蒸汽发生器的发展历史

蒸汽发生器的发展历史

锅炉的膨胀分为两个方面:锅炉和炉膛。蒸汽发生器

锅的展开18世纪上半叶,英国煤矿使用的蒸汽机,包括j  .瓦特早期的蒸汽机,使用的蒸汽压等于大气压。18世纪下半叶,使用了高于大气压的蒸汽。19世纪常用的蒸汽压力控制在0.8 MPa。有了这个习惯,最早的蒸汽锅炉是一个大直径的圆柱形立式盛水锅壳,后来改为卧式锅壳(图1a),火是在锅壳下面的砖炉体里烧的。随着锅炉越来越大,为了增加受热面积,在锅炉外壳内安装一根火管,火管前端燃烧。烟气从火管后面出来,通过砖烟道排到烟囱,加热锅炉外壳外部,称为火管锅炉。最初只安装一根火管,称为单火管锅炉或康尼什锅炉(图1b);后来又加到两个火管上,称为双火管锅炉或兰开夏郡锅炉(图1c)。主导于1830年,火管锅炉是在掌握了生产优质钢管和扩管技术后出现的(图1d)。锅炉外壳内安装有一些消防管道,构成锅炉的一次受热面,火(烟气)通过管道流动。在锅炉外壳的储水线以下安装尽可能多的消防管道,称为卧式外燃调温管式锅炉。它的金属消耗低,但需要大量的砖石。图1e示出了带有火管的火管锅炉。烟气从火管流出,然后通过火管,这就是所谓的苏格兰船用锅炉。它的外形和标准能与船舶机舱很好的配合,锅炉本身重量轻,所以一直在船上使用。图1f中的机车锅炉在只需要火管的锅炉外壳前安装了一个用水套包裹的火箱,火箱的下部安装了炉排来烧火,结构紧凑,蒸汽机车使用。图1g为小型立式火管锅炉。火管锅炉和火管锅炉统称为壳式锅炉。管式锅炉已被选用,而管式锅炉仍在使用。

19世纪中期,出现了水管锅炉。锅炉受热面是锅壳外的水管,代替了锅壳本身和锅壳内的火管和火管。锅炉受热面积和蒸汽压力的增加不再受锅壳直径的限制,有利于旅行锅炉的蒸发和蒸汽压力。这个锅炉的圆柱形外壳被重新命名为汽包,或称汽包。在早期,水管锅炉仅使用直水管,其膨胀如图2所示。直水管锅炉的压力和容量受到限制。

蒸汽发生器

20世纪初,汽轮机得到了初步发展,需要配备更高容量和蒸汽参数的锅炉。直管锅炉已不能满足需要。随着制造技术和水处理技术的发展,出现了弯水管锅炉(图3)。初步选择是多锅滚筒式。随着水冷壁、过热器和省煤器的应用,以及锅筒内汽水分离元件的改进,锅筒数量逐渐减少,不仅节约了金属,而且有利于旅行锅炉的压力、温度、容量和功率。到20世纪30年代,2 ~ 4兆帕、385 ~ 400水冷壁弯管锅炉和6 ~ 12兆瓦火电机组已得到广泛应用。二战后,锅炉行业发展迅速。20世纪40年代,初步选择了以10兆帕和510为主的50兆瓦发电机组锅炉;20世纪50年代,初步选择了以14 MPa为主的540 ~ 570100 ~ 200 MW发电机组的锅炉;20世纪60年代,初步选择了300 ~ 600兆瓦机组的亚临界压力(17 ~ 18.5兆帕)锅炉。70年代最大的自然循环锅炉单机容量达到850 MW。

曾经的火管锅炉、火管锅炉、水管锅炉都归于自然循环锅炉(图4)。由于不同的加热条件导致的密度差异,水蒸气在上升和下降管道中自然移动。随着自然循环的发展

辅助循环锅炉又称强制循环锅炉(图5),是在自然循环锅炉的基础上发展起来的。降液管系统中安装有循环泵,以增强蒸发受热面的水循环。直流锅炉没有汽包(图6),所以给水由给水泵送至省煤器,成为过热蒸汽,通过水冷壁、过热器等蒸发受热面送至汽轮机,各部分的动阻力完全被给水泵抵消。第二次世界大战后,这两种类型的锅炉发展迅速,因为当时的发电机组需要高温、高压和大容量。开发这两种锅炉的目的是减少或取消汽包,选择小直径管道作为受热面,受热面自由沉降。随着自动控制和水处理技术的发展,它们越来越陈旧。20世纪70年代,最大的单辅循环锅炉是一台17兆帕压力的1000兆瓦发电机组。在超临界压力下,直流锅炉是唯一可以选择的锅炉。20世纪70年代,单台机组最大容量为27兆帕,1300兆瓦发电机组。后来发展了由辅助循环锅炉和直流锅炉组成的复合循环锅炉。

 

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炉子展开

在锅炉调配过程中,燃料品种对炉膛和燃烧设备的影响很大。因此,不仅要开发各种炉型来适应不同燃料的燃烧特性,还要运行燃烧动力来节能。此外,炉膛和燃烧设备的技术改进也需要尽量减少锅炉废气中的污染物(硫氧化物和氮氧化物)。

早年锅炉外壳选用固定炉排,多使用精煤和薪柴,加煤除渣采用人工操作。机械化炉排最初是在直管锅炉出现后选择的,链条炉排被广泛使用。炉排下送风从“统一仓风”扩展到分段送风。早期炉膛短,燃烧功率低。后来我们认识到了炉膛容积和结构在燃烧中的作用,把炉膛做得更高,选择了炉膛和二次风,进而推进了燃烧动力。链篦机可以用于大多数种类的煤,但不能燃烧强粘结烟煤。给料炉排也很早就出现了,只适合烧细烟煤。扔煤者出现在20世纪40年代。抛煤机可以安装在固定的火床上,也可以安装在链条炉排上,成为抛煤机的链条炉排。发电机组功率超过6 MWh,而这些层燃炉的炉排标准过大,结构凌乱,难以安下心来。因此,在20世纪20年代,燃烧室燃烧炉最初用于燃烧煤粉和油。煤由磨煤机磨成煤粉,再由燃烧器喷入炉内燃烧,使发电机组的容量不再受燃烧设备的束缚。从第二次世界大战开始,几乎所有发电站的锅炉都是室燃式的。

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早年生产的煤粉锅炉选用u型火焰。从燃烧器喷出的煤粉气流先在炉内下落,然后向上转向。后来出现了前墙的旋流燃烧器,火焰在炉膛内形成了L型火炬。随着锅炉容量的增加,旋流燃烧器的数量也开始增加,可以设置在两侧壁或前后壁。1930年出现了直流燃烧器,它安置在炉子的四个角上,大部分以切圆燃烧。20世纪60年代,一些国家采用多边形炉膛直流燃烧器的切向燃烧方法燃烧褐煤。二战后,石油价格低廉,燃油锅炉在许多国家广泛使用。燃油锅炉自动化程度简单。20世纪70年代油价上涨后,许多国家转向煤炭资源。此时,电站锅炉的容量越来越大,这就要求燃烧设备既能燃烧完全,着火稳定,工作可靠,低负荷性能好,又能减少废气中的污染物。从20世纪40年代到60年代,为了加强燃烧和减少飞灰,一度选择了液态排渣煤粉炉和旋风炉,但从70年代开始,出现了

燃煤(特别是褐煤)电站锅炉选用分级燃烧或低温燃烧技术,即延迟煤粉与空气的混合或在空气中混合烟气以减缓燃烧,或分散燃烧器以抑制炉膛温度,既能抑制氮氧化物的形成,又能减少结渣。大喜燃烧法归因于低温燃烧,其中除了灰分含量非常高的可燃固体燃料之外,石灰石可以混合到大喜床中进行脱硫。

锅炉发展的主要趋势是:

(1)进一步提高锅炉和电站的热力;

(2)降低锅炉和电站的单位功率设备成本;

(3)移动式锅炉机组的工作灵活性和自动化水平;

(4)扩大锅炉品种,使用不同的燃料;

移动式锅炉机组及其辅助设备的工作可靠性;

减少环境污染

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