发电厂热力设备锅炉部分_发电厂热力设备及系统

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西交《 发电厂热力设备》锅炉部分 第二章 锅炉的燃烧系统及其设备 课堂笔记

 主要知识点掌握程度

本章主要讲解了锅炉的燃烧系统及其设备，内容丰富，要求掌握的知识点多，掌握锅炉燃料煤的化学分析和工业分析；了解煤粉的一般物理特性；掌握煤粉细度的概念和计算；了解制粉系统的组成和主要设备；重点掌握锅炉机组热平衡的基本概念和计算；重点掌握煤粉炉的炉膛组成和具体要求；掌握燃烧器、点火装置、空气预热器的分类；掌握锅炉辅助设备风机、除尘器、除灰渣装置、脱硫装置的分类。

 知识点整理

一、燃料及燃烧

（一）锅炉燃料

1．燃料：燃烧以后可以放出大量热量的物质。

2.燃料总类：核能燃料—可控核裂变与和聚变；有机燃料—以各种形式在自然界存在的碳氢化合物。3.有机燃料的物理状态分为：固体燃料、液体燃料和气体燃料。4.煤的成分及其性质

（1）可燃成分和不可燃成分组成的复杂组合物，结构非常复杂；

（2）各组成元素并不单独游离存在，而是以复杂的化合物存在，成分十分不均匀；（3）煤的化学分析（元素分析）成分分为：C，H，O，N，S，A(ash)，M(moisture)；

1）碳（C）

最主要的可燃质，煤是富含碳的燃料；

燃烧产物主要是CO2；

碳含量取决于碳富集程度，炭化及年龄；

碳的发热量：7800kcal/kg，4.182系数；

一般含量：30%~70%；

关于热量单位：kcal（工程）, kJ（国际）, BTU（英制）… 2）氢（H）

发热量很高，达28600kcal/kg，极易燃烧；

煤中含量很少，仅为2%~5%；

液体燃料中可达到14%；

天然气中最多。3）硫（S）

部分S属于可燃质；

发热量仅2160kcal/kg；

对锅炉设备及环境的危害很大；

硫的含量0.2~5%，甚至更高，超过1%，既为高硫煤；

在煤中硫以三种状态存在：

4）氧（O）

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1.氧不可燃，且不助燃，氧不以游离状态存在于煤中，与煤中的氢和碳组成化合物，占据部分可燃质，使煤发热量降低。

2.氧的含量1~15%，木柴中的氧含量达到20%~25%。

5）氮（N）氮是一种不利的元素，在高温环境下，与氧形成氮氧化物，对环境危害极大；煤中氮的含量1%左右。

6）灰分（A）：煤中不可燃矿物杂质，成分十分复杂，大多数煤的灰分含量7%~40%。

7）水分（M）：含量一般在1～30%，多在10%左右。

（二）煤的工业分析

1.定义：测定煤中水分、挥发分、固定碳和灰分等四种成分的质量百分数。2.水分（W）：实际应用状态下的煤中所含水分，也称为全水分。

3.挥发分（V）：失去水分的煤样在隔绝空气的条件下加热到一定温度时，煤分解逸出的部分可燃质和矿物质；主要成分是CO、CO2、CmHn、H2等。

4.固定炭（FC）+灰分（A）：失去水分并放出挥发份后所剩余的残留物称为焦炭。

二、制粉系统及其设备

（一）煤粉的特性

煤粉的一般物理特性：

1．尺寸小：1μm～300μm，20μm～60μm最多。2．表面积大：300～1600m2/kg。

3．堆积比重小，新鲜煤粉：0.45～0.6t/m3，旧煤粉：0.8～0.9t/m3；

4．自然倾角小，自流性，流动性好，易沉积，吸附空气形成云雾状气粉混合物，象水的流动，管道输送；易泄露，制粉系统要求严密，安全性差；

5．具有自燃性和爆炸性。

（二）煤粉细度

（1）定义与测定方法：

1）颗粒最重要的物理参数是粒径，粉体的平均粒径由筛分分析得到；

2）采用筛分法测量（TYLER标准筛。），煤粉细度用Rx表示，表示筛孔尺寸为X（μm）的某筛上筛后剩余量的百分比%。

3)RX越小，煤粉越细;

Rxaab100%式中，a—剩余量；b—通过量。

4)燃煤火电厂煤粉细度的表示方法:

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采用筛号来表示：每平方厘米上（每平方英寸上）的孔眼数目，譬如，30号筛或70号筛等； RX：R90，R200 等；R90—70号筛；R200—30号筛。

（三）制粉系统

1.定义：指将原煤磨制成煤粉，然后送入锅炉炉膛进行悬浮燃烧所需设备和相关连接管道的结合。2.分类：中间仓储式制粉系统，直吹式制粉系统。

（四）制粉系统的主要设备

1．磨煤机：根据转速分类，磨煤机可分为

1）低速磨煤机：15～250r/min；钢球磨煤机，常用；优点：对煤种的适应性强，有较强的磨煤能力，工作可靠，能连续可靠地运行；缺点：设备笨重，占地面积大，耗电量较大，特别是低负荷运行时，单位电耗很高；

2）中速磨煤机：50～300r/min；常用；结构紧凑，占地小，金属耗量小，投资少，耗电省，噪音较小，调节灵敏，压碎为主，研碎为辅，通风干燥能力不强，不能磨较硬的煤；

3）高速磨煤机（风扇磨）：500～15000r/min；优点是结构简单，制造方便，尺寸小，占地少，初投资低，磨煤机内存煤量较小，适应符合变化快；缺点是磨损严重，不宜磨硬煤和水分大的煤，煤粉均匀性差等。

2.给煤机

（1）作用：根据磨煤机或锅炉负荷的需要调节给煤量，并把原煤均匀地送入磨煤机。（2）种类：圆盘式给煤机，电磁振动式给煤机，刮板式给煤机和电动式皮带给煤机。

1）圆盘式给煤机的调节给煤量的方法：调整刮板位置来调节给煤量，调节套筒位置来调节给煤量，调节圆盘转速来调节给煤量。

2）圆盘式给煤机的优缺点：优点是结构简单、紧凑，设备严密；缺点是供给湿煤时易堵塞； 3）电磁振动式给煤机的调节给煤量的方法：调节给煤闸门的位置来调节给煤量，用调节器来调节电压以实现给煤量的调节，用晶闸管改变电路中电流的大小来调节给煤量；

4）电磁振动式给煤机的优缺点：优点是结构简单，造价低，占地面积小，维护简单，检修方便，给煤均匀，耗电量小，易于调节，体积小，重量轻；缺点是煤太潮湿时煤量调节困难，要求电源电压稳定；

5）刮板式给煤机的调节给煤量的方法：通过每层厚度调节板调节给煤量，通过改变链轮转速调节给煤量；

6）刮板式给煤机的优缺点：优点是结构合理，系统布置灵活，能满足较长距离的供煤要求，可制成全密封式；缺点是占地面积大，当煤块过大或煤中有余物时卡住；

7）电子重力式皮带给煤机的调节给煤量的方法：根据锅炉负荷来控制驱动电动机的转速，使实际给煤量与锅炉所需给煤量相一致；

8）电子重力式皮带给煤机的优缺点：优点是具有先进的皮带转速测定装置，精确度高的称重机构，良好的过载保护及完善的检测装置。

3.粗粉分离器

（1）作用：将不合格的粗粉分离出来再回到煤粉机中重磨，合格的煤粉送入细粒分离器或直接供给锅炉燃烧使用。

（2）工作原理：利用粗、细粉的重力、惯性力和离心力的不同而分开的。

（3）粗粒分离器的煤粉细度的调节方法：改变折向挡板的角度，调节磨煤通风量，调节活动套筒位置。

4.细粉分离器

（1）作用：将煤粉从粗粒分离器送出的气粉混合物中分离出来，以便将煤粉储存在煤粉仓中。（2）工作原理：利用气流旋转所产生的惯性离心力使气粉混合物中的煤粉与空气分离出来。5.给粉机

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（1）作用：根据锅炉负荷的需要，把煤粉仓中的煤粉均匀地送至一次风管。

（2）工作原理：当电动机经减速器带动给粉机主轴转动时，固定在轴上的上、下叶轮也同时转动，煤粉在给粉机中由固定盘上右侧的下粉孔落入上叶轮的槽道内，再由上叶轮博送至左侧下板孔，落入下叶轮的槽道内，最后由下叶轮拨至右侧送入一次风管。

三、锅炉机组的热平衡

（一）锅炉的热平衡

燃料的化学能转变为蒸汽的热能，一定存在有效利用热和损失的热量。

（1）热平衡的定义：送入锅炉的燃料拥有热量等于锅炉的有效输出热量加上各项热损失。

（2）目的：确定锅炉有效利用热，各项热损失，锅炉热效率，燃料消耗量，运行水平，原因及改进措施，新产品的鉴定等；

（3）方法：通过锅炉机组的热平衡试验；

（4）现代电站锅炉的效率为90%左右，容量越大、效率越高。2．热平衡方程式

（1）相应于每公斤固体及液体燃料：kJ/kg

其中，（二）锅炉的各项热损失

1.机械不完全燃烧损失：排烟所带出的飞灰和炉底排出的炉渣中含有未燃尽的碳所造成的热量损失。2.化学不完全燃烧热损失：排出烟气中含有可燃气体所引起的热损失。

3.排烟热损失：指离开锅炉的烟温高于周围空气温度所形成的热损失，影响排烟热损失的主要因素是排烟温度和排烟量。

4.散热损失：指锅炉在运行中，汽包、联箱、汽水管道、炉墙等的温度都高于周围空气的温度，通过对流和辐射的方式向外散失的热量损失。

5.灰渣物理热损失：指从炉底排出的高温灰渣所引起的热损失。

（三）锅炉输入热量

对应于1kg固体或液体燃料输入锅炉的热量Qr包括燃料收到基地位发热量、燃料的物理显热、外来热源加热空气时带入的热量和雾化燃油所用蒸汽带入的热量。

（四）锅炉效率

心系天下求学人 Page 4 of 6 专业 专注 周到 细致 Qr—送入锅炉的热量； Q1—有效利用热； Q2—排烟热损失； Q3—化学不完全燃烧损失； Q4—机械不完全燃烧损失； Q5—散热损失； Q6—其它热损失。（2）热平衡的另一种表示式 奥鹏远程教育中心助学服务部

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1.锅炉热效率的定义：指锅炉有效利用热量与锅炉输入热量之比的百分数。2.锅炉总的有效利用热公式： QzDgr(igrigs)Dzq(izqizq)Djw(izqigs)Dbq(ibqigs)Dps(ibsigs)“”'zq“式中，Dgr，Dzr，Dpw——过热蒸汽、再热蒸汽、锅炉排污的流量，Kg/h；

hgrhzr

’’’’’，hgs——过热器出口蒸汽和锅炉给水的焓，KJ/Kg；，hzr——再热器出、入口蒸汽的焓，KJ/Kg； ’hpg——锅炉每小时的燃料消耗量，Kg/h； 反平衡法：gl100(q2q3q4q5q6)正平衡法：glq1 燃料消耗量：BQzQ1Qr100%QzBQr%，glQr100% Qz—锅炉总的有效利用热，kcal/h，kJ/h。

四、燃烧设备

（一）煤粉炉的炉膛

1.煤粉炉的燃烧设备组成：炉膛、燃烧器、点火装置、为燃料燃烧提供热风的空气预热器。2.煤粉炉的炉膛：也叫燃烧室，是供煤粉进行悬浮燃烧的地方。

3.为保证燃料完全燃烧，又能使炉膛出口烟温降低到灰熔点以下，以便使出口以后对流受热面不结渣。炉膛应满足以下要求：

（1）良好的炉内空气动力特性；

（2）能布置足够的受热面，将炉膛出口烟温降到容许的数值，以保证炉膛出口及其后的受热面不结渣；（3）有合适的热强度。

（二）燃烧器

1.作用：将携带煤粉的一次风和助燃的二次风喷入炉膛，并组织一定的气流结构，使煤粉迅速稳定地着火；同时使煤粉和空气充分混合，达到煤粉再炉内迅速完全燃烧。

2．煤粉燃烧器的分类：旋流燃烧器，直流燃烧器。

（1）旋流燃烧器的特点：着火快，火焰行程短，煤粉与空气初期混合强烈；但气流在炉内旋转扩展，动能衰减较快，则后期气粉混合不够强烈；

（2）旋流燃烧器的布置方式：前墙，两侧墙，炉底布置，炉顶布置；

（3）直流燃烧器的特点：使

一、二次风与炽热的烟气能再炉膛中得到良好的混合和扰动，大大改善了煤的着火和燃烧条件；

（4）根据燃烧器中

一、二次风喷口的排列顺序，直流燃烧器可分为均等配风和分级配风两种。

（三）点火装置

锅炉点火装置主要是再锅炉机组启动是，用它来点燃住燃烧器的煤粉气流。

现代大、中型煤粉炉常采用过度燃料的点火装置，可分为气-油-煤粉的三级点火系统和油-煤粉的二级点火系统两种。

电器点火器的分类：电火花点火器，电弧点火器，高能点火器。电火花点火器的三级点火系统及其点火程序见课本图2-30。

（四）空气预热器

1.空气预热器的定义：利用锅炉尾部烟气的热量加热燃料燃烧所需用的空气，降低排烟温度，提高锅炉效率。

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2.空气预热器的分类：管式空气预热器，回转式空气预热器。

五、辅助设备

（一）风机

火电厂使用的风机有：

1.送风机：提供燃料再锅炉炉膛内燃烧时所需要的空气。2.引风机：及时排出燃料在锅炉炉膛内燃烧时所生成的烟气。3.一次风机：将磨制好的煤粉派送至炉膛。4.密封风机：防止磨煤机正压运行时的煤粉外漏。风机按其工作原理分为离心式和轴流式两大类型。

（二）除尘器

火力发电厂的除尘器按工作原理的不同非为机械式除尘器和电气除尘器两大类。

（三）除灰渣装置

火力发电厂的除灰系统可分为灰渣混除和灰渣分除两种。

（四）脱硫装置：循环流化床脱硫和湿法烟气脱硫。

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