燃煤锅炉是指燃料是煤,煤炭热量经转化后,产生蒸汽或者变成热水,但并不是所有的热量全部有效转化,有一部分无工消耗,这样就存在效率问题。
燃煤锅炉有多种类型,可按燃烧方式、除渣方式以及结构安装方式分类。 按燃烧方式可分为4种:①层燃炉:原煤经破碎成粒径为25~40毫米的碎块后,用炉前煤斗的煤闸板或播煤机平铺在链条炉排上作层状燃烧。层燃炉优点是附属设备少,制造、安装简便,易于运行操作。适用于中小容量锅炉。这种锅炉的缺点为煤的燃烧不完全,炉渣和飞灰中可燃物含量多,锅炉效率一般为75~ 85%。通常要烧较好的煤。②室燃炉:又称煤粉炉。原煤经筛选、破碎和研磨成大部分粒径小于0.1毫米的煤粉后,经燃烧器喷入炉膛作悬浮状燃烧。煤粉喷入炉膛后能很快着火,烟气能达到1500℃左右的高温。但煤粉和周围气体间的相对运动很微弱,煤粉在较大的炉膛内停留约2~3秒才能基本上烧完,故煤粉炉的炉膛容积常比同蒸发量的层燃炉炉膛约大一倍。这种锅炉的优点为能燃烧各种煤且燃烧较完全,所以锅炉容量可做得很大,适用于大、中型及特大型锅炉。锅炉效率一般可达90~92%。其缺点为附属机械多,自动化水平要求高,锅炉给水须经过处理,基建投资大。③旋风炉:将粒径小于10毫米的碎煤粒或粗煤粉先在前置式旋风筒内作旋风状燃烧,所产生的高温烟气再进入主炉膛(冷却室内进行辐射换热。旋风炉的优点为炉膛容积热强度高,炉子的尺寸小;过剩空气系数小(仅为1.05~1.10,可以降低排烟热的损失;燃用粗煤粉可简化制粉设备;排渣率高,飞灰浓度低,提高烟气速度加强对流受热面的传热。其缺点是适用煤种受灰熔点和渣的粘滞性的限制;锅炉负荷变动范围较小;不能快速启停;由于炉内温度可达2000℃左右,有害气体NOx排放量大,对大气污染较严重。
④沸腾燃烧炉:即沸腾燃烧锅炉(即流化床燃烧锅炉。
按除渣方式可分为2种:①固态除渣炉:炉膛中熔渣经炉底冷灰斗或凝渣箱凝固后排出。适用于燃用灰熔点较高的煤。②液态除渣炉:炉底有保温熔液池。熔渣经排渣口流出(或经冷水凝固后排出,或用蒸汽吹拉成炉渣绵排出(可作保温材料。
按结构安装方式可分为2种:①悬吊式锅炉:锅炉炉膛和转向烟室均用吊杆悬吊于架设在钢筋混凝土立柱上的大板框架梁上。悬吊式锅炉优点是炉体可自由膨胀,
易于防震,节省钢材,炉底下面的空间较大便于布置送风机及除灰设备。但安装技术要求高。②支承式锅炉:锅炉整体支撑于框形骨架上。特点是便于安装、占地少,但耗用钢材多。
燃煤锅炉组成:主要由煤粉制备系统、燃烧器、受热面、空气预热器等主要部分组成。
煤粉制备系统常用的有2种:①直吹式制粉系统:磨好的煤粉直接全部送入炉膛中燃烧,宜采用中速和高速磨煤机,适用于磨较软的烟煤和褐煤。缺点是磨煤机的出力和煤粉细度与锅炉负荷有关,因而随着锅炉负荷的变化需调整磨煤机的运行台数,并且研磨部件容易磨损。中速磨煤机直吹式制粉系统又分为正压式与负压式两种。近代大容量锅炉多采用正压系统。②中间储仓式制粉系统:特点是磨煤机的出力和煤粉细度与锅炉负荷无关,适于采用可磨制各种硬度煤种的钢球磨煤机。缺点是设备较直吹式复杂,磨煤机耗电量较大,空载与满载时耗电量相差不大,故应使其常在满载下运行。
受热面分蒸发受热面和过热受热面。现代大、中型锅炉均以水冷壁构成炉膛,由此水冷壁(即受热面吸收炉内辐射热使水蒸发成饱和蒸汽。为不增加炉膛容积而增加辐射受热面,大型锅炉可采用双面曝光的水冷壁。过热受热面可分为布置于炉膛上部的屏式过热器受热面和布置于对流烟道内的对流过热器受热面。前者吸收炉内辐射热;后者吸收对流热。
空气预热器装于锅炉烟道尾部,用以回收烟气余热,提高助燃空气的温度。高参数、大容量的锅炉为提高热风温度(>300℃,常需使空气预热器与省煤器分级交叉布置。
锅炉整体的结构包括锅炉本体和辅助设备两大部分。 1、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。锅炉本体中两个最主要的部件是炉膛和锅筒。
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,不能保证燃料完全燃烧,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靠性都可能降低。