電站鍋爐——鍋爐工業發展及未來發展趨勢

鍋爐工業發展及未來發展趨勢

鍋爐整體的結構包括鍋爐本體和輔助設備兩大部分。 

鍋爐本體鍋爐中的爐膛、鍋筒、燃燒器、水冷壁、過熱器、省煤器、空氣預熱器、構架和爐墻等主要部件構成生產蒸汽的核心部分，稱為鍋爐本體。鍋爐本體中兩個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燃燒、適于燃燒劣質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并強烈火燒的圓筒形爐膛稱為旋風爐。爐膛的橫截面一般為正方形或矩形。燃料在爐膛內燃燒形成火焰和高溫煙氣，所以爐膛四周的爐墻由耐高溫材料和保溫材料構成。在爐墻的內表面上常敷設水冷壁管，它既保護爐墻不致燒壞，又吸收火焰和高溫煙氣的大量輻射熱。爐膛的結構、形狀、容積和高度都要保障燃料充分燃燒，并使爐膛出口的煙氣溫度降低到熔渣開始凝結的溫度以下。當爐內的溫度超過灰熔點時，灰便呈熔融狀態。熔融的灰渣顆粒在觸及爐內水冷壁管或其他構件時會粘在上面。粘結的灰粒逐漸增多,遂形成渣塊,稱為結渣。結渣會降低鍋爐受熱面的傳熱效果。嚴重時會堵塞煙氣流動的通道，影響鍋爐的安全和經濟運行。一般用爐膛容積熱負荷和爐膛截面熱負荷或爐排熱負荷表示其燃燒強烈程度。爐膛容積熱負荷是單位爐膛容積中每單位時間內釋放的熱量。在鍋爐技術中常用爐膛容積熱負荷來衡量爐膛大小是否恰當。容積熱負荷過大，則表示爐膛容積過小，燃料在爐內的停留時間過短，不能保障燃料完全燃燒，使燃燒效率下降；同時這還表示爐墻面積過小，難以敷設足夠的水冷壁管，結果爐內和爐膛出口處煙氣溫度過高，受熱面容易發生結渣。室燃爐的爐膛截面熱負荷是單位時間內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，爐膛截面熱負荷過大會使局部區域的壁面溫度過高而引起結渣。層燃爐的爐排熱負荷是單位時間內燃料燃燒所釋放的熱量與爐排面積的比值。爐排熱負荷過高會使飛灰大大增加。爐膛設計需要充分考慮使用燃料的特性。每臺鍋爐應盡量燃用原設計的燃料。燃用特性差別較大的燃料時，鍋爐運行的經濟性和可*性都可能降低。

②鍋筒：它是自然循環和多次強制循環鍋爐中接受省煤器來的給水、聯接循環回路，并向過熱器輸送飽和蒸汽的圓筒形容器。鍋筒筒體由優質厚鋼板制成，是鍋爐中較重的部件之一。鍋筒的主要功能是儲水，進行汽水分離，在運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的鍋水隨蒸汽進入過熱器和汽輪機中。這些鹽分和雜質如在過熱器管和汽輪機通道上發生結垢、積鹽和腐蝕，會影響設備的經濟安全運行。鍋爐出口的蒸汽一般都有一定的質量標準。鍋筒內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分離器進行粗分離外，還用百頁窗、鋼絲網或均汽板等進行進一步分離。隨著水處理技術的提高，蒸汽分離裝置趨向于簡化和定型化。排污裝置（包括連續排污和定期排污）能在鍋爐運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、安全閥等監測和保護設施。 

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

熱平衡 

計算鍋爐熱效率（簡稱鍋爐效率）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數。近代電站鍋爐的效率可達90％以上；工業鍋爐的效率可達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設計，鍋爐常要經過熱平衡試驗。直接從有效利用能量來計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?？紤]鍋爐房的實際效益時，不僅要看鍋爐熱效率，還要計及鍋爐輔機所消耗的能量。單位質量或單位容積的燃料完全燃燒時按化學反應方程式計算出的空氣需求量稱為理論空氣量。為了使燃料在爐膛內有更多的機會與氧氣接觸而燃燒，實際送入爐內的空氣量總要大于理論空氣量。實際送入爐內的空氣量與理論空氣量之比值稱為過量空氣系數。實際的爐膛出口過量空氣系數主要取決于燃料性質和燃燒方式，一般在 1.05～1.5的范圍內。雖然多送入空氣可以減少不完全燃燒熱損失，但排煙熱損失會增大，還會加劇硫氧化物腐蝕和氮氧化物生成。因此應設法改進燃燒技術，爭取以盡量小的過量空氣系數使爐膛內燃燒完全。如燃油鍋爐的過量空氣系數已有可能小于1.03。這種采用低過量空氣系數的燃燒技術稱為低氧燃燒。 

循環方式

鍋爐循環方式是指鍋爐蒸發系統內水汽的流動方式，可分為自然循環、輔助循環、直流和復合循環。 

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,未經凈化時其排放指標可能達到環境保護規定指標的幾倍到數十倍?？刂七@些物質排放的措施有燃燒前處理、改進燃燒技術、除塵、脫硫和脫硝等。借助高煙囪只能降低煙囪附近地區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。由于煙氣脫硫設備及運行費用昂貴，大部分企業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，一般用水力或機械的方法清除送至堆渣場。 

20世紀50年代以來,人們努力發展灰渣綜合利用,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。 

發展趨勢

鍋爐發展的趨勢主要是：①進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備造價;③提高鍋爐機組的運行靈活性和自動化水平;④發展更多鍋爐品種以適應不同的燃料；⑤提高鍋爐機組及其輔助設備的運行可靠性;⑥減少對環境的污染。