锅炉和汽轮机的分类及特点Word格式.docx

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3　次高压锅炉：

5.4MPa≤P＜9.8MPa；

4　高压锅炉：

9.8MPa≤P＜13.7MPa；

5　超高压锅炉：

13.7MPa≤P＜16.7MPa；

6　亚临界压力锅炉：

16.7MPa≤P＜22.1MPa；

7　超临界压力锅炉：

22.1MPa≤P＜27.0MPa；

8　超超临界锅炉:

P≥27.0MPa或额定出口温度≥590℃的锅炉。

5、按所用燃料或能源分类：

1　固体燃料锅炉：

燃用煤等固体燃料；

2　液体燃料锅炉：

燃用重油等液体燃料；

3　气体燃料锅炉：

燃用天然气等气体燃料；

6、按燃烧方式分类：

1　火床燃烧锅炉：

主要用于工业锅炉，包括固定炉排炉、往复炉排炉等。

2　火室燃烧锅炉：

主要用于电站锅炉，燃用液体燃料、气体燃料和煤粉的锅炉均为火室燃烧锅炉。

3　流化床锅炉（沸腾炉）：

送入炉排空气流速较高，使大颗粒燃煤在炉排上面的沸腾床中翻腾燃烧，小颗粒燃煤随空气上升并燃烧。

4　旋风燃烧炉：

旋风燃烧是按照强旋涡的原理组织炉内旋风火焰燃烧的一种方式。

除了以上的分类方法外，锅炉还有几种不常用的分类方法，这里就不一一介绍，下文主要以按燃烧方式分类为主，对四类锅炉的性质特点进行比较。

2、几种常用锅炉的性质及特性分析

1、火床燃烧锅炉

火床燃烧是指燃料主要在火床（又称炉排）上完成燃烧全过程的一种燃烧方式。

添加在正在燃烧的火床上的新鲜燃料受到炉膛高温及已燃高温煤层的加热而点燃。

燃烧所需要的空气从火床下部的风是通过炉排上的通风孔穿入煤层供给燃烧用。

火床燃烧只能燃用固体燃料。

基本用于工业生产和采暖，大多为低参数、小容量锅炉。

9.运动链条

图1、链条锅炉内部结构简图

燃烧过程：

燃料煤从煤仓自动给煤机进入分层给煤机，运行时，打开给煤机下部的旋转门，煤即靠自重落于炉排的前端。

煤层厚度是通过控制紧靠出煤口的闸门提升高度来决定的，一定厚度的煤层便随着炉排（链条带动）的向后运动而进入炉膛，受高温火焰和炉拱的强烈辐射以及灼热焦炭层的直接烘烤，燃料很快的完成了燃烧的热力准备阶段（即预热、干燥、挥发份逸出），进而挥发分着火燃烧，最后焦炭也进入了猛烈的燃烧期。

直至完成全部燃烧过程，然后越过位于炉排后端的挡渣板而落入渣井，最后，通过除渣设备将渣井中的渣运往堆煤场。

工艺评价：

优点：

1　火床炉的煤炭无需特地破碎加工；

2　其锅炉房布置简单，运行耗电少；

3　链带式炉排结构简单，方便制造。

缺点：

1　燃料与空气混和较差，燃烧速度慢，效率不高，燃烧不彻底；

2　劳动强度大，污染较严重，清炉操作繁重；

3　链带式炉排检修不便，安装质量要求高，炉排片易折断。

2、火室燃烧锅炉（煤粉炉）

火室燃烧是指燃料在炉膛空间中以悬浮状态完成燃烧全过程的一种燃烧方式。

火室燃烧设备最主要的部件是燃烧器。

新鲜燃料与燃烧所需的空气量都是通过燃烧器上的各个不同用途和作用的喷口喷入炉内，并组织炉内燃烧空气动力工况，创造合适的燃烧条件和环境以保证燃料在火室（及炉膛）空间中及时着火、稳定燃烧、充分燃尽。

图2、火室燃烧锅炉示意图

火室燃烧锅炉的燃烧过程及部件详细解释见《火力发电流程及设备》PPT文档

燃烧阶段：

1　受到炉内火焰、高温烟气的加热，温度升高，开始把水分蒸发掉；

2　温度再上升，煤中的挥发物则开始析出，并在煤粒周围燃烧，使煤粒进一步加热；

3　在析出挥发物后，煤粉颗粒就变成了高温的焦炭颗粒，并进一步燃烧，直至燃尽为止；

4　煤粉在炉内的停留一般为2～3s，燃尽后形成的灰渣大部分作为飞灰随气流排出。

1　它没有炉排，燃料是随空气流入炉内，燃料燃烧的各个阶段都是在悬浮状态下进行和完成的，其容量的提高不再受炉排的构造和布置的限制；

2　燃料的燃烧反应面积很大，与空气混合良好，可以采用较小的过量空气系数，燃烧速度和效率比层燃炉高；

3　燃料适应性广，可以燃用固体、液体和气体燃料；

4　燃烧调节和运行、管理易于实现机械化和自动化。

1　在供热锅炉中，由于它需要配置磨煤设备，电耗大；

2　由于燃料在室燃炉停留时间一般都很短促，为保证燃烧充分完全，因而炉膛体积大；

3　系统也较复杂，且不能低负荷运行和压火；

4　飞灰多，易污染环境等原因，应用受到限制。

3、流化床锅炉（沸腾炉）

（1）流化床的概述

当流体（液体、气体）向上流过固体颗粒床层时，其速度增大到一定值后，颗粒被流体的摩擦力所承托，呈现飘浮状态，颗粒可以在床层中自由运动，这种状态称为“流态化”。

按流化介质的不同可分为液-固流态化、气-固流态化。

燃煤流化床属气-固流态化范畴。

图3、流化床锅炉（沸腾炉）示意图

燃烧过程

空气从进风管送进风室后，经布风板的分配而均匀的进入炉子的下半部---沸腾段。

气体在沸腾段中基本上向上流动，直至流出沸腾段，流过整个炉膛。

燃料从进料口进入沸腾段，一部分细粉被气流吹出沸腾段，并在那里悬浮燃烧。

其余绝大部分留在沸腾段内，被气流流化后形成沸腾床。

这部分燃料颗粒在沸腾运动过程中完成燃烧。

燃尽的灰渣从溢流口溢出。

（2）流化床锅炉的发展

第一代流化床锅炉：

鼓泡床锅炉

鼓泡床锅炉，即流化床锅炉，工作过程就如上面所述，其优缺点如下：

1　燃料适应性广：

可以燃烧包括煤矸石、焦碳、油页岩、垃圾等劣质煤在内的所有固体燃料；

2　清洁燃烧：

脱硫率高、NOx排放少；

3　负荷调节性能好：

低负荷下仍可保持燃烧稳定；

负荷调节比达4：

1，甚至可以压火备用；

4　灰渣综合利用性能好：

低温燃烧后的灰渣没有经历烧结过程，活性好，非常适合做水泥填料。

1　燃烧损失大：

燃料宽筛分（0~10mm），未燃尽细颗粒飞出量大；

2　埋管磨损严重：

为了控制密相区床温，密相区布置有埋管，但其磨损问题不易解决；

3　大型化受到限制：

截面热负荷低，为煤粉炉的1/4，如一台400t/h的鼓泡床截面积约200m2；

4　脱硫剂利用效率低：

脱硫剂颗粒大（细颗粒易飞出），利用率低。

第二代流化床锅炉：

循环流化床锅炉

“循环”的概念——飞出炉膛的物料被气固分离器收集，返回炉膛，循环燃烧和利用。

图4、循环流化床锅炉示意图

注：

石灰石的主要作用是脱硫和维持物料循环量的稳定。

与鼓泡床相比，循环流化床锅炉有以下优势：

1　燃烧效率提高（可达97.5~99%）：

炉膛沿高度基本恒温（850℃），延长了燃烧时间；

物料通过分离器多次循环回炉内，延长了燃烧时间；

2　没有埋管，彻底解决埋管磨损问题：

密相区燃烧份额小，不需埋管即可控制床温；

3　为大型化提供了可能：

燃烧、传热不仅仅局限于浓相区，炉膛截面热负荷提高2~3倍，更易实现大型化；

4　脱硫剂利用率提高：

脱硫剂（石灰石）颗粒变细（0.1~0.3mm），利用率提高；

SO2气体在燃烧区停留时间延长，鼓泡床1~2s，循环流化床3~4s；

脱硫剂循环利用，停留时间延长。

目前的循环流化床锅炉仍存在以下问题：

1　单机容量不够大：

国内最大单机容量为300MWe；

2　结构复杂，造价较高：

比煤粉炉增加了物料分离和回送装置，占地面积大，钢材消耗量约增加20%；

但若与煤粉炉加尾部烟气脱硫相比，总造价低；

3　磨损问题：

固体颗粒浓度大，对受热面磨损较严重；

4　锅炉机组自身能耗增加；

5　物料循环回路的调节与控制要求高。

4、旋风燃烧炉

旋风炉实际上是液态排渣炉的一种，一般由旋风筒、燃烬室和冷却炉膛组成，因其有圆柱型燃烧室（旋风筒），气流在其内高速旋转燃烧而得名。

旋风炉在圆柱形旋风筒进行旋涡燃烧。

强入的旋转气流将较粗的燃料颗粒甩向旋风筒内壁的一层高温的熔渣膜上，较细的燃料颗粒则在筒内作悬浮燃烧，从而使燃料在旋风筒内有足够长的停留时间，再加上旋风筒内高达1800℃以上的燃烧温度，保证了燃料的完全燃烧，而且旋风筒的容积热负荷高，通常可为煤粉炉的10~30倍，因此，旋风炉体积小，结构紧凑。

图5、旋风炉工作示意图

旋风燃烧方式具有下列特点：

1　热强度高：

由于火焰在旋风筒内高速旋转，扰动极其强烈，传热、传质条件非常好，燃料颗粒完全处于扩散燃烧区。

2　燃烧稳定：

燃料进入旋风筒后粘附在熔渣膜上，因此，燃料在筒内有相当长的滞留时间，燃烧室中蓄积相当多的热量，这有助于维持燃烧过程的连续性。

3　燃烧经济性高：

旋风炉具有高的燃烧温度，优良的传热和传质条件，充分保证了燃料的完全燃烧。

化学不完全燃烧损失、机械不完全燃烧热损失较小。

4　捕渣率高：

旋风筒内高速旋转的气流具有很高的分离熔渣的能力，一般在70％以上。

5　锅炉尺寸紧凑：

由于捕渣率高，烟气中挟带的飞灰量少，锅炉对流受热面的烟速可以提高，而不必担心飞灰对受热面磨损。

烟速提高使传热强化，飞灰量减少，使除尘器负担减轻，这些都将使锅炉设备布置紧凑。

6　燃烧效率高：

旋风筒中的燃烧既不存在火床燃烧中那种保持火床层稳定的必要性，也没有悬浮燃烧中燃料颗粒与空气之间相对速度趋近于零、燃料颗粒在炉内停留时间很短的缺点。

1　能量消耗高：

旋风筒中高速旋转气流使流动阻力剧增。

采用热风送粉，必须有高压风机，这样锅炉自身消耗的电能就必然增高。

2　煤质适应能力差：

对旋风炉炉型来说，能适应各种煤种。

但对于某一特定的旋风炉，因其对燃煤灰分的熔融特性、灰渣的流动能力极其敏感，尤其是锅炉负荷较低时，问题愈突出。

3　锅炉可用率低：

旋风炉存在析铁、受热面烟气侧高温腐蚀、粒化冲渣系统容易发生故障、过热器和高温段省煤器处容易积灰等均能引起故障停炉，使旋风炉可利用率降低。

实践表明，旋风炉在投运初期事故率较高。

4　灰渣物理热损失高：

旋风炉的燃烧经济性较高，但高温的灰渣送至渣沟排掉，尤其是燃用高灰分煤时，其灰渣物理热损失更大。

5　NOx排放量较高：

旋风炉燃烧温度比一般煤粉炉高，氮在高温下生成氧化氮，烟气中NOx较高，对环境影响较大。

6　对流受热面易积灰：

旋风炉捕渣率高，使进入对流受热面烟气中较粗的飞灰颗粒减少，因此丧失了大颗粒飞灰冲刷对流管束积灰的作用，使锅炉出口对流受热面积灰严重。

7　制造费用高：

旋风炉结构复杂，销钉焊接工作量大，因而制造费用要比同容量的煤粉炉高。

汽轮机篇

1、汽轮机的分类

汽轮机的类型很多，为了便于选用，常按热力过程特性、工作原理、新蒸汽参数、蒸汽流动方向及用途等对其进行分类。

1、按热力过程特性分

1　纯凝汽式汽轮机

2　背压式汽轮机

3　抽汽式汽轮机

2、按工作原理分

1　冲动式汽轮机

2　反动式汽轮机

3　混合式汽轮机

3、按新（主）蒸汽压力分

1　低压汽轮机新蒸汽压力为1.2MPa～2MPa；

2　中压汽轮机新蒸汽压力为2.1MPa～8MPa；

3　高压汽轮机新蒸汽压力为8.1MPa～12.5MPa；

4　超高压汽轮机新蒸汽压力为12.6MPa～15.1MPa；

5　亚临界汽轮机新蒸汽压力为15.1MPa～22MPa；

6　超临界汽轮机新蒸汽压力为22.12MPa～25MPa；

7　超超临界汽轮机新蒸汽压力为25.0MPa以上。

4、按蒸汽流方向分

1　轴流式汽轮机

2　辐流式汽轮机

5、按用途分

1　电站汽轮机：

用具有一定温度和压力的过热蒸汽（工质）为动力，并将蒸汽的热能转换为转子旋转的机械能，带动发电机发电的汽轮机。

2　工业汽轮机：

在工业生产中，直接用汽轮机作为原动机来驱动一些大型的机械设备，如大型风机、给水泵压缩机等功率比较大的设备，这种用途的汽轮机叫工业汽轮机。

3　船用汽轮机：

满足船用条件，供船舶推进或驱动辅机等用的汽轮机。

本文主要针对以热力过程特性分类的三种汽轮机进行讨论

2、几种汽轮机的介绍

1、纯凝汽式汽轮机

纯凝汽式汽轮机是火电厂中普遍采用的专为发电用的汽轮机。

凝汽设备主要由凝汽器、循环水泵、凝结水泵和抽气器组成。

汽轮机排汽进入凝汽器，全部被循环水冷却凝结为水，由凝结水泵抽出，经过各级加热器加热后作为给水送往锅炉。

汽轮机最常用的凝汽器为表面式凝汽器。

冷却用水排入冷却水池或冷却水塔降温后再循环使用。

靠近江、河、湖泊的电厂，如水量充足，可将由凝汽器排出的冷却水直接排入江、河、湖泊，称为径流冷却方式。

但这种方式可能对河流湖泊造成热污染。

严重缺水地区的电厂，可采用空冷式凝汽器。

但它结构庞大，金属材料消耗多，除列车电站外，一般电厂较少采用。

老式电厂中，有的采用混合式凝汽器，汽轮机排汽与冷却水直接混合接触冷却。

但因排汽凝结水被冷却水污染，需要处理后才能作为锅炉给水，已很少采用。

由于纯凝汽式汽轮机凝结蒸汽量大，故一般适合在水量充足的地方，用冷却水冷却；

如果在缺乏水的地方使用，采用空气冷却，大量的待冷却蒸汽造成空冷式凝汽器设备更加庞大，冷却难度更大，设备投资大。

除氧水箱

图6、纯凝汽式汽轮机工作示意图

2、背压式汽轮机

背压式汽轮机是指排汽压力（背压）高于大气压力的汽轮机。

排汽用于供热的背压式汽轮机为供热式汽轮机的一种，应用很广；

排汽用作其他汽轮机进汽的背压式汽轮机称为前置式汽轮机。

背压式汽轮机的特点是：

排汽压力高，通流部分的级数少，结构简单，同时不需要庞大的凝汽器和冷却水系统，机组轻小，造价低。

当它的排汽用于供热时，热能可得到充分利用，但这时汽轮机的功率与供热所需蒸汽量直接相关，因此不可能同时满足热负荷和电（或动力）负荷变动的需要，这是背压式汽轮机用于供热时的局限性。

发电用的背压式汽轮机通常都与凝汽式汽轮机或抽汽式汽轮机并列运行或并入电网，用其他汽轮机调整和平衡电负荷。

对于驱动泵和通风机等机械的背压式汽轮机，则用其他汽源调整和平衡热负荷。

发电用的背压式汽轮机装有调压器，根据背压变化控制进汽量，使进汽量适应生产流程中热负荷的需要，并使排汽压力控制在规定的范围内。

图7、背压式汽轮机工作示意图

3、抽汽式汽轮机

抽汽凝汽式汽轮机是从中间级抽出蒸汽供给热用户的汽轮机。

抽汽压力根据用户的需要和产品系列化的要求而确定，能在一定范围内调整。

按抽汽数目的不同，抽汽式汽轮机分为单抽汽和双抽汽两种。

单抽汽的通流部分可分为高压和低压两段。

双抽汽的通流部分分成高压、中压和低压三段。

每段设有单独的汽缸，构成分缸布置，或几段合在一个汽缸内，构成单缸布置。

抽汽式汽轮机运行时既要供电（或动力），又要供热。

当抽汽量为零时便与凝汽式汽轮机相同，进入汽轮机的蒸汽除一部分流入给水加热器加热锅炉给水外，其余蒸汽都流经各级后进入凝汽器。

当抽汽量不为零时，进入汽轮机的蒸汽先流过高压段各级作功，然后一部分蒸汽经由抽汽口抽出供热；

另一部分蒸汽通过调节阀或旋转隔板流经其余各级，继续作功，最后进入凝汽器。

排汽压力小于大气压力的抽汽式汽轮机称为抽汽凝汽式汽轮机；

排气压力大于大气压力的抽汽式汽轮机称为抽汽背压式汽轮机。

抽汽背压式汽轮机的输出功率取决于供热的蒸汽量大小，而不能任意改变。

因此它必须与其他汽轮机并列运行或并入电网，以保证供电要求。

图8、抽汽式汽轮机流程示意图

3、汽轮机工况介绍

1．额定功率（铭牌功率TRL）：

是指在额定的主蒸汽及再热蒸汽参数、背压11.8KPa绝对压力，补给水率3％以及回热系统正常投入条件下，考虑扣除非同轴励磁、润滑及密封油泵等所耗功率后，制造厂能保证在寿命期内任何时间都能安全连续地在额定功率因素、额定氢压（氢冷发电机）下发电机输出的功率。

此时调节阀应仍有一定裕度，以保证满足一定调频等需要。

在所述额定功率定义条件下的进汽量称为额定进汽量。

2．最大连续功率（T－MCR）：

是指在额定功率条件下，但背压为考虑年平均水温等因素确定的背压，（设计背压）补给水率为0％的情况下，制作厂能保证在寿命期内安全连续在额定功率因素、额定氢压（氢冷发电机）下发电机输出的功率。

该功率也可作为保证热耗率和汽耗率的功率。

保证热耗率考核工况：

系指在上述条件下，将出力为额定功率时的热耗率和汽耗率作为保证，此工况称为保证热耗率的考核工况。

3．阀门全开功率（VWO）：

是指汽轮机在调节阀全开时的进汽量以及所述T-MCR定义条件下发电机端输出的功率。

一般在VWO下的进汽量至少应为额定进汽量的1.05倍。

此流量应为保证值。

上述所指是由主汽轮机机械驱动或由主汽轮机供汽给小汽轮机驱动的给水泵，所需功率不应计算在额定功率中，但进汽量是按汽动给水泵为基础的，如果采用电动给水泵时，所需功率应自额定功率中减除（但在考核热耗率和汽耗率时是否应计入所述给水泵耗工，可由买卖双方确定）。

附注：

《发改委9号》关于电力淘汰类的内容：

1．大电网覆盖范围内，服役期满的单机容量在10万千瓦以下的常规燃煤凝汽火电机组（华电方案中未标明）；

2．单机容量5万千瓦及以下的常规小火电机组

3．以发电为主的燃油锅炉及发电机组（5万千瓦及以下）