电厂锅炉设备及系统电厂锅炉设备及系统电厂锅炉设备及系统电厂锅炉设备及系统能源与环境工程学院动力工程系能源与环境工程学院动力工程系第一节第一节 电厂锅炉的构成和工作过程电厂锅炉的构成和工作过程一一. . 电厂锅炉的构成和工作过程电厂锅炉的构成和工作过程 发电厂是生产电能的工厂。根据生产电能的能源不发电厂是生产电能的工厂。根据生产电能的能源不 同，主要有火力发电厂、水电站和核电站。此外，还有同，主要有火力发电厂、水电站和核电站。此外，还有 少量的风能、太阳能和潮汐发电厂等。而火力少量的风能、太阳能和潮汐发电厂等。而火力 发电厂是发电厂是 目前世界大多数国家电能生产的主力电厂。目前世界大多数国家电能生产的主力电厂。 火力发电是利用煤、石油或天然气等燃料的化学能来火力发电是利用煤、石油或天然气等燃料的化学能来 生产电能的。根据我国的燃料政策，我国火电厂的燃料生产电能的。根据我国的燃料政策，我国火电厂的燃料 主要是煤，即为燃煤电厂，主要是煤，即为燃煤电厂， 燃煤火电厂的生产过程如图燃煤火电厂的生产过程如图1 11 1所示。所示。由上可以看出，在火力发电厂的生产过程中存在着三由上可以看出，在火力发电厂的生产过程中存在着三 种形式的能量转换：在锅炉中燃料的化学能转变为热能；种形式的能量转换：在锅炉中燃料的化学能转变为热能； 在汽轮机中热能转变为机械能；在发电机中机械能转变在汽轮机中热能转变为机械能；在发电机中机械能转变 为电能。锅炉、汽轮机和发电机称为火力发电厂的三大为电能。锅炉、汽轮机和发电机称为火力发电厂的三大 主机。主机。 锅炉是火力发电厂三大主机中最基本的能量转换设备。锅炉是火力发电厂三大主机中最基本的能量转换设备。 其作用是利用燃料在炉内燃烧释放的热能加热给水，产生其作用是利用燃料在炉内燃烧释放的热能加热给水，产生 规定参数规定参数( (温度、压力温度、压力) )和品质的蒸汽，送往汽轮机和品质的蒸汽，送往汽轮机做功。做功。 我国电厂锅炉的燃料主要是煤。将煤磨制成煤粉，然后送我国电厂锅炉的燃料主要是煤。将煤磨制成煤粉，然后送 入锅炉炉膛中燃烧，这种锅炉便是煤粉炉。入锅炉炉膛中燃烧，这种锅炉便是煤粉炉。 1. 1. 电厂锅炉的构成和工作过程电厂锅炉的构成和工作过程 图图1 12 2是一台典型煤粉炉及其辅助系统示意图，可以用是一台典型煤粉炉及其辅助系统示意图，可以用 来说明锅炉的主要构成和工作过程。来说明锅炉的主要构成和工作过程。电厂锅炉由锅炉本体和辅助设备组成。电厂锅炉由锅炉本体和辅助设备组成。 电厂锅炉机组是由锅炉本体、辅助系统和附属设备、电厂锅炉机组是由锅炉本体、辅助系统和附属设备、 锅炉附件等构成的。锅炉本体主要包括锅炉附件等构成的。锅炉本体主要包括“ “锅锅” ”和和“ “炉炉” ”，“ “锅锅” ”部分：省煤器、汽包、下降管、水冷壁、过热器、部分：省煤器、汽包、下降管、水冷壁、过热器、 再热器、进出口联箱及汽水联通管道等。再热器、进出口联箱及汽水联通管道等。 “ “炉炉” ”部分：炉膛、燃烧设备、烟道和风道等。部分：炉膛、燃烧设备、烟道和风道等。此外，锅炉本体还包括此外，锅炉本体还包括 用来固定和悬吊锅炉部件、受热用来固定和悬吊锅炉部件、受热 面、炉墙等设备的构架面、炉墙等设备的构架( (包括平台扶梯包括平台扶梯) )。 现代大型电厂锅炉机组的辅助系统和附属设备较多。现代大型电厂锅炉机组的辅助系统和附属设备较多。 辅助系统包括：燃料供应系统、煤粉制备系统、给水系辅助系统包括：燃料供应系统、煤粉制备系统、给水系 统、通风系统、除尘除灰系统、吹灰系统，水处理系统、统、通风系统、除尘除灰系统、吹灰系统，水处理系统、 测量及控制系统等。各个辅助系统都配有相应的附属设测量及控制系统等。各个辅助系统都配有相应的附属设 备和控制装置。备和控制装置。由于火电站工艺流程复杂，设备众多，直接由人工控由于火电站工艺流程复杂，设备众多，直接由人工控 制则很难保证各设备及系统的正常运行，因此现代火电站制则很难保证各设备及系统的正常运行，因此现代火电站 均配有先进的计算机集散控制系统（均配有先进的计算机集散控制系统（DCSDCS），），同时具有机同时具有机 组的数据采集系统（组的数据采集系统（DASDAS）, , 协调控制系统（协调控制系统（CCSCCS），），其其 下还包括很多子系统。另外锅炉还有燃烧安全监控系统下还包括很多子系统。另外锅炉还有燃烧安全监控系统 （FSSSFSSS）等等。等等。2. 2. 电厂锅炉的两大系统电厂锅炉的两大系统 综上所述，电厂锅炉的工作过程可以分成两大系统的综上所述，电厂锅炉的工作过程可以分成两大系统的 工作过程，即燃烧系统和汽水系统。工作过程，即燃烧系统和汽水系统。 图图1 13 3和图和图1 14 4便是电厂锅炉的燃烧系统和汽水系统。便是电厂锅炉的燃烧系统和汽水系统。第二节第二节第二节第二节 电厂锅炉的特征和分类电厂锅炉的特征和分类电厂锅炉的特征和分类电厂锅炉的特征和分类一、锅炉容量与参数一、锅炉容量与参数 1.1.锅炉容量锅炉容量 锅炉容量即锅炉蒸发量，它是反映锅炉生产能力大锅炉容量即锅炉蒸发量，它是反映锅炉生产能力大 小的基本特性数据。常用符号小的基本特性数据。常用符号D D表示，单位为表示，单位为t th h。习惯习惯 上，电厂锅炉容量也用与之配套的汽轮发电机组的电功上，电厂锅炉容量也用与之配套的汽轮发电机组的电功 率来表示，如率来表示，如300300MWMW。 在大型锅炉中，锅炉容量又分为额定蒸发量和最大连在大型锅炉中，锅炉容量又分为额定蒸发量和最大连 续蒸发量。蒸汽锅炉的额定蒸发量续蒸发量。蒸汽锅炉的额定蒸发量( (BECR)BECR)是指在额定是指在额定 蒸汽参数、额定给水温度、使用设计燃料并保证热效率时蒸汽参数、额定给水温度、使用设计燃料并保证热效率时所规定的蒸所规定的蒸 汽量。汽量。 蒸汽锅炉的最大连续蒸汽量蒸汽锅炉的最大连续蒸汽量( (BMCR)BMCR)是指在额定蒸汽参数是指在额定蒸汽参数 额定给水温度、使用设计燃料，长期连续运行时所达到的最额定给水温度、使用设计燃料，长期连续运行时所达到的最 大蒸汽量。一般大蒸汽量。一般 BMCR = (1.03BMCR = (1.03一一1.2)1.2)BECRBECR。 2. 2. 蒸汽参数蒸汽参数 锅炉蒸汽参数是说明锅炉蒸汽规范的特性数据，一般指锅炉蒸汽参数是说明锅炉蒸汽规范的特性数据，一般指 锅炉过热器出口处的蒸汽温度和蒸汽压力锅炉过热器出口处的蒸汽温度和蒸汽压力( (表压力表压力) )，分别用，分别用符号符号 P P 和和t t表示，单位分别为表示，单位分别为 MPaMPa 和和 。 锅炉设计时所规定的蒸汽压力和温度称为额定蒸汽压力锅炉设计时所规定的蒸汽压力和温度称为额定蒸汽压力 和额定蒸汽温度。对于具有再热器的锅炉，蒸汽参数还应包和额定蒸汽温度。对于具有再热器的锅炉，蒸汽参数还应包 括再热蒸汽压力、再热蒸汽温度和再热蒸汽流量。括再热蒸汽压力、再热蒸汽温度和再热蒸汽流量。? ? 二、锅炉的分类和型号二、锅炉的分类和型号? ?( (一一) )锅炉分类锅炉分类? ?锅炉的分类方法很多，主要有以下几种。锅炉的分类方法很多，主要有以下几种。? ?1 1按锅炉容量分类按锅炉容量分类? ?2 2按锅炉的蒸汽压力分类按锅炉的蒸汽压力分类? ?我国我国300300MWMW火力发电机组的锅炉绝大多数采用亚临界火力发电机组的锅炉绝大多数采用亚临界 参数，只有少数采用超临界参数。亚临界压力锅炉都采用参数，只有少数采用超临界参数。亚临界压力锅炉都采用 中间过热，即都装设有再热器。中间过热，即都装设有再热器。? ?3 3按炉内燃烧方式分类按炉内燃烧方式分类? ?锅炉有四种不同的燃烧方式，对应于四种不同的锅炉，锅炉有四种不同的燃烧方式，对应于四种不同的锅炉， 即火床炉、旋风炉、室燃炉和循环流化床炉，大型电厂锅即火床炉、旋风炉、室燃炉和循环流化床炉，大型电厂锅 炉通常采用室燃炉和循环流化床炉。炉通常采用室燃炉和循环流化床炉。 ? ? (1)(1)室燃炉。室燃炉。? ?燃料以粉状、雾状或气态随同空气喷入炉膛中进行燃燃料以粉状、雾状或气态随同空气喷入炉膛中进行燃 烧的方式称为火室燃烧方式，用火室燃烧方式来组织燃烧烧的方式称为火室燃烧方式，用火室燃烧方式来组织燃烧 的锅炉称为室燃炉。如果是燃用煤的话，则称为煤粉炉的锅炉称为室燃炉。如果是燃用煤的话，则称为煤粉炉? ?粉状、雾状燃料颗粒随同空气一烟气流作连续的运动，粉状、雾状燃料颗粒随同空气一烟气流作连续的运动， 燃料颗粒悬浮在空气一烟气流中，连续流过炉子空间，并燃料颗粒悬浮在空气一烟气流中，连续流过炉子空间，并 在悬浮状态下着火、燃烧，直至燃尽。所以火室燃烧方式在悬浮状态下着火、燃烧，直至燃尽。所以火室燃烧方式 也叫悬浮燃烧方式。煤粉炉、燃油锅炉和燃气锅炉都属于也叫悬浮燃烧方式。煤粉炉、燃油锅炉和燃气锅炉都属于 室燃炉。特别是煤粉锅炉，它是现代大中型电站锅炉的主室燃炉。特别是煤粉锅炉，它是现代大中型电站锅炉的主 要形式。要形式。? ?煤粉炉一般采用的燃烧方式是直流燃烧器四角布置切煤粉炉一般采用的燃烧方式是直流燃烧器四角布置切 圆燃烧方式、旋流燃烧器前后墙布置对冲燃烧方式和圆燃烧方式、旋流燃烧器前后墙布置对冲燃烧方式和WW型型 火焰燃烧方式火焰燃烧方式? ?下图是典型的煤粉炉采用的燃烧方式，即采用直流燃下图是典型的煤粉炉采用的燃烧方式，即采用直流燃 烧器四角布置切圆燃烧方式，燃燃器喷口布置在炉膛四个烧器四角布置切圆燃烧方式，燃燃器喷口布置在炉膛四个 角上，将煤粉和空气以一定的角度喷入炉膛，在炉内形成角上，将煤粉和空气以一定的角度喷入炉膛，在炉内形成 旋转火炬。空气和煤粉在炉内混合强烈，着火条件优越，旋转火炬。空气和煤粉在炉内混合强烈，着火条件优越， 燃烧稳定，有利于煤粉的完全燃烧。燃烧稳定，有利于煤粉的完全燃烧。? ? (2)(2)循环流化床炉。循环流化床炉。? ?流化床燃烧方式就是燃料颗粒在大于临界风速流化床燃烧方式就是燃料颗粒在大于临界风速( (由固定床转由固定床转 ? ? 化为流化床的风速化为流化床的风速) )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，和污染物排放少等，4040多年来发展很快，应用范围已从中、小多年来发展很快，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。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比美，在循环流化床锅炉性能在很多方面都可与煤粉炉相比美，在 ? ? 减少污染方面还优于煤粉炉，所以循环流化床锅炉出现以后，减少污染方面还优于煤粉炉，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。的环境污染问题，因此促进了此类锅炉的发展。? ?下图为循环流化床锅炉的简图下图为循环流化床锅炉的简图? ? 4 4按锅炉蒸发受热面内工质的流动方式分类按锅炉蒸发受热面内工质的流动方式分类? ?按工质在蒸发受热面内的流动方式可以将锅炉分成：自然循环按工质在蒸发受热面内的流动方式可以将锅炉分成：自然循环 锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉和复合循环锅炉。锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉和复合循环锅炉。 ? ? (1) (1) 自然循环锅炉。自然循环锅炉。? ?