Instrument Design



电厂锅炉工作原理

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    电厂锅炉是发电厂三大主要设备中重要的能量转换设备。它的作用是将燃料的化学能转变为热能,并利用热能加热锅内的水使之成为具有足够数量和一定质量(汽温、汽压)的过热蒸汽,供汽轮机使用。现在火力发电厂的锅炉容量大、参数高、技术复杂、机械化和自动化水平高,所以燃料主要是煤,并且煤在燃烧之前先制成煤粉,然后送入锅炉在炉膛中燃烧放热。概括地说,锅炉是主要工作过程就燃料的燃烧、热量的传递、水的加热与汽化和蒸汽的过热等。

整个锅炉由锅炉本体和辅助设备两部分组成。

   锅炉本体:

     锅炉本体是锅炉设备的主要部分,是由“锅”和“炉”两部分组成的。“锅”是汽水系统,它主要任务是吸引收燃料放出的热量,使水加热、蒸发并最后变成具有一定参数的过热蒸汽。它由省煤器、汽包、下降管、联箱、水冷壁、过热器和再热器等设备及其连接管道和阀门组成。

    (1) 省煤器。位于锅炉尾部垂直烟道,利用烟气余热加热锅炉给水,降低排烟温度,提高锅炉效率,节约燃料。

    (2) 汽包。位于锅炉顶部,是一个圆筒形的承压容器,其下是水,上部是汽,它接受省煤器的来水,同时又与下降管、联箱、水冷壁共同组成水循环回路。水在水冷壁中吸热而生成的汽水混合物汇集于汽包,经汽水分离后向过热器输送饱和蒸汽。

    (3) 下降管。是水冷壁的供水管道,其作用是把汽包中的水引入下联箱再分配到各个水冷管中。分小直径分散下降管和大直径集中下降管两种。小直径下降管管径小,对水循环不利。

    (4) 水冷壁下联箱。联箱主要作用是将质汇集起来,或将工质通过联箱通过联箱重新分配到其它管道中。水冷壁下联箱是一根较粗两端封闭的管子,其作用是把下降管与水冷壁连接在一起,以便起到汇集、混合、再分配工质的作用。

    (5) 水冷壁。位于炉膛四周,其主要任务是吸收炉内的辐射热,使水蒸发,它是现代锅炉的主要受热面,同时还可以保护炉墙。

    (6) 过热器。其作用是将汽包来的饱和蒸汽加热上成具有一定温度的过热蒸汽。

    (7) 再热器。其作用是将汽轮机中做过部分功的蒸汽再次进行加热升温,然后再送到汽轮机中继续做功。

“炉”是燃烧系统,它的任务是使燃料在炉内良好的燃烧,放出热量。它由炉膛、燃烧器、点火装置、空气预热器、烟风道及炉墙、构架等组成。

    (1) 炉膛。是由炉墙和水冷壁转成的供燃料燃烧的,燃料在该空间内呈悬浮状燃烧,释放出大量的热量。

    (2) 燃烧器。位于炉膛四角或墙壁上,其作用是把燃料和空气以一定速度喷入炉内,使其在炉内能进行良好的混合以保证燃料及时着火和迅速完全地燃烧。分直流燃烧器和旋流燃烧器两种基本类型。

    (3) 空气预热器。位于锅炉尾部烟道,其作用是利用烟气余热加热燃料燃烧所需要的空气,不仅可以进一步降低排烟温度,而且对于强化炉内燃烧、提高燃烧的经济性、干燥和输送煤粉都是有利的。锅炉效率可提高2%左右。分管式和回转式两种。

    (4) 烟风道。是由炉墙、部分受热面管道及包墙管等组成的管道,用以引导烟气的流动,并经各个受热面进行热量交换,分为水平烟道和尾部烟道。

   辅助设备

     辅助设备包括通风设备(送、引风机)、燃料运输设备、制粉系统、除灰渣及除尘设备、脱硫设备等。

三、电厂锅炉的工作过程

  由原煤仓落下的原煤经给煤机送入磨煤机磨制成煤粉。在原煤磨制过程中,需要热空气对煤进行加热和干燥,因此外界冷空气通过送风机送入锅炉尾部烟道的空气预热器中,被烟气加热成为热空气进入热风管道。其中一部分热空气经排粉机送入磨煤机中,对煤进行加热和干燥,同时这部分空气也是输送煤粉的介质;另一部分热空气直接经燃烧器进入炉膛参与煤粉的燃烧。从磨煤机排出的煤粉和空气的混合物经燃烧器进入炉膛内燃烧。

  煤粉在炉膛内迅速燃烧后放出大量的热量,使炉膛火焰中心的温度具有1500度或更高的温度。炉膛四周内壁布置有许多的水冷壁管,炉膛顶部布置着顶棚过热器及炉膛上方布置着屏式过热器等受热面。水冷壁和顶棚过热器等是炉膛的辐射受热面,其内部的工质在吸引炉膛的辐射热的同时,使火焰温度降低,保护炉墙不致被烧坏。为了防止熔化的灰渣黏结在烟道内的受热面上,烟气向上流动到达炉膛上部出口处时,其温度要低于煤灰的熔点。

    高温烟气经炉膛上部出口离开炉膛进入水平烟道,与布置在水平烟道的过热器进行热量交换,然后进入尾部烟道,并与再热器、省煤器、和空气预热器等受热面进行热量交换,使烟气不断放出热量而逐渐冷却下来,使得离开空气预热器的烟气温度通常在110-160度之间。低温烟气再经过除尘器除去大量的飞灰,最后只有少量的细微灰粒随烟气由引风机送入烟囱排入大气。

    煤粉在炉膛中燃烧后所生成的较大灰粒沉降到炉膛底部的冷灰斗中,被冷却凝固落入排渣装置中,形成固定排渣。

    由给水泵送向锅炉的给水,经过高压加热器加热后进入省煤器,吸收锅炉尾部烟气的热量后进入汽包,并通过下降管引入水冷壁下联箱再分配给各个水冷壁管。水在水冷壁中吸收炉膛高温火焰和烟气的辐射热,使部分水蒸发变成饱和蒸汽,从而在水冷壁内形成了汽水混合物。汽水混合物向上流动并进入汽包,通过汽包中的汽水分离装置进行汽水分离,分离出来的水继续循环。而分离出来的饱和蒸汽经汽包上部的饱和蒸汽引出管送入过热器进行加热。最后达到要求的过热蒸汽通过主蒸汽管道引入汽轮机做功。

    对于高参数、大功率机组,为了提高循环热效率和汽轮机的相对内效率,采用了蒸汽的中间再热,在汽轮机高压缸内做完部分功的过热蒸汽被送回锅炉的再热器中进行加热,然后再送到汽轮机的中低压缸做功。