参考文献 冯俊凯，沈幼庭主编， 《锅炉原理及计算》 （第三版），科学出版社 陈学俊，陈听宽 .锅炉原理. 机械工业出版社， 其它锅炉方面的著作 锅炉手册、锅炉房设计、热能动力工程手册 期刊 锅炉技术、工业锅炉、工业炉、热力发电、汽轮机 技术、汽轮机技术、热能动力工程等等 2012/3/8 锅炉原理与设计 1 第一章 绪论  §1.锅炉的作用  §2.锅炉的构成与工作原理  §3.锅炉的分类  §4.锅炉的安全与经济指标  §5.锅炉的历史与发展的新趋势 2012/3/8 锅炉原理与设计 2 理论基础 三大热机循环？ 内燃机循环 燃气轮机循环 朗肯循环 三大热机循环用在那些方面？ 提问：哪些同学能在P—V 图或T—S 图中表示出来？ 2012/3/8 锅炉原理与设计 3 东 方 6 0 0 M W 超 临 界 锅 炉 2012/3/8 锅炉原理与设计 4 锅 炉 设 备 整 体 布 置 图 片 2012/3/8 锅炉原理与设计 5 启动分离器 锅 炉 设 备 整 体 布 置 图 片 2012/3/8 锅炉原理与设计 6 H G - 亚 临 界 自 然 循 环 汽 包 锅 炉 2012/3/8 锅炉原理与设计 7 HG-1950/25.4-YM1 H G - 超 临 界 直 流 锅 炉 2012/3/8 锅炉原理与设计 8 HG-2980/26.15-YM2 H G - 超 临 界 直 流 锅 炉 2012/3/8 锅炉原理与设计 9 锅 炉 设 备 整 体 布 置 图 片 2012/3/8 锅炉原理与设计 10 锅 炉 设 备 动 画 2012/3/8 锅炉原理与设计 11 §1锅炉的作用在电厂的地位  燃料燃烧.换热.产生一定参数 （温度、压 力）与品质的蒸汽。是进行燃料燃烧、热 量传递和水气化过程的综合装置. 燃 换 燃料的化学能 烟气的热能 蒸汽(或热水) 的热能 烧 热  电站锅炉是火力发电厂三大主机之一，能 量转换的基本过程之一。 锅 汽 发 燃料的化学能 炉 蒸气的热能 轮 转子的机械能 电 电能 机 机 2012/3/8 锅炉原理与设计 12 燃煤电厂的Flas 2012/3/8 锅炉原理与设计 13 §2 锅炉的构成与工作原理  1.本体  2.辅机  3.附件  4.典型布置介绍  5.工作原理介绍 2012/3/8 锅炉原理与设计 14 1.本体  锅： 汽水系统  容纳汽水的空间。下降管、汽包、 水冷壁、联箱 、过热器、再热器、省煤器(承高压)  炉：燃烧系统  炉膛、燃烧器、烟道(非承高压)、空气预热器  钢架与平台楼梯  用于支承设备的重量及方便运行与检修 2012/3/8 锅炉原理与设计 15 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 锅 锅 炉 炉 2012/3/8 锅炉原理与设计 16 本体结构动画-- 炉膛 2012/3/8 锅炉原理与设计 17 本体结构动画-- 炉膛内部 2012/3/8 锅炉原理与设计 18 本体结构动画--省煤器 2012/3/8 锅炉原理与设计 19 本体结构动画-- 过热器 2012/3/8 锅炉原理与设计 20 本体结构图片— 汽包 2012/3/8 锅炉原理与设计 21 本体结构图片— 水冷壁 2012/3/8 锅炉原理与设计 22 本体结构图片— 过热器 2012/3/8 锅炉原理与设计 23 本体结构图片—省煤器 2012/3/8 锅炉原理与设计 24 本体结构图片— 燃烧器 2012/3/8 锅炉原理与设计 25 本体结构图片— 空气预热器 2012/3/8 锅炉原理与设计 26 2.辅机 是协助锅炉运行必不可少的。燃料制备，将燃料、空气 连续地、有组织地送入炉膛，连续地排出燃烧产生的烟 气与灰渣，将烟气携带的飞灰分离出来等。  送风机、引风机  磨煤机、给煤机  给粉机  除渣设备  除尘器 2012/3/8 锅炉原理与设计 27 锅炉机组辅助系统 燃料供应系统（煤场以及输煤装置） 煤粉制备系统（磨煤机、给粉机、排粉风机、粗细粉 分离器） 给水系统（给水泵，阀门，管道） 通风系统（送风机、引射风机，保证负压） 除灰除尘系统（现在还包括脱硫脱销，静电除尘器， 排渣装置） 水处理系统（化学处理进水以及物理处理回收） （锅炉金属腐蚀,水管结垢燃烧时过热造成破管） 测量机控制管理系统（DCS 系统，主要用来监控和控制锅 炉运行） 2012/3/8 锅炉原理与设计 28 由于火电站设备繁多，工艺流程复杂，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 电站均配有先进的计算机集散控制管理系统（DCS），同 时配有机组的数据采集系统（DAS）, 协调控制管理系统 （CCS），其下还包括很多子系统。另外锅炉还有燃烧 安全监控系统（FSSS）或燃烧器管理控制系统（BMS） 等等。为了方便生产的全部过程的监控和管理 ，一些电厂还 配有监控信息系统 （SIS） 2012/3/8 锅炉原理与设计 29 2012/3/8 锅炉原理与设计 30 3.附件  安全阀  吹灰器  水位计  温度与压力测量仪表 2012/3/8 锅炉原理与设计 31 4.典型布置介绍  锅炉总体上呈∏型布置  悬吊式结构，各受压元件应能按预定方 向自由膨胀 2012/3/8 锅炉原理与设计 32 锅 炉 设 备 整 体 布 置 图 片 2012/3/8 锅炉原理与设计 33 Page 33 Principles of Boiler 2012/3/8 流 化 床 锅 炉 2012/3/8 锅炉原理与设计 34 5.锅炉工作原理  给水与蒸汽工作流程  烟气工作流程  燃料工作流程  灰渣流程  空气工作流程 2012/3/8 锅炉原理与设计 35 锅炉工作原理动画 2012/3/8 锅炉原理与设计 36 输煤系统 燃料输送碎煤机除铁器原煤斗给煤机 卸煤机 锅炉房 转运站 转运站 输煤栈桥 输煤栈桥 原煤仓 煤 场 输煤皮带 2012/3/8 锅炉原理与设计 37 运煤 翻车机卸煤 转运站 皮带输送机 输煤栈桥 煤场 2012/3/8 锅炉原理与设计 38 电磁除铁器 碎煤机 送往制粉系统 锅 炉 工 作 原 理 动 画 2012/3/8 锅炉原理与设计 39 锅炉设备汽水流程 主蒸汽 530℃ 汽包 再 汽轮机 过热 热 器 器 蒸温 凝汽器 汽度 ， 省煤器 凝 压 结 力 炉膛 水 下 降 的 2012/3/8 锅炉原理与设计 40 给水与蒸汽工作流程 给水进入省煤器，吸收烟气的热量，进入汽包; 与分离器出水混合，进下降管，分配到每根水冷壁管; 在水冷壁管中吸收火焰辐射热，形成汽水混合物; 向上流动，由汽水导管引入汽包，进行汽水分离。 分离出的饱和水与给水混合进入下降管。 分离出的饱和蒸汽从汽包顶部引出，进入各级过热器  主要有包覆过热器、屏式过热器、对流过热器等。 形成过热蒸汽，被送到汽机高压缸。 高压缸排汽被送到再热器，提高温度，再送到汽轮机的 中低压缸。 2012/3/8 锅炉原理与设计 41 烟气工作流程  在炉膛中，燃料燃烧不断放出热量，产 生高温烟气。  从炉膛流出、再进入水平烟道、垂直烟 道、尾部烟道，并将热量传递给炉膛与 烟道中布置的各种受热面，烟气的温度 逐渐下降。  最后经过除尘设施、脱硫设备、引风机 ，由烟囱排出到大气。 2012/3/8 锅炉原理与设计 42 燃料工作流程  煤由煤仓进入给煤机，再入磨煤机，磨成煤粉；  在排粉机的作用下，燥剂输送到粗粉分离器 ，将不合格的粗粉分离出，返回重磨。  合格的煤粉燥剂输送到细粉分离器，将煤粉 与气体分离开来，煤粉贮存在粉仓中；  分离出来的气体叫乏气。乏气一部分送至磨煤机 用于磨煤机的风量协调，另一部分作为三次风。  粉仓中的煤粉由给粉机按负荷的要求送到混合器 ，与一次风混合，送到燃烧器，进入炉膛燃烧。 2012/3/8 锅炉原理与设计 43 灰渣流程  煤在炉膛内燃烧，最高温度能达到 1500~1600度(火焰中心) 。  煤中的灰分一部分随烟气流出炉膛，进 入烟道，叫飞灰，约占95% ，最后由除 尘器将它分离出来;  另一部分进入炉膛底部，由排渣装置排 出，约占5%。 2012/3/8 锅炉原理与设计 44 空气工作流程  外部冷空气由送风机提高压头后，送到空气预 热器，成为热空气；  送入磨煤机的是干燥剂；  直接送到燃烧器喷口的助燃空气，叫二次风。  外部冷空气由一次风机提高压头后，送到空气 预热器，成为热空气；  送到一次风母管，分配到各一次风支管；  与煤粉混合器中的煤粉混合，输送煤粉到燃烧器， 进入炉膛。 2012/3/8 锅炉原理与设计 45 锅炉是一个密切联系的整体设备  “锅”与“炉”一个吸热， 一个放热，是一个整体设备 。  水的循环流动及蒸汽的高速 流动，不断地将受热面吸收 的热量带走，使受热面得到 良好的冷却。 2012/3/8 锅炉原理与设计 46 §3 锅炉的分类  1.锅炉的容量与参数  2 .锅炉型号表示方法  3.锅炉分类 2012/3/8 锅炉原理与设计 47 1.锅炉的容量与参数 锅炉容量 锅炉容量：即蒸发量，锅炉每小时产生的蒸汽量， kg/s ，t/h 。如1000t/h等 额定蒸发量（ BRL）：在额定的蒸汽参数，额定 给水温度和使用设计燃料，并保证热效率时所规 定的蒸发量（出厂） （每一台锅炉都是针对某种燃料设计的） 最大连续蒸发量（ BMCR）：在额定的蒸汽参数， 额定给水温度和使用设计燃料，长时间运行所达到 的最大的蒸发量（运行）De 2012/3/8 锅炉原理与设计 48 锅炉的蒸汽参数 额定蒸汽压力：蒸汽锅炉在规定的给水压力和规定 的负荷范围内，长期连续运行时应予保证的出口蒸 汽压力，单位是Mpa 。 额定蒸汽温度：蒸汽锅炉在规定的负荷范围、额定 蒸汽压力和额定给水温度下长期连续运行所必须保 证的出口蒸汽温度，单位是℃。 （再热机组还应该包括额定再热蒸汽参数） 2012/3/8 锅炉原理与设计 49 我国电站锅炉的蒸汽及容量系列 蒸汽压力 蒸汽温度 给水温度 BMCR 发电功率 MPa ℃ ℃ (t/h) MW 13.8 540/540 220-250 670 200 16.8 540/540 250-280 1025 300 17.5 540/540 260-290 2008 600 25.5 569/571 280-295 1900 600 （希望我们大家有定性的认识） 2012/3/8 锅炉原理与设计 50 2 .锅炉型号表示方法 国内规定方法编制： △△ － ×× ×/ ×××－×××／ ×××－△ × （1） （2） (3) (4) (5) (6) (7) （1）：厂家拼音缩写 （2）：锅炉蒸发量，t/h （3）：过热蒸汽额定出口压力，MPa （4）：过热蒸汽温度，℃ （5）：再热蒸汽温度，℃ （6）：燃料种类代号（拼音缩写表示） （7）：设计序号 2012/3/8 锅炉原理与设计 51 型号（铭牌） DG –670 / 13.7 –540/540 –M8 制造厂 蒸发量(t/h) / 额定压力(MPa) 过热温度/ 再热温度 燃料代号 SG 上海锅炉厂 DG 东方锅炉厂 WG 武汉锅炉厂 BWG 北京巴威锅炉厂 设计燃料为煤，设计序号为6 2012/3/8 锅炉原理与设计 52 工业锅炉型号 △△ △ ╳╳―╳╳/ ╳╳―△╳ 设计次序 燃料代号 额定蒸汽或热水温度 额定蒸汽压力 额定蒸发量 燃烧方式 锅炉型号 例 SHL20 - 2.45/400 - A 双锅筒横置式链条炉排，额定蒸发为20 t/h ，蒸汽压力为2.45 MPa ， 过热蒸汽温度为400 ℃ ，燃用烟煤 2012/3/8 锅炉原理与设计 53 3 锅炉分类 按照锅炉用途 分类 电站锅炉 工业锅炉 热水锅炉 船舶锅炉 按照锅炉容量 分类 大、中、小 D 400t/h, 400t/hD 1000t/h, D 1000t/h e e e 2012/3/8 锅炉原理与设计 54 按压力 分类 低压锅炉： 2.45 MPa 中压锅炉： 2.94~4.9 MPa 高压锅炉： 7.84~10.8 MPa 超高压锅炉： 11.8~14.7 MPa 亚临界压力锅炉： 15.7~19.6 MPa 超临界压力锅炉：绝对压力大于 22.1MPa 超超临界压力锅炉： ~27 MPa以上 以上压力均为表压，表压和实际压力有啥不一样的区别？ 2012/3/8 锅炉原理与设计 55 蒸汽压力 蒸汽温度 给水温度 蒸发量 机组容量 汽水流动 压力类型 （MPa) （℃） （℃） （t/h） （MW) 方式 540 220 50 高压 9.8 215 自然循环 540 410 100 自然循环、 555/555 400 125 超高压 13.7 240 直流 540/540 670 200 自然循环 16.7 540/540 260 1000 300 自然循环 亚临界压 16.7 540/540 262 1025 300 直流 力 18.3 540/540 278 2008 600 控制循环 25 545/545 277 1000 300 超临界压 25.4 541/569 286 1900 600 直流 力 25 545/545 275 2650 800 2012/3/8 锅炉原理与设计 56 进省煤器的给水温度。 动力中压锅炉给水温度：150 ℃ 或170 ℃ 动力高压锅炉给水温度：215℃ 动力亚临界锅炉给水温度：260 ℃ 提问： （1）锅炉容量增加，为什么锅炉蒸汽压力提高？ （2）随锅炉容量增加，锅炉给水温度为什么提高？ 2012/3/8 锅炉原理与设计 57 按照锅炉的燃烧方式 分类 火床燃烧方式及火床炉 固体燃料以一定厚度分布在炉排上进行燃烧的方式 用火床燃烧方式来组织燃烧的锅炉—链条炉、人工炉、炉排炉 等 炉排结构较为复杂，体积大，金属耗量大，热效率偏低，不适应大 容量锅炉发展的需要，污染排放严重。 2012/3/8 锅炉原理与设计 58 2012/3/8 锅炉原理与设计 59 作业：简述SHL 的构成和工作原理 2012/3/8 锅炉原理与设计 60 火室燃烧方式和室燃炉 火室燃烧方式：燃料以粉状、雾状或气态随同空气 喷入燃烧室进行燃烧的方式 细颗粒燃料随空气-烟气流动作连续运动，连续流 过燃烧空间，在悬浮状态下着火燃烧、燃尽 2012/3/8 锅炉原理与设计 61 旋风燃烧方式和旋风炉 燃料和空气在高温旋 风筒内非常快速地旋转，细颗 粒在筒内燃烧，粗颗粒 被甩向壁面液态渣膜上 燃烧方式 效率高，体积小，容 积热负荷大 负荷范围调节小，温 度高，有些燃料不适合， 氮氧化物偏高 2012/3/8 锅炉原理与设计 62 2012/3/8 锅炉原理与设计 63 流化床燃烧方式和流化床锅炉 燃料颗粒在大于临界风速的空气流下， 在流化床内呈流化状态的燃烧方式 流态化：固体颗粒在与流动着的 流体混合后，能像流体那样自由流 动的现象 鼓泡流化床→循环流化床锅炉 燃料适应广，炉内脱硫，低氮氧化 物，负荷调节好 磨损问题， 目前大型化不够 2012/3/8 锅炉原理与设计 64 2012/3/8 锅炉原理与设计 65 典型的循环流化床锅炉 2012/3/8 锅炉原理与设计 66 按蒸发受热面内工质流动来分 自然循环锅炉： 有汽包，利用下降管和上升管中工质密 度差产生工质循环。 强制循环锅炉 有汽包和循环泵，利用循环泵压头循环。 直流锅炉 无汽包，给水靠给水泵压头一次通过各 受热面全变为蒸汽。 复合循环锅炉 介于强制循环锅炉和直流锅炉之间 2012/3/8 锅炉原理与设计 67 D D 循环倍率： K=G/D G G (a)自然循环汽包锅炉 (b)强制循环汽包锅炉 K=4-10 ，亚临界以下 K=3-5，临界压力以下 2012/3/8 锅炉原理与设计 68 (c) 直流锅炉 K=1，高压以上 2012/3/8 锅炉原理与设计 69 自然循环锅炉 蒸发受热面内工质依靠下降管 内水与上升管内的汽水混合物的 密度差所产生的压力差进行循环 的锅炉 压力越低，越可靠 能应用到亚临界锅炉 具有汽包，金属耗量增大 小于18.15MPa 2012/3/8 锅炉原理与设计 70 强制循环锅炉 压力的升高，使汽水密 度差非常小，自然循环不 可能 借助循环泵使汽水混合 物循环 小于19.62MPa可用 2012/3/8 锅炉原理与设计 71 2012/3/8 锅炉原理与设计 72 直流锅炉 接近临界压力（22.12MPa）或超临界压力时，汽水 混合密度几乎一样，汽水分离很难实现，只能采用直 流锅炉 没有汽包 2012/3/8 锅炉原理与设计 73 自然循环锅炉的水循环是在下降管内的水和水冷壁内汽水 混合物的密度差形成的循环压头推动下进行的。由于循环 压头较小，为了使自然循环锅炉水冷壁内的汽水混合物维 持较高的流速，应减小循环回路的流动阻力，水冷壁选用 大直径管子是降低循环回路阻力的有效措施。 强制循环锅炉和直流锅炉不存在这样的一个问题，所以管径可以 选择小一些，流速可以更高一些，换热也会强化。 2012/3/8 锅炉原理与设计 74 复合循环锅炉 依靠锅炉水循环泵将蒸发受热面出口的部分或全部工质 进行再循环的锅炉 由直流锅炉和强制循环锅炉综合的锅炉 (d) 复合循环锅炉 K=1.2-2,压临界 2012/3/8 锅炉原理与设计 75 按锅炉排渣的相态 分类 固态排渣锅炉（低于灰熔点运行，是目前的主流） 液态排渣锅炉（高于灰熔点运行，如旋风炉等） 按燃烧室内压力分类 负压燃烧（目前主流，简单） 炉膛出口烟气静压小于大气压力的锅炉 压力燃烧 炉膛出口烟气静压大于大气压力 2012/3/8 锅炉原理与设计 76 §4 锅炉的安全与经济指标  1.安全指标  连续运行小时数  事故率  可用率  2. 经济指标  热效率  净效率  燃烧效率  钢材消耗 2012/3/8 锅炉原理与设计 77 1.安全指标 锅炉安全性用以下几个指标来衡量  连续运行小时数 两次检修之间的运行小时数  事故率 事故停用小时数 事故率= 1% 总运行小时数+事故停用小时数  可用率 运行总时数+备用总时数 可用率= 90% 统计期间总时数 事故率越低，可用率越高，锅炉的安全可靠性就越高。 2012/3/8 锅炉原理与设计 78 2.锅炉的经济指标 Q  热效率 g  1 100,% Q r Q Q Q  净效率 j 1 q p ,% Q r  燃烧效率  1(q q ),% r 3 4  Q 1— 锅炉有效利用热， kJ/kg ；  Q r— 锅炉在单位时间内所消耗燃料的输入热量,kJ/kg ；  Qq— 锅炉机组自用热量，kJ/kg ；  Qp— 锅炉机组自用电耗对应的热量，kJ/kg ；  q3, q4— 锅炉化学.机械未完全燃烧热损失，% 2012/3/8 锅炉原理与设计 79 §5 锅炉的历史与发展的新趋势  1、大容量高参数发展的新趋势与限制  2 、提高运行可靠性和灵活性  3、洁净燃煤技术  4 、锅炉燃烧技术的发展 2012/3/8 锅炉原理与设计 80 1.大容量高参数发展的新趋势与限制  经济发展单机容量增大是发展需求。容量增大有限制，目前最大 1300MW,再增大灵活性差，可用率较低。  燃料价格持续上涨，供应短缺，需要节能。超临界压力（24.12MPa） 蒸汽参数，比亚临界供电效率高1.4% ，（37.4 －＞38.8）  容量的增大与参数的提高适应，同步提高；  大容量、高参数机组可适应生产发展的需要，电站热效率高，基 建投资、设备和运行的成本降低；  金属材料温度有限制，一般上限到570℃  热电联产，热电联产减少了凝汽损伤，减少了数量众多、效率底 下的锅炉房，节能减排。 2012/3/8 锅炉原理与设计 81 2.提高运行可靠性和灵活性  锅炉的可靠性涉及到设计、设备制造及安装、运行维护 和生产管理  运行灵活性-- 适应电网调峰需要（低负荷，两班制运行）  提高机组的监控水平 2012/3/8 锅炉原理与设计 82 3.洁净燃煤技术 燃气蒸汽联合循环电站的锅炉  蒸汽参数只需（10MPa~），燃烧轮机入口温度1100 － 1260℃ ，供电效率45 －52%  燃煤联合循环电站。 三联供电站 联合发电循环  整体煤气化联合循环（Intergrated Gasification Combined Cycle 即IGCC）  常压流化床燃烧联合循环（AFBC-CC）  增压流化床燃烧联合循环（PFBC-CC） 燃料电池技术 2012/3/8 锅炉原理与设计 83 燃烧中的净化燃烧技术 燃烧后的净化处理技术 2012/3/8 锅炉原理与设计 84 煤炭洗选：是利用煤和杂质（矸石）的物理、化学性质的差异，通过物理、 化学或微生物分选的方法使煤和杂质有效分离，并加工成质量均匀、用途 不同的煤炭产品的一种加工技术。按选煤方法的不同，可分为物理选煤、 物理化学选煤、化学选煤及微生物选煤等。 型煤：型煤是以粉煤为主要的组成原材料，按具体用途所要求的配比，机械强度， 和形状大小经机械加工压制成型的，具有一定强度和尺寸及形状各异的煤 成品。常见的有煤球、煤砖、煤棒、蜂窝煤等。 水煤浆：水煤浆是由大约65% 的煤、34% 的水和1% 的添加剂通过物理加 工得到的一种低污染、高效率、可管道输送的代油煤基流体燃料。 2012/3/8 锅炉原理与设计 85 超细粉再燃低NO 燃烧技术 X 2012/3/8 锅炉原理与设计 86 联合脱硫脱硝流程图 2012/3/8 锅炉原理与设计 87 整体式煤气化燃气— 蒸汽联合循环(IGCC) 2012/3/8 锅炉原理与设计 88 联 合 循 环 用 立 式 余 热 锅 炉 2012/3/8 锅炉原理与设计 89 2012/3/8 锅炉原理与设计 90 增压流化床锅炉联合循环 2012/3/8 锅炉原理与设计 91 作业与思考题  1、什么是锅炉的额定蒸发量、最大长期连续蒸 发量、容量、额定压力、额定汽温？  2 、以一台电厂锅炉为例，简单画出并简述锅炉 中汽水、燃料、空气、灰渣的基本工作流程。  3 、按水循环方法不一样，锅炉可大致分为哪几类， 各有何特点？  4 、按燃烧方法不一样，锅炉可大致分为哪几类，各 有何特点？  5、锅炉本体主要由哪些主要部件组成?各有什么 基本功能? 2012/3/8 锅炉原理与设计 92

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