锅炉和汽轮机的分类及特点解析

锅炉和汽轮机的分类及特点

锅炉篇

一、锅炉的分类

1、按用途分类：

①电站锅炉：用于发电，大多为大容量、高参数锅炉，出口工质为过热蒸汽。

②工业锅炉：用于工业生产和采暖，大多数为低压、低温、小容量锅炉，出口工质为蒸汽的称为蒸汽锅炉，出口工质为热水的称为热水锅炉。

③船用锅炉。

④机车锅炉。

⑤注汽锅炉：用于油田对稠油的注汽热采，出口工质一般为高压湿蒸汽。

2、按结构分类：

①火管锅炉：烟气在火管内流过，一般为小容量、低参数锅炉，热效率低，但结构简单，水质要求低，运行维修方便。

②水管锅炉：汽水在管内流过，可以制成小容量，低参数锅炉，也可以制成大容量、高参数锅炉。电站锅炉一般均为水管锅炉，热效率高，但对水质和运行水平的要求也较高。

3、按循环方式分类：

①自然循环锅筒锅炉

②多次强制循环锅筒锅炉

③低倍率循环锅炉

④直流锅炉

⑤复合循环锅炉

4、按锅炉额定工作压力分类：

①低压锅炉：≤3.8MPa

②中压锅炉：3.8MPa≤P＜5.4MPa。

③次高压锅炉：5.4MPa≤P＜9.8MPa；

④高压锅炉：9.8MPa≤P＜13.7MPa；

⑤超高压锅炉：13.7MPa≤P＜16.7MPa；

⑥亚临界压力锅炉：16.7MPa≤P＜22.1MPa；

⑦超临界压力锅炉：22.1MPa≤P＜27.0MPa；

⑧超超临界锅炉: P≥27.0MPa或额定出口温度≥590℃的锅炉。

5、按所用燃料或能源分类：

①固体燃料锅炉：燃用煤等固体燃料；

②液体燃料锅炉：燃用重油等液体燃料；

③气体燃料锅炉：燃用天然气等气体燃料；

6、按燃烧方式分类：

①火床燃烧锅炉：

主要用于工业锅炉，包括固定炉排炉、往复炉排炉等。

②火室燃烧锅炉：

主要用于电站锅炉，燃用液体燃料、气体燃料和煤粉的锅炉均为火室燃烧锅炉。

③流化床锅炉(沸腾炉）：

送入炉排空气流速较高，使大颗粒燃煤在炉排上面的沸腾床中翻腾燃烧，小颗粒燃煤随空气上升并燃烧。

④旋风燃烧炉：

旋风燃烧是按照强旋涡的原理组织炉内旋风火焰燃烧的一种方式。

除了以上的分类方法外，锅炉还有几种不常用的分类方法，这里就不一一介绍，下文主要以按燃烧方式分类为主，对四类锅炉的性质特点进行比较。

二、几种常用锅炉的性质及特性分析

1、火床燃烧锅炉

火床燃烧是指燃料主要在火床（又称炉排）上完成燃烧全过程的一种燃烧方式。

添加在正在燃烧的火床上的新鲜燃料受到炉膛高温及已燃高温煤层的加热而点燃。燃烧所需要的空气从火床下部的风是通过炉排上的通风孔穿入煤层供给燃烧用。火床燃烧只能燃用固体燃料。基本用于工业生产和采暖，大多为低参数、小容量锅炉。

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9.运动链条

图1、链条锅炉内部结构简图

燃烧过程：

燃料煤从煤仓自动给煤机进入分层给煤机，运行时，打开给煤机下部的旋转门，煤即靠自重落于炉排的前端。煤层厚度是通过控制紧靠出煤口的闸门提升高度来决定的，一定厚度的煤层便随着炉排（链条带动）的向后运动而进入炉膛，受高温火焰和炉拱的强烈辐射以及灼热焦炭层的直接烘烤，燃料很快的完成了燃烧的热力准备阶段（即预热、干燥、挥发份逸出），进而挥发分着火燃烧，最后焦炭也进入了猛烈的燃烧期。直至完成全部燃烧过程，然后越过位于炉排后端的挡渣板而落入渣井，最后，通过除渣设备将渣井中的渣运往堆煤场。

工艺评价：

优点：

①火床炉的煤炭无需特地破碎加工；

②其锅炉房布置简单，运行耗电少；

③链带式炉排结构简单，方便制造。

缺点：

①燃料与空气混和较差，燃烧速度慢，效率不高，燃烧不彻底；

②劳动强度大，污染较严重，清炉操作繁重；

③链带式炉排检修不便，安装质量要求高，炉排片易折断。

2、火室燃烧锅炉（煤粉炉）

火室燃烧是指燃料在炉膛空间中以悬浮状态完成燃烧全过程的一种燃烧方式。

火室燃烧设备最主要的部件是燃烧器。新鲜燃料与燃烧所需的空气量都是通过燃烧器上的各个不同用途和作用的喷口喷入炉内，并组织炉内燃烧空气动力工况，创造合适的燃烧条件和环境以保证燃料在火室（及炉膛）空间中及时着火、稳定燃烧、充分燃尽。

图2、火室燃烧锅炉示意图

火室燃烧锅炉的燃烧过程及部件详细解释见《火力发电流程及设备》PPT文档

燃烧阶段：

①受到炉内火焰、高温烟气的加热，温度升高，开始把水分蒸发掉；

②温度再上升，煤中的挥发物则开始析出，并在煤粒周围燃烧，使煤粒进一步加热；

③在析出挥发物后，煤粉颗粒就变成了高温的焦炭颗粒，并进一步燃烧，直至燃尽为止；

④煤粉在炉内的停留一般为2～3s，燃尽后形成的灰渣大部分作为飞灰随气流排出。

工艺评价：

优点：

①它没有炉排，燃料是随空气流入炉内，燃料燃烧的各个阶段都是在悬浮状态下进行和完成的，其容量的提高不再受炉排的构造和布置的限制；

②燃料的燃烧反应面积很大，与空气混合良好，可以采用较小的过量空气系数，燃烧速度和效率比层燃炉高；

③燃料适应性广，可以燃用固体、液体和气体燃料；

④燃烧调节和运行、管理易于实现机械化和自动化。

缺点：

①在供热锅炉中，由于它需要配置磨煤设备，电耗大；

②由于燃料在室燃炉停留时间一般都很短促，为保证燃烧充分完全，因而炉膛体积大；

③系统也较复杂，且不能低负荷运行和压火；

④飞灰多，易污染环境等原因，应用受到限制。

3、流化床锅炉（沸腾炉） （1）流化床的概述

当流体（液体、气体）向上流过固体颗粒床层时，其速度增大到一定值后，颗粒被流体的摩擦力所承托，呈现飘浮状态，颗粒可以在床层中自由运动，这种状态称为“流态化”。

按流化介质的不同可分为液-固流态化、气-固流态化。燃煤流化床属气-固流态化范畴。

燃烧过程

空气从进风管送进风室后，经布风板的分配而均匀的进入炉子的下半部---沸腾段。气体在沸腾段中基本上向上流动，直至流出沸腾段，流过整个炉膛。燃料从进料口进入沸腾段，一部分细粉被气流吹出沸腾段，并在那里悬浮燃烧。其余绝大部分留在沸腾段内，被气流流化

图3、流化床锅炉（沸腾炉）示意图

沸腾段悬浮段溢流灰 1-进料口 2-溢流口 3-布风板 4-风室 5-埋管 空气 燃料

沸腾

段

悬

浮段

溢流灰 1-进料口 2-溢流口 3-布风板

4-风室 5-埋管 空气

燃料

后形成沸腾床。这部分燃料颗粒在沸腾运动过程中完成燃烧。燃尽的灰渣从溢流口溢出。

（2）流化床锅炉的发展

第一代流化床锅炉：鼓泡床锅炉

鼓泡床锅炉，即流化床锅炉，工作过程就如上面所述，其优缺点如下：

优点：

①燃料适应性广：可以燃烧包括煤矸石、焦碳、油页岩、垃圾等劣质煤在内的所有固体燃料；

②清洁燃烧：脱硫率高、NOx排放少；

③负荷调节性能好：低负荷下仍可保持燃烧稳定；负荷调节比达4：1，甚至可以压火备用；

④灰渣综合利用性能好：低温燃烧后的灰渣没有经历烧结过程，活性好，非常适合做水泥填料。

缺点：

①燃烧损失大：燃料宽筛分（0~10mm)，未燃尽细颗粒飞出量大；

②埋管磨损严重：为了控制密相区床温，密相区布置有埋管，但其磨损问题不易解决；

③大型化受到限制：截面热负荷低，为煤粉炉的1/4，如一台400t/h的鼓泡床截面积约200m2；

④脱硫剂利用效率低：脱硫剂颗粒大(细颗粒易飞出），利用率低。

第二代流化床锅炉：循环流化床锅炉

“循环”的概念——飞出炉膛的物料被气固分离器收集，返回炉膛，循环燃烧和利用。

1、炉膛

2、旋风分离器

3、过热器

4、外置式换热器

5、煤仓

6、返料装置

7、石灰石进料口

8、灰冷却器

9、省煤器

10、空气预热

11、除尘器

12、引风机

13、尾部烟道

14、汽包

图4、循环流化床锅炉示意图

注：石灰石的主要作用是脱硫和维持物料循环量的稳定。

与鼓泡床相比，循环流化床锅炉有以下优势：

①燃烧效率提高（可达97.5~99%)：炉膛沿高度基本恒温（850 ℃），延长了燃烧时间；物料通过分离器多次循环回炉内，延长了燃烧时间；

②没有埋管，彻底解决埋管磨损问题：密相区燃烧份额小，不需埋管即可控制床温；

③为大型化提供了可能：燃烧、传热不仅仅局限于浓相区，炉膛截面热负荷提高2~3倍，更易实现大型化；

④脱硫剂利用率提高：脱硫剂（石灰石）颗粒变细（0.1~0.3mm），利用率提高；SO2气体在燃烧区停留时间延长，鼓泡床1~2s，循环流化床3~4s；脱硫剂循环利用，停留时间延长。

目前的循环流化床锅炉仍存在以下问题：

①单机容量不够大：国内最大单机容量为300MWe；

②结构复杂，造价较高：比煤粉炉增加了物料分离和回送装置，占地面积大，钢材消耗量约增加20%；但若与煤粉炉加尾部烟气脱硫