发电厂动力工程(锅炉设备)

发电厂动力工程课程概况火力发电——锅炉设备、汽轮机设备、热力系统核能发电水力发电、风力发电我们的目的：我们的专业在大型动力厂里能解决什么问题第一部分火力发电动力系统火力发电基本原理锅炉设备汽轮机设备热力系统及辅助设备4×1000MW华能玉环电厂4×600MW＋2×1000MW山东邹县电厂第一部分火力发电基本原理燃料化学能烟气的热能工质的热能汽轮发电机组的机械能电能燃烧（锅炉）传热（锅炉）转换（汽机）转换(发电机)煤汽轮机锅炉给水泵冷凝器发电机蒸汽动力装置流程简图550℃过热器锅炉给水泵冷凝器冷却水汽轮机发电机20℃高温高压蒸汽汽轮机水泵冷凝器锅炉锅炉:燃料燃烧产生热量，将水变成蒸汽(吸热过程)汽轮机:将蒸汽携带的热能→动能→转子旋转机械能(对外作功过程)冷凝器:将作功后的低温低压蒸汽凝结成水(对外放热过程)水泵:提高水的压力,将水送入锅炉(消耗外功)工质:水和水蒸汽第二部分锅炉设备概述燃料锅炉的热平衡煤粉制备燃烧器锅炉的受热面来自水泵过热器炉墙蒸发管去汽轮机第一节电厂锅炉概述一、锅炉设备的作用及工作过程利用燃料燃烧释放的热能或其它热能加热给水，以获得规定参数（温度、压力）和品质的蒸汽的设备。燃料燃烧、传热和水汽化锅炉包括本体部分和辅助系统本体部分：包括燃挠器、炉膛、布置有受热面的烟道，汽包、下降管、水冷壁、过热器、再热器、省煤器及空气预热器等辅助系统：送风机、引风机、给煤机、磨煤机、排粉机、除尘器及烟囱等锅炉本体其余为辅机燃挠器、炉膛、布置有受热面的烟道，汽包、下降管、水冷壁、过热器、再热器、省煤器及空气预热器等。送风机、引风机、给煤机、磨煤机、排粉机、除尘器及烟囱等。磨煤机送风机煤粉煤空气预热器冷空气热空气锅炉燃烧器冷空气烟气加热给水灰渣从炉底排出锅炉辅助设备锅炉本体给水受热面过热蒸汽锅炉工作过程示意图（一）二、锅炉设备的特性指标1.锅炉容量（蒸发量）（t/h）最大连续蒸发量（MCR，maximumcontinuousrating）：锅炉每小时能供应的蒸汽的吨数300MW机组配用锅炉容量为1000t/h1000MW机组配用锅炉容量为3000t/h2.锅炉蒸汽参数（额定过热蒸汽温度，有蒸汽锅炉的额定蒸汽参数是指额定蒸汽压力和额定蒸汽温度再热的锅炉还包括额定再热蒸汽温度）。300MW机组配用亚临界锅炉：过热器出口蒸汽参数为17.5MPa/540℃1000MW机组配用超超临界锅炉：过热器出口蒸汽参数为26.25MPa/605℃3.给水温度：省煤器入口的给水温度4.锅炉效率锅炉效率是指锅炉有效利用热量（即水和蒸汽吸收的热量）与单位时间内所消耗燃料的发热量的百分比现代锅炉的效率在90％以上三、锅炉分类按锅炉的用途分类：(1)电站锅炉(2)工业锅炉(3)热水锅炉按锅炉容量分类：大、中、小型按锅炉的蒸汽压力：低压锅炉、中压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉、亚临界压力锅炉、超临界压力锅炉、超超临界锅炉0.75、1.5、3MW，2.4MPa，390℃——中压机组6、12、25MW，3.8MPa，450℃——中压机组50、100MW，9.8MPa，540/540℃——高压机组125、200MW，13.7MPa，555/555℃——超高压机组300、600MW，17.5MPa，535/535℃——亚临界机组600MW，24.2MPa，538/566℃——超临界机组1000MW，26.25MPa，605/603℃——超超临界机组按锅炉蒸发受热面内工质的流动方式分类：（1）自然循环锅炉（2）强制循环锅炉(又称辅助循环锅炉)（3）直流锅炉按锅炉排渣的相态分类：(1)固态排渣锅炉(2)液态排渣锅炉自然循环锅炉示意图强制循环锅炉示意图四、锅炉本体的总体布置形式1.П形布置（600MW超临界锅炉）屏式过热器高温过热器高温再热器低温再热器低温过热器省煤器一次风机空预器储水罐2.Г形布置3.塔（半塔）形布置4.箱形布置常用的锅炉为自然循环（控制循环、直流），一次再热，前后墙对冲燃烧（或四角切圆燃烧），单炉膛，尾部双烟道结构，采用挡板调节再热汽温（摆动燃烧器），固态排渣，全钢构架，全悬吊结构，平衡通风，露天布置。五、电站锅炉的型号例：HG-670/13.7-1SG-935/16.7-570/570-1哈尔滨－HG上海－SG东方－DG按获得方法分按物态分天然燃料人工燃料固体燃料木柴、煤、油页岩木炭、焦炭、煤粉等液体燃料石油汽油、煤油、柴油、重油气体燃料天然气高炉煤气、发生炉煤气、焦炉煤气第二节燃料的成分及特性燃料有机燃料：固体燃料、液体燃料、气体燃料一、煤的元素分析成分C、H、O、N、S用化学分析的方法测定去掉外部水分的煤中主要组分碳、氢、氮、硫和氧的含量氢H：燃料中发热量最高的元素、易燃,含量：2%～6%，以碳氢化合物的形式存在1kg氢完全燃烧时能放出120500kJ的热量氧O：助燃氮N：含量：0.5%～2%;＞1600℃生成NOx碳C：含量最高，煤的发热量的主要来源存在方式:挥发碳(碳化合物);固定碳------主要存在形式固定碳的燃烧特点:(1)反应速度缓慢:不易着火(700C以上)；不易燃尽。(2)燃烧产物:C+O2CO2+32866kJ/kg(c)C+1/2O2CO+9270kJ/kg(c)硫S：有害的可燃元素,0.5%～2%特点（对锅炉工作的影响）：（1）燃烧放热S+O2SO2+9040kJ/kg(c)（2）低温腐蚀SSO2,SO3与烟气中的水蒸汽结合形成H2SO3↑,H2SO4↑（蒸汽），遇低温凝结成H2SO4（硫酸），腐蚀受热面（3）SO2,SO3：大气污染二、煤的工业分析成分将煤样进行干燥、加热或燃烧，测定煤中的水分；挥发分(V);灰分(A)；固定碳。估测硫含量和热值，是评价工业用煤的主要指标。灰分A：燃料完全燃烧后形成的固体残余物的统称，主要成分是硅、铝、铁和钙等组成的化合物。对锅炉工作的影响：（1）降低煤的热值，使着火、燃尽困难；（2）受热面积灰、磨损和炉膛结渣的根源；（3）大气、环境污染；（4）使运煤、磨煤、除灰、除尘费用增加我国煤炭的平均灰分含量为25％煤中灰分的组成水分：煤中水分由表面水分（外部水分）和吸附水分（内部水分）组成。外部水分可以靠自然干燥方法除去。内部水分要放在干燥箱中加热到102～105C，保持2h后才能除掉。对锅炉工作的影响：（1）降低燃料的燃烧温度，不利于燃料的燃烧，甚至使着火困难；（2）水分蒸发形成水蒸汽，使烟气量增大：排烟损失；受热面腐蚀、积灰；引风电耗（3）堵塞制粉系统，磨煤机出力下降，造成煤的输送、磨制困难。挥发分(V)：在一定的热分解条件下析出的气态物质:H2、CnHm、CO、H2S……N2、O2、CO2、H2O…..挥发分的含量与燃料性质有关：褐煤可达37～60％，而无烟煤只有2～10％。特点：（1）煤的着火温度随V而，挥发分含量高有利于着火（褐煤：370℃，烟煤：470～500℃，无烟煤：700℃左右）；（2）挥发分析出后，燃料表面呈多孔性，与助燃空气接触机会增多，因此易于燃尽，燃烧损失小。三、煤的成分基准煤的成分基准：测定煤的成分含量时煤所处的状态，或测定时的条件（煤的水分和灰分会随外界条件变化而变化）。（1）收到基ar——以收到状态的煤为基准来表示煤中各组成成分的百分比，即进入锅炉的燃料。它计入了煤的灰分和全水分。（2）空气干燥基ad——把煤进行自然风干，以去掉外部水分的燃料作为100%的成分，即在实验室内进行燃料分析时的试样成分。ararararararar100%CHONSAWadadadadadadad100%CHONSAW（3）干燥基d——以去掉全部水分的燃料作为100%的成分。真实的反映灰分的含量。（4）干燥无灰基daf——以去掉水分和灰分的燃料作为100%的成分。表明煤的燃烧特性和划分煤的种类。dddddd100%CHONSAdafdafdafdafdaf100%CHONS同一种煤的各种分析基准间的关系我国部分煤种的分析结果四、煤主要特性指标1.发热量（热值）单位质量的煤在完全燃烧时所释放出的热量。单位：kJ/kg。常用表示：高位发热量：包括燃烧生成物中水蒸气凝结产生的汽化潜热低位发热量：燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时，完全燃烧过程所释放的热量标准煤：以收到基低位发热量等于29270kJ/kg的煤为标准煤。意义：便于比较设备运行的经济性；计算电厂煤耗；便于厂矿编制计划。2.挥发分3.高温下煤灰的熔融性煤灰的熔融性及其三个特性温度变形温度DT：锥顶变圆或开始倾斜软化温度ST：锥顶弯至锥底或萎缩成球形流动温度FT：锥体呈液体状态能沿平面流动影响煤灰熔融性的因素分析(1)煤灰的化学组成。(2)煤灰周围高温介质——烟气的性质。对锅炉工作的影响对于固态排渣炉，当ST1350℃时炉内结渣的可能性不大，因此，炉膛出口温度应低于ST，并流出100℃左右的余量。五、我国煤的分类分类依据：Vdaf（干燥无灰基挥发分）1.无烟煤：Vdaf≤10%有明亮的黑色光泽，硬度大。煤化时间最长，含碳量最高（高于93％），灰分、水分等杂质较少，因而发热量高，约在21000～32500kJ/kg。着火和燃烬都很困难。2.贫煤：10%～20%煤化程度略低于无烟煤，是主要的动力用煤。它的着火和燃烬特性优于无烟煤，但仍属反应性能较差的煤。3.烟煤：20%～40%中等煤化程度的煤。形成年代较褐煤长，碳含量75%～90％。水分和灰分较少，因而发热量较高，在20000～30000kJ/kg。烟煤容易着火和燃烬，但对于高灰分的烟煤，着火和燃烬都相应比较困难。4.褐煤：＞40%形成年代较短的煤，煤质松，略程褐色。挥发分含量很高，约为40％～50％，很容易着火和燃烧。但是褐煤中灰分和水分含量也都相对较高，发热量低，一般仅为10000～20000kJ/kg。第三节锅炉的热平衡一、锅炉热平衡的概念稳定工况下输入锅炉的热量=输出锅炉的热量=锅炉有效利用热+热损失意义：确定锅炉效率;了解各项热损失的原因,以寻找提高锅炉效率的途径;确定燃料消耗量煤粉锅炉热平衡示意图Qr:1kg燃料带入锅炉的热量Q1:锅炉有效利用热量Q2:排烟热损失Q5:散热损失Q4:机械未完全燃烧热损失Q3:化学未完全燃烧热损失Q6:其它热损失锅炉热平衡方程（1）对应于每kg燃料建立的方程:Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6kJ/kg锅炉的输入热量Qr——1kg燃料带入锅炉的热量锅炉有效利用热Q1——对应于每kg燃料，工质在锅炉中所吸收的热量Q2，Q3，Q4，Q5，Q6——各项热损失（2）用占输入热量的百分数表示:q1+q2+q3+q4+q5+q6=100式中，qi=Qi/Qr×100%锅炉热效率定义：正平衡效率ηgl=q1＝Q1/Qr100，%反平衡效率ηgl=q1=100-(q2+q3+q4+q5+q6)，%二、锅炉热损失1、排烟热损失q2（1）定义：因排烟温度高于环境温度而散失在大气环境中造成的热量损失。是损失中最大的一项。（4～8%）（2）主要影响因素：排烟温度，q2燃用水分和含硫量高的煤，为避免低温腐蚀，采用较高的排烟温度；受热面清洁度（受热面积灰、结垢或结渣会提高排烟温度）排烟量，q2燃烧助燃空气量，排烟量烟道漏风量，排烟量2.化学不完全燃烧热损失q3（1）定义：排烟中残留的可燃气体（CO、H2、CH4）未完全燃烧，残留在烟气中而造成的热量损失。（煤粉炉：0.5%）（2）主要影响因素：燃料性质：挥发分多，易出现不完全燃烧助燃空气量炉膛结构：炉膛容积小，烟气流程短，q3运行工况3.机械不完全燃烧热损失q4（1）定义：飞灰和灰渣中含有固体可燃物（固定碳）在锅炉内未完全燃烧就排放出炉内而造成的热量损失。（固态排渣煤粉炉：0.5～5%）灰渣：含量少，只占0.5～1%飞灰：占绝大部分（2）主要影响因素：燃料性质：挥发分多，灰分少，煤粉细，q4助燃空气量：空气量，q4炉膛结构：炉膛容积大，煤粉停留时间长，q4运行工况，锅炉负荷4.散热损失q5（1）定