司炉工培训讲义循环流化床锅炉.docx

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司炉工培训讲义循环流化床锅炉

第二讲锅炉与辅属设备

引言：

（1）锅炉：

《特种设备安全监察条例》是指利用各种燃料、电能或者其它能源，将所盛装的液体加热到一定参数，并承载一定压力的密团设备，其范围规定为容积大于或者等于30L的承压蒸汽锅炉；出口水压大于或者等于0.1Mpa（表压）且额定功率大于或者等于0.1MW的承压热水锅炉；有机热载体锅炉。

锅炉的含义中包括其附属的安全附件、安全保护装置和与安全保护装置相关的设施。

（2）历史：

早在十七世纪六十年代（约在1720年－1769年）在英国出现了世界上第一台锅炉，当时的锅炉仅仅是一个密闭的容器，内部装有水，底部用火焰加热，从上部输出蒸汽，锅炉的性能结构都不够完善，由最初的铜制球形锅炉演变成熟铁制的园筒形锅炉，后来逐步发展为锅壳锅炉、立式锅炉、水管锅炉，电站锅炉都采用水管锅炉的型式，主要考虑大型化和承受较高的工作压力。

（3）电站锅炉分类：

a、参数分：

压力2.5≤P≤5.9中压（3.8Mpa）、P>5.9高压（9.8Mpa）、

P>13超高压（13.7Mpa）亚临界（16.7Mpa），P>22.5（超临界）

***水的临界数：

Pc=22.129Mpa;tc=374.150C;Vc=0.03147m3/kg。

***压力的定义：

1pa=1N/m2;1kg=9.8N;1Mpa=106pa。

导出：

1kg/cm2=0.098Mpa

b、按结构型式分：

П型炉、T型炉、塔式炉、箱式炉

c、按燃烧方式分：

层燃炉（链条）、室燃炉（煤粉）、沸腾（CFB）

d、按循环方式分：

自然循环、控制循环、直流锅炉、低倍率循环锅炉

（4）锅炉的组成：

汽水系统、烟风系统、制粉系统、除灰系统（锅炉内部除灰设备、锅炉外部除灰设备）、控制系统。

（5）锅炉的特殊要求：

由于锅炉是处于高温高压状态下长期运行的大型设备，属于危险性较大的特种设备，膨胀、传热、强度、承载、密封、刚度、稳定。

（6）电站锅炉运行特点：

安全、可靠、稳定、连续运行。

第一章锅炉汽水系统组成及工作原理

第一节锅炉汽水系统的组成

一、П型锅炉汽水系统各部件的布置如图；

二、汽不系统主要部件：

锅筒、下降管、水冷壁、防渣管、集箱、汽水导出管、过热器、再热器、减温器、省煤器、锅内设备、给水设备、排污装置。

第二节各部件名称作用

一、筒与锅内设备：

（提高蒸汽品质，保证锅内水循环和其它辅助作用）

锅内设备主要有（1、饱和蒸汽引出管，2、均汽板，3、给水管，4、旋风分离器，5、汇流箱，6、汽水混合物引出管，7、旋风分离器引入管，8加药管，9、下降管，10、十字档板，11排污管，12、平孔板清洗装置）

1、汽水分离装置：

旋风分离器、涡轮分离器、波板分离器、汽孔板

2、蒸汽清洗装置：

穿层式清清装置（钟罩式、平板式）

3、蒸汽品质：

《标准》

蒸汽压力（Ｍpa）

含钠量，（μg/kg）

SiO2含量（μg/kg）

含铁量（μg/kg）

含铜量（μg/kg）

凝汽式电厂

热电厂

<5.88

≤15

≤20

≤20

5.88-18.62

≤10

≤10

≤20

≤20

≤5

4、蒸汽中杂质的来源:

机械携带、蒸汽溶解

5、机械携带的影响因素：

锅炉负荷、蒸汽空间高度（大于0.6米左右后变化很小）、锅水含盐量、汽包压力（压力增大，汽、水密度差减小，汽水分离困难）。

6、蒸汽溶盐的影响因素：

压力升高，蒸汽溶盐的能力增大。

7、提高蒸汽品质的途径：

提高给水品质（合格的补给水、减小汽机冷却水的渗漏、除去供热返回水的杂质、减少水流中金属腐蚀产物的携带）

二、下降管：

《作用》是把汽包中的水连续不断的送入下集箱供给水冷壁。

为了保证水循环的可靠性，下降管都布置在炉外，不受热。

《类型》有采用直径小的分散下降管的（ф108、ф133、ф159），也有采用直径大的集中下降管的（ф419X36）再用多根分配管分到水冷壁下集箱。

三、水冷壁：

是辐射蒸发受热面，现代高参数锅炉基本上不用对流受热面（对流管束），这是因为水冷壁受热面的热负荷比对流管束受热面的热负荷大得多，受热面热负荷大，就是说传递同样的热量可以用比较少的受热面，节省钢材。

《作用》有两个，一是吸收炉膛火焰的辐射热，使饱和水吸热汽化蒸发成饱和蒸汽，二是保炉墙，用了水冷壁炉墙的温度大的下降，炉墙不会烧坏，同时也防止了结渣和溶渣对炉墙的侵蚀，

《类型》光管、膜式（鳍片）、剌管（燃烧带）

四、冷渣管：

在后水冷上部炉膛出口处中压炉采用拉稀管，解决两方面的问题，一是形成烟气通道，二是冷却烟气，使烟气中的半融化状态的灰渣迅速凝固下来，以免形成结渣，把这部分管子称为拉稀管。

在高压、超高压主锅炉的炉膛出口就是屏式过热器的入口，这样，屏式过热器就起到凝渣的作用，在此不采用拉稀管的结构，有采用三叉管结构布置在炉膛出口处。

《作用》增加水平烟道长度，改善烟气对屏式过热器的冲刷，提高了烟气对炉膛前角的充满程度和减小该处的涡流区有利于前墙和侧墙的传热。

《结构》如下图

三叉管各部件：

（1、水冷壁管，2、上集箱，3、汽水混合物导出管，4、三叉管，5、节流孔板，6、刚性带）

五、过热器：

《作用》将饱和蒸气加热成为具有一定参数的过热蒸汽。

《类型》对流过热器（蛇形管，水平烟道内立式布置，尾部坚井中卧式布置，在烟气流向上有逆流、双逆流和顺流冲刷）、半辐射式过热器（屏式悬吊在炉膛上部或炉膛出口处同时吸收辐射热和对流热）、辐射过热器（布置在炉膛中直接吸收火焰的辐射热，有屏式、墙式、）、顶棚过热器（布置在炉膛或水平烟道的顶部）、包墙过热器（在水平烟道或坚井烟道的内壁像水冷壁那样布置包墙管）、低温对流过热器（在坚井烟道的尾部）、前屏过热器、后屏过热器、高温对流过热器。

六、再热器：

《作用》将汽轮机高压缸的排汽引回到锅炉再次加热到高温，然后送回汽轮机，以减少汽轮机尾部蒸汽的湿度。

《类型》蛇形管（立式、卧式）

七、减温器：

《作用》在过热器出口蒸汽温度过高超温时加入减温水来调节控制过热器的出口蒸汽温度。

《类型》面式减温器、喷水减温器。

八、集箱：

用于汇集联通受热面管子。

九、给水设备

给水泵、给水管路、给水调节控制系统。

十、省煤器：

《作用》吸收锅炉尾部低温烟气的热量，降底锅炉排烟温度，节省燃料，提高锅炉热效率。

提高给水温度，减轻蒸发受热面的负担。

提高进入汽包的水温，减小给不与汽包壁的温差，降底汽包壁的热应力。

《类型》非沸腾式（出口水温低于饱和温度）、沸腾式（出口水温达到饱和温度产生一少部分蒸汽）。

一般采用28-42mm钢管蛇形管，卧式错列布置。

第三节汽水路线及原理

一、锅内水循环

锅内水循环：

锅内的水和汽水混合物在锅炉蒸发受热面的闭合回路中不断的流动，叫锅内水循环。

如下图由汽包、下降管、水冷壁管、下集箱、汽水导出管构成的锅内水循环回路中。

自然循环的动力来源：

温差――密度差――压力差――循环动压头。

即：

hρˊ>hρ″

自然水循环与压力的关系：

当锅内压力增大，饱和水与汽水混合物的密度差减小，循环动压头减小，锅内水循环趋向困难，当锅内饱和蒸汽压力达到18.6Mpa发上时，必须采用强制循环。

二、汽水路线

给水泵――给水调节――省煤器――锅筒――（下降管――下集箱――水冷壁管――汽水导出管――锅筒）――包墙过热器――低温过热器（一级）――屏式过热器（二级）――高温过热器（三级）――过热蒸汽出口

第二章循环流化床锅炉燃烧设备

有说：

循环流化床锅炉是由沸腾炉发展演变而来的一种新型燃烧方式，或者说不是，世界上最早的流化床是在1921年德国人发明了世界上第一台流化床，1979年芬兰20t/hCFB锅炉问世，1986年中国济南35t/hCFB锅炉投入运行，1986年美国（福斯特惠勒）1t/h-0.7MpaCFB锅炉试验台运行测试，2年开发140t/h-10.5MpaCFB锅炉。

第一节CFB锅炉燃烧设备主要部件

1、布风板水冷管，2、水冷壁，3、II级过热器（屏式）、4、下降管，

5、锅筒6、包墙过热器集箱，7、III级过热器，8、I级过热器，

9、省煤器，10、给水管，11、过热蒸汽出口，12、给煤机，13、布风板，14、外置分离器，15、返料器，16、罗次鼓风机，17、一次空气预热器，18、二次空气预热器，19、一次风机，20二次风机，21、点火器，22、除尘器，23、引风机。

第二节作用原理

一、炉膛：

1、炉膛的主体结构，

（1）目前有横截面积为方形（长方和正方）、圆形、下圆上方形，立式方形是最常见的炉膛结构，

（2）炉膛尺寸，长、宽、高，主要考虑以下因：

素截面热负荷（3-5MW/m2）、流化风速（5-8m/s2）、受热面布置、保证完全燃烧、尾部受热面和对流烟道和高度、锅内自然循环压力。

2、二次风位置，二次风的入口一般设在离布风板以上1.5-3米的位置，ＣＦＢ锅炉中采用二次风后，一般人为的将层分为两个区域，下部的密相区和上部的稀相区，二次风口的位置就决定了密相区的高度，人为的把床层分为“密相”、“稀相”两个区，

（1）密相区的作用：

使燃料部分燃烧气化和裂解，同时也作为储热装置，

（2）稀相区的作用：

（3）二次风从炉膛扩口处送入，可以单层布置，也可以双层布置，以保证上部稀相区的燃烧份额。

3、燃烧份额的分布，密相区受热面，为防止磨损，外表均敷设耐火材料，燃料在密相区燃烧所放出的热量大多数用循环物料吸收，控制密相区燃烧份额是控制床温的重要手段，常常用调节一、二次风配比来调节密相区的燃烧份额，控制床温。

二次风份额在总风量的４０－６０％，通过排烟含氧量６－１０％，来判断二次风的比例是否合理。

4、炉膛开口，

（1）给煤口，在炉膛的下部还原区，远离二次风口，给煤口的压力大于炉膛压力防止反吹，还采用风密封装置。

（2）石灰石给料口，有单独给料也有从循环物料口或给煤口给入，（3）排渣口，一般开在布风板上或炉壁靠布风板处。

（4）返料口，开在二次风口以下的密相区。

（5）炉膛出口。

（6）观察口、炉门、测试口。

二、气固分离器：

1、分类：

（1）按原理分，旋风分离器、惯性分离器。

（2）按使用条件分，高温（850）、中温（400-600）、低温（200-300）、（3）按位置分，内循环分离器、外循环分离器。

2、高温旋风分离器，

（1）结构如图，有钢壳、绝热、保温、防磨内衬。

（2）作用：

（3）原理：

离心分离。

（4）另外还有水（汽）冷分离器。

三、返料器：

1、《作用》

（1）保证物料流动稳定。

（2）阻塞气体不返窜。

（3）可控制物料的流量。

2、《类型》返料器（由非机械阀和料腿组成）的结构类型主要取决于非机械阀的类型，有L型、V型、J型、H型、N型结构。

四、布风装置

1、《形式》风帽式、密孔板式。

《作用》能均匀、密集地分配气流，保证炉膛密相区物料稳定的流化态。

2、布风板，有水冷式布风板和非不冷式布风板。

3、风帽

五、外置式流化换热器

六、尾部受热面

主要有：

省煤器、空气预热器。

第三章循环流化床锅炉的辅属系统

第一节点火装置

1、流化床点火方法

循环流化床锅炉点火启动是通过某种方式将床料加热到投煤运行所需要的最低温度以上，实现投煤进入稳定运行状态，整个点火过程一般分为三个阶段：

（1）用外来燃料作热源加热底料，把底料从室温加热到引燃温度。

（2）底料着火爆燃，用它本身燃烧放热进一步使床温急剧上升。

（3）过渡到正常运行风量，控制床温，全面调节进入正常运行。

2、床上、床内、床下点火装置

（a）床上油枪点火，（b）床内天然气点火（c）床下烟气发生器点火（d）床下油气预燃点火。

第二节碎煤、给煤系统

１、循环流床锅炉要求入炉煤的粒径为０－１３mm，对煤需要进行破碎和筛选，常用的碎煤设备有钢棒滚筒磨、锤击式破碎机。

２、给煤设备有皮带给料机、圆盘给料机、螺旋给料机、刮板给煤机。

３、给煤方式，按给煤位置可分为床下给煤和床上给煤，按给煤点的压力可分为负压给煤和正压给煤，对于湍流床和循环倍率很高的锅炉，炉内处于很高的正压状态，负压点的位置很高或不存在，因此只能正压给煤，

第三节灰渣冷却与处理装置

循环流化床锅炉床料（物料）、燃料颗粒大小一般在0-13mm的范围内，锅炉运行中这此物料一部分飞出炉膛参与循环或进入锅炉尾部烟道一部分在炉内循环，较大粒径的颗粒沉积于炉床底部，需要排出，以保持一定的灰平衡，所谓的灰平衡就是进入炉内的灰量和排出的灰量保持平衡，即重量相等。

循环流化床锅炉炉膛温度在850-9500C，排出的灰也在这一温度范围内，具有大量的物理热，如不处理，浪费能源，恶化环境，灰中残余的硫和氮在炽热条件下放出二氧化硫和氮氧化物，灰渣物理热损失大于2%，炽热的灰不利于机械化处理，排出的高温灰渣需要冷却处理――冷渣器。

《作用》（１）回收热量，加热给水，起省煤器的作用，（２）加热空气，起空气预热器的作用，（３）同时加热水和空气，（４）保持炉膛灰平衡和床料的良好流化，（５）细颗粒分选回送，提高燃烧和脱硫效率。

（类型）流化床式、移动床式、混合床式、螺旋输送机式、滚筒式、水冷式、风冷式、风水冷式。

第四节风、烟系统与电除尘器

循环流化床锅炉的风烟系统比较复杂，有一次风、二次风、返料风、播煤风、冷却风。

锅炉排烟主要有引风机和除尘器。

１、一次风主要作用于炉内床料，在密相区使床料达到一定的流化态，并给密相区送入一定量的氧气，控制密相区的燃烧份额，从而控制床温，一次风是从床下的风室经布风板、风帽进入密相区，由于布风板、风帽、床料的阻力比较大，因此要求一次风要有较高的风压，一般在10000－20000pa的范围内。

２、二次风主要是补充炉内燃料燃烧的氧气并加强物料的掺混，另外循环流化床锅炉的二次风还有适当调节炉内温度场分布的作用，防止局部烟气高温、降低NO2的排放量。

二次风一般由二次风机供给，也有的锅炉一、二次风机共用。

为了达到上述目的，二次风分级分布，最常见的分二级从炉膛不同高度给入，也有分三级给入的。

运行中通过调节一、二、次风和各级二次风的配比，可以控制炉膛的燃烧和传热。

３、返料风

返料风是通过高压风机（罗次风机）从返料器下部给入控制返料器的物料流动。

４、播煤风

播煤风是使煤比较均匀的播撒在炉内，使炉内温度场分布均匀，播煤风一般由二次风供给。

５、冷却风

主要是在采用风冷式冷渣器的锅炉设有冷却风。

6、引风机

离心风机，全压（pa），动压和静压之和。

风量（m3/h）。

效率（%）。

内功率（kW）.

7、静电除尘器

电除器是利用强电场使气体电离，即产行电晕放电，进而使粉尘荷电，并在电场力的作用下，将粉尘分离出来，用电除尘的方式分离气体中的悬浮尘粒订包括以下几个复杂的物理过程：

施加高电压、产生强电场、使气体电离、及产生电晕放电，悬浮颗粒的荷电；荷电颗粒在电场力的作用下向电极运动，荷电颗粒在电场中被捕捉，振打清尘。

第五节循环流化床锅炉操作控制与DCS系统

DCS：

（DistributedControlSystem）分散控制系统。

TDCS：

（TotaltDistributedControlSystem）集散式控制系统。

DCCS：

（DistributedComputerControlSystem）分布式计算机控制系统。

一、DCS系统的层次结构

1、就地操作层，是DCS系统的基础，主要任务是：

进行过程的数据采集，进行直接数据的过程控制，进行设备监测和系统的测试和诊断。

（相当于智能化的操作工）

2、过程控制层，通过组态控制方案，对单元内的程序流程实施整体优化，通过获取直接控制层的时实数据以进行单元内的活动监视。

（相当于智能化操作监视人）

3、控制管理层，是生产过程的命令管理系统，其功能是进行生产过程的监视，现场设备直接操作，控制参数的设置，在线、离线自诊断，打印生产报表。

（相当于运行最高负责人）

4、生产管理层，是全厂自动化的最高管理者，是经营决策层，它包括技术、经济、生产、管理、人事方面的活动，主功能如机组运行的经济性分析，机组性能分析，机组检修管理，生产资料的合理分配，生产成本的核算。

（相当于生产负责人）

二、DCS的自动化内容

1、热工检测，自动的检查、测量、记录机组在生产过程和运行中的各个热力参数，及时的反映机组运行的变化趋势，为操作人员提供依据，为自动控制装置提供控制信号。

在CFB锅炉中热工检测的项目有：

主蒸汽、过热蒸汽、再热蒸汽的压力、温度、流量，给水压力、温度、流量，汽包水位，炉膛压力，排烟含氧量，排烟温度，送风的温度、压力，燃料的给入量，因炉的大小不同一台CFB锅炉约有几百个到几千个测点。

2、模拟量控制，是指自动和连续地调节、控制机组的运行状态，让机组的运行参数自动的维持在某一给定值或在规定范围内，或按一定的规律变化。

如锅炉水位调节系统中的三冲量自动调节，通过采集汽包水位信号“H”，锅炉蒸汽流量信号“D”，给水流量信号“G”输送到模拟控制系统，经过处理和与设定范围比对处理，模拟控制系统发出指令控制给水阀的开度和水泵的转数，实现了用给水量跟踪锅炉负荷的方法来稳定汽包水位的目的。

3、顺序控制，在生产过程中系统自动的依次进行的一系列的操作。

如启动一个电机、关闭一个阀门、启动点火器等。

4、热工保护，报警信号、连锁动作、跳闸保护。

三、DCS控制实质

处理器模/数转换电路传感器取样器

锅

炉

数/模转换电路控制电路电动执行机构