電站鍋爐——鍋爐工業(yè)發(fā)展及未來發(fā)展趨勢(shì)

鍋爐工業(yè)發(fā)展及未來發(fā)展趨勢(shì)

鍋爐整體的結(jié)構(gòu)包括鍋爐本體和輔助設(shè)備兩大部分。 

鍋爐本體鍋爐中的爐膛、鍋筒、燃燒器、水冷壁、過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器、構(gòu)架和爐墻等主要部件構(gòu)成生產(chǎn)蒸汽的核心部分，稱為鍋爐本體。鍋爐本體中兩個(gè)比較主要的部件是爐膛和鍋筒。

①爐膛：又稱燃燒室，是供燃料燃燒的空間。將固體燃料放在爐排上進(jìn)行火床燃燒的爐膛稱為層燃爐，又稱火床爐；將液體、氣體或磨成粉狀的固體燃料噴入火室燃燒的爐膛稱為室燃爐，又稱火室爐；空氣將煤粒托起使其呈沸騰狀態(tài)燃燒、適于燃燒劣質(zhì)燃料的爐膛稱為沸騰爐，又稱流化床爐；利用空氣流使煤粒高速旋轉(zhuǎn)并強(qiáng)烈火燒的圓筒形爐膛稱為旋風(fēng)爐。爐膛的橫截面一般為正方形或矩形。燃料在爐膛內(nèi)燃燒形成火焰和高溫?zé)煔猓誀t膛四周的爐墻由耐高溫材料和保溫材料構(gòu)成。在爐墻的內(nèi)表面上常敷設(shè)水冷壁管，它既保護(hù)爐墻不致燒壞，又吸收火焰和高溫?zé)煔獾拇罅枯椛錈?。爐膛的結(jié)構(gòu)、形狀、容積和高度都要保障燃料充分燃燒，并使?fàn)t膛出口的煙氣溫度降低到熔渣開始凝結(jié)的溫度以下。當(dāng)爐內(nèi)的溫度超過灰熔點(diǎn)時(shí)，灰便呈熔融狀態(tài)。熔融的灰渣顆粒在觸及爐內(nèi)水冷壁管或其他構(gòu)件時(shí)會(huì)粘在上面。粘結(jié)的灰粒逐漸增多,遂形成渣塊,稱為結(jié)渣。結(jié)渣會(huì)降低鍋爐受熱面的傳熱效果。嚴(yán)重時(shí)會(huì)堵塞煙氣流動(dòng)的通道，影響鍋爐的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。一般用爐膛容積熱負(fù)荷和爐膛截面熱負(fù)荷或爐排熱負(fù)荷表示其燃燒強(qiáng)烈程度。爐膛容積熱負(fù)荷是單位爐膛容積中每單位時(shí)間內(nèi)釋放的熱量。在鍋爐技術(shù)中常用爐膛容積熱負(fù)荷來衡量爐膛大小是否恰當(dāng)。容積熱負(fù)荷過大，則表示爐膛容積過小，燃料在爐內(nèi)的停留時(shí)間過短，不能保障燃料完全燃燒，使燃燒效率下降；同時(shí)這還表示爐墻面積過小，難以敷設(shè)足夠的水冷壁管，結(jié)果爐內(nèi)和爐膛出口處煙氣溫度過高，受熱面容易發(fā)生結(jié)渣。室燃爐的爐膛截面熱負(fù)荷是單位時(shí)間內(nèi)單位爐膛橫截面上燃料燃燒所釋放的熱量。在爐膛容積確定以后，爐膛截面熱負(fù)荷過大會(huì)使局部區(qū)域的壁面溫度過高而引起結(jié)渣。層燃爐的爐排熱負(fù)荷是單位時(shí)間內(nèi)燃料燃燒所釋放的熱量與爐排面積的比值。爐排熱負(fù)荷過高會(huì)使飛灰大大增加。爐膛設(shè)計(jì)需要充分考慮使用燃料的特性。每臺(tái)鍋爐應(yīng)盡量燃用原設(shè)計(jì)的燃料。燃用特性差別較大的燃料時(shí)，鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可*性都可能降低。

②鍋筒：它是自然循環(huán)和多次強(qiáng)制循環(huán)鍋爐中接受省煤器來的給水、聯(lián)接循環(huán)回路，并向過熱器輸送飽和蒸汽的圓筒形容器。鍋筒筒體由優(yōu)質(zhì)厚鋼板制成，是鍋爐中較重的部件之一。鍋筒的主要功能是儲(chǔ)水，進(jìn)行汽水分離，在運(yùn)行中排除鍋水中的鹽水和泥渣，以避免含有高濃度鹽分和雜質(zhì)的鍋水隨蒸汽進(jìn)入過熱器和汽輪機(jī)中。這些鹽分和雜質(zhì)如在過熱器管和汽輪機(jī)通道上發(fā)生結(jié)垢、積鹽和腐蝕，會(huì)影響設(shè)備的經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行。鍋爐出口的蒸汽一般都有一定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。鍋筒內(nèi)部裝置包括汽水分離和蒸汽清洗裝置、給水分配管、排污和加藥設(shè)備等。其中汽水分離裝置的作用是將從水冷壁來的飽和蒸汽與水分離開來，并盡量減少蒸汽中攜帶的細(xì)小水滴。中、低壓鍋爐常用擋板和縫隙擋板作為粗分離元件。中壓以上的鍋爐除廣泛采用多種型式的旋風(fēng)分離器進(jìn)行粗分離外，還用百頁窗、鋼絲網(wǎng)或均汽板等進(jìn)行進(jìn)一步分離。隨著水處理技術(shù)的提高，蒸汽分離裝置趨向于簡(jiǎn)化和定型化。排污裝置（包括連續(xù)排污和定期排污）能在鍋爐運(yùn)行中排出一部分含有較高鹽分和泥渣的鍋水。鍋筒上還裝有水位表、安全閥等監(jiān)測(cè)和保護(hù)設(shè)施。 

輔助設(shè)備除鍋爐本體外，在電站鍋爐中還有許多配套的輔助設(shè)備：①煤粉制備系統(tǒng)，包括磨煤機(jī)、排粉機(jī)、粗粉分離器和煤粉管道等；②送、引風(fēng)系統(tǒng)，包括送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和煙風(fēng)道等；③給水系統(tǒng)，包括給水泵、閥門和管道等；④水處理系統(tǒng)（見鍋爐水處理）；⑤灰渣清除系統(tǒng)，包括出渣機(jī)、除塵器等；⑥自動(dòng)控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（見鍋爐自動(dòng)控制、鍋爐汽溫調(diào)節(jié)）。 

熱平衡 

計(jì)算鍋爐熱效率（簡(jiǎn)稱鍋爐效率）的方法。鍋爐熱效率是指送入鍋爐的燃料熱量中得到有效利用的百分?jǐn)?shù)。近代電站鍋爐的效率可達(dá)90％以上；工業(yè)鍋爐的效率可達(dá)75％以上。送入鍋爐的燃料熱量，除了有效利用的部分外，都以各種形式損失掉了，計(jì)有：排煙帶走的熱損失；排煙中未燃盡的一氧化碳、氫和甲烷等造成的氣體不完全燃燒熱損失；飛灰、爐渣和爐排漏煤等所含未燃盡碳造成的固體不完全燃燒熱損失和散熱損失等。為了考核性能和改進(jìn)設(shè)計(jì)，鍋爐常要經(jīng)過熱平衡試驗(yàn)。直接從有效利用能量來計(jì)算鍋爐熱效率的方法叫正平衡，從各種熱損失來反算效率的方法叫反平衡。考慮鍋爐房的實(shí)際效益時(shí)，不僅要看鍋爐熱效率，還要計(jì)及鍋爐輔機(jī)所消耗的能量。單位質(zhì)量或單位容積的燃料完全燃燒時(shí)按化學(xué)反應(yīng)方程式計(jì)算出的空氣需求量稱為理論空氣量。為了使燃料在爐膛內(nèi)有更多的機(jī)會(huì)與氧氣接觸而燃燒，實(shí)際送入爐內(nèi)的空氣量總要大于理論空氣量。實(shí)際送入爐內(nèi)的空氣量與理論空氣量之比值稱為過量空氣系數(shù)。實(shí)際的爐膛出口過量空氣系數(shù)主要取決于燃料性質(zhì)和燃燒方式，一般在 1.05～1.5的范圍內(nèi)。雖然多送入空氣可以減少不完全燃燒熱損失，但排煙熱損失會(huì)增大，還會(huì)加劇硫氧化物腐蝕和氮氧化物生成。因此應(yīng)設(shè)法改進(jìn)燃燒技術(shù)，爭(zhēng)取以盡量小的過量空氣系數(shù)使?fàn)t膛內(nèi)燃燒完全。如燃油鍋爐的過量空氣系數(shù)已有可能小于1.03。這種采用低過量空氣系數(shù)的燃燒技術(shù)稱為低氧燃燒。 

循環(huán)方式

鍋爐循環(huán)方式是指鍋爐蒸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)水汽的流動(dòng)方式，可分為自然循環(huán)、輔助循環(huán)、直流和復(fù)合循環(huán)。 

煙氣凈化和灰渣處理 

鍋爐煙氣中所含粉塵(包括飛灰和炭黑)、硫和氮的氧化物都是污染大氣的物質(zhì),未經(jīng)凈化時(shí)其排放指標(biāo)可能達(dá)到環(huán)境保護(hù)規(guī)定指標(biāo)的幾倍到數(shù)十倍。控制這些物質(zhì)排放的措施有燃燒前處理、改進(jìn)燃燒技術(shù)、除塵、脫硫和脫硝等。借助高煙囪只能降低煙囪附近地區(qū)大氣中污染物的濃度。 

煙氣除塵所使用的作用力有重力、離心力、慣性力、附著力以及聲波、靜電等。對(duì)粗顆粒一般采用重力沉降和慣性力的分離，在較高容量下常采用離心力分離除塵。靜電除塵器和布袋過濾器具有較高的除塵效率。濕式和文氏-水膜除塵器中水滴水膜能粘附飛灰,除塵效率很高，還能吸收氣態(tài)污染物。 

煙氣脫硫有吸收法和催化氧化法。干法吸收用堿性氧化鋁、 半焦炭、活性炭等；濕法吸收用氨、 碳酸鈉、石灰漿等。用五氧化二釩等觸媒在一定溫度下可使大部分二氧化硫氧化為三氧化硫，從而有助于吸收脫硫。由于煙氣脫硫設(shè)備及運(yùn)行費(fèi)用昂貴，大部分企業(yè)傾向使用低硫燃料以降低硫氧化物的排放量。 

煙氣中氮氧化物主要是一氧化氮。煙氣脫硝有催化分解法、選擇性催化還原法，也有采用高溫活性炭吸收脫硝的。 

燃煤鍋爐在運(yùn)行中必然要排出大量爐渣和由除塵器收集的飛灰，一般用水力或機(jī)械的方法清除送至堆渣場(chǎng)。 

20世紀(jì)50年代以來,人們努力發(fā)展灰渣綜合利用,化害為利。如用灰渣制造水泥、磚和混凝土骨料等建筑材料。70年代起又從粉煤灰中提取空心微珠，作為耐火保溫等材料。 

發(fā)展趨勢(shì)

鍋爐發(fā)展的趨勢(shì)主要是：①進(jìn)一步提高鍋爐和電站熱效率；②降低鍋爐和電站的單位功率的設(shè)備造價(jià);③提高鍋爐機(jī)組的運(yùn)行靈活性和自動(dòng)化水平;④發(fā)展更多鍋爐品種以適應(yīng)不同的燃料；⑤提高鍋爐機(jī)組及其輔助設(shè)備的運(yùn)行可靠性;⑥減少對(duì)環(huán)境的污染。