所谓电站锅炉,通俗来讲就是电厂用来发电的锅炉。一般容量较大,现在主力机组为600MW,目前较先进的是超超临界锅炉,容量可达1000MW。 电站锅炉主要有两类:煤粉炉和循环流化床锅炉。这两类锅炉是目前电站所用的主要类型。流化床炉和煤粉炉的最大区别是燃料的状态不同,即液体和煤块粉状。
一、流化床锅炉
循环流化床锅炉是在鼓泡床锅炉(沸腾炉)的基础上发展起来的,因此鼓泡床的一些理论和概念可以用于循环流化床锅炉。但是它们又有很大的差别。早期的循环流化床锅炉流化速度比较高,因此称作快速循环床锅炉。快速床的基本理论也可以用于循环流化床锅炉。鼓泡床和快速床的基本理论已被研究了很长时间。要了解循环流化床的原理,必须了解鼓泡床和快速床的理论以及物料在鼓泡床一湍流床一快速床各种状态下的动力特性、燃烧特性以及传热特性。
1)流态化
当固体颗粒中有流体通过时,随着流体速度逐渐增大,固体颗粒开始运动,且固体颗粒之问的摩擦力也越来越大,当流速达到一定值时,固体颗粒之问的摩擦力与它们的重力相等,每个颗粒可以自由运动,所有固体颗粒表现出类似流体状态的现象,这种现象称为流态化。
对于液固流态化的固体颗粒来说,颗粒均匀地分布于床层中,称为“散式”流态化。而对于气固流态化的固体颗粒来说,气体并不均匀地流过床层,固体颗粒分成群体作紊流运动,床层中的空隙率随位置和时间的不同而变化,这种流态化称为“聚式”流态化。循环流化床锅炉属于“聚式”流态化。固体颗粒(床料)、流体(流化风)以及完成流态化过程的设备称为流化床。
2)临界流化速度
对于由均匀粒度的颗粒组成的床层,在固定床通过的气体流速很低时,随着风速的增加,床层压降成正比例增加,并且当风速达到一定值时,床层压降达到最大值,该值略大于床层静压,如果继续增加风速,固定床会突然解锁,床层压降降至床层的静压。如果床层由宽筛分颗粒组成的话,其特性为:在大颗粒尚未运动前,床内的小颗粒已经部分流化,床层从固定床转变为流化床的解锁现象并不明显,而往往会出现分层流化的现象。颗粒床层从静止状态转变为流态化所需的最低速度称为临界流化速度。随着风速的进一步增大,床层压降几乎不变。循环流化床锅炉一般的流化风速是2~3倍的临界流化速度。
二、影响临界流化速度的因素如下:
(1)料层厚度对临界流速影响不大。
(2)料层的当量平均料径增大则临界流速增加。
(3)固体颗粒密度增加时临界流速增加。
(4)流体的运动黏度增大时临界流速减小:如床温增高时,临界流速减小。
三、煤粉炉
煤粉炉是以煤粉为燃料的锅炉设备。它具有燃烧迅速、完全、容量大、效率高、适应煤种广,便于控制调节等优点。 煤粉炉的燃烧特点是燃料随空气一起进入燃烧室,并在悬浮状态下燃烧。
煤预先磨成很细的煤粉,与空气的接触表面积大大增加,使燃烧强化。煤粉炉炉内温度也较高,因此,除了煤质很差的煤以外,各种煤都能在煤粉炉中有效地燃烧,并且燃烧比较完全,燃烧效率也比较高,约88%-93%。它可以完全实现机械化和自动化。煤粉燃烧几乎是所有大型燃煤锅炉的燃烧方式。
煤粉炉的燃烧设备主要有炉膛、燃烧器、点火装置等部分组成。煤粉由一次风输送经燃烧器进入炉膛,二次风通过燃烧器的二次风环形风道或二次风口引入炉膛。
煤粉与空气的混合物进入炉膛后,经过预热、干燥、挥发分析出等过程,在距燃烧器出口一定距离处开始着火、燃烧。煤粉燃尽后形成的灰,其中一小部分颗粒较粗的灰形成灰渣,落入冷灰斗内,冷却成固体灰渣,定期或连续地加以排除;绝大部分颗粒较细的灰则被烟气带走,通常把这部分灰称为飞灰。
煤粉在炉膛内停留的时间很短,仅有1-2s。在这样短的时间内要保证煤粉在炉内燃尽,必须强化燃烧,供给适量的一、二次风,以缩短燃烧的准备阶段和创造良好的燃烧条件。煤粉炉一次风的主要作用,是输送煤粉到炉膛并保证挥发分的着火燃烧。二次风的作用,一是补充空气量;二是使煤粉和空气混合均匀,保证燃料燃烧完全。因此,在运行操作上,要合理调整好一、二次风的配比和混合时间,才能可靠地保证锅炉安全经济运行
它的炉膛是用水冷壁炉墙围成的大空间,磨碎的煤粉(颗粒直径约为0.05-0.1mm)和空气经喷燃器混合后,喷入炉膛燃烧。煤粉的燃烧分着火前的准备阶段、燃烧阶段和燃尽阶段。与此相对应,炉膛也可以分为三个区域:喷燃器出口附近为着火区,出口的上方为燃烧区,燃烧区之上部一直到炉膛出口为燃尽区。适用的煤种多,既可烧中、次煤或低热值低煤,也可烧粘结性较强的煤,是现代燃煤锅炉的主要形式,特别适合于发电厂的大型锅炉,容量较大(D≥35t/h)的工业锅炉也常常采用。煤粉炉需要配备磨煤设备和相应的除尘装置,燃烧工况的组织比较复杂,影响燃烧稳定性的因素较多。煤粉炉的飞灰量高达80-90%,需配备高效除尘装置。
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