锅炉基础知识及水泥余热发电锅炉性能

第一部分锅炉基础知识及水泥余热发电锅炉性能及结构特点第一章锅炉基础知识一、基本知识1、热传递的三种基本方式：传导、对流、辐射传导：热量从高温物体传递到低温物体或者从物体的高温部分传递到低温部分。对流：温度不同的各部分物体之间发生宏观相对运动而引起的热量传递过程称为热对流。辐射：热量的传递是通过电磁波的方式进行，物体之间不直接接触。传热基本方程：Q=KFΔtW式中K——传热系数F——传热面积m2Δt——冷热物体表面温度之差℃绝对黑体辐射力：E=σT4W/m2式中：σ——斯蒂芬-波尔茨曼常数数值为5.6697×10-8W/(m2.K4)T——物体表面绝对温度K实际黑体辐射力：E=εσT4W/m2式中ε——黑度在0～1之间2、换热器的类型通常将换热器分为表面式和混合式两种。表面式：冷热两种流体不直接接触，通过金属壁面来实现换热。如电厂中的凝汽器、高、低压加热器等。按照冷热两种流体的流向，表面式换热器又分为：顺流式、逆流式和混合式三种。顺流式是指热流体的流动方向与冷流体的流动方向自进至出方向相同；方向相反时则为逆流式；而部分方向相同，部分方向相反的称为混合式。在顺流式热交换器中，首先是较高温度的热流体与较低温度的冷流体直接进行热交换，因此管壁温度较低，在热流体温度较高时不容易烧坏。但由于热流体的温度逐渐降低，冷流体的温度逐渐升高，两者之间的温差越来越小，故传热效率较逆流式要低。在一定温度下，要使两种型式的表面换热器达到同样的目的，则顺流式要比逆流式的面积要大。混合式兼有两者的优点。混合式：冷热两种流体直接接触，互相混合来实现换热。这种换热器效率最高，但两种流体不容易分离。如电厂中的冷却塔、热力除氧器等。二、锅炉及其分类锅炉也称蒸汽发生器，是利用燃料或工业生产中余热的热能，将工质加热到一定温度和压力的换热设备。锅炉用途广泛，型式众多，一般可按下列方法分类：1、按用途分类电站锅炉：大多为大容量、高参数锅炉，火室燃烧，热效率高，出口工质为过热蒸汽。工业锅炉：用于工业生产和采暖，大多为低压、低温、小容量锅炉，火床燃烧居多，热效率较低；出口工质为蒸汽的称为蒸汽工业锅炉，出口工质为热水的称为热水锅炉。船用锅炉：用作船舶动力，一般采用低、中参数，大多燃油。锅炉体积小，重量轻。机车锅炉：用作机车动力，一般为小容量、低参数，火床燃烧，以燃煤为主，锅炉结构紧凑，现已少用。注汽锅炉：用于油田对稠油的注汽热采，出口工质一般为高压湿蒸汽。2、按结构分类火管锅炉：烟气在火管内流过，可以制成小容量，低参数锅炉，热效率较低，但结构简单，水质要求低，运行维修方便。水管锅炉：汽水在管内流过，可以制成小容量，低参数锅炉，也可制成大容量、高参数锅炉。电站锅炉均为水管锅炉，热效率较高，但对水质和运行水平的要求也较高。3、按循环方式分类自然循环锅筒锅炉：具有锅筒，利用下降管和上升管中工质密度差产生工质循环，只能在临界压力以下应用。多次强制循环锅筒锅炉：也称辅助循环锅筒锅炉。具有锅筒和循环泵，利用循环回路中的工质密度差和循环泵压力建立工质循环。只能在临界压力以下应用。低倍率循环锅炉：具有汽水分离器和循环泵，主要靠循环泵建立工质循环，可应用于亚临界压力和超临界压力，循环倍率低，一般为1.25～2.0。直流锅炉：无锅筒，给水靠水泵压力，一次通过受热面产生蒸汽，适用于高压和超临界压力锅炉。复合循环锅炉：具有再循环泵。锅炉负荷低时按再循环方式运行，负荷高时按直流方式运行，可应用于亚临界压力和超临界压力。4、按锅炉出口工质压力分类低压锅炉一般压力小于1.275MPa(13kgf/cm2)中压锅炉一般压力为3.825MPa(39kgf/cm2)高压锅炉一般压力为9.8MPa(100kgf/cm2)超高压锅炉一般压力为13.73MPa(140kgf/cm2)亚临界压力锅炉一般压力为16.67MPa(170kgf/cm2)超临界压力锅炉压力大于22.13MPa(225.65kgf/cm2)5、按燃烧方式分类火床燃烧锅炉：主要用于工业锅炉，其中包括固定炉排炉、倒转炉排抛煤机炉、振动炉排炉；下饲式炉排炉和往复推饲炉排炉等。燃料主要在炉排上燃烧。火室燃烧锅炉：主要用于电站锅炉，燃用液体燃料、气体燃料和煤粉的锅炉均为火室燃烧锅炉。火室燃烧时，燃料主要在炉膛空间悬浮燃烧。旋风（沸腾）炉：送入炉排的空气流速较高，使大粒燃煤在炉排上面的沸腾床中翻腾燃烧，小粒燃煤随空气上升并燃烧。用于燃用劣质燃料。多为工业锅炉，大型循环沸腾燃烧锅炉可用作电站锅炉。6、按所用燃料或能源分类固体燃料锅炉燃用煤等固体燃料。液体燃料锅炉燃用重油等液体燃料。气体燃料锅炉燃用天然气等气体燃料。余热锅炉利用冶金、石油化工等工业的余热作热源。原子能锅炉利用核反应堆所释放热能作为热源的蒸汽发生器。废料锅炉利用垃圾、树皮、废液等作为废料的锅炉。其他能源锅炉利用地热、太阳能等能源的蒸汽发生器或热水器。7、按排渣方式分类固态排渣锅炉：燃料燃烧后生成的灰渣呈固态排出，是燃煤锅炉的主要排渣方式。液态排渣锅炉：燃料燃烧后生成的灰渣呈液态从渣口流出，在裂化箱的冷却水中裂化成小颗粒后排入水沟。8、按炉膛烟气压力分类负压锅炉炉膛压力保持负压，有送、引风机，是燃煤锅炉主要型式。微正压锅炉炉膛压力大于为2～5kPa，不需引风机，宜于低氧燃烧。增压锅炉炉膛压力大于0.3MPa，用于蒸汽——燃气联合循环。三、锅炉的参数与技术经济指标㈠锅炉参数锅炉参数一般指锅炉容量、蒸汽压力、蒸汽温度和给水温度。工业蒸汽锅炉的容量用额定蒸发量表示。额定蒸发量表明锅炉在额定蒸汽压力、蒸汽温度、规定的锅炉效率和给水温度下，连续运行时所必须保证的最大蒸发量，常以每小时能产生以吨计的蒸汽量来表示，单位t/h。热水锅炉的容量用额定供量表示，单位为kW(kcal/h)。电站锅炉的容量也用额定蒸发量表示，单位为t/h。锅炉蒸汽压力和温度是指过热器主汽阀出口处的过热蒸汽压力和过热蒸汽温度，对于无过热器的锅炉，用主汽阀出口处的饱和蒸汽压力和温度表示。压力的单位为MPa(kgf/cm2)，温度的单位为℃。锅炉给水温度是指进省煤器的给水温度，对无省煤器的锅炉指进锅炉锅筒的水温，单位为℃。工业蒸汽锅炉的给水温度为20℃、60℃、105℃三档。电站锅炉的给水温度为（中压）150℃、170℃、（高压）215℃、（亚临界）260℃。㈡锅炉技术经济指标锅炉的技术经济指标通常用锅炉热效率、锅炉成本及锅炉可靠性3项来表示。优质锅炉应保证热效率高，成本低及运行可靠。1、锅炉热效率锅炉热效率是指送入锅炉的全部热量中被有效利用的百分数。现代电站锅炉的热效率都在90%以上。工业锅炉的热效率（包括热水锅炉）55%—87%。2、锅炉成本锅炉成本一般用成本中的一个重要经济指标钢材消耗率表示。钢材消耗率的定义为锅炉单位蒸发量所用的钢材重量，单位为t/h。锅炉参数、循环方式、燃料种类及锅炉部件结构对钢材消耗率均有影响。锅炉蒸汽参数高、容量小、燃煤、采用自然循环、采用管式空气预热器及钢柱构架可使钢材消耗率增大；参数低、容量大、采用直流锅炉、燃油或燃气、采用回转式空气预热器及钢筋混凝土构架可使钢材消耗率减小。工业锅炉的钢材消耗率在5～6吨钢材·t/h左右；电站锅炉的钢材消耗率一般在2.5～5吨钢材·h/t范围内。在保证锅炉安全、可靠、经济运行的基础上应合理降低钢材消耗率，尤其是耐热合金钢材的消耗率。3、锅炉可靠性锅炉可靠性常用下列3种指标来衡量。（1）连续运行时间=两次检修之间的运行时间（用小时表示）。事故停用时间（2）事故率=————————————×100%运行总时间+事故停用时间运行总时间+备用总时间（3）可用率=————————————×100%统计时间总时间四、锅炉型号1、工业锅炉型号工业锅炉产品型号由三部分组成，各部分短横线相连。第一部分分三段，分别表示锅炉型号（用汉语拼音字母代号）、燃烧方式（用汉语拼音字母代号）和蒸发量（用阿拉伯数字表示，单位为t/h；热水火炉为供热量，单位为MW；余热锅炉以受热面表示，单位为m2）。工业锅炉型号锅炉型式代号锅炉型式代号立式水管LS单锅筒纵置式DZ立式火管LH单锅筒横置式DH卧式内燃WN双锅筒横置式SH单锅筒立式DL双锅筒纵置式SZ燃烧方式代号燃烧方式代号燃烧方式代号固定炉排G（固）振动炉排Z（振）活动首摇炉排H（活）下饲炉排A（下）链条炉排L（链）往复推饲炉排W（往）抛煤机P（抛）快装式水管锅炉在型号第一部分用K（快）代替锅筒数量代号。快装纵横锅筒式锅炉用KZ（快，纵）代号；快装强制循环锅炉用KQ（快，强）代号。第二部分表示工质参数，对工业蒸汽锅炉，分额定蒸汽压力和额定蒸汽温度两段，中间以斜线相隔，常用单位分别为MPa和℃、蒸汽温度为饱和温度时，型号第二部分无斜线和第二段。对热水锅炉，第二部分由三段组成，分别为额定压力、出水温度和进水温度，段与段之间用斜线隔开。第三部分表示燃料种类及设计次序，共两段：第一段表示燃料种类（用汉语拼音字母代号），第二段表示设计次序（用阿拉伯数字表示），原型设计无第二段。2、电站锅炉型号电站锅炉型号也由三部分组成。第一部分表示锅炉制造厂代号；第二部分表示锅炉参数；第三部分表示设计燃料代号及设计次序。第二章水泥余热发电用锅炉在大型干法水泥生产线（2000t/d以上）上，通过设置在窑头的AQC锅炉和窑尾的PH锅炉来回收篦冷机与预热器出口废气的余热进行发电是水泥纯低温余热发电的主要方式。现就宁国一线中的这两类川崎型锅炉的设计参数、结构型式及特点等加以说明。一、锅炉设计参数项目单位锅炉PHAQC废气入口温度℃350360废气出口温度℃25091废气流量Nm3/h258550165300废气管道直径：入口出口旁路mm330032003400370023002240蒸发量t/h19.311.8蒸汽压力kg/cm22626蒸汽温度℃330350给水温度℃22357二、锅炉结构特点㈠PH锅炉（附图一）该炉结构型式为卧式强制循环汽包炉，2台强制循环泵（1台备用）。PH锅炉采用卧式布置的优点一是可以减少受热面积灰，二是可以减少振打装置的数量，系统漏风量少。锅炉受热面包括：一组过热器和四组蒸发器，全部为蛇形悬吊光管。受热面中过热器和第二、第四组蒸发器为逆流式，第一、第三组蒸发器为顺流式，其中第一、二组蒸发器共用一个出口联箱，第三、四组蒸发器共用一个出口联箱。在受热面中，蒸发器换热面积5702m2,传热管共104×4根，规格φ31.8×t2.9；过热器换热面积1314m2，传热管共80根，规格φ38.1×t3.2。为增强换热效果，管与管之间采用错列布置。为减少受热面的积灰，保证受热面的换热效果，在受热面传热管下端焊接有振打杆，通过振打装置（410A、B）锤头连续地振打，使粘附在传热管表面的生料粉尘在振打力的作用下落入下部灰斗，灰斗中的粉尘通过锅炉底部的粉尘输送装置（包括：411拉链机、412回转阀、413、414、415拉链机）送入窑喂料斗提0417。锅炉入口废气管道上设有入口挡板490，废气管道上设有旁路挡板491，出口废气管道上未设挡板。为满足水泥熟料系统中原料磨烘干的需要，该炉出口废气温度设计在250℃，故而没有省煤器，当雨季原料中水分较大时，还可以通过调节491挡板的开度来提高入磨风温，以保证原料磨的产能。㈡AQC锅炉该炉结构型式为立式自然循环汽包炉，受热面自上而下依次为一组过热器、一组蒸发器和两组省煤器，均为逆流式布置。其中，过热器出、入口各一个联箱，换热面积2539m2,传热管共80根；蒸发器出、入口各六个联箱，换热面积6524m2,传热管上下九层，共298根；省煤器出、入口各一个联箱，换热面积20252m2,传热管共80根。因受热面传热管全部采用鳍片管，故虽然受热面换热面积较大，但炉体结构尺寸却较PH炉要小。因该炉利用的废气中所含粉尘为熟料颗粒，不具有粘附性，而熟料颗粒硬度较大，为减少入炉粉尘含量，降低熟料颗粒对锅炉受热面传热管的磨损，在锅炉入口前段风管设有沉降室，沉降后的熟料颗粒经311回转阀、312拉链机送入0701裙板机。锅炉的取风口取自篦冷机四室，以保