電站鍋爐

電站鍋爐又稱“電廠鍋爐”，是指發電廠中向汽輪機提供規定數量和質量蒸汽的中大型鍋爐。火力發電廠的主要熱力設備之一。常與一定容量的汽輪發電機組相配套，主要用於發電，但在某些特殊場合下也可兼作對外供熱之用。一般其蒸發量較大，蒸汽參數(汽温和汽壓)很高，需要有一整套的輔助設備，多需配置室燃爐膛，採用強制通風方式，可燃用多種燃料(煤粉、原油或重油、高爐煤氣或煉焦爐煤氣)，結構較複雜，效率較高，多數可達85～93%左右，對運行管理水平、機械化程度以及自動控制技術則有相當高的要求。 ^[2] 

主要有前牆佈置、前後牆對沖佈置和四角佈置。按前兩種方式佈置時,一般採用旋流式燃燒器,其優點是煤粉管道佈置較簡單，但不宜用於低揮發分和高灰分的燃料。四角佈置就是把直流式燃燒器佈置在爐膛四角，其噴口中心線與爐膛中心的一個假想圓相切。四角佈置的缺點是風道佈置較複雜，但燃燒比較穩定，它適用於多種燃料（包括褐煤、煙煤和貧煤等）。 ^[1] 

電站鍋爐的本體結構類型主要取決於燃料特性、鍋爐容量和蒸汽參數等因素。常見的有倒u型、塔型和箱型，如圖1《大型電站鍋爐安裝》所示。

(1)倒U型適用於各種容量的鍋爐和燃料，故應用廣泛。鍋爐的高度比其他爐型低，受熱面佈置較方便，風機和除塵設備都可放在地面上，但佔地面積較大。

(2)塔型適用於燃用多灰煙煤和褐煤的鍋爐，無轉彎煙道，可減輕飛灰對受熱面的局部磨損，且佔地面積較小。但爐體高，安裝和檢修較複雜。

(3)箱型適用於容量較大的燃油和燃氣鍋爐。爐膛以上的煙道分為兩部分：一部分直接接在爐膛出口，煙氣上流；另一部分煙氣下流。其優點是結構緊湊，佔地面積較小，鍋爐與汽輪機的連接較方便。缺點是製造工藝較複雜，檢修困難。 ^[1] 

電站鍋爐蒸發系統內介質的循環有自然循環、輔助循環、直流和複合循環4種方式。

依靠蒸發系統的下降管和上升管中工質的密度差建立循環。超高壓以下的鍋爐普遍採用自然循環方式。亞臨界壓力鍋爐也可採用自然循環方式，但鍋筒內壓力一般限於20兆帕以下。 ^[1] 

與自然循環的主要差別是在蒸發系統的下降管和上升管之間裝有循環泵。循環推動力除靠工質密度差以外，還加上循環泵的壓力。因此蒸發面的佈置較自由，鍋筒直徑也可較小。這種循環方式主要用於亞臨界壓力的鍋爐。 ^[1] 

直流鍋爐中沒有鍋筒，給水依靠給水泵壓力通過各級受熱面最終全部變成過熱蒸汽輸出。直流鍋爐廣泛用於高壓以上的機組，它能用到超臨界壓力參數。直流鍋爐因沒有鍋筒，採用小直徑的管子，鍋爐中汽水和金屬的蓄熱量比較小，也不能靠排污去除隨給水進入鍋爐的鹽分，所以對自動控制和水處理要求比較高。 ^[1] 

在直流鍋爐汽水系統中增設循環泵，把直流鍋爐與輔助循環二者結合起來。複合循環鍋爐的汽水系統有多種佈置方案。圖3是一個典型的超臨界壓力複合循環示意圖。在高負荷時,循環泵作為增壓泵,系統按直流鍋爐方式運行。當低於一定負荷投入再循環時，通過水冷壁的流量為給水流量與再循環流量之和。這種系統的特點是減小了高、低負荷下水冷壁中流速的差值，有利於低負荷運行，且高負荷時的流動阻力也不致太大。 ^[1] 

循環流化牀鍋爐是在鼓泡牀鍋爐(沸騰爐)的基礎上發展起來的，因此鼓泡牀的一些理論和概念可以用於循環流化牀鍋爐。但是它們又有很大的差別。早期的循環流化牀鍋爐流化速度比較高，因此稱作快速循環牀鍋爐。快速牀的基本理論也可以用於循環流化牀鍋爐。鼓泡牀和快速牀的基本理論已被研究了很長時間。要了解循環流化牀的原理，必須瞭解鼓泡牀和快速牀的理論以及物料在鼓泡牀一湍流牀一快速牀各種狀態下的動力特性、燃燒特性以及傳熱特性。

1)流態化

當固體顆粒中有流體通過時，隨着流體速度逐漸增大，固體顆粒開始運動，且固體顆粒之間的摩擦力也越來越大，當流速達到一定值時，固體顆粒之間的摩擦力與它們的重力相等，每個顆粒可以自由運動，所有固體顆粒表現出類似流體狀態的現象，這種現象稱為流態化。

對於液固流態化的固體顆粒來説，顆粒均勻地分佈於牀層中，稱為“散式”流態化。而對於氣固流態化的固體顆粒來説，氣體並不均勻地流過牀層，固體顆粒分成羣體作紊流運動，牀層中的空隙率隨位置和時間的不同而變化，這種流態化稱為“聚式”流態化。循環流化牀鍋爐屬於“聚式”流態化。固體顆粒(牀料)、流體(流化風)以及完成流態化過程的設備稱為流化牀。 ^[1] 

2)臨界流化速度

對於由均勻粒度的顆粒組成的牀層，在固定牀通過的氣體流速很低時，隨着風速的增加，牀層壓降成正比例增加，並且當風速達到一定值時，牀層壓降達到最大值，該值略大於牀層靜壓，如果繼續增加風速，固定牀會突然解鎖，牀層壓降降至牀層的靜壓。如果牀層由寬篩分顆粒組成的話，其特性為：在大顆粒尚未運動前，牀內的小顆粒已經部分流化，牀層從固定牀轉變為流化牀的解鎖現象並不明顯，而往往會出現分層流化的現象。顆粒牀層從靜止狀態轉變為流態化所需的最低速度稱為臨界流化速度。隨着風速的進一步增大，牀層壓降幾乎不變。循環流化牀鍋爐一般的流化風速是2～3倍的臨界流化速度。

影響臨界流化速度的因素如下：

(1)料層厚度對臨界流速影響不大。

(2)料層的當量平均料徑增大則臨界流速增加。

(3)固體顆粒密度增加時臨界流速增加。

(4)流體的運動黏度增大時臨界流速減小：如牀温增高時，臨界流速減小。 ^[1] 

室燃爐又稱煤粉爐。原煤經篩選、破碎和研磨成大部分粒徑小於0.1 mm的煤粉後，經燃燒器噴人爐膛作懸浮狀燃燒。煤粉噴入爐膛後能很快着火，煙氣能達到1 500℃左右的高温。但煤粉和周圍氣體問的相對運動很微弱，煤粉在較大的爐膛內停留2～3 s才能基本上燒完，故煤粉爐的爐膛容積常比同蒸發量的層燃爐爐膛大一倍。這種鍋爐的優點為能燃燒各種煤且燃燒較完全，所以鍋爐容量可做得很大，適用於大、中型及特大型鍋爐。鍋爐效率一般可達90%～92%。其缺點為附屬機械多，自動化水平要求高，鍋爐給水須經過處理，基建投資大。 ^[1] 

電站鍋爐的“水冷壁”、“過熱器管”、“再熱器管”、“省煤器管”的高温腐蝕和磨損，是造成管道泄露的主要原因，也是常見的技術問題，它給電廠的安全運行帶來很大威脅，常常導致事故的發生。電廠簡稱其為電站鍋爐“四管”。

爐外小管道爆破主要有焊縫爆破和沖刷、腐蝕減薄爆破兩種。在設計、施工、運行及檢修等各個環節上質量把關不嚴，是導致爐外小管道爆破事故的主要原因。

1. 設計方面的原因

按設計慣例，DN≤80 mm的管道，鍋爐廠及設計院均不提供施工佈置圖，而施工單位往往也不進行二次設計，管道的安裝位置只能根據現場的實際條件決定。按此施工，可能會產生兩方面的缺陷：一是管道支承不合理，或直管段過長，造成管子受熱時膨脹受阻，導致焊縫產生應力裂紋；二是彎頭過多，管路過長，流動阻力大，管內介質温降過大，不同温度的介質匯合後容易造成高温主管或設備產生熱疲勞裂紋。另外，在設計疏水、排污等管道時，閥門後的管道材料按降温降壓考慮，造成閥門前、後管段的材質不一致，這就滿足不了熱態啓動及主汽温急劇下降事故發生時的使用要求。 ^[1] 

2. 施工方面的原因

(1) 管道安裝工藝不良

管子對口處錯口，　沖刷減薄後焊口爆破；過熱器不鏽鋼取樣管等的焊接普遍採用火焰焊對接方法，造成焊縫質量差。

(2) 管道加工質量差

管子冷彎後彎曲半徑過小、橢圓度和波浪度偏大，造成有效通徑減小，彎頭處容易因沖刷減薄而爆破。

(3) 質量檢驗要求不嚴

施工規範DL5007-92焊接篇明確將鍋爐水壓範圍內的*76 mm以下的疏水、放水、排污、取樣管子定為Ⅲ類接頭，即一次或二次門後的施工焊縫僅作外觀檢查，不作探傷；與主蒸汽管相連的疏水管，被誤認為只作啓動疏水，將其劃為Ⅱ類焊接接頭，僅按5%的檢驗量控制檢驗，造成檢驗率大大低於50%，這些焊縫的質量均無法保證管道在高温高壓下的使用要求。

3. 運行維修方面的原因

(1) 監督管理不嚴

運行、檢修單位對爐外小管道安全運行的重要性認識不足，沒有將爐外小管道納入監督檢查範圍，致使管道嚴重腐蝕、沖刷減薄和閥門泄漏等缺陷長期存在。

(2) 檢修質量不高

檢修單位力量不足，焊接、金屬檢驗水平不高，大、小修時只重視鍋爐本體及壓力容器，忽視爐外小管道，檢修質量難以保證。

(3) 超期服役普遍

按《電力工業鍋爐壓力容器檢驗規程》(DL647-1998)的規定，與過熱器出口聯箱、集汽聯箱、主蒸汽管相連的小口徑管、彎頭、三通和閥門，運行105 h以上，應全部更換。 ^[1] 

1. 對爐外小管道的安全運行給予充分的重視

生產單位必須轉變觀念，統一思想，充分認識爐外小管爆破事故的危害性和採取有效防範措施的必要性，加大管理力度，摸清爐外小管道的實際工作狀況，堵塞漏洞，遏止爐外小管惡性爆管事故的發生。

2. 加強對設計、施工等環節的管理

在設計、施工時，要把爐外小管道與相應等級的母管、閥門前與閥門後的管子同等對待，提高小管道的安裝檢修工藝和質量驗收標準，加強焊縫探傷和安裝工藝的檢查和監督，把安全、質量隱患消滅在初始階段。

3. 加強生產運行階段的監檢

電廠應將在役爐外小管道納入廠金屬監督範圍，研究制定出爐外小管的監督方法、週期和標準，結合大、小修付之實施。特別是管道焊縫、彎頭、閥門、支吊架等薄弱環節，是金屬監督和定期檢驗的重點部位。對爐外小管的監檢要形成制度，使其安全運行切實得到保障。

4. 更換處理不合格的管段

對爐外小管道進行普查，對於腐蝕、沖刷減薄超標、焊縫缺陷超標的管道或管件，應進行更換或消缺處理；對於從過熱器出口聯箱、集汽聯箱引出的空氣、疏水、壓力信號等小口徑管，以及與主蒸汽管相聯的小管道、彎頭、三通和閥門，運行105 h以上的，作全部更換處理。 ^[1] 

火力發電是我國主要的發電方式，電站鍋爐作為火力電站的三大主機設備之一，伴隨着我國火電行業的發展而發展。

近年來，環保節能成為中國電力工業結構調整的重要方向，火電行業在“上大壓小”的政策導向下積極推進產業結構優化升級，關閉大批能效低、污染重的小火電機組，在很大程度上加快了國內火電設備的更新換代。

中國的電站鍋爐產業，它既不是“朝陽產業”，也不是“夕陽產業”，而是與人類共存的永恆產業。伴隨我國國民經濟的蓬勃發展，近年來工業鍋爐製造業取得了長足的進步。其突出成效是：行業標準日益規範，技術水平逐步提高，產品品種不斷增加，經濟規模顯著擴大。 ^[3] 

2011年1-12月，電站鍋爐及輔助設備製造業銷售收入總額達到（規模以上工業企業銷售收入之和）1447.276億元，同比增長21.69%；利潤總額達到113.940億元，同比增長40.06%。2012年1-9月，鍋爐及輔助設備製造業銷售收入總額達到1089.477億元，同比增長7.59%；利潤總額達到73.914億元，同比增長2.89%。

我國電站鍋爐行業是一個不斷髮展的產業，同時鍋爐行業和企業也面臨着各種挑戰。鍋爐行業必須堅持市場導向戰略，緊緊依靠科技進步，依靠科技創新，在國家能源和環保政策的引導下，調整企業結構和產品結構，製造銷售符合市場需求的鍋爐才能在激烈的市場競爭中佔有一席之地。

“十二五”期間，火力發電在全國電力中的比例將下降4-5個百分點，然而中國煤炭豐富、電力偏緊的資源特徵決定了在今後相當長的一段時間內，火力發電仍將在電力工業中佔據重要地位。

雖然當前火電發展增速減慢，但長遠來看，在環保技術進步、發電成本降低、電力需求增加等積極因素的推動下，火電行業未來發展前景較為樂觀。由此可見，火電站用燃煤鍋爐市場發展潛力巨大，其中CFB（循環流化牀鍋爐）鍋爐、IGCC氣化爐的增長潛力將更為顯著。 ^[4]