火力发电厂锅炉控制系统(简要了解电站锅炉)

Posted 2023-06-01

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火力发电厂锅炉控制系统(简要了解电站锅炉)

锅炉由本体设备、辅助设备和附件等购成。锅炉本体设备由“锅”和“炉”两部分组成。

“锅”：指锅炉的汽水系统，用于盛放工质，并接受燃料燃烧放出的热量，使工质由水逐渐被加热至合乎要求的过热蒸汽。

主要由汽包（锅筒）、下降管、联箱、水冷壁、省煤器、过热器、再热器和连接管道等组成。

主要由受热面组成。

锅内设备：

汽包：存放工质和产生合格要求的饱和蒸汽。

水冷壁：位于炉膛的四壁，吸收辐射热，使水受热蒸发，保护炉墙。

过热器：加热饱和蒸汽至过热蒸汽，供给高压缸。

再热器：重新加热已经部分作功、压力和温度都已降低的蒸汽，供给汽轮机的中低压缸作功。

省煤器：提高锅炉效率，降低锅炉的排烟温度，节约燃料。

“炉”：即燃烧系统，其任务是使燃料在其内部快速、稳定、完全地燃烧，放出热量，产生高温火焰和烟气。

燃烧系统主要由炉膛、燃烧器、空气预热器和烟道等组成。

炉内设备：

炉膛：由水冷壁和炉墙围成，燃料在炉膛进行合理的燃烧。

燃烧器：安装在炉墙上面，其作用是将燃料和空气以一定的速度送入炉膛内部，使燃料能够适时地着火，并迅速完全地燃烧。

空气预热器：安装在锅炉的最末端，进一步降低排烟温度，提高锅炉效率。

锅炉的辅助设备：

给水设备：包括给水泵、管道阀门等。

通风设备：送风机、引风机、烟风道、烟囱等。

制粉设备：原煤仓、给煤机、磨煤机、粗粉分离器、细粉分离器和排粉风机。

除尘设备：分离除去烟气中的飞灰颗粒，减轻飞灰对环境的污染和对引风机的磨损。

除灰设备：除去锅炉底部的大渣和除尘器分离下来的细灰。

电站锅炉受热面：

锅炉受热面包括炉膛水冷壁、过热器、再热器、省煤器、空气预热器等受热面。

受热面中完成给水经过预热、蒸发、过热、再热加热过程：

①预热：省煤器 ②蒸发：水冷壁

③过热：过热器 ④再热：再热器

（1）水冷壁：

锅炉炉墙四周，辐射换热蒸发受热面。水冷壁的作用：

①强化传热，节省金属消耗量；

②形成炉墙，起保护炉墙作用；

③能有效地防止炉壁结渣。

受热面联箱：为分配流体的装置。

（2）过热器受热面和再热器受热面

过热受热面有过热器和再热器。

①过热器和再热器的作用：将饱和蒸汽或低温蒸汽加热成为达到合格温度的过热蒸汽。

②按传热方式分类：对流过热器；半辐射式过热器（即屏式过热器）；辐射式过热器。

对流过热器：

屏式过热器：

③包墙管过热器：

在水平烟道和尾部竖井烟道内壁像布置水冷壁那样布置过热器，称为包墙管过热器或包覆壁过热器。它主要用于悬吊炉墙，传热效果差，不能作为主要受热面。

辐射过热器结构：与水冷壁相同；辐射过热器为低温受热面，较低温度蒸汽流过，改善管子工作条件。

（3）省煤器：

省煤器主要作用：降低排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料；由于给水先在省煤器内加热，代替部分造价较高的蒸发受热面；

减少了给水与汽包壁之间的温差，使汽包热应力降低。

省煤器分类：

钢管式：大型电站锅炉；

铸铁式(压力＜4 MPa)：铸铁式用在小容量锅炉。

铸铁式：体积、重量大，价格贵，法兰多，易泄露；

钢管式省煤器材质：锅炉无缝钢管。

优点：体积小，重量轻，价格低廉。

（4）空气预热器

空气预热器是利用烟气的热量来加热燃烧所需空气的热交换设备。

作用：在烟气温度最低的区域回收了烟气的热量；提高了锅炉效率；同时预热空气强化了着火燃烧过程。

分类：按照换热方式，空气预热器分为传热式和蓄热式。

装传热元件的转子不旋转而成静子，旋转的是空气的风罩，或称上下风罩。

锅炉汽水系统及其设备：

汽水系统是指给水和蒸汽流经的设备及其管道所组成的系统。

汽水系统及其设备的连接情况如下图所示：

组成：由除氧器水箱经给水泵、高压加热器到省煤器的全部给水管道、阀门、附件等组成。

作用是向锅炉提供连续不断的给水。

按其压力不同可分为低压和高压给水系统

低压给水系统：由除氧器到给水泵进口侧之间的管道、阀门及附件组成的系统称低压给水。

高压给水系统：由给水泵出口经高压加热器至锅炉省煤器的管道、阀门及附件组成的系统称为高压给水系统。

水循环系统部件：

(1）汽包：

汽包特点：

汽包是锅炉的加热、蒸发、过热三个过程的连接枢纽。汽包中存有一定的汽、水，因而它有一定的蓄热能力。

在负荷变化时起蓄热器和蓄水器的作用，可以减缓汽压变化的速度。

汽包中设有蒸汽净化装置，它可保证蒸汽品质。

汽包上还装有压力表、水位计和安全阀等，从而保证锅炉的安全工作。

（2）下降管：

（3）联箱：

3.锅内装置及其蒸汽净化

（1）基本概念：

蒸汽污染：蒸汽中含有杂质的现象称为蒸汽污染。

排污：从锅炉中放出部分锅水并补充部分新鲜给水的方法叫排污。

（2）解决方法：在汽包内安装汽水分离设备，可提高蒸汽品质。

汽包内部装置：

锅炉的主要辅助设备及系统：

锅炉的辅助设备较多，显然有些设备不直接属于电厂锅炉车间管理，但都是锅炉的辅助设备。它们有：

煤粉制备系统；锅炉通风系统；烟尘处理系统；

锅炉水处理系统；燃料运输系统；除灰系统；给水系统和供水系统等。

1.煤粉制备系统：

煤粉的性质：

良好的流动性：可以很方便地用管道进行输送。

易发生自燃：煤粉与空气的接触表面积很大，如果长期积存，很容易发生自然而引起气粉混合物爆炸。运行中要防止管道积粉。

煤粉细度：煤粉越细，燃烧越易完全，但制粉系统所消耗的厂用电就要增多。

磨煤机：制粉系统主要设备，其作用是将具有一定尺寸的煤块干燥、破碎并磨制成煤粉。

磨煤机分类（转速）：

低速磨：15~25 r/min，如：筒式钢球磨。

中速磨：50~300 r/min，如：中速平盘磨、中速球式磨或E型磨、中速碗式磨、MPS磨等。

高速磨：500~1500/min ,如：风扇磨、锤击磨。

制粉系统：

制粉系统有直吹式和中间储仓式两类。

直吹式制粉系统是将磨煤机磨制的煤粉直接送入炉膛燃烧，因此要求磨煤量必须与锅炉燃煤量一致，配用中速磨煤机或风扇式磨煤机

中间储仓式制粉系统，先将磨制的煤粉储存在煤粉仓里，然后再根据锅炉负荷的需要，经给粉机将煤粉送入炉膛，这种系统一般配用筒式钢球磨煤机。

制粉系统的其他部件：

粗细粉分离器整体外观、给粉机外观：

2.锅炉通风系统

通风系统的作用：

供给燃料燃烧所需要的空气，排走燃料燃烧所生成的烟气，维持锅炉燃烧连续不断进行。

通风方式有两种：自然通风和强制通风。

通风设备：送风机、引风机、烟风道、烟囱等。

通风方式：

① 自然通风：

在烟囱高度范围内，冷、热气流的密度差产生的自生吸力，称为自然通风。烟囱越高则通风能力越大。只适用于流动阻力很小的小容量锅炉。

②强制通风：

采用专门的通风机械来实现强制通风，强制通风有负压通风、正压通风和平衡通风三种形式。

平衡通风是电站锅炉中应用最广泛的一种通风方式。

电厂锅炉平衡通风系统：

烟尘处理系统：

烟气组成：中除了空气中原有的氮气、氧气外，其它均为污染气体，烟尘污染会直接危害人民群众的健康。

除尘器分类：主要有离心式水膜除尘器、文丘里管湿式除尘器和静电除尘器等。

由于静电除尘器的除尘效率较高，因此静电除尘器在火电厂得到广泛地应用。

除尘系统设备：

脱硫方法：烟气脱硫。

烟气脱硫技术是利用脱硫剂或SO2气体吸着剂与烟气中的SO2反应，并将其转化为较稳定的硫化合物或单质硫。

生成氮氧化物的途径：

主要有三种：

一是煤中的氮化物在火焰中热分解，然后氧化生成，“燃料型”NOx ；

二是空气中的氮在高温下与氧反应生成，“热力型”NOx；

三是空气氮与煤中的碳、氢离子团发生反应生成，“快速型”NOx；

“快速型”NOx所占比例不到5%；在温度低于1350℃时，几乎没有“热力型”NOx。NOx主要是通过“燃料型”的生成途径而产生的。因此，控制和减少煤燃烧产生的NOx，主要是控制“燃料型”NOx的生成。

氮氧化物减少排放的方法：

一是在燃烧中进行控制，控制火焰温度峰值。

其主要措施有：空气分级、低过量空气系数、燃料分级、烟气再循环等。

二是在燃烧后中通过催化剂选择法或者非催化剂选择法，将烟气中的NOx还原。

锅炉水处理系统：

保证一定数量和品质的水的循环；

锅炉运行时只要在短时间里存水量不足或汽水品质恶化，都会给热力设备带来极大的危害，从而影响正常发电或供热。

① 天然水中的杂质：

天然水中的杂质按颗粒大小不同可以分为悬浮物、胶体和溶解物质三大类。

悬浮物是颗粒直径约在10-4mm以上的杂质，是使水产生浑浊现象的主要原因。

胶体是颗粒直径在10-6～10-4mm之间的微粒杂质，是许多分子和离子的集合体，是使水产生色、味、臭的主要原因之一。有机胶体还会引起锅水发泡，当浓缩到一定程度时，就会产生汽水共腾。

溶解物质主要是离子和一些溶解气体，其颗粒直径≤10-6mm。

天然水中的离子杂质几乎都是无机盐溶于水后电离形成的。其中阳离子主要有Ca2+、Mg2+、Na+、K+、此外还含有少量的Fe2+、Mn2+、NH4+等；阴离子主要有HCO-、SO42－、Cl－三种，此外还含有少量HSiO3-、CO3-及NO-等。

② 常用水质指标

《火力发电厂机组及蒸汽动力设备水汽质量标准（GB/T12145-2016）》对锅炉给水、补给水、锅水、凝结水等的水质都做了具体规定。

常用的水质指标

（1）悬浮物，毫克/升（mg/L）；

（2）含盐量，毫克/升；

（3）硬度，毫摩尔/升（mmol/L）；

（4）碱度，毫摩尔/升；

（5）pH值，锅水的pH值通常控制在10～12；

（6）耗氧量，表示水中有机物的数量。

③锅外水处理工艺

锅外水处理系统包括预处理和后阶段处理两部分组成。

经沉淀和过滤处理除去水中悬浮物、胶体杂质和有机物的工艺过程称为水的预处理；

将预处理后的水进一步处理到满足补给水水质的要求，称为后阶段处理；

后阶段处理分为软化和除盐两种工艺：

软化是将水中高价的金属离子（如Ca2＋、Mg2＋）去掉，让硬水变为软水。

而除盐则是将水中所有金属阳离子和阴离子全部除去的工艺。通过采用离子交换，将水中各种阳离子交换成H＋，各种阴离子交换成OH－，然后中和成为水。

③ 锅内水处理工艺

向锅内的水加药，使其残余的钙、镁等杂质不产生水垢，而形成水渣，再通过定期排污排除，这种方法叫做锅内水处理。

锅内水处理一般采用磷酸盐处理或者协调pH－磷酸盐处理。

锅水中的钙、镁离子与磷酸根化合，生成更难溶的磷酸钙和磷酸镁沉淀物，这些沉淀物不易粘附在锅炉受热面上，而是以流动性很好的水渣形式存在，可借锅炉排污水排出，从而达到防止钙盐水垢（CaSO4、CaSiO3等）的目的。

同时，加入的磷酸盐可在锅炉管壁表面上生成磷酸盐保护膜，防止锅炉金属腐蚀。

锅炉的主要安全附件：

1.安全阀：作用：防止锅炉超压。它是一种自动阀门，无需人为操作。

2.压力表：压力表是测量锅炉汽压大小的仪表，是锅炉不可缺少的安全附件之一。

3.水位计：水位计是用来监视锅炉汽包水位的一种重要安全装置。

（1）云母水位计；

（2）电接点水位计。

电接点水位计：

4.防爆门：防爆门是安装在炉墙、各段烟道、除尘器及制粉系统等处的安全门。

5.吹灰器：吹灰器的作用是清除受热面上的积灰，使传热过程得以正常进行。

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