電廠鍋爐設(shè)備及系統(tǒng)

1、,電廠鍋爐設(shè)備 及系統(tǒng),能源與環(huán)境工程學院動力工程系 孫堅榮,第一節(jié) 火力發(fā)電廠基本生產(chǎn)過程及鍋爐的作用,電力是一個國家經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)，是國民經(jīng)濟的先行官。與其他能源相比，電力具有很大的優(yōu)越性，它效率高，便于控制和遠距離傳輸，使用方便，所以現(xiàn)代社會發(fā)展對電力的依賴程度越來越高，電氣化程度是衡量一個國家現(xiàn)代化水平的重要標志之一。 但電力不是一種天然能源，必須由其他能源轉(zhuǎn)換而成。大規(guī)模的電能生產(chǎn)一般在電站中進行。目前的發(fā)電方式主要有火力發(fā)電、水力發(fā)電和核能發(fā)電等。由于我國的能源以煤為主，所以火力發(fā)電是我國目前主要的發(fā)電方式，占我國發(fā)電總量的70左右。 利用燃料燃燒進行發(fā)電的設(shè)備稱為火力發(fā)電機組，主

2、要有三大設(shè)備組成：鍋爐、汽輪機和發(fā)電機?；鹆Πl(fā)電機組的發(fā)電過程如以下示意圖所示。,上海石洞口第二發(fā)電廠,電廠鍋爐的作用 由圖所述，在火力發(fā)電廠的生產(chǎn)過程中存在著三種形式的能量轉(zhuǎn)換： 在鍋爐中：燃料的化學能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽?在汽輪機中：熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能； 在發(fā)電機中：機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?鍋爐是火力發(fā)電廠三大主機中最基本的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備。其作用是利用燃料在爐內(nèi)燃燒釋放的熱能加熱給水，產(chǎn)生規(guī)定參數(shù)(溫度、壓力)和品質(zhì)的蒸汽，送往汽輪機做功。 我國電廠鍋爐的燃料主要是煤。將煤磨制成煤粉，然后送入鍋爐爐膛中燃燒，這種鍋爐便是煤粉爐。,第二節(jié) 電廠鍋爐的構(gòu)成和工作過程 以及各部件作用 一.電廠鍋爐的構(gòu)成 電廠鍋

3、爐機組是由鍋爐本體、輔助系統(tǒng)及設(shè)備部件等構(gòu)成的。,鍋,爐,鍋爐本體,輔助設(shè)備,鍋爐機組,電站煤粉鍋爐機組組成,2/4,鍋爐本體主要包括 “鍋” 和 “爐” 兩部分， “鍋” 部分：省煤器、汽包、下降管、水冷壁、過熱器 再熱器、進出口聯(lián)箱及汽水聯(lián)通管道等。 “爐” 部分： 爐膛、燃燒設(shè)備、空氣預熱器、煙道和風 道等。 此外，鍋爐本體還包括用來固定和懸吊鍋爐部件、受熱面、爐墻等設(shè)備的構(gòu)架(包括平臺扶梯)。 輔助系統(tǒng)包括：燃料供應系統(tǒng)、煤粉制備系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、除塵除灰系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)，水處理系統(tǒng)、測量及控制系統(tǒng)和煙氣脫硫系統(tǒng)等。各個輔助系統(tǒng)都配 有相應的附屬設(shè)備和控制裝置。 下圖為配300M

4、W發(fā)電機組的煤粉爐布置圖,電廠超臨界鍋爐受熱面的布置示意圖,電廠鍋爐受熱面內(nèi)工質(zhì)流程示意圖,由于火電站設(shè)備繁多，工藝流程復雜，直接由人工控制則很難保證各設(shè)備及系統(tǒng)的正常運行，因此現(xiàn)代火電站均配有先進的計算機集散控制系統(tǒng)（DCS），同時配有機組的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）, 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS），其下還包括很多子系統(tǒng)。另外鍋爐還有燃燒安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）或燃燒器管理控制系統(tǒng)（BMS）等等。為了方便生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理 ，電廠還配有監(jiān)控信息系統(tǒng) （SIS）,2. 電廠鍋爐的工作過程 電廠鍋爐的工作過程可以分成兩大系統(tǒng)的工作過程，即燃燒系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)的工作過程。 以下示意圖便是電廠鍋爐的燃燒系統(tǒng)和

5、汽水系統(tǒng)的流程。,燃燒系統(tǒng)由燃燒設(shè)備、制粉系統(tǒng)和風煙系統(tǒng)等組成，完成燃料在爐內(nèi)的燃燒和高溫煙氣對受熱面的傳熱過程。 燃燒設(shè)備主要由爐膛、燃燒器和點火裝置組成，要求達到燃燒效率高 ，燃燒穩(wěn)定和連續(xù) ，污染物的排放量低 ，運行調(diào)節(jié)方便等目的。 制粉系統(tǒng)由磨煤機及其輔助部件構(gòu)成，其任務是將原煤磨制成一定細度的煤粉，并將其送入爐膛進行燃燒。制粉系統(tǒng)主要有直吹式和中間儲倉式兩種，目前直吹式制粉系統(tǒng)得到廣泛應用。 風煙系統(tǒng)由送風機、引風機和風道及煙道組成，其任務是向爐內(nèi)送入足夠的空氣，滿足燃料完全燃燒所需的氧氣，并及時將燃燒產(chǎn)生的煙氣排出。 目前電廠鍋爐常采用平衡通風方式，即引風量略大于送風量，維持爐內(nèi)一

6、定的微負壓，,汽水系統(tǒng)由給水系統(tǒng)、蒸發(fā)系統(tǒng)和過熱系統(tǒng)及再熱系統(tǒng)組成，分別完成水的加熱、蒸發(fā)和過熱三個階段的任務。 給水系統(tǒng)的受熱面主要是省煤器，給水在進入鍋爐前先經(jīng)過該受熱面，吸收煙氣的熱量，使排煙溫度降低，鍋爐效率提高而節(jié)省燃料，因而該受熱面就稱為省煤器 蒸發(fā)系統(tǒng)由汽包、下降管、水冷壁和聯(lián)箱及聯(lián)通管道組成，其受熱面為水冷壁，吸收爐膛中的輻射熱，將下降管送入的水蒸發(fā)成飽和蒸汽。 過熱系統(tǒng)由不同型式的過熱器及減溫器組成，其工作任務是把水冷壁所產(chǎn)生的飽和蒸汽過熱到一定溫度的過熱蒸汽，同時在鍋爐允許的負荷波動保持過熱蒸汽溫度在正常范圍內(nèi)。 再熱系統(tǒng)由不同型式的再熱器及減溫器組成，其工作任務是把汽輪機

7、高壓缸的排汽再次加熱，再送至汽輪機中壓缸繼續(xù)做功，以提高循環(huán)效率，并減少汽輪機末端的蒸汽濕度，保證汽輪機的安全。,鍋爐過熱蒸汽系統(tǒng),第三節(jié) 電廠鍋爐的特征和分類,一、鍋爐容量與參數(shù) 1.鍋爐容量 鍋爐容量即鍋爐蒸發(fā)量，它是反映鍋爐生產(chǎn)能力大 小的基本特性數(shù)據(jù)。常用符號D表示，單位為 T/H。 在大型鍋爐中，鍋爐容量又分為額定蒸發(fā)量和最大連續(xù)蒸發(fā)量。 蒸汽鍋爐的額定蒸發(fā)量（BECR）是指在額定蒸汽參數(shù)、額定給水溫度、使用設(shè)計燃料并保證熱效率時所規(guī)定的蒸 汽量。,鍋爐的最大連續(xù)蒸汽量(BMCR)是指在額定蒸汽參數(shù)、 額定給水溫度、使用設(shè)計燃料，長期連續(xù)運行時所達到的 最大蒸汽量。一般 BMCR =

8、 (1.03一1.2)BECR。 例如某電廠配600MW發(fā)電機組的鍋爐(BMCR)為1900T/H 2. 蒸汽參數(shù) 鍋爐蒸汽參數(shù)是說明鍋爐蒸汽規(guī)范的特性數(shù)據(jù)，一般 指鍋爐過熱器出口處的蒸汽溫度和蒸汽壓力(表壓力)，分 別用符號 P 和 t 表示，單位分別為 MPa 和 。 鍋爐設(shè)計時所規(guī)定的蒸汽壓力和溫度稱為額定蒸汽壓 力和額定蒸汽溫度。對于具有再熱器的鍋爐，蒸汽參數(shù)還 應包括再熱蒸汽壓力、再熱蒸汽溫度和再熱蒸汽流量。 以下表格示出我國電站鍋爐的蒸汽參數(shù)和容量,二、鍋爐的分類和型號 (一)鍋爐分類 鍋爐的分類方法很多，主要有以下幾種。 1按鍋爐容量分類 2按鍋爐的蒸汽壓力分類 我國300MW火

9、力發(fā)電機組的鍋爐絕大多數(shù)采用亞臨界參數(shù)，而600MW以上的機組則多采用超臨界參數(shù)。 3按爐內(nèi)燃燒方式分類 鍋爐有四種不同的燃燒方式，對應于四種不同的鍋爐，即火床爐、旋風爐、室燃爐和循環(huán)流化床爐，大型電廠鍋爐通常采用室燃爐和循環(huán)流化床爐。 (1)室燃爐。 燃料以粉狀、霧狀或氣態(tài)隨同空氣噴入爐膛中進行燃燒的方式稱為火室燃燒方式，用火室燃燒方式來組織燃燒的鍋爐稱為室燃爐。如果是燃用煤的話，則稱為煤粉爐,火床爐 室燃爐,在室燃爐中，粉狀、霧狀燃料顆粒隨同空氣一煙氣流作連續(xù)的運動，燃料顆粒懸浮在空氣一煙氣流中，連續(xù)流過爐子空間，并在懸浮狀態(tài)下著火、燃燒，直至燃盡。所以室燃爐燃燒方式也叫懸浮燃燒方式，燃燒

10、效率很高。煤粉爐、燃油鍋爐和燃氣鍋爐都屬于室燃爐。特別是煤粉鍋爐，它是現(xiàn)代大中型電站鍋爐的主要形式。 煤粉爐一般采用的燃燒方式是直流燃燒器四角布置切圓燃燒方式、旋流燃燒器前后墻布置對沖燃燒方式和W型火焰燃燒方式 下圖是典型的煤粉爐采用的燃燒方式，即采用直流燃燒器四角布置切圓燃燒方式，燃燃器噴口布置在爐膛四個角上，將煤粉和空氣以一定的角度噴入爐膛，在爐內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)火炬。空氣和煤粉在爐內(nèi)混合強烈，著火條件優(yōu)越，燃燒穩(wěn)定，有利于煤粉的完全燃燒。,(2) 循環(huán)流化床鍋爐 流化床燃燒方式就是燃料顆粒在大于臨界風速(由固定床轉(zhuǎn)化 為流化床的風速)的空氣流速作用下，在流化床上呈沸騰狀態(tài)的燃 燒方式。這種燃燒方

11、式有明顯的優(yōu)點，即能夠燃用劣質(zhì)煤和污染物 排放少等，40多年來發(fā)展很快，應用范圍已從中、小型的工業(yè)鍋爐 發(fā)展到較大型的電站鍋爐。 循環(huán)流化床鍋爐性能在很多方面都可與煤粉爐相比美，在減 少污染方面還優(yōu)于煤粉爐，可以大大減少硫氧化物和氮氧化物氣體 的排放，所以循環(huán)流化床鍋爐出現(xiàn)以后，立刻受到國內(nèi)外的高度重 視，并得到迅速發(fā)展，可望成為新一代高效率、低污染的電站燃煤 鍋爐機組。特別在我國，電站鍋爐以燃煤為主，而且主要是劣質(zhì)煤 ，燃料量的增大會引起更大的環(huán)境污染問題，因此促進了此類鍋爐 的發(fā)展。 下圖為循環(huán)流化床鍋爐的簡圖和工作原理圖,4按鍋爐蒸發(fā)受熱面內(nèi)工質(zhì)的流動方式分類 按工質(zhì)在蒸發(fā)受熱面內(nèi)的流動

12、方式可以將鍋爐分成：自然循環(huán)鍋爐、強制循環(huán)鍋爐和直流鍋爐 (1) 自然循環(huán)鍋爐。 蒸發(fā)受熱面內(nèi)的工質(zhì)，依靠下降管中的水和上升管中的汽水混合物之間的密度差所產(chǎn)生的壓力差進行循環(huán)的鍋爐，稱為自然循環(huán)鍋爐。 (2) 控制循環(huán)鍋爐。 控制循環(huán)鍋爐都是在自然循環(huán)鍋爐的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，蒸發(fā)受熱面內(nèi)的工質(zhì)除了依靠下降管中的水和上升管中的汽水混合物之間的密度差所產(chǎn)生的壓力差以外，主要依靠鍋水循環(huán)泵的壓頭進行循環(huán)的鍋爐，稱為控制循環(huán)鍋爐。,自然循環(huán)汽包鍋爐 具有汽包，利用下降管和上升管中工質(zhì)密度差產(chǎn)生工質(zhì)循環(huán),強制循環(huán) 具有汽包和循環(huán)泵，利用循環(huán)回路中工質(zhì)密度差和循環(huán)泵壓頭工質(zhì)循環(huán),4/5,鍋爐蒸發(fā)受熱面中工

13、質(zhì)流動方式,(3)直流鍋爐。 給水靠給水泵的壓頭，一次通過鍋爐各受熱面產(chǎn)生蒸汽的鍋爐，稱為直流鍋爐，直流鍋爐的特點是沒有汽包，整臺鍋爐由許多管子并聯(lián)，然后用聯(lián)箱連接串聯(lián)組成。在給水泵壓頭的作用下，工質(zhì)依順序一次通過加熱、蒸發(fā)和過熱受熱面。進口的工質(zhì)是水，出口工質(zhì)則是符合設(shè)計要求的過熱蒸汽。由于所有受熱面內(nèi)工質(zhì)流動是靠給水泵的壓頭來推動的，所以在直流鍋爐中，受熱面中工質(zhì)都是強制流動。直流鍋爐既可用于臨界壓力以下的鍋爐，又可用于臨界壓力以上的鍋爐，而超臨界壓力時只能采用直流鍋爐。,鍋 爐 類 型,直流鍋爐 無汽包，給水靠給水泵壓頭一次通過各受熱面產(chǎn)生蒸汽,低倍率循環(huán)鍋爐 無汽包，具有汽水分離器和再

14、循環(huán)泵，主要靠再循環(huán)泵實現(xiàn)工質(zhì) 再循環(huán),5/5,(二) 鍋爐型號 鍋爐型號是指鍋爐產(chǎn)品的容量、參數(shù)、性能和規(guī)格，常用一組規(guī)定的符號和數(shù)字來表示。我國電廠鍋爐型號一般用四組字碼表示，其表達形式如下： AA一一 第一組符號是制造廠家 ( HG表示哈爾濱鍋爐廠，SG表示上海鍋爐廠，DG表示東方鍋爐廠)；第二組數(shù)字分子是鍋爐容量，單位 TH，分母數(shù)字為鍋爐出口過熱蒸汽壓力，單位 MPa；第三組數(shù)字分子分母分別表示過熱蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度，單位 ；最后一組中，符號表示燃料代號，而數(shù)字表示鍋爐設(shè)計序號。煤、油、氣的燃料代號分別是M、Y、Q，其他燃料代號是 T。,例如，SG102518.2 一 54054

15、0 一 PM7 型表示上海鍋爐廠制造，容量為 1025 th ，過熱蒸汽壓力為18.2MPa，過熱蒸汽溫度為540，再熱蒸汽溫度為540 , 設(shè)計燃料為貧煤，設(shè)計序號為7(該型號鍋爐為第7次設(shè)計)。 另外，根據(jù)鍋爐的布置方式，工質(zhì)在蒸發(fā)受熱面中的流動方式等，可以稱為型布置控制循環(huán)亞臨界煤粉爐。,第四節(jié) 電廠鍋爐的發(fā)展趨勢,目前國內(nèi)外電廠鍋爐的發(fā)展方向主要是高效、低污染、以及滿足機組調(diào)峰的需要。 1.增大鍋爐單機容量和提高蒸汽參數(shù)。 要做到高效利用燃料，節(jié)省有限的能源，其主要的方向就是增大鍋爐單機容量和提高蒸汽參數(shù)。近幾十年來，世界發(fā)達國家的電力工業(yè)得到了飛速發(fā)展，特別是計算機控制技術(shù)和耐高溫金

16、屬材料的開發(fā)和應用，為電廠鍋爐向高參數(shù)、大容量、高自動化發(fā)展提供了強有力的技術(shù)支持。 目前，在工業(yè)發(fā)達的國家中，與600MW汽輪發(fā)電機組配套的2000th超臨界壓力的大型電廠鍋爐已相當普遍。美國1972年就已有與1300MW配套的4400th超臨界壓力的鍋爐投入運行，日本1974年就已有與1000MW汽輪發(fā)電機組配套的3180 TH 超臨界壓力的鍋爐投入運行。前蘇聯(lián)于1981年投運了一臺1200MW的超臨界壓力直流鍋爐，鍋爐容量為3950th。,擴大鍋爐的容量可使發(fā)電容量迅速增長以適應生產(chǎn)發(fā)展的需要，同時也可以使基建投資下降，設(shè)備費用降低，減少運行費用以及節(jié)約金屬材料消耗。在其他條件相同時，鍋

17、爐容量增大1倍，鋼材使用率可減少520，所需管理人員也可相應減少。 隨著機組容量的增大，提高電廠的熱效率就變得更為迫切，提高蒸汽參數(shù)和采用蒸汽再熱是提高電廠熱效率的有效措施。 目前世界主要工業(yè)國家大容量機組鍋爐采用的壓力，一般均為亞臨界壓力和超臨界壓力級別。蒸汽壓力由超高壓提高到亞臨界壓力，大約可使電廠發(fā)電效率提高1.7。單機容量達8001000MW及以上的鍋爐，國外多采用超臨界壓力。由亞臨界壓力提高到超臨界壓力，電廠發(fā)電效率提高1.8左右。,目前電站鍋爐的參數(shù)已經(jīng)發(fā)展為超超臨界壓力，電廠經(jīng)濟性也相應提高。 提高蒸汽溫度可有效提高電廠循環(huán)熱效率，但由于汽溫提高要求使用更多的昂貴高合金鋼材，致使

18、設(shè)備的造價大為提高。目前世界主要工業(yè)國家的蒸汽溫度一般限制在570以下，多采用540左右。 我國目前投產(chǎn)的火電機組已經(jīng)發(fā)展為超臨界壓力和超超臨界壓力，機組容量相應為600MW和1000MW。,拿上海舉例，上世紀90年代初石洞口二廠就引 進了兩臺600MW超臨界機組，而后外高橋電廠在 2000年代初投產(chǎn)了兩臺900MW超臨界機組，目前 兩臺1000MW超臨界機組也投入運行。目前還在規(guī) 劃籌建1300MW超超臨界機組 近三年來，華能玉環(huán)電廠1、2號、華電鄒縣電 廠7、8號共四臺國產(chǎn)超超臨界百萬千瓦燃煤機組相 繼投運，,1.外高橋第三電廠21000MW 機組2955 t/h鍋爐 上鍋（SBWC）-阿

19、爾斯通公司（API，USA） 2.華能玉環(huán)電廠21000MW機組2950 t/h鍋爐 哈鍋（HBC）-三菱公司（MHI，JAPAN） 3.華電國際鄒縣發(fā)電廠四期21000MW機組機組3030 t/h鍋爐 東鍋（DBC）-巴布科克-日立公司（BHK，JAPAN）,目前已投產(chǎn)的國內(nèi)百萬等級超超臨界壓力鍋爐：,玉環(huán)電廠1000MW機組鍋爐總剖面圖,最大連續(xù)蒸發(fā)量B-MCR 2950 t/h 額定蒸汽壓力（過熱器出口） 26.25 MPa(a) 額定蒸汽溫度 605 再熱蒸汽蒸汽流量（B-MCR/BRL） 2457/2279 t/h 再熱器進口/出口蒸汽壓力（B-MCR） 5.27/5.07 MPa(

20、a) 再熱器進口/出口蒸汽溫度（B-MCR） 359/ 603 給水溫度（B-MCR） 298 雙爐膛直流燃燒器雙切圓燃燒方式,鄒縣電廠1000MW機組鍋爐總剖面圖,旋流燃燒器前后墻對沖燃燒方式,外高橋三期1000 MW 鍋爐剖面圖,縱切面,主蒸汽 820.8 kg/s (2,955 t/h) 29.7 MPa (設(shè)計壓力) 605 0C 再熱蒸汽 678.6 kg/s (2,443 t/h) 7.0 MPa (設(shè)計壓力) 0C 給水 297 0C 煤種 煙煤 直流燃燒器切向燃燒方式,目前我國正在規(guī)劃和在建的100萬千瓦超超臨界燃煤機組,國電泰州發(fā)電有限公司4臺1000MW超超臨界機組 廣東國

21、華粵電臺山發(fā)電有限公司二期工程6臺1000MW超超臨界機組 天津北疆發(fā)電廠41000MW燃煤超超臨界發(fā)電機組 華能廣東海門電廠規(guī)劃總裝機容量為6臺100萬千瓦超超臨界燃煤機組 廣東平海電廠設(shè)計裝機容量1000MW，一期工程為1000MW。 華潤電力浙江蒼南電廠21000MW超超臨界機組 國華寧海電廠二期21000MW超超臨界機組 浙江北侖電廠21000MW超超臨界機組 國電博興電廠規(guī)劃容量為41000MW超超臨界機組 皖能馬鞍山發(fā)電廠21000MW超超臨界機組 安徽華電蕪湖電廠二期21000MW超超臨界機組 綏中發(fā)電廠二期21000MW超超臨界機組 福州長樂電廠一期工程21000MW超超臨界機組 安徽華電宿州電廠二期21000MW超超臨界機組 山東大唐東營電廠一期21000MW超超臨界機組 湖北漢川電廠21000MW超超臨界機組 珠海發(fā)電廠21000MW超超臨界機組 諫壁發(fā)電廠21000MW超超臨界機組 未完整,(2) 改進燃燒技術(shù)，降低污染物的生成量和排放量 (3) 加強過熱汽溫和再熱汽溫調(diào)節(jié)的可靠性及靈活性； (4) 能快速啟停和快速變負荷，適應機組調(diào)峰的要求； (5) 減少水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器的爆管事故 和泄漏量； (6) 提高鍋爐部件的工作可靠性，承壓部件壽命可達35