1、第3章 燃煤電廠鍋爐概述,主講： 蘇昭桂 副教授 電話(huà)手機(jī)E-mail：,鍋爐設(shè)備的作用及構(gòu)成 鍋爐的類(lèi)別 鍋爐燃燒理論基礎(chǔ) 煤的組成及其性質(zhì),主要內(nèi)容,第一節(jié)鍋爐設(shè)備的作用及構(gòu)成,一、鍋爐在火力發(fā)電廠中的地位及作用,火力發(fā)電廠的三大主機(jī)是鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)。,整個(gè)過(guò)程中存在三種能量轉(zhuǎn)換過(guò)程,化學(xué)能 熱能 機(jī)械能 電能,鍋爐的作用就是安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地產(chǎn)生出一定數(shù)量的、具有一定溫度和壓力的蒸汽。,對(duì)鍋爐設(shè)備的設(shè)計(jì)制造、安裝、運(yùn)行、檢修要求包括： （l）必須符合國(guó)家、行業(yè)關(guān)于鍋爐設(shè)計(jì)制造、安裝、運(yùn)行、檢修等各項(xiàng)有關(guān)規(guī)定的要求。 （2）必須

2、能夠連續(xù)、安全地運(yùn)行。 （3）必須能夠經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。 （4）必須易于檢修和快速處理事故。 （5）必須充分考慮環(huán)境保護(hù)的要求。,二、鍋爐設(shè)備的構(gòu)成,火力發(fā)電廠鍋爐由鍋爐本體鋼架、汽水系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、輔機(jī)等主要系統(tǒng)及附件設(shè)備組成。,鍋爐設(shè)備的構(gòu)成,鍋爐本體,送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)、磨煤機(jī)、排粉機(jī)、除塵器及煙囪等。,燃燒器、爐膛、布置有受熱面的煙 道，汽包、下降管、水冷壁、過(guò)熱器、 再熱器、省煤器及空氣預(yù)熱器等。,其余為輔機(jī),發(fā)電廠鍋爐部分示意圖,1.鍋爐本體鋼架,二、鍋爐設(shè)備的構(gòu)成,鍋爐鋼架有支撐式和懸吊式兩種。 構(gòu)架應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度、伸縮性和防震性。 鍋爐一般采用支撐式鋼架。鋼架主要由立柱、橫

3、梁、桁架和輔助梁組成。 懸吊式結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)：抗震性能好，剛性大，在外力作用下變形小。,2.汽水系統(tǒng),二、鍋爐設(shè)備的構(gòu)成,鍋爐的汽水系統(tǒng)是鍋爐的一個(gè)主要系統(tǒng)，劃分為： 給水系統(tǒng)、主蒸汽系統(tǒng)、爐內(nèi)外水循環(huán)系統(tǒng)和主蒸汽管道系統(tǒng)、疏放水系統(tǒng)、排污系統(tǒng)。 汽水系統(tǒng)由給水管路、省煤器、汽包、下降管、水冷壁、過(guò)熱器、再熱器及再熱蒸汽管路等組成。 主要作用是使水吸熱、蒸發(fā)，最后變成有一定參數(shù)的過(guò)熱蒸汽。,3.燃燒系統(tǒng),二、鍋爐設(shè)備的構(gòu)成,鍋爐的燃燒系統(tǒng)由爐膛、燃燒器、點(diǎn)火油槍、風(fēng)、粉、煙道等組成。 其作用是使燃料燃燒，產(chǎn)生高溫火焰和煙氣。 燃燒系統(tǒng)是燃煤鍋爐的一個(gè)主要系統(tǒng)，可劃分為： 燃燒器及調(diào)節(jié)點(diǎn)火裝置；

4、制粉系統(tǒng)；風(fēng)煙系統(tǒng)；除渣、除灰系統(tǒng)；爐前點(diǎn)火油系統(tǒng)。,4.輔機(jī)和附件,二、鍋爐設(shè)備的構(gòu)成,輔助設(shè)備主要有送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)及制粉、除塵、除灰、除渣設(shè)備等。 鍋爐附件：安全閥、水位計(jì)、膨脹位移指示器及吹灰器等。,三、鍋爐的參數(shù)及型號(hào),1.鍋爐參數(shù),鍋爐容量：指鍋爐的額定蒸發(fā)量，常以每小時(shí)能產(chǎn)生蒸汽的噸數(shù)來(lái)表示，單位為t/h。 目前大型火電廠鍋爐容量一般為670 t/h（200 MW機(jī)組）、1000 t/h（300 MW機(jī)組）和2000 t/h（600 MW機(jī)組）。,蒸汽參數(shù)：一般指鍋爐出口蒸汽的壓力和溫度。對(duì)于具有再熱器的鍋爐，蒸汽參數(shù)中還包括再熱器出口蒸汽壓力和溫度。蒸汽壓力用符號(hào)P表示，單位為M

5、Pa；蒸汽溫度用符號(hào)t表示，單位為。 目前大型鍋爐的蒸汽壓力多為14 MPa（670 t/h）、17.4 MPa（1000 t/h），蒸汽溫度一般為540。,2.鍋爐型號(hào)的表示方法,三、鍋爐的參數(shù)及型號(hào),根據(jù)JB/T 1617電站鍋爐產(chǎn)品型號(hào)編制方法，我國(guó)國(guó)產(chǎn)鍋爐目前采用三組或四組字碼表示其型號(hào)。中、高壓鍋爐采用三組字碼，例如：DG-400/9.8-M型鍋爐，型號(hào)中第一組字碼是鍋爐制造廠名稱(chēng)的漢語(yǔ)拼音縮寫(xiě)，DG表示東方鍋爐廠（SG表示上海鍋爐廠、HG表示哈爾濱鍋爐廠、WG表示武漢鍋爐廠、BG表示北京鍋爐廠）；型號(hào)中第二組字碼為一個(gè)分?jǐn)?shù)，分子表示鍋爐容量（t/h），分母表示過(guò)熱蒸汽壓力（表壓力，

6、MPa）；型號(hào)中第三組字碼表示鍋爐設(shè)計(jì)燃料代號(hào)和變型設(shè)計(jì)序號(hào)，原型設(shè)計(jì)則無(wú)變型設(shè)計(jì)序號(hào)，燃料代號(hào)用字母表示，M為燃煤、Y為燃油、Q為燃?xì)?、T為其他燃料。,三、鍋爐的參數(shù)及型號(hào),2.鍋爐型號(hào)的表示方法,超高壓以上鍋爐均裝有中間再熱器，故采用四組字碼，即在上述型號(hào)的二、三組字碼間又加了一組分?jǐn)?shù)形式的字碼，其分子表示過(guò)熱蒸汽溫度，分母表示再熱蒸汽溫度。 例如HG-670/13.7-540/540-I型鍋爐即表示哈爾濱鍋爐廠制造，容量為670 t/h，過(guò)熱蒸汽出口壓力為13.7 MPa；過(guò)熱蒸汽溫度為540，再熱蒸汽溫度為540，第一次設(shè)計(jì)的鍋爐。,第二節(jié) 鍋爐的類(lèi)別,1.固體燃料鍋爐：燃用煤等。 2

7、.液體燃料鍋爐：燃用重油、輕柴油等。 3.氣體燃料鍋爐：燃用天然氣等。 4.原子能鍋爐：利用核反應(yīng)堆所釋放熱能作為熱源的蒸汽發(fā)生器。 5.其它能源鍋爐：利用地?zé)?、太?yáng)能等能源的蒸汽發(fā)生器。,一、按所用燃料或能源分類(lèi),二、按工質(zhì)在鍋爐內(nèi)的流動(dòng)方式分類(lèi),1.自然循環(huán)鍋爐 汽水主要靠水和蒸汽的密度差產(chǎn)生的壓頭而循環(huán)流動(dòng)，具有鍋筒，利用下降管和上升管中工質(zhì)密度差產(chǎn)生工質(zhì)循環(huán)，因此自然循環(huán)鍋爐只能在臨界壓力以下應(yīng)用。,2.多次強(qiáng)制循環(huán)汽包鍋爐 多次強(qiáng)制循環(huán)鍋爐是在自然循環(huán)鍋爐的基礎(chǔ)上只是在下降管中增加了循環(huán)泵，以增強(qiáng)循環(huán)流動(dòng)的推動(dòng)力。,3.直流鍋爐 無(wú)鍋筒，直流鍋爐蒸發(fā)受熱面中工質(zhì)的流動(dòng)全依靠給水泵的壓

8、頭來(lái)實(shí)現(xiàn)。 4.復(fù)合循環(huán)鍋爐和低倍率循環(huán)鍋爐 無(wú)汽包；復(fù)合循環(huán)鍋爐可分為兩種。一種是部分負(fù)荷再循環(huán)，即低負(fù)荷時(shí)，按再循環(huán)方式運(yùn)行，當(dāng)鍋爐負(fù)荷高時(shí)按直流方式運(yùn)行。另一種是全負(fù)荷再循環(huán)，即在任何負(fù)荷下，都有一部分流量進(jìn)行再循環(huán)，但循環(huán)倍率很低，一般在1.252.5之間，所以又稱(chēng)低倍率循環(huán)鍋爐。,二、按工質(zhì)在鍋爐內(nèi)的流動(dòng)方式分類(lèi),三、按排渣方式分類(lèi),1.固態(tài)排渣鍋爐 灰渣呈固態(tài)排出是燃煤電站鍋爐主要的排渣方式。 2.液態(tài)排渣鍋爐 灰渣呈液態(tài)排出，在裂化箱的冷卻水中裂化成小顆粒后排入水溝中沖走。,四、按燃燒方式分類(lèi),1.室燃爐 鍋爐燃料主要在爐膛空間懸浮燃燒。 2.旋風(fēng)爐 送入爐排的空氣流速較高，使大

9、煤粒在爐排上面的沸騰床中翻騰燃燒，小煤粒隨空氣上升并燃燒。,第三節(jié) 鍋爐燃燒理論基礎(chǔ),一、鍋爐燃燒特點(diǎn),1）將煤粉用熱風(fēng)輸至燃燒器吹入爐膛與二次風(fēng)混合作懸浮燃燒，且鍋爐的爐膛具有較大的空間，煤粉在此空間內(nèi)懸浮燃燒，爐膛周?chē)鷫Ρ谏喜贾糜忻芗帕械乃浔诠?，管?nèi)有水和蒸汽流過(guò)，既能吸收爐膛的輻射熱，又能保護(hù)爐墻不致被燒壞。,2）燃燒火焰中心具有1500或更高的溫度，但在上部爐膛出口處，煙氣溫度要低于煤灰的熔點(diǎn)，以免熔化的灰渣黏結(jié)在煙道內(nèi)的受熱面上。使煤粉燃燒所生成的較大灰粒沉降至爐膛底部的冷灰斗中，逐漸冷卻和凝固，并落入排渣裝置，形成固態(tài)排渣。 3）大量較細(xì)的灰粒隨煙氣離開(kāi)爐膛，流經(jīng)一系列對(duì)流受熱

10、面，逐漸冷卻，最后由引風(fēng)機(jī)經(jīng)煙囪排入高空。 4）排煙的溫度通常為150左右。 5）離開(kāi)鍋爐的煙氣先流經(jīng)脫硫除塵脫氮裝置后，最后按符合國(guó)家有關(guān)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定排入大氣。,一、鍋爐燃燒特點(diǎn),二、煤粉的燃燒階段,1.著火前的準(zhǔn)備階段,煤粉進(jìn)入爐膛至著火前為著火前的準(zhǔn)備階段。 著火前的準(zhǔn)備階段是一個(gè)吸熱階段。 影響著火速度的因素除了噴燃器本身結(jié)構(gòu)外，主要是爐內(nèi)熱煙氣對(duì)煤粉氣流的加熱強(qiáng)度、煤粉氣流的數(shù)量與溫度以及煤粉性質(zhì)和濃度等。,2.燃燒階段,二、煤粉的燃燒階段,當(dāng)煤粉溫度升高至著火點(diǎn)，而煤粉濃度又適合時(shí)，開(kāi)始著火燃燒，進(jìn)入燃燒階段。 燃燒階段是一個(gè)強(qiáng)烈放熱階段，這一階段進(jìn)行的快慢（燃燒速度）主要取

11、決于燃料與氧氣的化學(xué)反應(yīng)速度和氧氣對(duì)燃料的供應(yīng)速度。 當(dāng)爐內(nèi)溫度很高、氧氣供應(yīng)充足而氣粉混合強(qiáng)烈時(shí)，燃燒速度就快。,3.燃盡階段,二、煤粉的燃燒階段,燃燒階段未燃盡而被灰包圍的少量固定碳在燃盡階段繼續(xù)燃燒，直到燃盡。 對(duì)應(yīng)于煤粉燃燒的三個(gè)階段，可以在爐膛中劃分出三個(gè)區(qū)，即著火區(qū)、燃燒區(qū)與燃盡區(qū)。 大致可以認(rèn)為：噴燃器出口附近是著火區(qū)，爐膛中部與噴燃器同一水平的區(qū)域以及稍高的區(qū)域是燃燒區(qū)，高于燃燒區(qū)直至爐膛出口的區(qū)域都是燃盡區(qū)。,三、燃燒條件,1.爐膛內(nèi)維持足夠高的溫度 2.供給適當(dāng)?shù)目諝?3.燃料與空氣的良好混合 4.要有足夠的燃燒時(shí)間 煤粉從燃燒器出口到爐膛出口經(jīng)歷的時(shí)間為23 s,完全燃燒

12、四要素：,第四節(jié) 煤的組成及其性質(zhì),一、元素分析和工業(yè)分析,煤中的元素組成，一般是指有機(jī)物中的碳（C）、氫（H）、氮（N）、氧（O）、硫（S）的含量。一般是用測(cè)定煤的元素組成，即確定上述元素含量的質(zhì)量百分比，作為煤的有機(jī)物的特性。 煤的有機(jī)物的元素組成并不能表明煤中所含的是何種化合物。但是，元素組成的變化往往代表著煤化程度的差別。 煤的元素組成是鍋爐設(shè)計(jì)燃燒計(jì)算的依據(jù)。 工業(yè)分析即按規(guī)定的條件將煤樣進(jìn)行干燥、加熱或燃燒，以測(cè)定煤中的水分、揮發(fā)分、固定碳和灰分。,二、煤的成分,煤的成分分為碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、水分（M）和灰分（A）。 碳是煤中含量最多的可燃元素。地質(zhì)

13、年代長(zhǎng)的無(wú)煙煤，其含碳量可高達(dá)90%（按可燃基成分）；而年代淺的煤則含碳量只有50%左右。每公斤碳完全燃燒時(shí)可放出約32700 kJ（7800 kcal）的熱量。固定碳要在較高的溫度下才能著火燃燒。 氫是煤中發(fā)熱量最高的元素，煤中氫的含量大多在3%6的范圍內(nèi)。氫的發(fā)熱量很高，每公斤氫燃燒可放出約120 MJ（28600 kcal）的熱量（當(dāng)燃燒產(chǎn)物為水蒸氣時(shí)）。,氧和氮是煤的有機(jī)物中的不可燃成分。燃燒中的氧有兩部分，一部分是游離氧，它能助燃；一部分與氫或碳結(jié)合成化合狀態(tài)，不能助燃。 氮在燃燒時(shí)會(huì)或多或少地轉(zhuǎn)化為氮氧化物（NOx），造成大氣污染。 煤中的硫以三種形態(tài)存在：有機(jī)硫、黃鐵礦硫（FeS

14、2）和硫酸鹽。每公斤硫完全燃燒時(shí)可放出熱量9040kJ。燃燒產(chǎn)物是二氧化硫或三氧化硫氣體，這種氣體和水蒸氣結(jié)合生成亞硫酸或硫酸蒸氣，腐蝕鍋爐尾部受熱面。,二、煤的成分,煤中水分由表面水分（外在水分Mwz）和固有水分（內(nèi)在水分Mnz）組成。 內(nèi)在水分靠自然干燥不能除掉，必須將煤加熱至102105才能除去；外在水分和內(nèi)在水分的總和通稱(chēng)為全水分。 灰分是燃料完全燃燒后形成的固體殘余物的總稱(chēng)。其主要成分是硅、鋁、鐵，以及少量鎂、鈉和鉀等元素組成的化合物。 將煤樣在空氣中加熱到800士25 ，燃燒2h，余下的物質(zhì)就是灰分。,二、煤的成分,三、煤的工業(yè)分析成分,1.水分,把試樣放在烘干箱內(nèi)，保持10210

15、5約2h后，試樣失去的質(zhì)量占原試樣質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，即為該煤的水分值。,2.揮發(fā)分,把上述失去的試樣置于不通風(fēng)的條件下，加熱到（850士20），這時(shí)揮發(fā)性氣體不斷析出，約7 min后可基本結(jié)束，煤失去的質(zhì)量占原試樣（未烘干加熱前）質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，即為該煤的揮發(fā)分值。,3.固定碳和灰分,三、煤的工業(yè)分析成分,去掉水分和揮發(fā)分后，煤的剩余部分稱(chēng)為焦炭。 焦炭是由固定碳和灰分組成的。 將焦炭放在（800士20）下燒（不要出現(xiàn)火焰），到質(zhì)量不再變化時(shí)取出來(lái)冷卻，這時(shí)焦炭所失去的質(zhì)量就是固定碳的質(zhì)量，剩余部分則是灰分的質(zhì)量。這兩個(gè)質(zhì)量各占原試樣質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，即是固定碳和灰分在煤中的含量。,四、煤的主要特性,1

16、.發(fā)熱量,單位質(zhì)量的燃料在完全燃燒時(shí)所放出的熱量稱(chēng)為燃料的發(fā)熱量，其單位為kJ/kg（固體燃料、液體燃料）或者kJ/m3（氣體燃料）。 高位發(fā)熱量是指1 kg燃料完全燃燒時(shí)放出的全部熱量；低位發(fā)熱量則需從燃料高位發(fā)熱量中扣除燃料燃燒過(guò)程中氫燃燒生成的水和燃燒帶的水分汽化的吸熱量。 為了正確地表明設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，引用了“標(biāo)準(zhǔn)煤”的概念。規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)煤收到基的低位發(fā)熱量為29307.6 kJ/kg。,2.揮發(fā)分（V）,四、煤的主要特性,燃料中揮發(fā)分的含量取決于燃料的碳化程度。一般來(lái)說(shuō)，燃料碳化程度越深，揮發(fā)分含量越少。燃料種類(lèi)不同，揮發(fā)分的含量也不相同，褐煤大于40%；煙煤為20%40%；貧煤為10

17、%20%；無(wú)煙煤在10%以下。 揮發(fā)分開(kāi)始析出的溫度與燃料的碳化程度有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，碳化程度越淺，揮發(fā)分析出的溫度越低。褐煤為130170；煙煤為170260；貧煤為390；無(wú)煙煤為380400。 揮發(fā)分的含量對(duì)燃燒過(guò)程的發(fā)生和發(fā)展有很大影響。燃料含揮發(fā)分越多，越容易著火，燃燒過(guò)程越穩(wěn)定。,3.焦結(jié)性,四、煤的主要特性,煤在隔絕空氣加熱時(shí)，水分蒸發(fā)、揮發(fā)物析出后，剩下不同堅(jiān)固程度的固體殘留物（焦炭）的性質(zhì)，稱(chēng)為煤的焦結(jié)性。,通過(guò)試驗(yàn)的方法可以測(cè)出煤的灰分熔融特性的數(shù)據(jù)DT、ST、FT，舊稱(chēng)灰熔點(diǎn)t1、t2、t3。DT是灰熔融性變形溫度，ST是灰熔融性軟化溫度，F(xiàn)T是灰熔融性熔化溫度。用它們可以

18、判斷煤在燃燒過(guò)程中結(jié)渣的可能性。 各種煤的灰熔融特征溫度一般在11001600之間。凡ST1400的煤稱(chēng)為難熔灰分的煤，ST12001400的煤稱(chēng)為中熔灰分的煤，ST1200的煤稱(chēng)為易熔灰分的煤。,4.灰分熔融特性,四、煤的主要特性,5.可磨性,四、煤的主要特性,煤的可磨性用可磨性指數(shù)Kkm表示。 某一種煤的可磨性指數(shù)，就是在風(fēng)干狀態(tài)下，將標(biāo)準(zhǔn)煤和所磨煤由相同粒度破碎到相同細(xì)度時(shí)消耗的電能之比，用下式表示：,式中：Ebz、Ex磨標(biāo)準(zhǔn)煤和所磨煤種時(shí)的耗電量，kWh/t煤。標(biāo)準(zhǔn)煤是一種極難磨的無(wú)煙煤，其可磨性指數(shù)等于1。越容易磨的煤，可磨性指數(shù)Kkm越大。,6.著火點(diǎn),四、煤的主要特性,煤的著火點(diǎn)是在一定的條件下，將煤加熱到不需外界火源即開(kāi)始燃燒時(shí)的初始溫度，單位為。 著火點(diǎn)與煤的風(fēng)化、自燃、燃燒、爆炸等有關(guān)，所以它是一項(xiàng)涉及安全的指標(biāo)。,五、幾種主要?jiǎng)恿γ旱奶攸c(diǎn),火電廠燃用的煤通常稱(chēng)為動(dòng)力煤。動(dòng)力煤主