发电厂煤粉炉及汽水系统

煤粉炉（一）煤粉炉构造煤粉炉：分固态排渣煤粉炉和液态排渣煤粉炉固态排渣煤粉炉的燃烧室：炉膛，燃烧器，水冷壁以及点火装置等组成。煤粉燃烧器燃烧器的作用将携带煤粉的一次风和助燃的二次风送入炉膛，并组织一定的气流结构，使煤粉迅速稳定的着火；及时供应空气，使燃料和空气充分混合，达到煤粉在炉内迅速完全燃烧。燃烧器的要求组织良好的空气动力场，及时着火，保证燃烧的稳定性和经济性。有较好的燃料适应性和负荷调节范围。能减少NOx生成，减少对环境的污染。运行可靠，不易烧坏和磨损易于自动控制燃烧器中的“风”（1）一次风——通过煤粉管道输送煤粉进入炉膛的空气。作用：输送煤粉；为挥发分燃烧提供足够的氧气。（2）二次风——通过燃烧器单独通道送炉膛的热空气。作用：助燃，提供燃烧和燃尽阶段的氧气；产生足够的气流扰动。（3）三次风——对中间储仓式热风送粉系统，为充分利用细粉分离器排出的含有10%～15%细粉的乏气，由单独的喷口送入炉膛燃烧，这股乏气称为三次风。燃烧器的分类按照燃烧器空气动力特性分：直流燃烧器旋流燃烧器直流射流直流射流的特性射程射流轴向速度wm与射流初始速度w0的比值降低到某一不为零的数值（如0.05）时的截面与喷口间的距离卷吸能力刚性射流抗偏转的能力直流煤粉燃烧器的型式均等配风适用于燃用高挥发分煤种，常称为烟煤、褐煤型配风方式。分级配风适合于燃用低挥发分煤种或劣质煤，常称为无烟煤和贫煤配风方式。直流燃烧器均等配风一、二次风喷口相间布置，即在二个一次风喷口之间均等布置一个或二个二次风喷口，各二次风喷口的风量分配较均匀。一、二次风口间距较小，有利于一、二次风的较早混合，使一次风煤粉气流着火后能迅速获得足够的空气，达到完全燃烧直流燃烧器均等配风一次风二次风二次风直流燃烧器分级配风一次风喷口相对集中布置，并靠近燃烧器的下部，二次风喷口则分层布置，一、二次风喷口间保持较大的距离，燃烧所需要的二次风分阶段送入燃烧的煤粉气流中。一次风喷口高宽比大直流燃烧器分级配风二次风分级风一次风二次风分级配风图上二次风一次风二次风下二次风三次风上二次风中二次风一次风夹心风下二次风均等配风分级配风D煤粉层+一次风C煤粉层+一次风B煤粉层+一次风A煤粉层+一次风燃烧器结构示意AB二次风层BC二次风层CD二次风层DE二次风层FF过燃风层燃烧器直流煤粉燃烧器E煤粉层+一次风直流燃烧器的布置方式四角切圆布置：直流燃烧器大多布置在炉膛的四角上，燃烧气的几何轴线与炉膛中心的一个或两个假想圆相切。竖直方向：每股煤粉气流进来后，被上游邻角的气流点燃，再去点燃下游邻角气流。水平方向：相邻煤粉气流点燃，靠近煤粉气流根部，对着火有利，对混合也有好处，炉膛充满度也较好。出口气流是一股绕燃烧器轴线旋转的旋转射流，煤粉气流着火热量，来源于旋转射流内、外边界同时卷吸炉内高温烟气的热量。卷吸量较大但射程短，适用于挥发分较高的煤种。旋流射流燃烧器旋流射流旋流射流的型式根据气流的旋流强度的大小，旋流式燃烧器形成的火焰形状可能有三种：封闭式火焰、开放式火焰、飞边火焰。旋流燃烧器的布置方式（三）防止污染环境的措施烟气中的有害气体：NOx、SO2。1.脱硫（a）石灰石/石灰——石膏湿法脱硫化学过程：(1)吸收反应烟气与喷嘴喷出的循环浆液在吸收塔内有效接触，循环浆液吸收大部分SO2，反应如下：电离）（溶解）(3323222HSOHSOHSOHOHSO(2)氧化反应一部分在吸收塔喷淋区被烟气中的氧所氧化，其他的在反应池中被氧化空气完全氧化，反应如下：3HSO3HSO2444232/1SOHHSOHSOOHSO(3)中和反应吸收剂浆液被引入吸收塔内中和氢离子，使吸收液保持一定的PH值，中和后的浆液在吸收塔内再循环，中和反应如下：22232242_24232222COOHCOHCOOHCaSOOHSOHCOCa石灰石/石灰——石膏湿法脱硫优点：脱硫效率高，〉95%；脱硫剂利用效率高，〉90%；烟气处理量大；煤种适应性强；能获得有价值的副产品——石膏。不足：投资大，运行费用高，耗水量大。(b)烟气循环流化床脱硫粉末与喷入的雾水剧烈混合，与烟气中的等发生化学反应，生成等。优点：脱硫效率〉90%；适应锅炉负荷变化；初投资低，运行费用低；适应各种含硫煤种；流程简单，系统设备少。缺点：对石灰品质和颗粒粒径要求高；降低除尘器除尘效率；生成的比多。2)(OHCa2)(OHCaHFl32、、、HCSOSO2243CaFCaClCaSOCaSO、、、3CaSO4CaSO(c)荷电干式吸收剂喷射脱硫熟石灰吸收剂高速流进喷射单元产生的高压静电电晕充电区，使吸收剂得到强大的静电荷。吸收剂带同种电荷互相排斥迅速在烟气中扩散，形成均匀的悬浮状态，使每个吸收粒子表面暴露在烟气中，与的反应几率加大，提高脱硫效率。优点：设备简单，占地面积小；投资费用低，建设周期短；系统操作简单、维护方便；系统耗电量小，运行费用低；无喷浆和喷水系统，无废水排放等。缺点：对熟石灰品质要求高；吸收剂利用率低；脱硫效率75%～80%；管道易堵塞；脱硫产物不能利用。2SO2.脱氮目前的脱氮方法主要是降低NOx排放，通常采用的低NOx的燃烧技术：空气分级燃烧燃料分级燃烧浓淡燃烧NOx的生成机理（NO＋NO2）温度型（热力型）：N2在超过1500摄氏度的高温下氧化生成NOx，温度越高NOx的生成量越多。25－30％燃料型：Nar受热分解和氧化生成NOx。其占NOx总量的70～80%快速型：N2和碳氢燃料先在高温下反应生成中间产物N、NCH、CN等，然后快速与氧反应，生成NOx。空气分级燃烧第一级送入理论空气量的80%左右，使燃料在缺氧、富燃条件下燃烧，燃烧速度和炉膛温度降低，抑制了燃料型Nox的生成第二级以二次风形式送入剩余空气，使燃料在空气过剩区域燃尽，空气量虽多，但火焰温度较低，生成的温度型NOx也较少将燃烧所需的空气分两阶段送入空气分级燃烧燃尽风燃料分级燃烧一次燃烧区（主燃烧区）(80～85)%的燃料以正常过剩空气系数（1）配置空气进行燃烧，为氧化性或稍还原性气氛，温度型减少再燃烧区（第二燃烧区）其余(15～20)%的燃料以再燃燃料（二次燃料）的形式被喷入，形成富燃料（1）、还原性气氛。燃烧生成碳氢化合物基团，并与一次燃烧区内生成的NOX反应，NOX被还原为N2，燃料型和快速型减少燃尽区送入二次风（顶部燃尽风），保证燃料燃尽（1）燃料分级燃烧改进的直流燃烧器宽调节比燃烧器（WR燃烧器）PM燃烧器宽调节比（WR）燃烧器煤粉气流通过管道弯头时，受离心力作用分成浓淡两股煤粉喷嘴出口处的波纹扩流锥，可在喷嘴出口形成一个稳定的回流区一次风喷嘴设有周界风，可避免一次风喷口烧坏；PM燃烧器1-二次风喷口；2-贫燃料喷口；3-再循环烟气喷口；4-富燃料喷口；5-油枪；6-火上风（OFA）喷口；7-一次风煤粉管道；8-弯头分离器组成：一次风管和两个喷口弯头分离器：惯性分离，富粉流进入上喷口，贫粉流进入下喷口；再循环烟气喷口：可以推迟二次风向燃烧区域扩散，延长挥发分在高温区内的燃烧时间，还可降低炉内的温度水平及焦炭燃尽区中的氧浓度，即可稳定燃烧，也可抑制NOX的生成。燃尽风（OFA）喷口：将空气分成燃尽风和二次风，典型的分级燃烧方式高浓度燃烧时：缺氧燃烧，减少了燃料型NOX的生成；低浓度燃烧时：过氧燃烧，温度低，减少了热力型NOX的生成；PM燃烧器是集烟气再循环，分级燃烧，浓淡分离于一体的低NOX的燃烧系统。3.脱硝方法：选择性催化还原烟气脱硝技术和电子束法。选择性催化还原烟气脱硝：在催化剂作用下，还原剂NH3或V2O5/TiO2选择性地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N2和H2O。六、循环流化床锅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媲美，在减少污染方面还优于煤粉炉，可以大大减少硫氧化物和氮氧化物气体的排放，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。循环流化床锅炉的特点：优点：燃烧各种燃料以及煤矸石、洗矸等劣质煤；燃料制备系统简单，只有干燥和破碎装置；锅炉运行中负荷调节幅度大；降低了SO2和NOx的排放；炉膛容积小。缺点：烟风系统阻力大，风机耗电量增加；燃烧颗粒粒度较大，受热面磨损大；对一些辅助设备要求比较高。七、空气预热器1.作用：利用尾部烟道的烟气对燃烧用的空气进行加热。提高炉膛温度，改善着火条件和燃烧条件降低排烟温度，减少排烟热损失，提高锅炉热效率节省金属，降低造价引风机工作条件改善2、空预器的种类直接换热式：管式、板式间接换热式：回转式管式空预器的结构烟气在管内由上而下纵向流动，空气从管外横向流过，两者成交叉流动。热量连续地由烟气通过管壁传给空气体积大，金属耗量大，易受腐蚀，漏风较小。大机组应用较少，一般适用于200MW以下的机组回转式空预器的种类受热面回转式风罩回转式受热面回转式的分类二分仓烟气区空气区密封区三分仓可以采用冷一次风机应用最广烟气区一次风二次风密封区回转式空气预热器它是利用烟气和空气交替的通过受热面来加热空气。受热面转子每转一圈，传热元件吸热、放热一次。风罩回转式空气预热器传热元件交替的被烟气和被空气冷却。风罩每旋转一次，传热元件吸热、放热两次。第三节锅炉汽水系统及其设备汽水系统由给水系统、蒸发系统和过热系统及再热系统组成，分别完成水的加热、蒸发和过热三个阶段的任务。①给水系统的受热面主要是省煤器，给水在进入锅炉前先经过该受热面，吸收烟气的热量，使排烟温度降低.②蒸发系统由汽包、下降管、水冷壁和联箱及联通管道组成，其受热面为水冷壁，吸收炉膛中的辐射热，将下降管送入的水蒸发成饱和蒸汽。第三节锅炉汽水系统及其设备③过热系统由不同型式的过热器及减温器组成，其工作任务是把水冷壁所产生的饱和蒸汽过热到一定温度的过热蒸汽，同时在锅炉允许的负荷波动保持过热蒸汽温度在正常范围内。④再热系统由不同型式的再热器及减温器组成，其工作任务是把汽轮机高压缸的排汽再次加热，再送至汽轮机中压缸继续做功，以提高循环效率，并减少汽轮机末端的蒸汽湿度，保证汽轮机的安全。一、锅炉的水循环gHgss)((一）自然循环锅炉自然循环的工作原理下降管中水与上升管中汽水混合物间的重位压头差使水在回路中产生环形流动，又称为水循环。运动压头Syd下降管与上升管内介质密度差所产生的循环推动力。用于克服下降管和上升管中的流动阻力。2/)(mNgHSgssyd汽包下降管下联箱上联箱水冷壁（上升管）根据水冷壁管中工质流动方向向上，又把水冷壁叫做上升管运动压头的影响因素1.循环回路的高度2.饱和水与饱和汽的密度差（与锅炉压力有关）3.含气率（与受热强度有关）2/)(mNgHSgssyd含汽率对运动压头的影响xgs受热上升管ydSxydSxj下降管密度差对运动压头的影响工作压力sgsydS循环不安全直流锅炉没有汽包，给水在给水泵压头的作用下，顺序流过加热段、蒸发段和过热段受热面一次将给水全部变成过热蒸汽，蒸发区循环倍率K=1（二）直流锅炉沿管子长度方向工质参数变化情况加热段:水的焓和温度逐渐增高，比容略有加大，压力则由于流动阻力而有所降低。蒸发段:汽水混合物的焓继续提高，比容急剧增加，压力降低较快，相应的饱和温度随着压力的降低亦降低一些。过热段:蒸汽焓、温度和比容均增大，压力则由于流动阻力较大而