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部分,称为锅炉本体。锅炉本体中两个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、容积和高度都要保证燃料充分燃烧,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,不能保证燃料燃烧,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靠性都可能降低。
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。锅筒筒体由厚钢板制成,是锅炉中重的部件之一。
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,会影响设备的经济运行。锅炉出口的蒸汽一般都有的质量标准。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、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)。
燃烧设备
锅炉的燃烧方式有三种形式:层燃(火床燃烧)、室燃(悬浮燃烧)、沸腾燃烧。各种燃烧方式有其相应的燃烧设备。固定炉排、链条炉排、往复炉排、振动炉排等属于层燃式,适用于燃烧固体燃料。煤粉锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉等属于室燃式,适用于粉状固体燃料,液体燃料和气体燃料。鼓泡流化床、循环流化床属于沸腾燃烧方式,适用于燃烧颗粒状固体燃料。抛煤机链条炉排,兼有层燃和室燃的燃烧方式,属于混合燃烧方式。
1、 固定炉排:一种、结构简单的层燃燃烧的设备,分两种单层炉排和双层炉排A单层炉排用铸铁制造,有板状和条状B双层炉排,内有上下两层炉排,上炉排由水冷却管组成的固定炉排,下炉排为普通铸铁的固定炉排。上炉排以上空间为风室,下炉排以下为灰坑,两层炉排之间为燃烧室。
2、 链条炉排:一种结构比较完善的燃烧设备。由于机械化程度高(加煤、清渣、除灰等均有机械完成),制造工艺成熟,运行稳定可靠,人工拨火能使燃料燃烧的更充分,燃烧率也较高,适用于大、中、小型工业锅炉。国产链条炉排按结构可分链带式、横梁式和鳞片式链条炉排。A链带式链条炉排属于轻型结构适用于额定蒸发量小于10t/Hd的蒸汽锅炉或相应容量的燃烧锅炉。B横梁式链条炉排是用刚性很强的横梁作支架,炉排片嵌于支架横梁的槽内,当主动轴上的链轮带动链条转动时横梁及其上的整付炉排随之移动。C鳞式链条炉排适用于额定蒸发量大于10t/Hd的蒸汽锅炉或相应容量的燃烧锅炉。
3、 往复炉排:一种利用炉排往复运动来实现给煤、除渣、拨火机械化的燃烧设备。往复炉排炉排按布置方式可分倾斜往复炉排和水平往复炉排A倾斜往复炉排为倾斜阶梯型,炉排有相间布置的活动炉排片和固定炉排片组成。B水平往复炉排是有固定炉排片和活动炉排片交错组成,炉排片相互搭接。
4、 振动炉排:一种由偏心块激振器、横梁、炉排片、拉杆、弹簧板、后密封装置、激振器电机、地脚螺钉、减震橡皮垫、下框架、前密封装置。测梁、固定支点等部件组成。具有结构简单,制造容易,重量轻、金属耗量少、设备投资省、燃烧条件好、炉排面积负荷高、煤种适应能力强优点在工业锅炉应用过。
5、 抛煤机: 按抛煤方式,抛煤机可分为风力抛煤机,机械抛煤机和机械-风力抛煤机三种。机械抛煤机兼有机械抛煤机和风力抛煤机的功能,它有两个主要部件构成:给煤部件和抛煤部件。
6、 沸腾燃烧流化床:一种介于固定床和悬浮床之间的气固两相床层。流化床根据不同的流化速度划分为鼓泡床、湍流床和快速床。A鼓泡流化床结构由给煤装置、布风装置、风室、灰渣溢流口、沸腾层、悬浮段等。特点对煤种适应行强、能强化转热,节省钢材,便于灰渣的综合利用,对环境污染较煤粉炉轻,锅炉本体结构简单。B循环流化床是新一代,低污染洁净煤燃烧技术。其特点是在于燃料及脱硫剂在流化床状态下经过多次循环,反复的进行低温燃烧和脱硫反应。C循环流化床和鼓泡流化床燃烧过程中主要的区别在于1、循环流化床沸腾层内流化速度很高一般为3～10m/s可达10m/s,鼓泡流化床锅炉的流化速度为1～3m/s。
7、 煤粉锅炉的燃烧设备:煤先经磨煤设备,然后喷入炉膛内燃烧,整个燃烧过程是在炉膛内呈悬浮状进行,这种锅炉称为煤粉炉。其特点能与空气的混合,加快点火盒和燃烧,煤种适用性广,适应于大中型锅炉。煤粉锅炉的燃烧设备有煤粉设备、制粉系统和煤粉燃烧器。
8、 燃油燃烧器:有喷油嘴和调风器组成;是将燃料油雾化,并于空气强烈混合后送入炉膛,使油气混合物在炉膛内呈悬浮状态的一种燃烧设备。燃油燃烧器是燃油锅炉的关键设备,按使用燃料种类可分轻质油燃烧器和重质油燃烧器,重油黏度大,在重油燃烧器内一般设置预热器。工业燃油锅炉大多配置轻质油燃烧器。
9、燃气燃烧器:它是燃气锅炉的主要的燃烧设备。燃气燃烧器有扩散式燃烧器、大气式燃烧器和预混式燃烧器。
