锅炉培训教材

锅炉培训教材2006年8月1锅炉的基本原理1.1锅炉的基本构造1.2锅炉的工作原理1.3锅炉的工作过程1.4锅炉经济指标1锅炉的基本原理1.1锅炉的基本构造什么是锅炉定义：锅炉是一种生产蒸汽或热水的换热设备，按功能包括两大部分。一部分是通过燃烧煤、油、气及其他燃料，将化学能转化为热能；另一部分是各种形式的受热面，将燃料燃烧释放出的热能通过各种传热方式，传递给炉水使之升温、汽化、过热以产生所需要的蒸汽，或加热所需要的高温热水供动力机械或其他设备使用。锅炉的组成通常燃料的燃烧过程在炉膛内进行，形成炉的概念；蒸汽或热水在锅筒、水冷壁、对流受热面等内部形成，形成锅的概念。形象理解锅：用来装要被加热的水(或其它介质)的容器；炉：加热锅的装置。炉锅锅炉几个重要概念：锅的组成部分：汽包(锅筒)、水冷壁、过热器、再热器、省煤器、空汽预热器；炉的组成部分：炉膛、燃烧器。锅炉本体：炉膛、燃烧器、锅筒、水冷壁、对流受热面、钢架和炉墙等组成锅炉的主要部件，称为锅炉本体。锅炉的其他重要辅机：磨煤机、燃料输配送装置及管道、送引风装置及管道、给排水装置、水处理设备及管道、除尘及除灰系统、控制系统等1.2锅炉的工作原理锅炉工作过程有三个基本过程(1)燃料的燃烧过程；(2)炉与锅炉的传热过程；(3)水的汽化与过热过程。与之相对应的理论知识是：(1)燃烧原理；(2)传热学；(3)流体力学和工程热力学。1.2.1燃料的燃烧燃料在锅炉炉膛内燃烧。按燃烧方式不同，锅炉可分为：(1)室燃炉，主要用于发电等的大容量锅炉，最小容量75t/h；(2)层燃炉，主要用于生产工业用加热蒸汽或水，一般最大容量75t/h；(3)沸腾炉(循环流化床)，一般最小容量10t/h，最大容量国内做到1000t/h(四川白马电厂)。室燃炉室燃炉所用燃料有煤粉、液体燃料和气体燃料，可分别称为煤粉炉、燃油炉和燃气炉。室燃炉的燃料由输送管道通过燃烧器送入炉膛中燃烧，燃烧所需要的空气由一次风管、二次风管以及三次风管分别送入。注意：可以用固体燃料、液体燃料、气体燃料。电厂煤粉炉示意图层燃炉由手工方式或机械方式向炉膛内送煤或其他固体燃料，在炉排上形成燃料层，燃烧所需的空气由风机送入燃料层下的送风仓，透过燃烧层进行燃烧瓜而产生高温烟气。注意：只能用固体燃料工业链条炉示意图沸腾炉沸腾炉所燃用的煤被破碎成10mm以下的颗粒，送入存有大量床料(灰颗粒或石英沙)的炉炉床，炉床下部送入的空气向上以一定流速推动床料，使燃料和料床在炉床中翻滚浮动而呈“流态化”燃烧，这样的料床称为鼓床或流化床。现在常用的为循环流化床锅炉。注意：沸腾炉的燃料也是固体燃料。循环流化床锅炉沸腾炉的燃烧示意图1.2.2锅与炉的传热锅炉受热面有两大部分，炉膛受热面和对流受热面。炉膛受热面炉膛受热面又称水冷壁，传热方式主要以辐射换热为主，对于小型工业锅炉，还有部分锅筒表面参与换热。炉膛内，进入炉膛的燃料与空气混合后着火燃烧产生的高温火焰和烟气，通过辐射把热量传递给四周的水冷壁管，水在冷壁管内受热蒸发产生饱和蒸汽。此传热过程，传热量的大小与炉膛受热面、进入炉膛的燃料量多少相关，会使炉膛出口烟温产生相应变化。在一定的燃料量和热空气温度下，炉膛受热面大，传热量随之增加，使炉膛的出口烟温降低；而如果炉膛受热面布置较小时，意味着炉膛出口烟温提高。在锅炉负荷发生变化时，炉膛出口烟温则随负荷的大小而升降。通常炉膛出口烟温：对大型电站煤粉炉，约为1000℃-1200℃；对中小型锅炉，炉膛出口烟温不应低于950℃，其高值按燃料的灰分变形温度为限，且不超过1100℃。如果燃用液体燃料或气体燃料时，由于无结渣问题，可选1200℃左右。炉膛受热面除起到传热作用外，还有保护炉墙的作用。注意：炉膛的换热方式主要以辐射换热为主。对流受热面电站锅炉的对流受热面包括过热器、再热器、省煤器，工业锅炉的对流受热面则包括对流管束、过热器、省煤器。对带有空气预热器的锅炉，空气预热器从传热的角度看，也可作为对流受热面。炉膛烟气出口处，通常布置数排凝渣管束，以对后面的过热管起到保护作用，防止管束外表面结渣。凝渣管束的后方布置过热器，通过对流换热和辐射热将汽包(锅筒)出来的饱和蒸汽加热至所需参数的过热蒸汽，以提高电站的热效率。再热器布置于过热器后部，烟气通过对流换热将从汽轮机高压缸抽出的蒸汽在再热器中加热，称为再热过程，以提高热力循环的热效率和保证汽轮机的排汽干度。注意：过热器的传热方式既有辐射换热又有对流换热。再热器以对流换热为主。对流受热面电站锅炉的对流受热面包括过热器、再热器、省煤器，工业锅炉的对流受热面则包括对流管束、过热器、省煤器。对带有空气预热器的锅炉，空气预热器从传热的角度看，也可作为对流受热面。炉膛烟气出口处，通常布置数排凝渣管束，以对后面的过热管起到保护作用，防止管束外表面结渣。尾部对流受热面有两部分，一是省煤器，它使给水在进入锅筒之前，预先加热到某一温度(通常低于饱和温度或达到饱和温度)；二是空气预热器，做一日和尚撞一天钟空气在进入炉膛之前被加热到一定温度，以改善炉内的燃烧过程，同时降低排烟温度，提高锅炉的热效率。注意：省煤器与空气预热器都是对流受热面。电站锅炉的对流受热面包括过热器、再热器、省煤器，工业锅炉的对流受热面则包括对流管束、过热器、省煤器。对带有空气预热器的锅炉，空气预热器从传热的角度看，也可作为对流受热面。炉膛烟气出口处，通常布置数排凝渣管束，以对后面的过热管起到保护作用，防止管束外表面结渣。凝渣管束的后方布置过热器，通过对流换热和辐射热将汽包(锅筒)出来的饱和蒸汽加热至所需参数的过热蒸汽，以提高电站的热效率。1.2.3水的受热、汽化及过热过程该过程是饱和蒸汽的生产过程。给水加热器使给水加热到145-175℃(中压锅炉)或215-240℃(高压锅炉)，由给水管道将水送到省煤器，水在省煤器中被加热到某一温度后进入锅筒，然后沿下降管下行到水冷壁进口集箱，经适当分配后注入水冷壁管，水在水冷壁管内吸收炉膛内的辐射热后形成和水和饱和蒸汽的混合物，上升进入锅筒内，由汽水分离装置分离，蒸汽由锅筒上部流入过热器，分离下来的水仍参与水冷壁管内的循环。汽水混合物的分离设备是保证蒸汽品质和过热器工作可靠的必要设备。蒸汽流入过热器后继续被加热成具有一定温度和过热度的过热蒸汽。1.3．锅炉的工作过程1.3.1锅炉的燃烧过程什么是燃烧燃烧是燃料中的可燃物质与氧进行强烈氧化化反应的过程，这是一种复杂的物理化学综合过程。它需要具有一定的温度和浓度条件、一定的时间和空间条件。燃料进入锅炉燃烧的基本过程：燃烧炉膛(或炉排)除渣设备。高温烟气水冷壁过热器（凝渣管）对流管束尾部受热面(省、空)除尘引风机烟囱烟气的基本流程是：辐射辐射+对流对流对流1.3.2工质(水)的加热和汽化过程蒸汽的产生过程给水省煤器汽锅过热器汽轮机未饱和水饱和水饱和蒸汽过热蒸汽水循环过程汽锅下降管下集箱水冷壁1.4锅炉经济指标受热面蒸发率每m2蒸发受热面每小时所产生的蒸汽量，符号D/H；单位kg/m2·h锅炉热效率每小时送进锅炉的燃料（全部完全燃烧时）所能发出的热量中有有百分之几被用来产生蒸汽或加热水，以符号%表示。汽煤比一吨标准煤所能产生的蒸汽量。由于锅炉生产出蒸汽的参数不同，所以产生不同蒸汽参数的锅炉没有可比性。对于工业比较常用。2锅炉房设备2.1锅炉本体及其辅助设备2.2汽包2.3过热器与再热器2.4省煤器与空气预热器2.1锅炉本体及其辅助设备2.1.1锅炉本体设备包括：（1）汽锅、炉子、蒸汽过热器、省煤器和空气预热器、燃烧器、锅炉钢架；（2）锅炉附加受热面：蒸汽过热器、省煤器和空气预热器；（3）锅炉尾部受热面：省煤器和空气预热器。2.1.2锅炉房辅助设备（1）运煤、磨煤、除灰系统；（2）送引风系统；（3）水、汽系统(包括排污系统)；（4）电气、仪表。2.2汽包2.2.1汽包的做用（1）汽包是加热、蒸发、过热三个过程的连接枢纽，同时作为一个平衡器，保证水冷璧循环所需要的压头；（2）存有一定容量的水与汽，具有相当的蓄热量，当锅炉工况变化时，能起缓冲稳定汽压的作用；（3）装有汽水分离装置，保证饱和蒸汽的品质；汽包的特点（1）装有测量表计与安全附件，水位是锅炉最主要控制的参数；（2）是锅炉安装中时最重的的部件。480t/h蒸发量的锅炉汽包约重70吨到90吨。（3）制造工艺要求高。汽包是锅炉设备中制造工艺用最严格的部件。2.2.2汽水分离装置汽包内部的蒸汽净化装置的任务是减少蒸汽中锅水带杂技溶解问题。对中压和次高压锅炉主要是将锅水从蒸汽中分离出来，对高压锅炉除机械携带外，还要控制蒸汽中溶解的硅酸，而对超高压锅炉溶盐问题更重要的是除硅酸外还有氯化钠的溶解。2.3过热器与再热器2.3.1过热器和再热器的作用过热器与再热器是用来加热提高蒸汽温度的锅炉本体设备。虽然烯烃锅炉没有再热器，但由于再热器与过热器比较相似这里就一起介绍。2.3.2过热器和再热器的作用过热器：将饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽。再热器：将汽轮机高压缸排汽加热成具有一定温度的再热蒸汽。2.3.3过热器与再热器的特点过热器和再热器具有如下特点:(1)过热器和再热器是锅炉中金属壁温最高的受热面，对材质要求高。过热器与再热器的高温部分一般采用耐热的合金钢，如12Cr1MoV、10CrMo910、T91等。(2)过热器、再热器的阻力不能太大。(3)高热负荷区的过热器与再热器工质流速高。一般过热蒸汽的流速可以达到50-60m/s。(4)过热器和再热器出口汽温将随锅炉负荷的改变而变化。(5)过热器和再热器布置受锅炉参数影响。(6)在锅炉点火升炉或汽轮机甩负荷时，过热器、再热器需要采取保护措施。在锅炉点为时过热器与再热器内没有蒸汽冷却，管子直接受到高温烟气的加热容易发生局部过热。2.3.4过热器和再热器型式和结构过热器与再热器的型式和结构再热器与过热器的结构相似，故重点介绍过热器。过热器分类：（1）根据传热方式分：对流、辐射和半辐射式。在炉膛上方布置的过热器直接受到火焰的辐射，传热以辐射换热为主形成辐射换热器。在炉膛出品布置的过热器即受到辐射换热又受对流换热称为半辐射式换热器。在水平烟道和竖井烟道布置的过热器几乎只受到对流换热称为对流换热器。（2）根据烟气与管内蒸汽的相对流动方向分：逆流、顺流和混合流。（3）根据对流受热面的放置方式分：立式、卧式。（4）根据管子排列方式分：顺列、错列。（5）根据管圈数分：单管圈、双管圈、多管圈。（6）根据结构分：屏式过热器、壁式过热器、对流过热器。2.3.5蒸汽温度的调节蒸汽参数是表征锅炉特性的重要指标之一，不论是发电设备还是工艺设备都需要使用温度稳定的蒸汽，并要求在运行中不能有过大的偏差。一般锅炉出口蒸汽温度要保证在标准值的正5度与负10度之间。蒸汽温度的调节方法有蒸汽侧调节和烟汽侧调节。（1）蒸汽侧调节蒸汽侧调节汽温的主要手段是减温器。它是用冷却水（减温水）间接或直接冷却蒸汽的办法来达到减温的目的。减温器分为表面式减温器和喷水减温器两种；1）表面减温器是一种管式热交换装置，其特点是水与蒸汽不直接接触，利用锅炉给水或锅水来冷却蒸汽。它的结构为减温器壳体，上面有蒸汽引入、引出管接头。壳体内是U形管或螺形管、套管。冷却水由管子一端引入，另一端引出。蒸汽从壳体上部引入，垂直冲刷外管后，再由壳体下部引出。表面式减温器广泛用于中压锅炉上。2）喷水减温器又称混合式减温器，高压以上锅炉，几乎全部采用它来调节过热汽温。喷水减温器有多种结构形式，但原理是一样的，它是将减温水直接喷入过热蒸汽中吸收蒸汽的热量，使水加热，汽化和过热，从而降低蒸汽温度。它的特点是减温幅度大，汽温调节灵敏，易于自动化，且设备简单，但要求减温水的品质不低于蒸汽品质。（2）烟气侧调节烟气侧调节蒸汽温度的方法有以下几种：1）烟气再循环其工作原理是指省煤器后的一部分低温烟气，通过再循环风机送回炉膛，改变辐射受热面与对流受热面的吸热比例，以调节蒸汽温度。2)烟气挡板其方法是把锅炉后烟道用分隔墙分成平行的两个烟道。主烟道中布置再热器，次烟道布置过热器