不同种类锅炉的介绍和对比

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*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。

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。锅筒筒体由优质厚钢板制成，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，会影响设备的经济安全运行。锅炉出口的蒸汽一般都有一定的质量标准。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。中压以上的锅炉除广泛采用多种型式的旋风分离器进行粗分离外，还用百叶窗、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、安全阀等监测和保护设施。

2、 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：煤粉制备系统，把原煤磨成粉，以利煤的充分燃烧，包括给煤机、磨煤机、排粉机、粗粉分离器和煤粉管道等；

送、引风系统，向锅炉供给燃烧需要的空气及将煤燃烧后的烟气排出锅炉，包括送风机、引风机和烟风道等；

给水系统，包括给水泵、阀门和管道等；

水处理系统（见锅炉水处理）；

灰渣清除系统，包括碎渣机、出渣机、除尘器等；

自动控制和监测系统（见锅炉自动控制、锅炉汽温调节）。

电厂锅炉的分类方式有多种。

1、 按所用燃料分类，主要有：①以煤炭为燃料的燃煤锅炉；②以重油或原油为燃料的燃油锅炉；③以天然气或液化石油气为燃料的燃气锅炉。按燃烧方式分类，有层燃炉、室燃炉（即煤粉炉）、旋风炉、沸腾燃烧锅炉（即流化床燃烧锅炉）。

2、按蒸汽压力分类有：①压力为2.45～3.92兆帕的中压锅炉；②压力为9.8兆帕的高压锅炉；③压力为12.79～13.72兆帕的超高压锅炉；④压力为16.66～18.33兆帕的亚临界压力锅炉；⑤压力为24.1～26.6兆帕的超临界压力锅炉。

3、按工质(水)在锅炉中的流动方式分类有：①自然循环锅炉,靠不受热的下降水管中的水柱与受热的上升管中汽水混合物水柱的重量差而流动；②强制循环锅炉，靠装于不受热的大直径下降管回路中的再循环泵的压力而流动；③直流锅炉，以给水泵的压力使给水经预热、蒸发、过热，一次流过锅炉各受热面；④复合循环锅炉，由直流锅炉改进而成，除有给水泵外，还装有再循环泵。

4、按再循环方式运行，在80％额定负荷以上时，按直流锅炉方式运行。几类压力锅炉的循环倍率如表所示。循环倍率指锅炉蒸发管出口处循环汽水混合物重量与蒸发蒸汽重量之比。

5、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。

Circulating Fluidized Bed 循环流化床技术，一种较煤粉燃烧技术燃料适用性、污染物排放都有较大优势的燃烧技术。

循环流化床锅炉是近十几年发展起来的一项高效、低污染清洁燃烧技术。具有燃烧效率高、煤种适应性广、烟气中有害气体排放浓度低、负荷调节范围大、灰渣可综合利用等优点。

循环流化床锅炉工作原理：

固体粒子经与气体或液体接触而转变为类似流体状态的过程，称为流化过程。流化过程用于燃料燃烧，即为流化燃烧，其炉子称为流化床锅炉。

循环流化床锅炉是在鼓泡流化床锅炉技术的基础上发展起来的新炉型，它与鼓泡床锅炉的**区别在于炉内流化风速较高（一般为4～8m/s），在炉膛出口加装了气固物料分离器。被烟气携带排出炉膛的细小固体颗粒，经分离器分离后，再送回炉内循环燃烧。循环流化床锅炉可分为两个部分：**部分由炉膛（快速流化床）、气固物料分离器、固体物料再循环设备和外置热交换器（有些循环流化床锅炉没有该设备）等组成，上述部件形成了一个固体物料循环回路。第二部分为对流烟道，布置有过热器、再热器、省煤器和空气预热器等，与其它常规锅炉相近。

　循环流化床锅炉燃烧所需的一次风和二次风分别从炉膛的底部和侧墙送入，燃料的燃烧主要在炉膛中完成，炉膛四周布置有水冷壁用于吸收燃烧所产生的部分热量。由气流带出炉膛的固体物料在气固分离装置中被收集并通过返料装置送回炉膛。

循环流化床燃烧锅炉的基本技术特点：(1)低温的动力控制燃烧：循环流化床燃烧是一种在炉内使高速运动的烟气与其所携带的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触，并具有大量颗粒返混的流态化燃烧反应过程；同时，在炉外将绝大部分高温的固体颗粒捕集，并将它们送回炉内再次参与燃烧过程,反复循环地组织燃烧。显然，燃料在炉膛内燃烧的时间延长了。在这种燃烧方式下，炉内温度水平因受脱硫**温度限制，一般850℃左右。这样的温度远低于普通煤粉炉中的温度水平，并低于一般煤的灰熔点，这就免去了灰熔化带来的种种烦恼。这种“低温燃烧”方式好处甚多，炉内结渣及碱金属析出均比煤粉炉中要改善很多，对灰特性的敏感性减低，也无须很大空间去使高温灰冷却下来，氮氧化物生成量低，可于炉内组织廉价而高效的脱硫工艺，等等。从燃烧反应动力学角度看，循环流化床锅炉内的燃烧反应控制在动力燃烧区(或过渡区)内。由于循环流化床锅炉内相对来说温度不高，并有大量固体颗粒的强烈混合，这种情况下的燃烧速率主要取决于化学反应速率，也就是决定于温度水平，而物理因素不再是控制燃烧速率的主导因素。循环流化床锅炉内燃料的燃尽度很高，通常，性能良好的循环流化床锅炉燃烧效率可达95～99％以上。(2)高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环过程，循环流化床锅炉内的固体物料（包括燃料、残炭、灰、脱硫剂和惰性床料等）经历了由炉膛、分离器和返料装置所组成的外循环。同时在炉膛内部因壁面效应还存在着内循环，因此循环流化床锅炉内的物料参与了外循环和内循环两种循环运动。整个燃烧过程以及脱硫过程都是在这两种形式的循环运行的动态过程中逐步完成的。(3)高强度的热量、质量和动量传递过程：在循环流化床锅炉中，大量的固体物料在强烈湍流下通过炉膛，通过人为操作可改变物料循环量，并可改变炉内物料的分布规律，以适应不同的燃烧工况。在这种组织方式下，炉内的热量、质量和动量传递过程是十分强烈的，这就使整个炉膛高度的温度分布均匀。

循环流化床锅炉的优点：(1)燃料适应性广：这是循环流化床锅炉的主要优点之一。在循环流化床锅炉中按重量计，燃料仅占床料的1～3％，其余是不可燃的固体颗粒，如脱硫剂、灰渣等。因此，加到床中的新鲜煤颗粒被相当于一个“大蓄热池”的灼热灰渣颗粒所包围。由于床内混合剧烈，这些灼热的灰渣颗粒实际上起到了无穷的“理想拱”的作用，把煤料加热到着火温度而开始燃烧。在这个加热过程中，所吸收的热量只占床层总热容量的千分之几，因而对床层温度影响很小，而煤颗粒的燃烧，又释放出热量，从而能使床层保持一定的温度水平，这也是流化床一般着火没有困难，并且煤种适应性很广的原因所在。(2)燃烧效率高：循环流化床锅炉的燃烧效率要比鼓泡流化床锅炉高，通常在95～99％范围内，可与煤粉锅炉相媲美。循环流化床锅炉燃烧效率高是因为有下述特点：气固混合良好；燃烧速率高，其次是飞灰的再循环燃烧。(3)高效脱硫：由于飞灰的循环燃烧过程，床料中未发生脱硫反应而被吹出燃烧室的石灰石、石灰能送回至床内再利用；另外，已发生脱硫反应部分，生成了硫酸钙的大粒子，在循环燃烧过程中发生碰撞破裂，使新的氧化钙粒子表面又暴露于硫化反应的气氛中。这样循环流化床燃烧与鼓泡流化床燃烧相比脱硫性能大大改善。当钙硫比为1.5～2.0时，脱硫率可达85～90％。而鼓泡流化床锅炉，脱硫效率要达到85～90％，钙硫比要达到3～4，钙的消耗量大一倍。与煤粉燃烧锅炉相比，不需采用尾部脱硫脱硝装置，投资和运行费用都大为降低。(4)氮氧化物（NOX）排放低：氮氧化物排放低是循环流化床锅炉另一个非常吸引人的特点。运行经验表明，循环流化床锅炉的NOX排放范围为50～150ppm或40～120mg/MJ。循环流化床锅炉NOX排放低是由于以下两个原因：一是低温燃烧，此时空气中的氮一般不会生成NOX   ；二是分段燃烧，抑制燃料中的氮转化为NOX   ，并使部分已生成的NOX得到还原。(5)燃烧强度高，炉膛截面积小：炉膛单位截面积的热负荷高是循环流化床锅炉的另一主要优点。其截面热负荷约为3.5～4.5MW/m2，接近或高于煤粉炉。同样热负荷下鼓泡流化床锅炉需要的炉膛截面积要比循环流化床锅炉大2～3倍。(6)负荷调节范围大，负荷调节快：当负荷变化时，只需调节给煤量、空气量和物料循环量，不必像鼓泡流化床锅炉那样采用分床压火技术。也不象煤粉锅炉那样，低负荷时要用油助燃，维持稳定燃烧。一般而言，循环流化床锅炉的负荷调节比可达（3～4）：1。负荷调节速率也很快，一般可达每分钟4％。　　(7)易于实现灰渣综合利用：循环流化床燃烧过程属于低温燃烧，同时炉内优良的燃尽条件使得锅炉的灰渣含炭量低（含炭量小于1％），属于低温烧透，易于实现灰渣的综合利用，如作为水泥掺和料或做建筑材料。同时低温烧透也有利于灰渣中稀有金属的提取。(8)床内不布置埋管受热面：循环流化床锅炉的床内不布置埋管受热面，因而不存在鼓泡流化床锅炉的埋管受热面易磨损的问题。此外，由于床内没有埋管受热面，启动、停炉、结焦处理时间短，可以长时间压火等。　(9)燃料预处理系统简单：循环流化床锅炉的给煤粒度一般小于13mm，因此与煤粉锅炉相比，燃料的制备破碎系统大为简化。(10)给煤点少：循环流化床锅炉的炉膛截面积小，同时良好的混合和燃烧区域的扩展使所需的给煤点数大大减少。既有利于燃烧，也简化了给煤系统。

一、燃油锅炉的**个优点是设备投资少。燃油燃烧迅速，而且不存在炉膛结焦问题，炉膛容积热负荷较高，可比燃煤锅炉高近一倍。这样炉膛的容积显著减少，锅炉钢架亦可相应减小。燃油中的灰分很少，烟气中灰分对尾部受热面的磨损很轻，可以选用较高的烟气流速，强化尾部受热面的传热，可使尾部受热面减少。不需要庞大的制粉设备，也不需要建立庞大的储煤场、储灰场和储粉仓，燃料油系统很简单。第二个优点是由于油中灰分很少，燃料和烟气对设备的磨损很轻，设备的检修和维护工作量较小。第三个优点是燃料油不需要进一步加工，输送方便只要提高温度，通过泵升压即可送入锅炉。因此，燃油炉的每吨蒸汽所消耗的电能较少。燃油锅炉的缺点是要消耗大量宝贵的高质量燃料。燃油是重要的化工原料，作为燃料大量烧掉实在可惜。在当前能源短缺、燃料油价很高的情况下，不烧油或少烧油有着重要的经济意义。

二、链条炉是结构*完善和燃烧组织*合理的层燃炉。由于机械化程度较高，劳动强度不大，不需要复杂的制粉系统，投资较省，锅炉的热效率较高，所以，在我国广泛用于65t/h以下的中、小型锅炉。链条炉的缺点是需要燃用质量较好的煤，锅炉热效率比煤粉炉低，负荷的调整不如煤粉炉迅速，所以，大型锅炉不采用链条炉。我国生产的链条炉大都是横置锅筒水管锅炉。双锅筒链条炉的锅筒为上下布置，上下锅筒之间胀接有对流管束作为蒸发受热面。对流管束大多布置在过热器之后。  

三、粉煤锅炉的煤经过研磨得到的煤粉，颗粒很小，单位质量的煤粉具有很大的表面积，能与空气很好地混合，燃烧得很完全。机械不完全燃烧损失、化学不完全燃烧损失和炉膛出口过量空气系数均比链条炉低，因此，煤粉炉的热效率比链条炉高。煤粉炉是室燃炉，采用悬浮燃烧，因此负荷调整比链条炉迅速。由于煤粉炉有完善的制粉系统，可以燃用劣质煤，而链条炉不但对煤的粒径有一定要求，而且要求燃用水分、灰分含量低，灰分熔点高，不具有强烈结焦性的优质煤。但煤粉炉需要庞大复杂的制粉设备，占地较大，投资较多，厂用电量增加，而且制粉系统工作时噪声较大，制粉和燃烧系统以及锅炉的对流受热面磨损比较严重，维护工作量较大。这些都是煤粉炉的缺点。煤粉炉的这些优缺点，决定了只有大、中型锅炉采用煤粉炉才能利大于弊。所以煤粉炉只适宜大、中型锅炉，而小型锅炉很少采用。  

四、由于流化床锅炉独特的燃烧方式，流化床锅炉的下部始终保持着很厚的温度为850~950℃的物料层，它相当于一个很大的高温蓄热池，而新加入的燃料仅占约5%，新加入的燃料立即与几十倍于自已的高温物料相混合，可以使任何难以燃烧的燃料迅速着火。由于燃料在流化床锅炉上下循环翻腾，其停留的时间较长，为各种难于燃尽的燃料提供了足以保证其燃尽的燃烧时间。使得流化床锅炉可以燃用品质极为低劣的燃料，即使含灰量达70%，发热量仅为4200 KJ/公斤的燃料和挥发分仅为2%-3%的无烟煤及含碳量在15%以上的炉渣均可得到良好燃烧。   由于流化床内的物料对埋管同时具有辐射,对流和导热三种传热方式，使得埋管的传热系数很高，可达230-290 W/(m2/℃),是煤粉炉水冷壁的5~6倍。由于流化床内新加入的燃料着火条件,燃烧条件和燃尽条件很好，燃烧强度很高，属于低温强化燃烧，其容积热负荷qv可达1.7-2.1 MW/ m3，是煤粉炉的10倍。所以流化床锅炉炉膛体积较小，仅为同容量其他类型锅炉的一半左右，可使金属耗量和设备费用减少。流化床锅炉为低温燃烧，因而可以燃用灰分熔点低的燃料，有利于降低烟气中NOx的含量。与燃料同时加入的脱硫剂（石灰石,白云石），使燃料脱硫，不但减轻了烟气中SOx对大气的污染，而且有利于降低尾部受热面的低温腐蚀。流化床锅炉灰渣具有低温烧透的特点，便于综合利用，其灰渣已用于制造建筑材料、提取化工产品和用作农田肥料。由于燃料着火和燃烧条件很好，不用担心低负荷时因炉膛温度降低而灭火，所以负荷调节性能很好，流化床锅炉能在25%~110%的负荷范围内正常运行。虽然流化床锅炉优点很多，但也存在以下缺点：锅炉热效率低。通常流化床锅炉的热效率为54%~68%。其主要原因是机械不完全燃烧损失q4很大。流化床锅炉的q4很大主要是因为烟气中的飞灰含炭量很高。埋管磨损快。流化床锅炉中的埋管在物料剧烈的冲撞击下，磨损很快。如不采取防磨措施，壁厚3.5mm的埋管3~6个月即被磨穿；采取防防磨措施后，埋管仅能运行1~2年，这使得检修费用明显提高。耗电大。为了使燃料在流化状态下燃烧，要将原煤破碎成8mm以下的颗粒和采用高压送风，使得流化床锅炉的单位蒸发量的耗电量比煤粉炉高约一倍。