《锅炉受热面》PPT课件.ppt

第二章 火力发电2.2 锅炉设备,2.2 锅炉设备,二、电厂锅炉常用燃料,三、煤的燃烧计算与锅炉热平衡,四、煤粉及其制备系统,五、煤粉燃烧及燃烧设备,六、锅炉受热面,七、锅炉主要辅助设备,一、基本概述,锅炉受热面：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。对流受热面电站锅炉的对流受热面包括过热器、再热器、尾部对流受热面（省煤器、空气预热器）,锅炉整体布置图,冷灰斗,燃烧器,省煤器,屏式过热器,一级过热器,末级过热器,低温再热器,高温再热器,空预器,炉膛及水冷壁,冷空气 烟气 烟气 烟气 烟囱 引风机 除尘器 空气预热器 细微灰粒 飞灰（二次风）灰渣沟 原煤 排粉风机（一次风）烟气 烟气给煤机 磨煤机 燃烧器 炉膛 水平烟道 尾部烟道 原煤 风、粉 风、粉 未燃煤粒 灰渣 灰渣 灰渣 灰渣沟 排渣装置 冷灰斗 未燃煤粒 未燃煤粒,煤、风、烟系统,汽机主凝结水 水 水 汽水混合物 给水泵 省煤器 汽包 汽水分离器 化学补充水 汽水混合物 下降管 下联箱 水冷壁 上联箱 导汽管 水 水 水 汽水混合物 汽水混合物饱和蒸汽 过热蒸汽 过热器 汽轮机调节级,汽、水 系 统,一、自然循环原理：依靠下降管中的水和上升管中的汽水混合物之间的密度差作为循环推动力。蒸发受热面的组成：汽包、下降管、水冷壁、联箱,1、炉膛受热面,（1）汽包的作用 预热、汽化、过热三个过程的连接枢纽和大致分界点；具有一定的储热能力，可以缓解汽压的变化速度。,（1）内部汽水分离装置、蒸汽清洗装置等，提高蒸汽品质。附件：安全门、水位计等，保证汽包安全,（2）下降管 将水连续不断地送往下联箱供给水冷壁（3）联箱 汇集、混合、分配工质,1、炉膛受热面汽包,汽包,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。,1、炉膛受热面汽包,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。,1、炉膛受热面汽包,汽包的吊装,水冷壁的作用吸收炉内的辐射热,使水部分蒸发形成饱和蒸汽；保护炉墙，简化炉墙结构；节省金属，降低造价。,1、炉膛受热面水冷壁,水冷壁的结构,水冷壁分光管壁、膜式壁两种 膜式壁炉膛气密性好,可减少漏风,降低热损失,提高锅炉效率；有较大的辐射受热面积，可降低受热面金属耗量；炉墙重量轻，便于采用悬吊结构；可防止管壁超温。,1、炉膛受热面水冷壁,水冷壁的制造,锅炉厂,水冷壁的吊装,过热器的作用：把汽包引出的饱和蒸汽加热成为具有一定过热度的过热蒸汽。再热器的作用：将汽轮机高压缸排汽重新加热成为具有新汽温度或略低于新汽温度的过热蒸汽。,工作条件:烟气温度高；蒸汽传热性能差;材料允许的极限温度接近材料工作温度,2、过热器与再热器,一、为何采用过热器和再热器,1提高机组循环效率提高蒸汽压力、温度。提高温度很难，提高压力受到限制，否则排汽湿度过高，因此采用再热器，同时提高循环效率。2保证汽轮机的安全运行若不过热，相当于卡诺循环，采用饱和蒸汽，湿度大，不能满足汽轮机的要求。过热器与再热器为电站锅炉的主要受热面。,2、过热器与再热器,二、过热器和再热器的工作特性,（1）过热器的工作特性,管壁对高温蒸汽的对流放热系数较小，传热性能较差，对管壁的冷却能力较低；,布置在炉膛出口附近，管壁工作温度高；,热偏差。,2、过热器与再热器,（2）再热器的工作特性,再热系统的压降不超过再热蒸汽压力的10%；,蒸汽对管壁冷却能力差；,对热偏差敏感，管子易超温；,布置在烟温较高，热负荷较大的区域，容易超温。,二、过热器和再热器的工作特性,2、过热器与再热器,过热器的汽温调节方式：喷水减温 即在高温蒸汽中喷入高纯度的除盐水，水滴的汽化使蒸汽的温度降低。调节喷入的水量，可以达到调节汽温的目的。,再热器的吊装,三、过热器和再热器的种类,过热器与再热器的结构形式基本相同,过热器与再热器的种类,半辐射式对流+辐射，稀疏管屏，布置在炉膛的上部,对流式以对流传热方式为主，密集蛇型管束，布置在对流烟道,辐射式以辐射传热方式为主，布置在炉膛的壁面上,2、过热器与再热器,对流过热器按烟气与蒸汽相对流向的布置方式（a）顺流布置；（b）逆流布置；（c）双逆流布置；（d）串联混合流布置,四、布置方式,2、过热器与再热器,五、对流式过热器和再热器结构特点,烟气与管内蒸汽的相互流向 顺流，逆流，混合流蛇型管圈的布置方式 垂直式（布置在水平烟道）优点：吊挂方便，积灰少。缺点：停炉时易发生积水 腐蚀，再起动时，会形成气塞及水击。水平式：与上相反（布置在垂直烟道）。,2、过热器与再热器,六、辐射过热器,定义,分类,布置在炉膛上部，以吸收炉膛辐射热为主的过热器。,屏式过热器,墙式过热器,顶棚过热器,包覆墙过热器,2、过热器与再热器,六、辐射过热器,2、过热器与再热器,1采用的原因 大容量高参数锅炉的过热吸热份额超过50%，300MW以上机组 需考虑辐射式过热器；降低炉膛出口烟温；布置在高温区可降低金属耗量；汽温特性平稳。2.工作条件 炉膛热负荷高 蒸汽冷却效果差 锅炉起动和低负荷运行时会处于干烧，须有冷却保护措施 工作条件最差的锅炉受热面,七、过热器的系统,将不同形式的过热器以最安全、最经济的 方式连接在一起，有各种不同的形式。考虑的因素（1）经济性：从传热性能出发，省金属。先对流后辐射，形成总的逆流 温差大，传热最理想。（2）安全性：顺流最安全，使高温介质处于 低温烟区，先辐射后对流。,2、过热器与再热器,七、过热器的系统,过热器系统的一般布置规律（1）先通过辐射式过热器。蒸汽在饱和线附近具 有较大的比热容，工质吸收较多热量而温度升高不多，且传热温压大。（2）将过热器划分为若干段，各段之间采用集箱联接，中间进行交叉混合，保证吸热均匀。,2、过热器与再热器,八、再热器系统与调温,再热器与过热器布置的原则基本一致，再热器一般均为对流式，分为低温段与高温段，原则上再热器蒸汽不能采用喷水调温方式（经济性考虑），只设置事故喷水减温，在汽温过高时采用。,2、过热器与再热器,汽温特性：即汽温随锅炉负荷变化的规律，汽温调节 主要是在锅炉变化负荷时进行。对流式过热器与辐射式过热器的汽温特性是相反的对流式：随锅炉负荷增加，燃煤量增加，汽温升高；反之降低；辐射式：随负荷增加，火焰温度变化不大，辐射热负荷增加不多，但蒸汽流量增加，相当于 每公斤工质的吸热量减少，因此，汽温降低；反之增加。,九、过热器、再热器的汽温特性,2、过热器与再热器,希望得到平稳的汽温特性设计时采用适当比例的辐射式过热器，则可以达到较平稳的汽温特性，较小容量的锅炉以对流式过热器为主，大容量锅炉辐射式过热器比例增加。再热器的汽温变化幅度更大工质进口参数随负荷降低而下降（而过热器入口温度不变），升温幅度大；再热器多为纯对流式受热面，辐射的比例更小；再热蒸汽的比热小，对吸热变化更加敏感。,2、过热器与再热器,锅炉负荷 蒸汽温度与锅炉负荷之间的关系称之为汽温特性，采用不同传热方式的过热器与再热器，汽温变化特性不同,一、运行中影响汽温的因素,对流受热面 锅炉负荷D增加，流经对流受热面烟速和烟温提高，工质焓增升高，出口蒸汽温度上升，图中曲线2,辐射受热面 锅炉负荷D增加，工质流量和煤耗量B相应增加，炉内辐射热 Qf 并不按比例增多，Qf/D 减少，辐射受热面中蒸汽的焓增减少，出口蒸汽的温度下降，图中曲线1，炉膛出口烟温因此上升,采用辐射一对流式受热面，可获得较为平坦的汽温变化特性，减小汽温调节幅度，提高机组对负荷变化的适应性,3、气温调节,过量空气系数 增加，炉膛温度水平降低，辐射传热减弱，辐射受热面出口汽温降低；对流过热器则由于燃烧生成的烟气量增多，烟气流速增大，对流传热加强，导致出口过热汽温升高,以后者为主,给水温度tgs tgs降低，煤耗量B增加，炉内烟气量增加，出口烟温增加，对流受热面出口蒸汽温度因此升高。辐射式受热面的出口汽温影响不大,燃料性质 燃煤中的M和A增加，烟气容积增大，烟速提高；而炉内温度水平降低，出口烟温升高，过热器出口汽温升高。煤粉变粗时，煤粉在炉内燃烬时间增长，火焰中心上移，导致汽温升高,一、运行中影响汽温的因素,3、气温调节,受热面污染情况 过热器之前的受热面发生积灰或结渣时，进入过热器区域的烟温增高，过热汽温上升；过热器本身严重积灰、结渣或管内结垢时，导致汽温下降,燃烧器的运行方式 摆动燃烧器喷嘴向下倾斜或多排燃烧器从上排喷嘴切换至下排，由于火焰中心下移，会使汽温下降。反之，汽温则会升高,一、运行中影响汽温的因素,3、气温调节,运行中规定汽温偏离额定值的波动不能超过一10十5 汽温过高，金属的许用应力下降，危及机组的安全运行；汽温下降，循环热效率降低；再热汽温变化过于剧烈，还会引起汽机中压缸的转子与汽缸之间的相对胀差变化，汽机振动增大,蒸汽侧调节 通过改变蒸汽热焓调节汽温，主要有喷水减温器,烟气侧调节 通过改变锅炉内辐射受热面和对流受热面的吸热量分配比例的方法（如烟气再循环、摆动燃烧器）或改变流经过热器、再热器烟气量的方法（如分隔烟气挡板）调节汽温,蒸汽调温的主要方式,3、气温调节,二、气温调节,喷水减温器是将清洁度很高的水直接喷入过热蒸汽中以降低汽温 喷水减温装置通常安装在过热器连接管道或联箱中 主要有旋涡式、多孔喷管式两种 结构简单、调节灵敏，易于自动化，可靠性高,三、喷水减温方法,3、气温调节,四、分隔道挡板,用挡板将尾部烟道分隔成两个并列烟道，其一布置再热器，另一侧布置过热器,调节布置在受热面后的烟气挡板开度，可改变流经两烟道的烟气量达到调节再热汽温的目的,结构简单，操作方便但延迟较大，挡板宜布置在烟温低于 400 OC 的区域，以免烧坏,3、气温调节,五、烟气再循环,采用再循环风机从锅炉尾部低温烟道中(一般为省煤器后)抽出一部分温度为250350O C的烟气，从炉膛底部(如冷灰斗下部)送回到炉膛，用以改变锅炉内辐射和对流受热面吸热量的比例，从而达到调节汽温的目的,耗电量增大，风机磨损大。国内多用于燃油锅炉,3、气温调节,六、改变火焰中心位置,摆动式燃烧器 燃烧器上下摆动土20300，炉膛出口烟温变化约110140，调温幅度可达4060。燃烧器上倾角过大会增加燃料的未完全燃烧损失；下倾角过大又会造成冷灰斗的结渣,摆动式燃烧器调节再热汽温的同时，会影响到过热汽温 锅炉在满负荷运行时，过热汽温和再热汽温均达到额定值，过热器减温水量理论上为零；锅炉负荷下降，再热汽温下降，燃烧器向上摆动，过热汽温随之上升，需要增加减温水量。负荷降到5060额定负荷时，过热器减温水量达到最大,停用各层燃烧器 调温幅度较小，一般应与其它调温方式配合使用,3、气温调节,4、尾部受热面省煤器,1、省煤器的作用:利用锅炉尾部烟气的热量加热锅炉给水降低排烟温度,提高锅炉效率，节省燃料提高进入汽包的给水温度，改善汽包工作条件取代部分蒸发受热面，降低造价,锅炉给水由省煤器进水管送入到省煤器分配集箱，均匀地分配到并列的蛇形管中并由烟气加热，然后送入汇合集箱，再经由连接管送入到锅炉的汽包中，这就是最典型的省煤器流程。,2、布置方式（尾部烟气流通截面为矩形）综合考虑蛇型管圈中的水速及管外侧的磨损程度分为：蛇型管垂直于前墙布置：水速最低，但每根管均会受到磨损。蛇型管平行于前墙布置：水速最高，仅磨损几根管子，支吊不方便蛇型管平行于前墙，双侧进水布置，水速适中，支吊方便。,4、尾部受热面省煤器,（a）鳍片管省煤器(b)膜式省煤器示意图,1.空气预热器的作用:利用锅炉尾部烟气的热量加热燃烧所用的空气降低排烟温度,提高锅炉效率，节省燃料提高了燃烧空气的温度，有利于燃料的着火、燃烧和燃尽，增强了燃烧稳定性提高炉膛内烟气温度，强化炉内辐射换热类型：表面式管式 再生式回转式,4、尾部受热面空气预热器,2.气体间的换热方式 间壁式换热通过壁面的导热，冷热流体不接触 再生式换热冷热流体轮流接触受热面的蓄热元件，也称为蓄热式 直接混合式冷热流体直接混合交换热量。3.空气预热器的分类,4、尾部受热面空气预热器,（基于间壁式换热）,（基于再生式换热）,管式空气预热器多在中小锅炉上使用，它由许多薄壁钢管装在上、下管板和中间管板上形成管箱。一般常采用立式布置，烟气在管内纵向流动，空气从管间的空间横向绕流过管子，两者成交叉流动，中间管板的作用是分割空气流程。管式空气预热器可以把空气加热到400左右。,管式空气预热器图,烟气,排烟,冷空气,热空气,4、尾部受热面空气预热器,（1）管式预热器布置方式垂直布置 烟气管内纵向冲刷，空气管外横向冲刷，须满足烟气及空气流速的不同要求。水平布置 烟气在管外，空气在管内，可以提高壁温、减轻金属腐蚀；采用较少。锅炉容量增大，管式空气预热器体积增加，锅炉尾部布置困难（2）管式预热器特点 结构简单、制造方便、安装方便、检修方便、工作可靠、漏风小；但结构尺寸大、金属用量大。,4、尾部受热面空气预热器,回转式空气预热器：烟气和空气交替地通过中间载热体（常为金属介质），当烟气流过时，热量由烟气传给受热面金属，并被金属载热体蓄积起来，然后空气通过受热面时，金属载热体就将蓄积的热量释放出来传给空气。这样周而复始连续不断地循环工作，加热空气。,4、尾部受热面空气预热器,这种空气预热器由转动的转子和固定的外壳组成，转子内分成许多扇形小块，扇形小块又分成仓格，内装满波形板。固定在外壳上的扇形顶板及底板把转子流通截面分为烟气流通区和空气流通区两部分，并分别与外壳上、下部的烟道以及风道相联。转子旋转一周即完成一个传热过程，烟气流通时把波形板加热，空气流通时波形板被空气冷却。,1转子；2轴；3齿条；4齿轮；5烟气入口；6烟气出口；7空气人口；8空气出口；9隔板；10过渡区；11密封,大型电站锅炉均采用回转式空气预热器两种结构：受热面旋转式（用的较多）风罩旋转式优点：尺寸小，重量轻，制造水平要求高；烟气侧腐蚀小，受热面温度高，允许有较大磨损量和腐蚀量，检修方便。缺点：存在漏风，结构复杂，耗电大。,4、尾部受热面空气预热器,蓄热元件波纹板,管式空气预热器和回转式空气预热器的比较：,4.漏风,漏风的原因,间隙漏风：空气侧的压力高于烟气侧的压力，在压差作用下空气通过转子和静止的外壳之间的间隙漏入烟气中。,4、尾部受热面空气预热器,漏风的危害,使送风机和引风机电耗增大,锅炉出力下降，低温腐蚀加剧，不安全也不经济。,严重时,如何减小漏风？,采用径向密封、环向密封和轴向密封。,4.漏风,4、尾部受热面空气预热器,5.尾部受热面的布置方式单级布置管式预热器的热空气温度低于280时采用，大型锅炉采用单级回转式空气预热器的布置双级布置管式预热器为了获得较高的热空气温度，（采用双级的原因：烟气热容量大于空气热容量，空气温度上升速度比烟气温度下降得快）为保证上级空气预热器上管板的安全，必须在空气预热器之间夹一级省煤器，省煤器也为双级布置（省煤器结构复杂）。,4、尾部受热面空气预热器,5、锅炉受热面烟侧运行问题,水冷壁的结渣 锅炉受热面的积灰 锅炉受热面的低温腐蚀 锅炉受热面的磨损,一、水冷壁的结渣,结渣的产生 液态的渣粒在凝固之前冲刷水冷壁或炉墙形成，结渣是自动加剧过程,结渣的危害 受热面吸热减少，炉温升高，水冷壁高温腐蚀；燃烧工况恶化；燃料消耗量增加；炉膛出口烟温及排烟温度升高,过热蒸汽超温；降低锅炉出力和效率；大块焦渣自行脱落时可能压灭炉膛火焰，导致熄火，并会砸坏冷灰斗水冷壁管，造成设备损坏；造成烟通的局部堵塞，增加烟道阻力和引风机的负荷，使厂用电增大,水冷壁管外烟气温度最高，易发生结渣、高温腐蚀及水动力异常,5、锅炉受热面烟侧运行问题,一、水冷壁的结渣影响水冷壁结渣因素,煤质特性 煤灰熔点温度ST低，灰粒向水冷壁运动过程中没有凝固，易形成结渣 高灰粘度的煤灰一旦在炉内形成结渣，会自动加剧 炉内温度与空气动力场 切圆直径偏大，火焰偏斜、贴壁或冲墙形成炉内局部结渣 燃烧器区域壁面热负荷qrr qrr较大，燃烧器区域释放的热量大，炉温高，易引起炉内结渣 卫燃带 敷设卫燃带的炉膛炉温较高，易在粗糙卫燃带壁面上形成结渣,5、锅炉受热面烟侧运行问题,一、水冷壁的结渣水冷壁结渣的防治,选择适当的炉膛热强度及切圆直径；避免炉内温度过高 组织良好的空气动力场，避免火焰偏斜、贴壁冲墙；炉内局部温度过高 保持适当的过剩空气量，过剩空气量大，炉膛出口气温升高；过剩空气量太小，燃烧不完全，造成还原性气氛使灰熔点温度降低，促进炉内结渣 避免锅炉超负荷运行 采用适当的煤粉细度，提高煤粉的均匀度 加强运行监视，及时吹灰、清渣 炉膛结渣，煤耗量增加，炉膛出口烟气温度升高，蒸汽温度升高且减温水量增大，锅炉排烟温度升高；炉膛出口结渣时，炉膛的负压值减小，严重时甚至会出现正压,5、锅炉受热面烟侧运行问题,熔渣结渣原因：飞灰呈熔融状的黏性颗粒黏附在管壁上；位置：炉膛受热面及高温对流受热面的入口处，高温黏结灰原因：钠、钾、钙、硅等氧化金属在高温环境中发生氧化物的升华，氧化 金属呈分子状态冷凝在受热面上，与烟气中SO3形成硫酸盐，有黏性，大量捕捉飞灰，位置：炉膛受热面及高温对流受热面。低温黏结灰原因：飞灰与冷凝在受热面上的硫酸溶液形成水泥状物质，呈硬结状，堵死，并加重低温腐蚀。位置：空气预热器受热面松散积灰原因：飞灰中10-20微米颗粒，冲刷管束时，背风区产生旋涡，进入旋涡区的灰颗粒分子吸附力大于其质量，在静电力、表面粗糙度作用下，积灰最后达到平衡状态。易清除，与烟气流速有关。位置：省煤器受热面,二、锅炉受热面的积灰积灰的几种形态,5、锅炉受热面烟侧运行问题,锅炉的设计中，往往出现对灰垢热阻估计不准确造成设计与运行的差距，受热面过多或不足，锅炉运行中，燃烧煤种发生较大的变化造成锅炉出力不足或超温，目前主要依靠经验积累数据。,二、锅炉受热面的积灰积灰对锅炉传热设计的影响,5、锅炉受热面烟侧运行问题,二、锅炉受热面的积灰影响因素飞灰粒径：沉积灰粒的主要粒径范围1030m烟气流速：流速在2.53m/s时，易积灰；一般，流速应不低于6m/s管子的排列方式：错排：气流扰动大，不易积灰顺排：易积灰,5、锅炉受热面烟侧运行问题,露点：烟气中的水蒸汽开始凝结的温度烟气中的水蒸气：50左右烟气中的硫酸蒸汽：140160，且煤的含硫量越高，酸露点越高解决方法：提高空气预热器受热面的壁温：增设暖风器（用汽轮机抽汽，在空气预热器前加热空气）冷端受热面采用耐腐蚀材料：考登钢corten、ND钢降低过量空气系数，减少漏风,三、锅炉受热面的低温腐蚀,5、锅炉受热面烟侧运行问题,温度较低的尾部烟道，具有一定硬度和速度的灰粒对管壁产生的磨损为冲击磨损，它是冲刷磨损与撞击磨损的综合结果,四、锅炉受热面的磨损影响因素,磨损严重部位 倒U型锅炉尾部烟道靠近后墙部分省煤器蛇形管,影响磨损的主要因素 烟气流速wy 磨损量近似与wy 的3.3次方成正比 管子的排列方式 烟气横冲错列第二排管子磨损最大 灰粒特性与浓度 锐利有棱角、大直径高比重、高浓度灰粒磨损大 烟气走廊 烟速高，磨损大,磨损使受热面管壁变薄 强度下降，易发生泄露、爆管,5、锅炉受热面烟侧运行问题,四、锅炉受热面的磨损防磨措施,合理选择烟气流速(表7-2)减少烟气中飞灰浓度与烟速分布不均匀系数 降低煤粉细度R90 采用膜式或肋片式省煤器 磨损严重部位加装防磨装置，如防磨板a），阻流板b），护瓦c）、d），防磨条e）等,5、锅炉受热面烟侧运行问题,2.2 锅炉设备,二、电厂锅炉常用燃料,三、煤的燃烧计算与锅炉热平衡,四、煤粉及其制备系统,五、煤粉燃烧及燃烧设备,六、锅炉受热面,七、锅炉主要辅助设备,一、基本概述,任务：给锅炉连续送入燃料燃烧所需空气，并把燃烧生成的烟气排出炉外，以保证燃烧的正常进行送风机克服从空预器至燃烧器整个风程上的阻力，将空气送入炉内引风机克服从炉膛至除尘器整个烟程上的阻力，将烟气经烟囱排向大气烟囱利用外界冷空气与烟囱内的热烟气的密度差所产生的引力进行自然通风风道、烟道,1、通风设备,2.2.7 锅炉主要辅助设备,静电除尘器除尘效率99%,烟气通过电除尘器主体结构前的烟道时，使其烟尘带负电荷，然后烟气进入设置多层集尘板的电除尘器通道。由于带负电荷烟尘与阳极电板的相互吸附作用，使烟气中的颗粒烟尘吸附在集尘上，定时打击，使具有一定厚度的烟尘在自重和振动的双重作用下跌落在电除尘器结构下方的灰斗中，从而达到清除烟气中的烟尘的目的。,2、除尘设备,2.2.7 锅炉主要辅助设备,