锅炉运行讲座

1锅炉运行讲座讲课大纲：一、锅炉基本概念二、锅炉本体三、燃料及其主要特性四、制粉系统五、风烟系统六、汽水系统七、蔬放水系统八、锅炉启停九、锅炉运行调整十、事故处理2一、锅炉基本概念锅炉是将燃料产生的热能用来加热工质，使之达到一定参数的设备。锅炉最广泛的用途是将净化的水加热转变为蒸汽，故在英文资料中也称为蒸汽发生装置。在火力发电厂中，锅炉产生高温高压蒸汽，推动汽轮机、带动发电机发出电能，实现将一次能源转化为二次能源的能量转化过程。所以，锅炉、汽轮机、发电机是火力发电厂的三大主要设备。锅炉设备包括锅炉本体和辅助设备两个部分。锅炉本体由“锅”和“炉”两大部分组成。“锅”就是锅炉的汽水系统管子，由省煤器、汽包下降管、水冷壁、过热器和再热器等设备组成；“炉”就是锅炉的燃烧系统和构架，由炉膛、风道、烟道、燃烧器和锅炉钢架等组成。锅炉辅助设备是指锅炉本体以外但必不可少的设备，包括输煤、制粉、通风、排烟、给水、除尘、除灰、热工仪器仪表和水处理设备等。锅炉按用途可分为电站锅炉、工业锅炉、船用锅炉和生活锅炉等；按燃料可分为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉和垃圾锅炉等；按容量可分为大型锅炉、中型锅炉、小型锅炉等；按蒸汽压力可分为低压锅炉（p≤2.45Mpa）、中压锅炉（p=2.94~4.90Mpa）、高压锅炉（p=7.84~10.8Mpa）、超高压锅炉（p=11.8~14.7Mpa）、亚临界锅炉（p=15.7~19.6Mpa）、超临界锅炉（p＞22.12Mpa）；按排渣方式可分为固态排渣锅炉和液态排渣锅炉。锅炉参数是指锅炉的容量、锅炉出口蒸汽压力、蒸汽温度和进口给水温度。锅炉的容量用额定蒸发量来表示，是指锅炉在额定的出口蒸汽参数和进口给水温度以及在保证效率的条件下，连续运行时所必须保证的蒸发量，其单位为t/h。锅炉出口蒸汽压力和温度是指锅炉主蒸汽阀出口处（或过热器出口集箱）的过热蒸汽压力和温度。进口给水温度是指省煤器进口集箱处的给水温度。我国300MW火电机组锅炉容量和参数是：蒸发量为924~1025t/h，过热蒸汽压力为16.8Mpa或17.5Mpa，过热汽温/再热汽温为540/540℃或555/555℃，给水温度为250~280℃.锅炉给水转变为过热蒸汽的汽化过程要经过预热、汽化、过热三个阶段。为了提高蒸汽动力循环的效率，现代电站锅炉水的汽化，还有第四个阶段——再热阶段，这就是：锅炉产生的过热蒸汽送到汽轮机高压缸膨胀做功后，蒸汽的压力和温度都降低了，再将这些蒸汽送回到锅炉中加热，即再热，然后又送到汽轮机的中、低压缸去继续做功。水汽化的四个阶段，分别在锅炉各种受热面中进行。预热阶段主要在省煤器中进行，汽化阶段主要在蒸发受热面（水冷壁）中进行，过热阶段在过热器中进行，再热阶段在再热器中进行。蒸汽参数不同，则各个受热面吸热量分配也就不同。这可从图1-1-1所示的工质焓值与压力、温度的关系曲线看出：图1-1-1工质焓值与压力、温度的曲线随着压力增加，BA曲线所示的饱和水焓i，不断增加，到临界压力时达到最大值；而干饱和蒸汽i，，则沿CA曲线先增加到最大值（当压力在3Mpa时），然后逐渐下降，达10Mpa后快速下降，到临界压力时与饱和水焓相同。过热蒸汽焓i随压力增加而略有降低，而随蒸汽温度升高增加。图中下方斜线为给水焓，按电站锅炉参数系列标准，随压力增加而增大。但由图可见：随着压力增大，给水焓线DE与饱和焓曲线BA之间的差值增大，即加热所需的吸热量smQ增加，也就是要布置更多的省煤器受热面；曲线CA和BA之间的差值减小，即蒸发量所需的吸热量zfQ减少，蒸发受热面的需要量减少，到临界压力时，蒸发吸热为零。在同样的过热蒸汽温度下，线FG与CA之间的差值随压力增加而略有增大，但从提高电厂郎肯循环效率出发，过热蒸汽温度必然随压力增加而提高，这样锅炉内的过热吸热量grQ大为增加，也就是要布置更多的过热受热面。与蒸发受热面减少相适应，要以屏式过热器的型式将过热受热面或再热受热面放入炉膛内，以维持炉内热平衡，控制炉膛出口烟温。简而言之，随着蒸汽压力的提高，水汽化过程预热增加，蒸发热减少，过热增加。300MW机组锅炉的预热、蒸发热、过热、再热的比例大约为22%、28%、35%、15%。3二、锅炉本体设备（一）大型锅炉本体布置型式锅炉本体的布置型式是指锅炉膛与炉膛中的辐射受热面及对流烟道与其中的各种对流受热面之间的相互关系及相对位置。锅炉本体的布置型式既与锅炉的容量、参数有关，又与锅炉所用的燃料性质以及钢材、地皮价格有关。由于具体条件不同，会有许多不同的布置型式。大型锅炉常见的本体布置型式有以下几种：图1-2-1锅炉本体的典型布置（a）∏型；（b）Γ形；（c）T型；（d）塔形；（e）半塔形；（f）箱形一、∏型布置在燃用煤粉的自然循环锅炉、强制循环锅炉和直流锅炉中，广泛采用这种布置型式。它是用炉膛组成上升烟道，用对流烟道组成水平烟道和垂直下降烟道的锅炉布置型式，如图1-2-1（a）所示。∏形布置的主要优点是：（1）锅炉的排烟口在下部，因此，转动机械和笨重设备，如送风机，引风机及除尘器都可布置在地面上，可以减轻厂房和锅炉构架的负载。（2）锅炉及厂房的高度较低。（3）在水平烟道中可以采用支吊方式比较简单的悬吊式受热面。（4）在尾部垂直下降烟道中，受热面易布置成逆流传热方式，强化对流传热。（5）下降烟道中，气流向下流动，吹灰容易并有自吹灰作用。（6）尾部受热面检修方便。（7）锅炉本身以及锅炉和汽轮机之间的连接管道都不太长。但这种型式也有缺点，主要有：（1）占地面积大。（2）由于有水平烟道，使锅炉构架复杂，而且不能充分利用其所有空间来布置受热面。（3）由于有水平烟道，烟气在炉内流动要经两次转弯，造成烟气在炉内的速度场、温度场和飞灰浓度场不均匀，影响传热效果，并导致对流受热面局部飞灰磨损严重。（4）由于锅炉高度低，又要求下降烟道与锅炉高度基本相近，因而在大容量锅炉中，在尾部烟道中要布置足够的尾部受热面便有困难，特别是在燃用低发热值的劣质煤时更显得突出。2、Γ形布置Γ形布置实质上是∏形布置的一种改进，这种布置如图1-2-1（b）所示，Γ形布置只是取消了П形布置中的水平烟道，其他则大致相同。因此，它保留了∏形布置的许多优点，但却布置紧凑，可以节省钢材，而且占地面积小；但尾部受热面的检修不方便。大容量锅炉如果采用管式空气预热器时，因为不便支吊，而且尾部烟道高度不够，就不宜采用这种布置。但如果采用回转式空气预热器时，则采用这种布置型式比较适宜。如果要采用管式空气预热器，为解决尾部受热面布置不下的困难，也可将尾部烟道对称地分成左右两个，形成T形布置，如图1-2-1（c）所示。3、塔形布置图1-2-1（d）为塔形布置方案，下部为炉膛，对流烟道就布置在炉膛上方，锅炉本体形成一个塔形，它的优点如下：（1）占地面积小。（2）取消了不宜布置受热面的转弯室，烟气流动方向一直向上不变，可以大大减轻对流受热面的局部磨损，因此，对燃用多灰分燃料特别有利。（3）锅炉本身有自身通风作用，烟气流动阻力也较小。（4）对流受热面可以全部水平布置，易于疏水。但这种方案也有如下缺点：（1）锅炉本体高度很高，过热器、省煤器、再热器等对流受热面都布置在很高位置，连接的汽水管道较长。（2）空气预热器、送风机、引风机及除尘器等笨重设备都布置在锅炉顶部，加重了锅炉构架和厂4房的负载，因而使造价增大。（3）安装及检修均较复杂。根据我国具体情况，常不采用这种方案，但在燃用灰分很多的固体燃料时，也有采用这种布置的。为了减轻转动机械及笨重设备施加给锅炉构架的负载，便把空气预热器、送风机、引风机、除尘器及烟囱等都布置地在面，形成半塔形布置，如图1-2-1（e）所示。我国河南某厂安装的由比利时提供的配300MW机组的924t/h燃煤锅炉便采用这种半塔形布置。4、箱形布置箱形布置，其下部为炉膛，上部分隔成两个串联的对流烟道，形成一个箱形的结构，如图1-2-1（f）所示。箱形布置主要用于燃油或燃气锅炉，因为炉膛容积可以相对减少，又可节省或简化凝渣管束。（二）锅炉型式及特点锅炉型式按工质在蒸发受热面中的流动特点，可分为自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉和复合循环锅炉四种。1、自然循环锅炉自然循环锅炉蒸发受热面中的工质是靠水和蒸汽的密度差产生的压头而循环流动的。锅炉的工作压力越高，密度差越小，压头就越小，故高压以上的锅炉在设计布置水冷壁回路时要根据炉内热负荷分布规律适当分成独立回路，以保证循环可靠。自然循环锅炉有以下特点：（1）水冷壁靠自然循环的工质来冷却；（2）锅筒成为蒸发受热面与过热器之间的固定分界点；（3）铜筒有较大的蓄热能力，可允许在给水、燃料和蒸发量之间存在一定的不协调，自动控制要求相对低些；（4）给水带入的盐分要在锅筒中浓缩，以排污的方式除去；（5）由于厚壁锅筒的加热与冷却不易均匀，筒壁温差限制了锅炉的启停速度。（6）汽包锅炉的金属消耗量较大，成本较高。300MW自然循环锅炉结构简图参见图1-2-2。图1-2-21025t/h亚临界参数自然循环锅炉简图1-汽包；2-下降管；3-分隔屏；4-后屏；5-高温过热器；6-高温再热器；7-水冷壁；8-燃烧器；9-燃烧带；10-空气预热器；11-省煤器进口集箱；12-省煤器；13-低温再热器；14-低温过热器。2、强制循环锅炉强制循环锅炉又称控制循环锅炉，它是在自然循环锅炉基础上发展起来的。因此，在结构和运行特性等许多方面都与自然循环锅炉有相似之处。强制循环锅炉也有汽包，其主要差别是：自然循环主要依靠汽水密度差使蒸发受热面内工质自然循环，随着工作压力的提高，水汽密度差减少，自然循环的可靠性降低；但强制循环锅炉，由于主要依靠锅水循环泵使工质在水冷壁中作强迫流动，不受锅炉工作压力的影响，既能增大流动压头，又能控制各个回路中的工质流量。强制循环锅炉虽然比自然循环锅炉只多用了几个锅水循环泵，但用了循环泵，可以给锅炉的结构和运行带来一系列重大的变化。在结构上，蒸发受热面就不一定采用垂直上升的型式；运行上由于在低负荷或启动时可以利用水的强制流动，使各承压部件得到均匀加热，因此可以大大提高启动及升、降负荷时的速度。3、直流锅炉给水靠给水泵压头在受热面中一次通过，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，然后用集箱串联连结而成。在给水泵压头的作用下，工质一次顺序通过加热、蒸发和过热受热面，进口工质为水，出口工质为过热蒸汽。由于工质的运动是靠给水泵的压头来推动的，所以在直流锅炉中，一切受热面中工质都是强制流动的。4、复合循环锅炉复合循环锅炉是美国燃烧工程公司（CE）在苏尔寿公司的协助下，在亚临界参数强制循环锅炉取得经验的基础上，发明了超临界压力锅炉在低负荷时炉膛水冷壁系统工质进行再循环，而到高负荷时自5动切换成直流锅炉这样一种新运行方式的锅炉。复合循环锅炉的优点是：（1）水冷壁质量流速可按循环泵切除时的负荷选取，故可选用较低的数值，以减少流动阻力；（2）启动流量低，启动系统的容量可按循环泵的起始工作点考虑，锅炉的最低负荷也可降到10%额定负荷；（3）水冷壁工况改善，由于工质流量变化小，温度变化小，相应地减小了温度应力，有利于低负荷下运行；（4）由于质量流速可由循环泵容量来保证，可避免采用过小的水冷壁管径；（5）简化了启动旁路系统，便于滑压运行。三、燃料及其主要特性燃料是指在燃烧过程中能够产生热量的物质。电厂锅炉是耗用大量燃料的动力设备，燃料的性质对锅炉工作的安全性和经济性有重大影响。对于不同的燃料，要采用不同为燃料方式和燃料设备。因此，对于运行人员来说，了解燃料的性质和特点是非常重要的。燃料按其状态可分为三类：即：固态、液态和气态。煤是我国电厂锅炉的主要燃料，本章主要介绍煤的成分和性质。煤是包括有机成分和无机成分等物质的混合物，其分子结构十分复杂。为了实用方便，都通过元素分析和工业分析来确定各物质的百分含量。煤中的元素组成，一般是指有机物中的碳（C）、氢（H）、氮（N）、氧（O）、硫（S）的含量而言。根据现有的分析方法，尚不能直接测定煤中有机物的化合物，因为其中大多数的化