电站锅炉——锅炉工业发展及未来发展趋势

锅炉工业发展及未来发展趋势

锅炉整体的结构包括锅炉本体和辅助设备两大部分。 

锅炉本体锅炉中的炉膛、锅筒、燃烧器、水冷壁、过热器、省煤器、空气预热器、构架和炉墙等主要部件构成生产蒸汽的核心部分，称为锅炉本体。锅炉本体中两个比较主要的部件是炉膛和锅筒。

①炉膛：又称燃烧室，是供燃料燃烧的空间。将固体燃料放在炉排上进行火床燃烧的炉膛称为层燃炉，又称火床炉；将液体、气体或磨成粉状的固体燃料喷入火室燃烧的炉膛称为室燃炉，又称火室炉；空气将煤粒托起使其呈沸腾状态燃烧、适于燃烧劣质燃料的炉膛称为沸腾炉，又称流化床炉；利用空气流使煤粒高速旋转并强烈火烧的圆筒形炉膛称为旋风炉。炉膛的横截面一般为正方形或矩形。燃料在炉膛内燃烧形成火焰和高温烟气，所以炉膛四周的炉墙由耐高温材料和保温材料构成。在炉墙的内表面上常敷设水冷壁管，它既保护炉墙不致烧坏，又吸收火焰和高温烟气的大量辐射热。炉膛的结构、形状、容积和高度都要保障燃料充分燃烧，并使炉膛出口的烟气温度降低到熔渣开始凝结的温度以下。当炉内的温度超过灰熔点时，灰便呈熔融状态。熔融的灰渣颗粒在触及炉内水冷壁管或其他构件时会粘在上面。粘结的灰粒逐渐增多,遂形成渣块,称为结渣。结渣会降低锅炉受热面的传热效果。严重时会堵塞烟气流动的通道，影响锅炉的安全和经济运行。一般用炉膛容积热负荷和炉膛截面热负荷或炉排热负荷表示其燃烧强烈程度。炉膛容积热负荷是单位炉膛容积中每单位时间内释放的热量。在锅炉技术中常用炉膛容积热负荷来衡量炉膛大小是否恰当。容积热负荷过大，则表示炉膛容积过小，燃料在炉内的停留时间过短，不能保障燃料完全燃烧，使燃烧效率下降；同时这还表示炉墙面积过小，难以敷设足够的水冷壁管，结果炉内和炉膛出口处烟气温度过高，受热面容易发生结渣。室燃炉的炉膛截面热负荷是单位时间内单位炉膛横截面上燃料燃烧所释放的热量。在炉膛容积确定以后，炉膛截面热负荷过大会使局部区域的壁面温度过高而引起结渣。层燃炉的炉排热负荷是单位时间内燃料燃烧所释放的热量与炉排面积的比值。炉排热负荷过高会使飞灰大大增加。炉膛设计需要充分考虑使用燃料的特性。每台锅炉应尽量燃用原设计的燃料。燃用特性差别较大的燃料时，锅炉运行的经济性和可*性都可能降低。

②锅筒：它是自然循环和多次强制循环锅炉中接受省煤器来的给水、联接循环回路，并向过热器输送饱和蒸汽的圆筒形容器。锅筒筒体由优质厚钢板制成，是锅炉中较重的部件之一。锅筒的主要功能是储水，进行汽水分离，在运行中排除锅水中的盐水和泥渣，以避免含有高浓度盐分和杂质的锅水随蒸汽进入过热器和汽轮机中。这些盐分和杂质如在过热器管和汽轮机通道上发生结垢、积盐和腐蚀，会影响设备的经济安全运行。锅炉出口的蒸汽一般都有一定的质量标准。锅筒内部装置包括汽水分离和蒸汽清洗装置、给水分配管、排污和加药设备等。其中汽水分离装置的作用是将从水冷壁来的饱和蒸汽与水分离开来，并尽量减少蒸汽中携带的细小水滴。中、低压锅炉常用挡板和缝隙挡板作为粗分离元件。中压以上的锅炉除广泛采用多种型式的旋风分离器进行粗分离外，还用百页窗、钢丝网或均汽板等进行进一步分离。随着水处理技术的提高，蒸汽分离装置趋向于简化和定型化。排污装置（包括连续排污和定期排污）能在锅炉运行中排出一部分含有较高盐分和泥渣的锅水。锅筒上还装有水位表、安全阀等监测和保护设施。 

辅助设备除锅炉本体外，在电站锅炉中还有许多配套的辅助设备：①煤粉制备系统，包括磨煤机、排粉机、粗粉分离器和煤粉管道等；②送、引风系统，包括送风机、引风机和烟风道等；③给水系统，包括给水泵、阀门和管道等；④水处理系统（见锅炉水处理）；⑤灰渣清除系统，包括出渣机、除尘器等；⑥自动控制和监测系统（见锅炉自动控制、锅炉汽温调节）。 

热平衡 

计算锅炉热效率（简称锅炉效率）的方法。锅炉热效率是指送入锅炉的燃料热量中得到有效利用的百分数。近代电站锅炉的效率可达90％以上；工业锅炉的效率可达75％以上。送入锅炉的燃料热量，除了有效利用的部分外，都以各种形式损失掉了，计有：排烟带走的热损失；排烟中未燃尽的一氧化碳、氢和甲烷等造成的气体不完全燃烧热损失；飞灰、炉渣和炉排漏煤等所含未燃尽碳造成的固体不完全燃烧热损失和散热损失等。为了考核性能和改进设计，锅炉常要经过热平衡试验。直接从有效利用能量来计算锅炉热效率的方法叫正平衡，从各种热损失来反算效率的方法叫反平衡。考虑锅炉房的实际效益时，不仅要看锅炉热效率，还要计及锅炉辅机所消耗的能量。单位质量或单位容积的燃料完全燃烧时按化学反应方程式计算出的空气需求量称为理论空气量。为了使燃料在炉膛内有更多的机会与氧气接触而燃烧，实际送入炉内的空气量总要大于理论空气量。实际送入炉内的空气量与理论空气量之比值称为过量空气系数。实际的炉膛出口过量空气系数主要取决于燃料性质和燃烧方式，一般在 1.05～1.5的范围内。虽然多送入空气可以减少不完全燃烧热损失，但排烟热损失会增大，还会加剧硫氧化物腐蚀和氮氧化物生成。因此应设法改进燃烧技术，争取以尽量小的过量空气系数使炉膛内燃烧完全。如燃油锅炉的过量空气系数已有可能小于1.03。这种采用低过量空气系数的燃烧技术称为低氧燃烧。 

循环方式

锅炉循环方式是指锅炉蒸发系统内水汽的流动方式，可分为自然循环、辅助循环、直流和复合循环。 

烟气净化和灰渣处理 

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能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。湿式和文氏-水膜除尘器中水滴水膜能粘附飞灰,除尘效率很高，还能吸收气态污染物。 

烟气脱硫有吸收法和催化氧化法。干法吸收用碱性氧化铝、 半焦炭、活性炭等；湿法吸收用氨、 碳酸钠、石灰浆等。用五氧化二钒等触媒在一定温度下可使大部分二氧化硫氧化为三氧化硫，从而有助于吸收脱硫。由于烟气脱硫设备及运行费用昂贵，大部分企业倾向使用低硫燃料以降低硫氧化物的排放量。 

烟气中氮氧化物主要是一氧化氮。烟气脱硝有催化分解法、选择性催化还原法，也有采用高温活性炭吸收脱硝的。 

燃煤锅炉在运行中必然要排出大量炉渣和由除尘器收集的飞灰，一般用水力或机械的方法清除送至堆渣场。 

20世纪50年代以来,人们努力发展灰渣综合利用,化害为利。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。 

发展趋势

锅炉发展的趋势主要是：①进一步提高锅炉和电站热效率；②降低锅炉和电站的单位功率的设备造价;③提高锅炉机组的运行灵活性和自动化水平;④发展更多锅炉品种以适应不同的燃料；⑤提高锅炉机组及其辅助设备的运行可靠性;⑥减少对环境的污染。