电厂锅炉的构成

电厂锅炉烟气中所含粉尘(包括飞灰和炭黑)、硫和氮的氧化物都是污染大气的物质，未经净化时其排放指标可达到环境保护规定指标的几倍到数十倍。控制这些物质排放的措施有燃烧前处理、改进燃烧技术、除尘、脱硫和脱硝等。借助高烟囱只能降低烟囱附近地区大气中污染物的浓度。烟气除尘所使用的作用力有重力、离心力、惯性力附着力以及声波、静电等。对粗颗粒一般采用重力沉降和惯性力的分离，在较高容量下常采用离心力分离除尘静电除尘器和布袋过滤器具有较高的除尘效率。如用灰渣制造水泥、砖和混凝土骨料等建筑材料。70年代起又从粉煤灰中提取空心微珠，作为耐火保温等材料。生活锅炉未来的发展将进一步提高锅炉和电站热效率;降低锅炉和电站的单位功率的设备造价;提高三友生活锅炉机组的运行灵活性和自动化水平;发展更多锅炉种以适应不同的燃料;提高锅炉机组及其辅助设备的运行可靠性;减少对环境的污染。

结构和分类 　以燃煤锅炉为例，电厂锅炉本体由炉膛、燃烧器、水冷壁、过热器、省煤器、空气预热器以及钢架炉墙等组成。此外，还有重要的辅助设备，如制粉设备、除灰设备、除尘装置、自动控制装置与仪表、阀门等。现代化电厂锅炉还应用工业电视和计算机。电厂锅炉的具体构造依不同锅炉而异。
　　电厂锅炉的分类方式有多种。按所用燃料分类，主要有：①以煤炭为燃料的燃煤锅炉；②以重油或原油为燃料的燃油锅炉；③以天然气或液化石油气为燃料的燃气锅炉。按燃烧方式分类，有层燃炉、室燃炉、旋风炉、沸腾燃烧锅炉（即流化床燃烧锅炉）。按蒸汽压力分类有:①压力为2.45～3.92兆帕的中压锅炉；②压力为9.8兆帕的高压锅炉; ③压力为12.79～13.72兆帕的超高压锅炉;④压力为16.66～18.33兆帕的亚临界压力锅炉;⑤压力为24.1～26.6兆帕的超临界压力锅炉。按工质(水)在锅炉中的流动方式分类(图1)有：①自然循环锅炉,靠不受热的下降水管中的水柱与受热的上升管中汽水混合物水柱的重量差而流动；②强制循环锅炉，靠装于不受热的大直径下降管回路中的再循环泵的压力而流动；③直流锅炉，以给水泵的压力使给水经预热、蒸发、过热，一次流过锅炉各受热面；④复合循环锅炉，由直流锅炉改进而成，除有给水泵外，还装有再循环泵。此种锅炉在60～80％额定负荷以下时， 按再循环方式运行，在80％额定负荷以上时，按直流锅炉方式运行。几类压力锅炉的循环倍率如表所示。循环倍率指锅炉蒸发管出口处循环汽水混合物重量与蒸发蒸汽重量之比。 电厂锅炉 　　特点与流程 　电厂锅炉容量大，蒸汽温度高、压力大，所用燃料的品种质量固定热效率高，能适应负荷变动的情况，对可靠性也有较高要求。
　　以自然循环煤粉炉为例，其工作流程如下：给水由加热器加热到一定温度后，经给水管道送到省煤器，再加热升温到一定温度后，送入汽包，然后再由下降管下行至水冷壁进收集箱,形成汽水混合物上升回到汽包,经过汽水分离装置，蒸汽进入过热器成为过热蒸汽，然后送往汽轮机。煤经过磨煤机磨成煤粉送入燃烧器，燃烧器喷出的煤粉与空气一起在炉膛中混合燃烧，放出热量。热烟气流经凝渣管束、过热器、省煤器和空气预热器后，再经除尘装置除尘后进入烟囱排出。
　　锅炉参数 　锅炉的容量、蒸汽参数、热平衡、热效率等参数是表征锅炉性能的重要判据。
　　锅炉容量 　以每小时产生额定蒸汽参数的蒸汽吨数计算。各国有各自的标准。中国规定:蒸汽产量为120～240吨／时的电厂锅炉为中型;蒸汽产量为400～1000吨/时的为大型；1000吨／时以上的为特大型。
　　蒸汽参数 　蒸汽锅炉产生的高温高压蒸汽的温度和压力。各国都定有各自的标准。中国规定：中压锅炉的蒸汽参数为450℃、3.92 兆帕;高压锅炉的参数为540℃、9.8兆帕；超高压锅炉的参数为540℃、13.72兆帕;亚临界压为锅炉的参数为540～555℃、16.66兆帕。
　　热平衡 　输入锅炉机组的热量与用于产生蒸汽的有效利用热量和各项热损失之间的平衡。由此可知，燃料热量有多少得到有效利用，有多少成为热损失，这些热损失又表现在哪些方面。通过热平衡可确定锅炉机组的效率和所需的燃料消耗量。由热平衡结果还可判断锅炉机组的设计和运行情况，找出提高锅炉运行经济性的途径。热平衡是在锅炉机组稳定热力状态下以 1千克固体或液体燃料，或在标准状态下 1立方米气体燃料为基准来计算的，对应于每千克燃料可列出热平衡方程如下： Qr＝Q1＋Q2＋Q3＋Q4＋Q5　(kJ/kg)　　(1)或用输入热量的百分率来表示： 100％＝q1＋q2＋q3＋q4＋q5　　　　　(2)式中 　　 在上述各式中，Qr为输入锅炉的热量，Q1为锅炉有效利用的热量，Q2为随排烟而损失的热量，Q3为因未完全燃烧损失的热量，Q4为由炉墙散失的热量，Q5为随炉渣排出的热量。所有热量的单位为千焦／千克。
　　热效率 　锅炉机组的有效利用热量占输入热量的百分比，即 　　　　　(3)也可写成 　(3a)　　大型燃煤锅炉的热效率一般为90～91％；燃油锅炉的热效率一般为92～93％。
　　锅炉试验 　为了获得锅炉的优化设计方案和最佳运行状况，并提高它的运行可靠性，需要进行一系列试验，包括热效率试验、安装后的燃烧调整试验、大修前后的运行比较试验，以及专题试验和研究试验。
　　热效率试验 　为取得运行技术经济特性并绘制锅炉效率－蒸发量、燃煤量特性曲线及相对煤耗微增率曲线等，可在正常工况下进行单纯的热效率试验。采用直接测定锅炉机组的输入热量和输出热量,按式(1)求得热效率，称为正平衡法或直接法。不需要测定输出热量而代之以测定锅炉的各项热损失并按式(3a)求得热效率，称为反平衡法或间接法，一般电厂多采用此法。
　　反平衡法在理论上虽甚经济，但执行起来却很繁杂。以前曾在电厂中推行过,由于没有采用电子计算机,一般都是以试验效率或运行统计效率绘出的效率特性曲线为依据。因为它不能代表实际运行中某一负荷下的真实效率(由于各种运行参数经常有变化)，故难以实现准确的经济调度。计算机用于锅炉的实时监测可获得运行参数变化的准确的数值，从而可求出锅炉的真实效率。1987年，中国制成锅炉效率在线测定和实时等煤耗微增率经济调度系统。它是在锅炉运行过程中测取有关参数，经微型计算机处理后，为运行人员提供锅炉实时效率等多项能耗管理指标的一种自动监测管理系统，能实现锅炉负荷实时煤耗微增率调度，达到节能的目的。
　　燃烧调整试验 　新装锅炉机组投产后，老机组的燃烧设备、燃料种类或操作技术有重大改变时，一般均须作燃烧调整试验。由于现代电厂锅炉设备庞大，结构复杂，燃烧系统的可调参数较多，它们对整个燃烧过程以及与之有关的其他过程的影响，不能只凭表面现象和直观经验作出准确的判断。因此，就需要有计划地改变某些可调参数及控制方式（即燃料供给和配风方式），并对燃烧工况做全面的测量，然后将取得的结果进行科学分析,从经济性、安全性诸方面加以比较,才能确定出最佳的运行方式。由于锅炉都是针对不同燃料设计的，在燃料品种变化时,应根据试验，进行运行方式的调整,必要时还要对有关设备进行改进。
　　通过较全面的燃烧调整试验，也可以获得锅炉在最佳运行方式下的技术经济指标，包括燃料、空气、烟气及汽水工质的运行参数和锅炉效率、厂用电指标等，从而可加强电厂的技术管理，即掌握设备性能，制订锅炉运行操作规程，投入燃烧自动调节系统以及做好全厂的经济调度等。
　　以燃煤锅炉为例，锅炉燃烧调整试验所涉及的主要设备对象有：①炉膛及其附属的燃烧设备，如煤粉燃烧器、点火装置、火焰监测装置、链条炉排以及除渣设备等；②燃料供给设备，如给煤机、给粉机、磨煤机、粗粉分离器、细粉(旋风)分离器、抛煤机、煤闸板等；③空气供给系统，如风道、空气预热器，一次、二次风机，调风器，喷口、分段风室档板等；④锅炉烟道系统及其受热面部件，烟气再循环系统，但不包括除尘器及吸风机。
　　运行比较试验 　为考核机组检修的效果，在大修前后须进行运行比较试验。试验内容主要是锅炉效率和漏风率的确定，以及针对特殊检修或改进项目所进行的效果鉴定。
　　专题试验和研究试验 　为查明事故原因及研究解决对策须进行专题试验，如炉膛冷态动力场试验，炉膛及烟道漏风试验，蒸发系统的水循环试验，磨煤机的出力和煤粉细度试验等。制造厂为进行优化设计以及运行中为提高运行质量，还常针对某一课题进行研究性试验。
　　锅炉运行 　锅炉的经济、安全运行是火电厂经济、安全运行的重要条件，它有赖于良好的控制和保护系统，以及科学的运行管理工作。锅炉运行可分为单台锅炉机组的运行和多台锅炉的并列运行。
　　单台锅炉机组的运行 　根据对单台锅炉机组进行的燃烧调整试验结果而制定的各种负荷下最佳运行方式的操作卡片进行操作，包括点火前的检查，锅炉上水、点火、升压，锅炉并列供汽等。
　　多台锅炉的并列运行 　多台锅炉并列按经济负荷调度法运行。它有两种方式：①按锅炉最高总效率分配负荷法。此方法为先使具有高效率的锅炉固定承担等于或接近于它的经济负荷，必要时再分配给具有低效率的锅炉，使其承担变动的负荷（尖峰负荷）。此法方便易行，但未必能真正达到经济运行的效果。②按相对的最小增加煤耗 (煤耗微增率)原则分配负荷法。如以Δb代表在单位时间（每小时）内每增产1吨蒸汽所增加的煤耗,称为相对煤耗微增率;以ΔB 代表负荷增加后所增加的燃煤量；以ΔD代表增加的蒸发量（图 2），则 　　调度每台锅炉应担负某部分负荷量的目的，就是寻求每台锅炉分担总负荷中某部分负荷量时的相对最小煤耗微增率Δb，并按每台锅炉的相对煤耗微增率都相等时进行负荷分配。采用这种方法时，应把全厂所有锅炉在各种负荷情况下的效率、总耗煤量、相对的单位煤耗及相对的煤耗微增率详细地测定出来，作出与负荷有关的各种曲线图。以这些曲线为参考作出整体系统的煤耗曲线，根据这条曲线解决某种总负荷中应由某台锅炉担负若干负荷的调度任务。
　　控制与保护 　保证锅炉经济运行和安全，必须采用控制与保护自动化系统和措施。电厂中，蒸汽参数较低和功率较小的机组大都采用母管制系统，对于蒸汽参数较高和功率较大的机组则采用一机一炉相匹配的单元机组控制系统。这种系统的控制方式有锅炉随动控制、汽机随动控制和机炉综合控制。
　　在锅炉停炉后（包括热备用停炉、冷备用停炉、短期停炉、长期停炉），须关闭汽门，以防止锅炉受空气和水的侵蚀；使炉中保持一定的汽压、温度和保持干燥状态等，以防止锅炉损坏，并保证锅炉顺利地再次启动和投入运行。
　　锅炉随动控制 　在这种控制系统中，汽机调速器按电网频率或指令功率控制调速阀的开度，以改变进入汽机的蒸汽流量，调速阀前的汽压亦随之改变。锅炉则按照这个压力来调整负荷(图3a)。这是一种传统的控制方式，即汽机调节输出功率、锅炉调节汽压的方式。在负荷变化的短时间内，汽轮机输出功率的迅速改变依靠锅炉的贮热能力；锅炉的调节非但要适应新的负荷，而且要补偿压力变动中贮热量的增减。如锅炉贮热量较小，负荷变动时蒸汽参数的偏差将较大。直流锅炉因锅炉的金属材料和工质的贮热量较小，不宜采用这种方式。此方式只适用于汽包锅炉。
　　汽机随动控制 　在这种控制系统中（图3b），负荷变化的信号直接给予锅炉。当锅炉燃烧放热量改变后，汽压亦随之变动，汽机调节装置则根据汽压来增减进汽阀的开度以改变汽机的功率。这种系统中，蒸汽参数可以相当稳定，但是由于没有利用锅炉的贮热，故机组对负荷的适应性较差，不适于承担调频任务。对于只带基本负荷的机组，可以采用这种控制方式。直流锅炉的热惯性较小，采用这种方式控制时，机组能较快地满足负荷的要求。
　　机炉综合控制 　在这种控制系统中（图3c），负荷变动的信号平行地送给锅炉和汽机，同时根据汽压信号适当限制汽机进汽阀的开度变化和加强锅炉的调节作用。这样，就能适当利用锅炉的贮热，兼顾锅炉随动时对负荷变化的适应性和汽机随动时蒸汽参数的稳定性。无论对于汽包锅炉或直流锅炉的单元机组，这种控制方式均得到普遍的应用。
　　热态备用停炉 　根据负荷曲线，锅炉停用几小时后即需要参加运行时，应采用热态备用停炉。这时必须关闭过热器出口主汽门，将锅炉与蒸汽母管断开；并开启过热器疏水门以冷却过热器。保持锅炉内的压力接近工作压力，炉内可以压火（对链条炉）或熄火(对煤粉炉)，亦可维持一定的燃烧，以便锅炉可以很快并入运行。这时，应当象监视正常运行锅炉一样监视它的水位、过热汽温和炉内燃烧情况等。
　　冷态备用停炉 　这时，停炉后的锅炉机组和它的全部附属设备均应处于良好状态下。在备用期间的主要任务是防止锅炉受空气和水的侵入。为此可采用以下 4种方法。
　　①短期备用法：在停用锅炉中保持高于大气压力的汽压、高于100℃的炉水温度，以防空气进入锅炉内,并关闭所有的炉门和挡板，使锅炉极缓慢地冷却。此法适用于停炉时间不超过10天的情况。
　　②湿备用法：清除停用锅炉内外污垢和烟道中的灰尘，用所有闸阀、封口堵头等将停用锅炉与其他锅炉严格隔离,然后用碱性溶液（NaOH1000毫克/千克,P2O5100毫克／千克,Na2SO3250毫克／千克）经专用泵打入汽包至最低水位为止。此时须在炉内升小火使汽包产生2～3千克力/厘米2汽压以排除锅炉管道中的空气。当气压降低后，用泵将碱溶液灌满汽包、过热器和省煤器，并增压到1.5～4千克力／厘米2,在整个停炉期间保持此压力。同时应监视炉水的碱度,如Na2SO3的浓度低于50毫克/千克，必须补加溶液。此法适用于停炉20～30天的锅炉机组，但在冬季采用这种方法时，应设法保持锅炉不致冻结。
　　③干备用法：在放净锅炉中的水以后，和湿法备用一样清理并隔离锅炉，然后按每立方米的锅炉容积放置无水氯化钙(CaCI2)0.5～1.0千克,或放硅胶1～1.5千克，或生石灰2～3千克，以保持锅炉内金属表面的干燥状态。干燥剂须盛于盒中放置于汽包、炉排等处。每月至少要检查一次汽包内壁，如有腐蚀须立即清理。干燥剂每隔3个月要更换一次。
　　④气体备用法：与干备用法一样处理，只是将氨气瓶置于锅炉最高处，将氨气通入锅炉并保持 100帕的压力(每立方米锅炉容积约用0.6千克氨)。锅炉启动前,须用水洗净氨气。