 进省煤器的给水温度。 动力中压锅炉给水温度:150 或170 动力高压锅炉给水温度:215 动力亚临界锅炉给水温度:260 (表1-1参数),目前国内已经使用的火力发电机组为:,汽轮机:600MW, 锅炉:1950t/h, 压力:25.5MP 国外: 汽轮机:1300MW, 锅炉:4300t/h,国内较大电厂:,陡河电厂(155万KW)、谏壁电厂(162.5万KW)、清河电厂(130万KW)、姚孟电厂(120万KW)、神头电厂(130万KW)、
3、徐州电厂(130万KW)、秦岭电厂(105万KW)、锦州电厂(120万KW)、大同二电厂(120万KW)、富拉尔基二电厂(100万KW),1-3锅炉分类,一、按用途分 工业锅炉、船舶锅炉、电站锅炉、机车锅炉 二、按蒸汽参数(压力)分 低压锅炉: 1.3MP以下 中压锅炉: 2.53.9MP (20世纪2040年代) 高压锅炉: 1014MP (50年代) 超高压锅炉: 1417MP (60年代) 亚临界锅炉: 1722.5MP (70年代) 超临界锅炉: 22.5MP以上(70年代后),三、按使用燃料分,燃煤锅炉 燃油锅炉 燃气锅炉 电锅炉,四、按燃烧方式分,1.层燃炉(火床炉) 燃烧特点:燃
4、料在炉排上燃烧。 2、室燃炉 燃烧特点:燃料在炉膛内悬浮燃烧。 3.旋风炉(卧式和立式两种) 粗煤粒贴旋风筒内壁燃烧. 细煤粉随筒内气流一起运动悬浮燃烧. 特点:a)燃烧猛烈(燃烧与风的相对速度很高).因供氧条件好,炉温高,猛烈程度比煤粉炉高. b)燃烧在炉内停留时间长,可烧粗煤粉(制粉设备简单). c)排渣率高(90%以液态渣形式排出,烟气飞灰少,为10%,有利于提高烟气速度(飞灰对设备有磨损),加强传热. 缺点:1)制造工艺比较复杂,对耐火材料要求高. 2)风机电耗大. 3)液态渣带走的热损失大, 4)有害气体NO2排放量大。(很少采用),四、沸腾炉,(燃料在沸腾床内进行燃烧).介于层燃炉
5、和室燃炉之间. 特点:a).适应煤种广. 煤矸石也能燃烧,矿区应用广. b).强化传热. 埋管(布置于沸腾床内的受热面管子)不积灰,但磨损严重.同样容量炉膛可减少一半(与普通炉比). c).低温燃烧. 燃烧温度900950.(若温度高,则会结渣.) NOx量少,环境污染少.,这是美国巴威的内循环炉型其特点是采用高速床和两级分离器。在炉膛出口前后的高温区装有两组槽型(惯性)分离器作为第一级分离,而分离下来的飞灰将在炉膛内部形成循环。在锅炉尾部省煤器之后还有一多管(旋风)分离器作第二次分离。这种锅炉的结构相对简单,布置更接近传统的煤粉锅炉,不仅锅炉整体紧凑、简单,而且也更便于采用传统锅炉成熟可靠的
6、受热面结构。目前最大容量的这种锅炉是装在美国宾夕法尼亚州的燃高灰分尾煤的210t/h高压循环流化床锅炉。,芬兰奥斯隆循环流化床,这是奥斯隆炉型其特点是采用高循环倍率,高温旋风分离器,在炉膛内可布置少量受热面但不设外置流化床热交换器。这种循环流化床锅炉的大型化问题也已顺利解决,已有各种容量的大型电站锅炉在世界各地 运行。最大容量的这种锅炉是装在美国宾夕法尼亚州约克郡的783t/h(配250MW)亚临界压力循环流化床锅炉,该锅炉已于1997年上半年投入商业运行。,德国鲁齐循环流化床锅炉,其特点是采用高循环倍率,高温旋风分离器和外置流化床热交换器。虽然外置流化床热交换器的采用使这种锅炉略显复杂,但也
7、使这种锅炉的床温调节更加简便,过热器/再热器的布置更为灵活。目前这种循环流化床锅炉最大容量的锅炉是法国阿尔斯通斯登工业公司制造的,装在普罗旺斯电厂配250MW机组的700t/h亚临界压力循环流化床锅炉。,意志巴高克循环流化床锅炉,这是德巴(德国巴高克)型,是德巴在欧共体资助下开发的一种低速(低倍率)循环流化床锅炉,其设计意图是尽可能将鼓泡床和高速循环床的优点很好地结合起来。其特点是采用低的循环倍率和中温(400-500oC)旋风分离这种锅炉的结构相对简单,但大型化,特别是再热器的布置,有一定困难。目前最大容量的这种锅炉是装在捷克的燃褐煤的350t/h高压电站锅炉。,五.按工质在锅炉内的流动方式
8、分,1.自然循环锅炉 加热水省煤器 蒸发水冷壁 加热蒸汽过热器 下降管:不受热,管中全部是水 上升管:受热,管中为汽和水的混合物 2、强制循环锅炉 3、直流锅炉 4、复合循环锅炉,1-4 锅炉的安全和经济指标,一.安全指标(锅炉的可靠性。三种指标衡量) 1.连续运行小时数=两次检修之间运行的小时数.4000h 2.事故率=事故停用小时数/(运行总时数+事故停用小时数)100% 90%,二.经济性指标,1.锅炉效率:锅炉的有效利用热量与输入热量的百分比. gl=Q1/Qr100% (30万机组,设计效率92%,保证效率89%,一般为90%) 2.钢材使用率 锅炉每小时产生一吨蒸汽所用钢材吨数.
9、2.5-5t/t/h,1-5 锅炉发展的趋势,发展趋势: 1、大容量:容量增大一倍,每t/h的金属用量减少520%。 2、高参数:参数提高一档,经济性提高2%. 3、再热机组:一次再热,提高经济性45%. 目前我国多采用亚临界压力,温度多采用540,主要是考虑设备工作的可靠性.,1-6工业锅炉型号表示方法,按照标准规定方法编制: (1)(2)(3) (4) (5) (6) (1):总体型式代号 (2):燃烧设备代号 (3):额定热功率或额定蒸发量 (4):额定争气压力或允许工作压力 (5):过热蒸汽温度或出/进水温度 (6):燃料种类代号,锅壳锅炉总体型式代号,水管锅炉总体型式代号,锅炉燃烧设
10、备代号,燃料种类代号,型号举例,WNG1-0.7-A DZL4-1.25-W QXW2.8-1.25/95/70-A QXW2.8-1.25/145-A ,第二章 燃料,2-1 燃料的化学成分和性质 一.燃料:在燃烧过程中能够产生热量的物质. 二.锅炉用燃料 1.固体:煤油、页岩. 2.液体:重油、渣油(石油炼制后的残余物)、点火时用柴油、轻油. 3.气体-天然气、高炉煤气、焦炉煤气,三.煤的成分,C、H、O、N、S、A、W 1.碳(C) a.含量:5090%.是主要可燃元素,含量多少与地质年龄有关. 无烟煤、烟煤、贫煤、褐煤、泥煤、煤矸石 b.形式:固定碳(单质状态). c.对运行的影响:含
11、碳高的煤不易着火. d.发热量: 32700kj/kg. 2.氢(H) a.含量:36% 随地质年龄升高而降低. b.形式:与氧结合生成水,或成为有机物. c.运行:含量越高,越容易燃烧. d.发热量:120103kj/kg.,3.硫(S),a.含量:一般为11.5%.无烟煤、贫煤、劣质烟煤可达38% b.形式:可燃硫:有机硫、黄铁矿硫(FeS2) 灰分中硫:硫酸盐硫 c.运行:二氧化硫,三氧化硫腐蚀设备,含有氧化硫的烟对人畜有害. 对水冷壁、过热器的腐蚀,对空气预热器的低温腐蚀. 当金属壁温低于酸露点温度时会在金属壁上凝结成硫酸,腐蚀金属. d.发热量: 低,9040kj/kg,4.氧(O)
12、和氮(N),a.含量: O: 140%. 无烟煤12%. 泥煤40% N: 0.52%. b.形式: O与H或C结合,使可燃成分下降. 5.灰份-燃料完全燃烧后形成的固态残余物的统称 a.含量:535% b.运行:使燃料发热量下降,妨碍可燃物质与氧气的接触. 烟气速度高时会引起飞灰对受热面的磨损. 烟气速度低时会引起积灰. 灰分是影响燃煤质量的主要成分.,6.水分(W),a.含量 :250% b.形式:外部水分(表面水分)-煤由于自然干燥所失去的水分. 内部水分(固有水分)-空气风干状态下仍残留煤中的水分. 分析水分:煤在规定温度和相对湿度下进行自然干燥,干燥后煤样中所含有的内部水分. c.运
13、行:不利燃烧,燃烧温度下降,引起低温受热面的积灰和腐蚀,煤粉制备困难,烟气量上升,电耗上升.,2-2 燃料的成分分析基础与换算,一.燃料的成分分析基础 煤中水分和灰分的含量会随外界条件而变化,其他成分的百分量也随之变化,所以,在说明煤中各种成分的百分含量时,必须同时注明百分数的基准,常用的基准有以下四种: 1.应用基-锅炉燃料的实际应用成分.以包括全部水分和灰分的燃料作100%的成分.用y表示. Cy+Hy+Oy+Ny+Ay+Wy+Sy=100% (作锅炉热力计算时采用,原煤水分也用应用基表示。),2.分析基,实验室进行燃料(除去自然干燥水分后)分析时的燃料成分,用f表示. Cf+Hf+Of+
14、Nf+Sf+Af+Wf=100% 不用煤种的水分常用Wf表示,可排除开采,运输和储存等对煤的水分含量的影响.,3.干燥基,去掉全部水分的燃料成分,用g表示. Cg+Hg+Og+Ng+Sg+Ag=100% 用Ag来表示不同煤的灰分大小,可确切地反映出煤的灰分杂质含量,而不受水分变化的影响. 4.可燃基 可燃基即去掉水分和灰分的燃料成分,用r表示. Cr+Hr+Or+Nr+Sr=100% 可燃基常用来表示煤的有机物中各种元素的成分和煤的挥发分(用Vr表示.),二.燃料分析基础的换算,如表2-1.,2-3 燃料的某些特性,一.挥发分: Vr 它是指一定温度下(900+10),隔绝空气加热煤(7分钟)
15、,煤中有机物分析出的气态物质.(包括:H2,CmHn,CO,少量O2,N2,CO2) 1.挥发分=f(加热湿度,时间,煤量). 2.挥发分与煤质关系: 煤的碳化程度越深(如无烟煤), Vr越小 无烟煤: Vr=2-10%.(最小) 褐煤: Vr=37-60%.(最多) 3.挥发分易着火燃烧: Vr越大,着火越容易.,二.焦碳,煤中水分与挥发分逸出后留下的固体物质叫焦碳. 焦碳=灰分+固定碳 三.煤的发热量 1.定义-单位量的燃料完全燃烧时所放出的热量. 对气体:1Nm3. 对固,液体:1kg. 2.高位/低位发热量. 高位发热量:1kg燃料完全燃烧时放出的全部热量中包括烟气中水蒸汽凝结时放出的
16、热量. 低位发热量:1kg煤完全燃烧时放出的全部热量中不包括烟气中水蒸汽凝结时放出的热量.,3.同一基准,高低位发热量的换算,4.各种基发热量的换算,(1)、不同基准高位发热量换算 换算系数采用表2-1中系数。 例:已知Qgr,求Qgy Qgy= Qgr(100-Ay-Wy)/100,(2)、不同基准低位发热量换算,例:已知Qdr求Qdy 途径:先由Qdr求Qgr,再由Qgr求Qgy,由Qgy求出Qdy。,5.折算成分,对应于每4190kj/kg发热量的成分,由于各种煤的发热量差别很大,有的煤发热量仅有8370kJkg(2000 kcalkg)左右,有的高达293l 0 kJ/Kg(7000
17、kcalkg)。为了计算电厂煤耗和厂矿编制计划的方便,规定低位发热量为29310KJ/Kg(7000 kcal/Kg)的煤为标准煤。,四.灰的性质,害处: 1.管子上积灰影响传热效率,使gl下降. 2.灰尘排入大气污染环境. 3.含灰量大不易燃烧. 4.灰多使磨煤的电耗增加. 5.灰在温度较高时会熔化,引起结渣。(轻则影响运行,严重时被迫停炉 ),灰的性质,1.熔化性 变形温度t1、软化温度t2、熔化温度t3 2.烧结性 产生高温烧结性积灰,2-4 煤的分类,1.无烟煤: Vr10%. Cy=95%. Ay,Wy少. Q=2100025000 kj/kg 2.贫煤: Vr=1020% 焦粒为粉
18、状. 3.烟煤: Vr=1045% Cy=4060%. Ay,Wy较少. 4.褐煤: Vr=4050% V析出温度低,因此极易燃烧. Wy=2050% 水分大,磨煤需烘干. Ay650%,发热量低 5.泥煤: Vr=70%易着火,不结焦.发热量低. Q=800010000kj/kg. 6.洗中煤: 烟煤洗后的残余物,发热量低. 7.煤矸石: Q=40008000kj/kg,第三章 锅炉燃烧计算与热平衡,燃烧产物:烟气,灰,碳粒. 计算内容: a)燃烧所需空气量:选择送风机. b)计算单位时间内流经各个受热面的烟气量. c)单位时间内流经各个受热面的焓. 几点说明: a.固、液燃料以1kg为计算
19、标准. 气体燃料以1Nm3为计算标准. b.所有气体都认为是理想气体. 1kmol=22.4Nm3,3-1 空气量计算和过量空气系数,一.理论空气量. 定义:1kg应用基燃料完全燃烧,且燃烧产物(烟气)中无剩余氧存在时所需的空气量.(V0表示) V0计算:,分别计算后可得理论空气量为:,二.过量空气系数,实际中燃料在炉膛内进行燃烧时,不能做到燃料与空气的理想混合. 实际供给的空气量V与理论空气量V0的比值称为过量空气系数. 常用炉膛出口处的过量空气系数l/表示空气对燃烧的影响。 燃烧效率最高时的过量空气系数称为最佳过量空气系数. 漏风系数=漏入空气量/理论空气量V0,3-2 燃烧产物(烟气量)
20、的计算,一.理论烟气量: 燃料在供给理论空气量的状况下完全燃烧后所产生的烟气容积称之为理论烟气量.Vy0 ,Nm3/kg 烟气的组成成分: CO2, SO2, H2O, N2.,二.实际烟气容积,锅炉中的实际燃烧过程是在过量空气系数1的条件下进行的. Vy=Vy0+1.016(-1)V0,3-3 烟气分析,常用烟气分析方法:化学吸收法,电气测量法,色谱分析法。 奥氏气体分析仪原理: 用某种吸收剂与烟气接触,该种吸收剂能够吸收烟气中某种成分,而不能吸收其他成分。 1.KOH溶液-吸收CO2,SO2. 2.焦性没食子酸的碱溶液-吸收O2 3.氧化亚铜的氨溶液-吸收CO 以上吸收剂有双重吸收作用,测
21、量时秩序不能颠倒,利用量筒可以测得每次吸收后烟气减少的容积,此减少的容积就是被吸收的气体容积,这样利用烟气分析仪可以方便的测出各组成气体在烟气容积中的百分比.,3-4 不完全燃烧方程式,一.完全燃烧方程式. 燃料在炉膛中完全燃烧,烟气分析所得到的RO2,O2与燃料的元素分析之间必然存在一定的关系式,这个关系式就叫做完全燃烧方程式. 二.不完全燃烧方程式. 在实际运行锅炉中,燃烧剩余物中有CO和O2,不完全燃烧情况下,燃烧满足的方程。,3-6 空气和烟气焓的计算,在进行锅炉设计计算,校核计算以及整理锅炉实验结果时,都需要知道空气和燃烧产物的焓. 一.空气焓的计算 1.理论空气焓 2.实际空气焓,
22、二.烟气焓,烟气是由多种成分组成的混合气体,同时还夹带一定数量的飞灰.当1,烟气温度为时,烟气焓等于理论烟气焓,过量空气焓和飞灰焓三部分之和.即: 其中:,3-7 热平衡,锅炉机组热平衡-指输入锅炉机组的热量与锅炉机组输出热量之间的平衡. 热平衡意义-表明了燃料的热量有多少被有效利用,有多少变为热量损失,这些损失又表现在哪些方面. 目的:找出引起热量损失的原因,提出减少损失的措施,有效地提高锅炉效率,以节约能源.,一.热平衡方程式:,输入=输出 Qr=Q1(有效)+Q2(排烟)+Q3(化学) +Q4(机械)+Q5(散热)+Q6(其他) 相对热损失(输入热量的百分率) 100=q1+q2+q3+
23、q4+q5+q6 锅炉效率为:,二、输入热量,低位发热量 燃料带入物理热 空气预先加入热(暖风机) 雾化热,三、损失,1、q4:机械未完全燃烧损失 设计时按经验推荐数值选取 运行时通过热平衡测定,但飞灰量难以准确收集,一般采用灰平衡法计算:,影响q4的因素:,燃料性质 燃烧设备、方式 负荷 过量空气系数 运行水平,2、q3:化学不完全燃烧损失,也叫可燃气体不完全燃烧损失,是指锅炉排烟中残留的可燃气体和重碳氢化合物等未放出其燃烧热而造成的热损失. (1)气体燃料:,(2)固体燃料:,测试时采用:q3=3.2pyCO,影响 q3因素:,燃料性质 炉膛过量空气系数 炉内温度 炉内空气动力场组织 计算
24、时选取: 煤粉炉: q3 =0 气体、液体锅炉: q3=0.5% 层燃炉: q3=(0.51.0)%,3.排烟热损失 q2,高温烟气离开最后受热面,造成的损失。是锅炉损失中最大的一项。,影响q2的因素:,排烟温度 过量空气系数与漏风系数 燃料性质 运行水平,4.散热损失,由于锅炉炉墙,锅筒,集箱,汽水管道,烟风管等部件温度高于周围大气温度而向四周散失的热量.,5.灰渣热损失,由灰渣排出炉外带走的热损失.,4-8 锅炉效率及燃料消耗量的确定,实际燃料消耗量:,计算燃料消耗量:,保热系数=烟道受热面吸热量/烟气在烟道中放热量 =受热面传给工质热量/(受热面传给工质热量+散热),第四章 煤粉制备,现
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