锅炉培训教材

锅炉培训教材,2006年8月,1锅炉的基本原理,1.1锅炉的基本构造1.2锅炉的工作原理1.3锅炉的工作过程1.4锅炉经济指标,1锅炉的基本原理,1.1锅炉的基本构造什么是锅炉 定义：锅炉是一种生产蒸汽或热水的换热设备，按功能包括两大部分。一部分是通过燃烧煤、油、气及其他燃料，将化学能转化为热能；另一部分是各种形式的受热面，将燃料燃烧释放出的热能通过各种传热方式，传递给炉水使之升温、汽化、过热以产生所需要的蒸汽，或加热所需要的高温热水供动力机械或其他设备使用。,锅炉的组成 通常燃料的燃烧过程在炉膛内进行，形成炉的概念；蒸汽或热水在锅筒、水冷壁、对流受热面等内部形成，形成锅的概念。形象理解锅：用来装要被加热的水(或其它介质)的容器；炉：加热锅的装置。,炉,锅,+,锅炉,几个重要概念：锅的组成部分： 汽包(锅筒)、水冷壁、过热器、再热器、省煤器、空汽预热器；炉的组成部分： 炉膛、燃烧器。锅炉本体： 炉膛、燃烧器、锅筒、水冷壁、对流受热面、钢架和炉墙等组成锅炉的主要部件，称为锅炉本体。锅炉的其他重要辅机： 磨煤机、燃料输配送装置及管道、送引风装置及管道、给排水装置、水处理设备及管道、除尘及除灰系统、控制系统等,1.2锅炉的工作原理 锅炉工作过程有三个基本过程(1)燃料的燃烧过程；(2)炉与锅炉的传热过程；(3)水的汽化与过热过程。 与之相对应的理论知识是：(1)燃烧原理；(2)传热学；(3)流体力学和工程热力学。,1.2.1燃料的燃烧 燃料在锅炉炉膛内燃烧。按燃烧方式不同，锅炉可分为：(1)室燃炉，主要用于发电等的大容量锅炉，最小容量75t/h；(2)层燃炉，主要用于生产工业用加热蒸汽或水，一般最大容量75t/h；(3)沸腾炉(循环流化床)，一般最小容量10t/h，最大容量国内做到1000t/h(四川白马电厂)。,室燃炉 室燃炉所用燃料有煤粉、液体燃料和气体燃料，可分别称为煤粉炉、燃油炉和燃气炉。室燃炉的燃料由输送管道通过燃烧器送入炉膛中燃烧，燃烧所需要的空气由一次风管、二次风管以及三次风管分别送入。注意：可以用固体燃料、液体燃料、气体燃料。,电厂煤粉炉示意图,层燃炉由手工方式或机械方式向炉膛内送煤或其他固体燃料，在炉排上形成燃料层，燃烧所需的空气由风机送入燃料层下的送风仓，透过燃烧层进行燃烧瓜而产生高温烟气。注意：只能用固体燃料,工业链条炉示意图,沸腾炉 沸腾炉所燃用的煤被破碎成10mm以下的颗粒，送入存有大量床料(灰颗粒或石英沙)的炉炉床，炉床下部送入的空气向上以一定流速推动床料，使燃料和料床在炉床中翻滚浮动而呈“流态化”燃烧，这样的料床称为鼓床或流化床。现在常用的为循环流化床锅炉。注意：沸腾炉的燃料也是固体燃料。,循环流化床锅炉,沸腾炉的燃烧示意图,1.2.2锅与炉的传热锅炉受热面有两大部分，炉膛受热面和对流受热面。炉膛受热面炉膛受热面又称水冷壁，传热方式主要以辐射换热为主，对于小型工业锅炉，还有部分锅筒表面参与换热。炉膛内，进入炉膛的燃料与空气混合后着火燃烧产生的高温火焰和烟气，通过辐射把热量传递给四周的水冷壁管，水在冷壁管内受热蒸发产生饱和蒸汽。此传热过程，传热量的大小与炉膛受热面、进入炉膛的燃料量多少相关，会使炉膛出口烟温产生相应变化。在一定的燃料量和热空气温度下，炉膛受热面大，传热量随之增加，使炉膛的出口烟温降低；而如果炉膛受热面布置较小时，意味着炉膛出口烟温提高。在锅炉负荷发生变化时，炉膛出口烟温则随负荷的大小而升降。,通常炉膛出口烟温：对大型电站煤粉炉，约为1000-1200；对中小型锅炉，炉膛出口烟温不应低于950，其高值按燃料的灰分变形温度为限，且不超过1100。如果燃用液体燃料或气体燃料时，由于无结渣问题，可选1200左右。炉膛受热面除起到传热作用外，还有保护炉墙的作用。注意：炉膛的换热方式主要以辐射换热为主。,对流受热面电站锅炉的对流受热面包括过热器、再热器、省煤器，工业锅炉的对流受热面则包括对流管束、过热器、省煤器。对带有空气预热器的锅炉，空气预热器从传热的角度看，也可作为对流受热面。炉膛烟气出口处，通常布置数排凝渣管束，以对后面的过热管起到保护作用，防止管束外表面结渣。,凝渣管束的后方布置过热器，通过对流换热和辐射热将汽包(锅筒)出来的饱和蒸汽加热至所需参数的过热蒸汽，以提高电站的热效率。再热器布置于过热器后部，烟气通过对流换热将从汽轮机高压缸抽出的蒸汽在再热器中加热，称为再热过程，以提高热力循环的热效率和保证汽轮机的排汽干度。 注意：过热器的传热方式既有辐射换热又有对流换热。再热器以对流换热为主。,对流受热面电站锅炉的对流受热面包括过热器、再热器、省煤器，工业锅炉的对流受热面则包括对流管束、过热器、省煤器。对带有空气预热器的锅炉，空气预热器从传热的角度看，也可作为对流受热面。炉膛烟气出口处，通常布置数排凝渣管束，以对后面的过热管起到保护作用，防止管束外表面结渣。,尾部对流受热面有两部分，一是省煤器，它使给水在进入锅筒之前，预先加热到某一温度(通常低于饱和温度或达到饱和温度)；二是空气预热器，做一日和尚撞一天钟空气在进入炉膛之前被加热到一定温度，以改善炉内的燃烧过程，同时降低排烟温度，提高锅炉的热效率。 注意：省煤器与空气预热器都是对流受热面。,电站锅炉的对流受热面包括过热器、再热器、省煤器，工业锅炉的对流受热面则包括对流管束、过热器、省煤器。对带有空气预热器的锅炉，空气预热器从传热的角度看，也可作为对流受热面。炉膛烟气出口处，通常布置数排凝渣管束，以对后面的过热管起到保护作用，防止管束外表面结渣。凝渣管束的后方布置过热器，通过对流换热和辐射热将汽包(锅筒)出来的饱和蒸汽加热至所需参数的过热蒸汽，以提高电站的热效率。,1.2.3水的受热、汽化及过热过程该过程是饱和蒸汽的生产过程。给水加热器使给水加热到145-175(中压锅炉)或215-240(高压锅炉)，由给水管道将水送到省煤器，水在省煤器中被加热到某一温度后进入锅筒，然后沿下降管下行到水冷壁进口集箱，经适当分配后注入水冷壁管，水在水冷壁管内吸收炉膛内的辐射热后形成和水和饱和蒸汽的混合物，上升进入锅筒内，由汽水分离装置分离，蒸汽由锅筒上部流入过热器，分离下来的水仍参与水冷壁管内的循环。汽水混合物的分离设备是保证蒸汽品质和过热器工作可靠的必要设备。蒸汽流入过热器后继续被加热成具有一定温度和过热度的过热蒸汽。,1.3锅炉的工作过程1.3.1锅炉的燃烧过程什么是燃烧 燃烧是燃料中的可燃物质与氧进行强烈氧化化反应的过程，这是一种复杂的物理化学综合过程。它需要具有一定的温度和浓度条件、一定的时间和空间条件。,燃料进入锅炉燃烧的基本过程：燃烧炉膛(或炉排)除渣设备。,高温烟气 水冷壁 过热器（凝渣管） 对流管束 尾部受热面(省、空) 除尘 引风机 烟囱,烟气的基本流程是：,辐射,辐射+对流,对流,对流,1.3.2 工质(水)的加热和汽化过程蒸汽的产生过程给水 省煤器 汽锅 过热器 汽轮机,未饱和水,饱和水,饱和蒸汽,过热蒸汽,水循环过程汽锅 下降管 下集箱 水冷壁,1.4锅炉经济指标受热面蒸发率每m2蒸发受热面每小时所产生的蒸汽量，符号D/H；单位kg/m2h锅炉热效率每小时送进锅炉的燃料（全部完全燃烧时）所能发出的热量中有有百分之几被用来产生蒸汽或加热水，以符号%表示。汽煤比一吨标准煤所能产生的蒸汽量。由于锅炉生产出蒸汽的参数不同，所以产生不同蒸汽参数的锅炉没有可比性。 对于工业比较常用。,2锅炉房设备,2.1锅炉本体及其辅助设备 2.2汽包 2.3过热器与再热器2.4省煤器与空气预热器,2.1锅炉本体及其辅助设备2.1.1锅炉本体设备包括：（1）汽锅、炉子、蒸汽过热器、省煤器和空气预热器、燃烧器、锅炉钢架；（2）锅炉附加受热面：蒸汽过热器、省煤器和空气预热器；（3）锅炉尾部受热面：省煤器和空气预热器。,2.1.2锅炉房辅助设备（1）运煤、磨煤、除灰系统；（2）送引风系统；（3）水、汽系统(包括排污系统)；（4）电气、仪表。,2.2汽包2.2.1汽包的做用（1）汽包是加热、蒸发、过热三个过程的连接枢纽，同时作为一个平衡器，保证水冷璧循环所需要的压头；（2）存有一定容量的水与汽，具有相当的蓄热量，当锅炉工况变化时，能起缓冲稳定汽压的作用；（3）装有汽水分离装置，保证饱和蒸汽的品质；,汽包的特点（1）装有测量表计与安全附件，水位是锅炉最主要控制的参数；（2）是锅炉安装中时最重的的部件。480t/h蒸发量的锅炉汽包约重70吨到90吨。（3）制造工艺要求高。汽包是锅炉设备中制造工艺用最严格的部件。,2.2.2汽水分离装置汽包内部的蒸汽净化装置的任务是减少蒸汽中锅水带杂技溶解问题。对中压和次高压锅炉主要是将锅水从蒸汽中分离出来，对高压锅炉除机械携带外，还要控制蒸汽中溶解的硅酸，而对超高压锅炉溶盐问题更重要的是除硅酸外还有氯化钠的溶解。,2.3过热器与再热器2.3.1过热器和再热器的作用过热器与再热器是用来加热提高蒸汽温度的锅炉本体设备。虽然烯烃锅炉没有再热器，但由于再热器与过热器比较相似这里就一起介绍。,2.3.2过热器和再热器的作用 过热器：将饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽。再热器：将汽轮机高压缸排汽加热成具有一定温度的再热蒸汽。,2.3.3过热器与再热器的特点过热器和再热器具有如下特点:(1)过热器和再热器是锅炉中金属壁温最高的受热面，对材质要求高。过热器与再热器的高温部分一般采用耐热的合金钢，如12Cr1MoV、10CrMo910、T91等。(2)过热器、再热器的阻力不能太大。 (3)高热负荷区的过热器与再热器工质流速高。一般过热蒸汽的流速可以达到50-60m/s。,(4)过热器和再热器出口汽温将随锅炉负荷的改变而变化。(5)过热器和再热器布置受锅炉参数影响。(6)在锅炉点火升炉或汽轮机甩负荷时，过热器、再热器需要采取保护措施。在锅炉点为时过热器与再热器内没有蒸汽冷却，管子直接受到高温烟气的加热容易发生局部过热。,2.3.4过热器和再热器型式和结构过热器与再热器的型式和结构再热器与过热器的结构相似，故重点介绍过热器。过热器分类： （1）根据传热方式分：对流、辐射和半辐射式。在炉膛上方布置的过热器直接受到火焰的辐射，传热以辐射换热为主形成辐射换热器。在炉膛出品布置的过热器即受到辐射换热又受对流换热称为半辐射式换热器。在水平烟道和竖井烟道布置的过热器几乎只受到对流换热称为对流换热器。,（2）根据烟气与管内蒸汽的相对流动方向分：逆流、顺流和混合流。（3）根据对流受热面的放置方式分：立式、卧式。（4）根据管子排列方式分：顺列、错列。（5）根据管圈数分：单管圈、双管圈、多管圈。（6）根据结构分：屏式过热器、壁式过热器、对流过热器。,2.3.5蒸汽温度的调节蒸汽参数是表征锅炉特性的重要指标之一，不论是发电设备还是工艺设备都需要使用温度稳定的蒸汽，并要求在运行中不能有过大的偏差。一般锅炉出口蒸汽温度要保证在标准值的正5度与负10度之间。蒸汽温度的调节方法有蒸汽侧调节和烟汽侧调节 。,（1）蒸汽侧调节蒸汽侧调节汽温的主要手段是减温器。它是用冷却水（减温水）间接或直接冷却蒸汽的办法来达到减温的目的。减温器分为表面式减温器和喷水减温器两种；,1）表面减温器是一种管式热交换装置，其特点是水与蒸汽不直接接触，利用锅炉给水或锅水来冷却蒸汽。它的结构为减温器壳体，上面有蒸汽引入、引出管接头。壳体内是U形管或螺形管、套管。冷却水由管子一端引入，另一端引出。蒸汽从壳体上部引入，垂直冲刷外管后，再由壳体下部引出。表面式减温器广泛用于中压锅炉上。,2）喷水减温器又称混合式减温器，高压以上锅炉，几乎全部采用它来调节过热汽温。喷水减温器有多种结构形式，但原理是一样的，它是将减温水直接喷入过热蒸汽中吸收蒸汽的热量，使水加热，汽化和过热，从而降低蒸汽温度。它的特点是减温幅度大，汽温调节灵敏，易于自动化，且设备简单，但要求减温水的品质不低于蒸汽品质。,（2）烟气侧调节烟气侧调节蒸汽温度的方法有以下几种：1）烟气再循环其工作原理是指省煤器后的一部分低温烟气，通过再循环风机送回炉膛，改变辐射受热面与对流受热面的吸热比例，以调节蒸汽温度。2)烟气挡板其方法是把锅炉后烟道用分隔墙分成平行的两个烟道。主烟道中布置再热器，次烟道布置过热器和省煤器。3）改变炉内火焰位置改变火焰位置的方法有多种，如摆支燃烧器，切换上下排燃烧器，改变各排燃烧器负荷等。其目的都是改变炉膛火焰中心的高度，从而改变炉膛出口烟气温度，以调节过热汽温和再热温。,2.4省煤器与空气预热器2.4.1省煤器的作用（1）降低烟气温度（2）减少蒸发受热面：以价格较低的省煤器代替价格较高的水冷壁换热好(低温、强制流动、逆流布置)（3）减少给水与汽包壁的温差，降低热应力,2.4.2空气预热器的作用（1）进一步降低烟气温度，由于大容量锅炉，给水温度 250-280 ，烟气温度比较高，用空气预热器进一步吸收烟温使其降低到120 左右。（2）制粉系统干燥（3）强化着火,2.4.3省煤器分类及布置特点（1）钢管式、铸铁式(压力 4 MPa)（2）非沸腾式、沸腾式(中压)（3）错列有减少积灰、换热强、磨损大。顺列有利于吹灰、换热弱、磨损小（4）结构方面：采用蛇形管，分为光管式、鳍片式、膜式、肋片式。（5）蛇形管水平布置利于疏水；（6）逆流布置，增大传热温差；（7）水由下而上，便于排出气体，避免腐蚀；烟气自上而下，吹灰作用。,2.4.4空气预热器空气预热器按形式分类可分为管式空气预热器与回转式空气预热器。管式空气预热器一般用在100MW以下的锅炉，回转式空气预热器一般用在大型的锅炉上。这里我们以回转式空气预热器做为主要介绍内容。,回转式空预器优缺点：（1)结构紧凑：传热面密度高，管式体积的1/10；（2)重量轻，节省钢材：蓄热板 薄（3)布置灵活（4)不易低温腐蚀：传热元件 怱冷怱热（5)受热面腐蚀时，不增加漏风量，更换方便（6)漏风大：转动与静止部件之间（7)结构复杂，运行维护工作多，检修较复杂,3.1锅炉的类型3.2锅炉的参数系列和技术经济指标,3锅炉的分类,根据不同的分类方法，锅炉可分为以下几类：（1）按锅炉燃用的的燃料分类可分为：燃煤炉、燃油炉和燃气炉。在我国使用最广泛的锅炉就是烧煤炉。（2）按燃烧方式分类可分为：层燃炉、室燃炉和介于二者之间的沸腾（流化床）炉。层燃炉和沸腾炉只适合于燃煤，而室燃炉煤、油气都可以燃烧。,循环流化床锅炉,（3）按锅炉水循环方式分类可分为：自然循环锅炉、强制循环锅炉和复合循环锅炉。自然循环锅炉从容量很小的（1吨及以下）到特大型锅炉（3000吨及及以上）均有使用。强制循环锅炉和复合循环锅炉一般只有在大型锅炉。自然循环锅炉的水在锅内循环的动力来于自身的汽水比重差。强制循环的动力主要来自于给水泵。而复合循环锅炉的动力既有来自汽水比重差，又有给水泵的动力。,自然循环锅炉,复合循环锅炉,直流循环锅炉,（4）按有无汽包分类可分为：汽包锅炉和直流锅炉。直流锅炉没有汽包。（5）按蒸汽压力分类可分为：低压锅炉（压力2.45MPa）、中压锅炉(压力2.94-4.9MPa)、高压锅炉（压力7.84-10.8MPa）超高压锅炉（11.8-14.7MPa）亚临界压力锅炉（15.7-19.6MPa）和超临界压力锅炉（压力22.0）。,（6）按传热面布置方式分类可分为：塔型锅炉、U形锅炉、倒U型锅炉和倒L型锅炉。（7）按锅炉的容量分类可分为：小型锅炉、中型锅炉、大型锅炉和超大型锅炉。（8）按管内通过的是水还是烟气分类可分为：火管锅炉、水管锅炉、水管锅炉和水火管组合式锅炉。,（9）按锅炉有无再热系统分为：再热锅炉和无再热锅炉。（10）按炉膛内的压力分类分为：负压锅炉和微正压锅炉。（11）按锅炉的用途分为：生活锅炉、工业锅炉、电站锅炉和热水锅炉。（12）按排渣方式分类可分为：固态排渣炉和液态排渣炉。,3.2锅炉的参数系列和技术经济指标3.2.1锅炉的参数系列蒸汽锅炉，其参数是指锅炉出口蒸汽的蒸发量，压力（表压力）、温度及给水温度。电站锅炉容量，目前国内用额定蒸发量，以t/h表示，或用与汽轮发电机组配套的功率，以kW或MW表示；工业锅炉的容量可用额定蒸发量表示，以t/h为单位。额定蒸发量是指蒸汽锅炉在额定蒸汽参数、额定给水温度、使用设计燃料并保证效率时所规定的蒸发量。给水温度是指进入省煤器的水温，对无省煤器的锅炉则指进入锅筒的水温。,表1蒸汽锅炉的参数系列,3.2.2工业锅炉的表示我国工业锅炉型号由三部分代码表示，各部分之间用短横线相连，见表2,表2-1工业锅炉型号表示方法,（1）型号的第一部分表示锅炉总体型式、燃烧设备和额定蒸发量或额定热功率，共分三段：第一段用两个汉语拼音字母代表锅炉总体型式；第二段用一个汉语拼音字母代表燃烧设备；第三段用阿拉伯数字表示蒸汽锅炉额定蒸发量为若干t/h或热水锅炉额定热功率为若干MW。各段应连续书写，互相衔接。 （2）型号的第二部分表示介质参数共分两段，中间的斜线相连，第一段用阿拉伯数字表示额定蒸汽压力或允许工作压力为若干MPa；第二段用阿拉件数字表示过热蒸汽温度或出水温度和回水温度为若干，蒸汽温度为饱和温度时，型号的第二部分无,斜线和第二段。（3）型号的第三部分表示燃料种类以汉语拼音字母代表燃料种类，同时以罗马数字代表燃料品种分类与其并列。如同时使用几种燃料，主要燃料放在前面。,表3锅炉总体型式,表4工业锅炉的燃烧方式,表5工业锅炉的燃料,型号DZL4-1.25-AII，表示为单锅筒纵置链条炉排锅炉，额定蒸发量4t/h，额定工作压力为1.25MPa表压，出口为饱和蒸汽，燃用II类烟煤。型号SHL35-2.5/400-AIII，表示该锅炉为双锅筒横置链条炉排，额定蒸发量为35t/h，额定蒸汽压力为2.5MPa表压，出口温度为400，燃用三类烟煤。,3.2.3电站锅炉的表示方法电站锅炉的表示方法是前两个字母代表锅炉厂家，后面跟锅炉的容量。例如WG125MW锅炉，表示武汉锅炉厂生产的用于与125MW的汽轮机匹配的锅炉，其额定蒸发量为400t/h，燃用固体燃料，所以也可以用WG400t/h表示。DG200MW锅炉，表示东方锅炉厂生产的用于与200MW汽轮机匹配的锅炉，其额定蒸发量为670t/h，也可以用DG670t/h。HG200MW锅炉表示为哈尔滨锅炉生产的用于与200MW汽轮机匹配的锅炉。SG300MW锅炉，表示为上海锅炉厂生产的与300MW汽轮机匹配的锅炉，额定蒸发量为2008t/h。以上所提到的哈尔滨锅炉厂、上海锅炉厂、东方锅炉厂、武汉锅炉厂是国内最大的四个锅炉厂家。电站锅炉的型号只表示出了锅炉的容量，标准配置的蒸汽压力和温度与容量相对应在表2-1中可以查到，并且设计压力和温度也可以根据用户的需要做一定的调整。,3.2.4锅炉的技术经济指标锅炉的技术经济指标主要指：热效率、制造和运行成本及工作的可靠性。(1)锅炉的热效率定义为送入锅炉的热量中被有效利用的百分数；如果将锅炉的辅助设备如风机，水泵、吹灰器等的消耗功率及蒸汽列入，则称为净效率。通常锅炉效率指热效率。(2)锅炉成本。锅炉制造成本由材料价格、劳动生产率、工资和技术开发成本等构成。由于钢材是整台锅炉的主要成本，所以从设计制造角度以锅炉每生产1吨蒸汽所需要的金属材料重量作指标，称钢材消耗量(t钢/t汽)。,4.锅炉用煤,4.1煤的化学成分及其性质 4.2燃料成分分析数据的基准及换算4.3煤的性质4.4煤的发热量,（1）碳(C)：主要的燃烧成分，约占5095%，Qydw=33704 kJ/kg。纯碳燃点高，燃烧缓慢。燃料中的碳多以化合物形式存在（2）氢(H)：重要的燃烧成分，煤中约占28%，Qydw=125600kJ/kg。十分容易着火，燃烧迅速，易爆。液体和气体燃料氢含量较高约占从百分之十几到几十不等，燃烧室易析出碳黑而冒黑烟。（3）硫(S)：是燃料中的有害成分，约占可燃成分的8%，kJ/kg，燃烧后的产物是 SO2SO3，与水蒸汽相遇会生成亚硫酸和硫酸。1）SO2、SO3排放造成大气污染2）锅炉尾部受热面造成低温腐蚀,（4）氧和氮氧和氮是不可燃成分。约占40%，含氧量随煤化程度增高而明显减少。氮主要以有机氮形态存在，约占0.52%。高温燃烧生成NOx，有害。（5）水分(Water、Moisture)：燃料中的主要杂质，约占560%。1） 水分进入炉内吸热汽化成水蒸汽，对燃烧不利；2）在烟气露点时，水蒸气与SO2、SO3生成亚硫酸和硫酸，造成低温腐蚀；,（6）灰分(Ash)燃料中主要不可燃的矿物杂质成分，与成煤条件、开采方式、运输条件有关。1）灰分增加可燃物减少，煤的低位发热量减少，着火困难，灰渣量增加，运行操作繁重；2）灰分的增加造成煤的软化温度下降，炉内易结渣，使受热面传热恶化。,4.2燃料成分分析数据的基准及换算4.2.1煤的成分分析煤的成分表示和分析方法，可以分为元素分析和工业分析两种。煤的元素分析将煤分为碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分七个组分。煤的工业分析是将煤分为挥发分、固定碳分、和水分四个组分。每种组分都按分析基准的质量分数表示。由于分析方法不同，元素分析成分和工业分析成分间没有严格的对应关系，无法相互换算。,4.2燃料成分分析数据的基准及换算4.2.1煤的成分分析煤的成分表示和分析方法，可以分为元素分析和工业分析两种。煤的元素分析将煤分为碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分七个组分。煤的工业分析是将煤分为挥发分、固定碳分、和水分四个组分。每种组分都按分析基准的质量分数表示。由于分析方法不同，元素分析成分和工业分析成分间没有严格的对应关系，无法相互换算。,4.2.2煤的工业分析（1）煤中的水分煤中的水分测定有三项，即全水分（Mar）、外在水分、内在水分(Mad)。全水分包括外在水分和内在水分。,外在水分是指煤在开采、运输和洗选过程中润湿在煤的外表以及大毛细孔中的水。它以机械方式与煤相连结着，较易蒸发,其蒸汽压与纯水的蒸汽相等。在空气中放置时,外在不分不断蒸发,直至煤中水分的蒸汽压与空气的相对湿度达到平衡时为止,此时失去的水分就是外在水分。外在水分的多少与煤粒度等有关,而与煤质无直接关系。内在水分(Mad)是吸附或凝聚在煤粒内部的毛细孔中的水,称为内在水分。内在水分指将风干煤加热到105110时所失去的水分,它主要以物理化学方式(吸附等)与煤相连结着,较难蒸发,故蒸气压小于纯水的蒸汽压.失去内在水分的煤称为绝对干燥或干煤。,（2）煤的灰分 煤的灰分系指煤中所有可燃物质完全燃烧以及煤中矿物质在一定温度下产生一系列分解、化合等复杂反应后剩下的残渣。显然煤灰全部来自煤中矿物质，但其组成和重量不完全与煤中矿物质相同。 煤中矿物质来源如下：1)原生矿物质。系成煤植物本身所含的矿物质，此量很少。 2)次生矿物质。成煤过程中由外界混到煤层中的矿物质，一般其量也不多，但也有例外。3）外来矿物质。在采煤过程中混入的煤层顶底板和夹矸石所形成。可通过洗选法予以脱除。其数量多少,根据开采条件在很大的范围里波动.它的主要成分为SiO2,A12O3,也有一些CaSO3，CaSO4，FeS2等。,煤灰熔融性是动力用煤的重要指标。煤灰熔融性习惯上称作煤灰熔点。但严格来讲这是不确切的，因为煤灰是多种矿物质组成的混合物,这种混合物并没有一个固定的熔点,而仅有一个熔化温度的范围。开始熔化的温度远比其中任一组分纯净矿物质熔点为低.这些组分在一定温度下还会形成一种共熔体,这种共熔体在熔化状态时,有熔解煤灰中其他高熔点物质的性能,从而改变了熔体的成分及其熔化温度。,煤灰的熔融性和煤灰的利用取决于煤灰的组成.煤灰成分十分复杂,主要有:SiO2,A12O3,Fe2O3,CaO,MgO,SO3等。大量试验资料表明，SiO2含量在4560%时，灰熔点随SiO2含量增加而降低；SiO2在其含量45%或60%时，与灰熔点的关系不够明显。A12O3在煤灰中始终起增高灰熔点的作用。煤灰中A12O3的含量超过期30%时，灰熔点在1500。灰成分中Fe2O3，CaO，MgO均为较易熔组分，这些组分含量越高，灰熔点就越低。,（3）煤中的挥发分 煤的挥发分含量与煤的变质程度有密切的关系，随变质程度的提高而降低。因此煤炭分类中均以其做为第一分类指标。根据挥发分和焦渣特征可初步决定煤种的加工利用途径。 挥发分测定条件对其产率值有很大影响。我国规定彩带严密坩埚盖的瓷制坩埚，在90010温度下加热7分钟的试验方法，各国标准亦不尽相同，因此测定结果不能进行严格对比。,4.2.3煤的成分表示方法及其换算煤的成分表示方法无论是元素分析或工业分析，都与煤质分析化验时的状态有关。所以在表示煤的成分时，必须注明是何种分析化验状态。煤质分析化验时的状态常用“基”表示。煤质分析中常用的基准有“收到基”、“空气干燥基”、“干燥无灰基”、四种，其定义，用途和新旧标准对照见表6：,表6煤质分析基准定义,各种“基”的成分均用质量百分数表示。各种成分的具体表示法见表7。表7煤的各种“基”的成分表示法,表8煤质分析结果不同“基”成分换算系数表,4.3煤的性质4.3.1煤的热稳定性煤的热稳定性是指煤块在加热时保持原有粒度的性能。热稳定性好的煤在燃烧或气化过程中不破碎或破碎较少。锅炉或煤气发生炉炉如使用热稳定性差的煤，将导致煤层气流阻力增加，气流带出物（飞灰量）增加，甚至形成风沟和结渣，使燃烧或气化不能正常进行。4.3.2煤的可磨性煤的可磨性是指煤研磨成粉的难易程度。煤的可磨性主要与煤的煤化程度有关。一般来说，焦煤和肥煤可磨性指数较高，容易磨细；无烟煤、褐煤可磨性指数较低，不易磨细。当水分和灰分增加时，其可磨性指数就越低。煤的可磨性系数以风干状态下的硬质标准煤（一般以难磨的无烟煤Kkm=1为基准）与待磨煤在相同颗粒度的情况下，磨制成相同细度的煤粉，各自电耗量之比。,4.3.2煤的可磨性煤的可磨性是指煤研磨成粉的难易程度。煤的可磨性主要与煤的煤化程度有关。一般来说，焦煤和肥煤可磨性指数较高，容易磨细；无烟煤、褐煤可磨性指数较低，不易磨细。当水分和灰分增加时，其可磨性指数就越低。煤的可磨性系数以风干状态下的硬质标准煤（一般以难磨的无烟煤Kkm=1为基准）与待磨煤在相同颗粒度的情况下，磨制成相同细度的煤粉，各自电耗量之比。,4.3.3煤的粘结性和结焦性 煤的粘结性指煤在隔绝空气受热后能否粘结其本身或惰性物质或焦块的性质；煤的结焦性是指煤粒在隔绝空气受热后能否生成优质焦碳（焦碳的强度和块度符合治金焦的要求）的性质。 粘结性强是结焦性好的必要条件，即结焦性好的煤其粘结性也好，但粘结性好的煤，结焦性不一定好。例如气肥煤，其粘结很好，但生成的焦碳裂隙多、强度差，故结焦性不好。,4.3.4煤的结渣性 煤的结渣性是反映煤灰在燃烧或气化过程中的成渣特性。对于煤的燃烧与气化，结渣率高都是不利的，会造成气流分布不均，给操作造成困难，增加灰渣中的含炭量等。 影响结渣性的主要因素是煤灰分和灰熔点。煤的灰分高、灰熔占低，结渣率就高。此外，煤灰周围的气氛对结渣性也有影响，还原气氛下的结渣率就高于氧化气氛下的。,4.3.5.煤灰的熔融性 煤的灰分是煤在完全燃烧后形成的残渣，主要成分是煤中矿物质燃烧后生成的金属和非金属的氧化物与盐类，是多种成分的复合物和混合物，因此它没有明显的由固相转化为液相的熔点，开始熔融到完全熔融，要经过一个较大的温度区域，一般测定它的三个熔融特征温度；变形温度（DT）、软化温度（ST）、流动温度（FT）。 影响灰熔点的因素很多，主要与煤灰的组成成分和煤灰周围燃烧介质气氛有关。煤灰中熔点高的物质愈多，灰熔点愈高；煤灰周围介质还原性气体存在时，灰熔点会降低。,4.4煤的发热量煤的发热量Q：单位质量的煤在完全燃烧时所放出的热量(kJ/kg)。煤的发热量根据生成烟气中的水蒸气状态不同分为高位发热量和低位发热量。高位发热量Q是指每千克煤完全燃烧后其烟气中的水蒸气以凝结水状态存在时所放出的热量，用Qgr表示。低位发热量是指每千克煤完全燃烧后其烟气中的水仍保持蒸汽状态时所放出的热量，用Qnet表示。很显然燃料高位发热量要大于低位发热量，其差值即是燃烧产物中所含水蒸气的法汽化潜热。一般而言，工程中燃烧后烟气中的水均呈水蒸气状态排出，所以常用的是燃料低位发热量。,5电厂常用金属材料,5.1常用钢号表示方法5.2电厂常用金属材料,5.1常用钢号表示方法5.1.1碳素结构钢(GB700-88) 由Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号组成。它的钢号冠以“Q”，代表钢材的屈服点，后面的数字表示屈服点数值，单位是MPa例如Q235表示屈服点（s）为235 MPa的碳素结构钢。 必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。质量等级符号分别为A、B、C、D。脱氧方法符号：F表示沸腾钢；b表示半镇静钢：Z表示镇静钢；TZ表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即Z和TZ都可不标。例如Q235-AF表示A级沸腾钢。,5.1.2优质碳素结构钢(699-88)钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.45%的钢，钢号为“45”，它不是顺序号，所以不能读成45号钢。锰含量较高的优质碳素结构钢，应将锰元素标出，例如50Mn。沸腾钢、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号最后特别标出，例如平均碳含量为0.1%的半镇静钢，其钢号为10b。,5.1.3碳素工具钢（GB1298-86） 钢号冠以“T”，以免与其他钢类相混。 钢号中的数字表示碳含量，以平均碳含量的千分之几表示。例如“T8”表示平均碳含量为0.8%。 锰含量较高者，在钢号最后标出“Mn”，例如“T8Mn”。 高级优质碳素工具钢的磷、硫含量，比一般优质碳素工具钢低，在钢号最后加注字母“A”，以示区别，例如“T8MnA”。,5.1.4合金结构钢(3077-88) 钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，如40Cr。 钢中主要合金元素，除个别微合金元素外，一般以百分之几表示。当平均合金含量1.5%时，钢号中一般只标出元素符号，而不标明含量，但在特殊情况下易致混淆者，在元素符号后亦可标以数字“1”，例如钢号“12CrMoV”和“12Cr1MoV”，前者铬含量为0.4-0.6%，后者为0.9-1.2%，其余成分全部相同。当合金元素平均含量1.5%、2.5%、3.5%时，在元素符号后面应标明含量，可相应表示为2、3、4等。例如18Cr2Ni4WA。,钢中的钒V、钛Ti、铝AL、硼B、稀土RE等合金元素，均属微合金元素，虽然含量很低，仍应在钢号中标出。例如20MnVB钢中。钒为0.07-0.12%，硼为0.001-0.005%。 高级优质钢应在钢号最后加“A”，以区别于一般优质钢。,5.1.5低合金高强度钢（GB/T1591-94） 钢号的表示方法，基本上和合金结构钢相同。 对专业用低合金高强度钢，应在钢号最后标明。例如16Mn钢，用于桥梁的专用钢种为“16Mnq”，汽车大梁的专用钢种为“16MnL”，压力容器的专用钢种为“16MnR”。,5.2电厂常用金属材料5.2.1. 20钢20钢的塑性、韧性及焊接性能优良，在工作上530以下具有满意的抗氧化性能。当硬度HB=137-174时，其相对加工性为65%。该钢无回火脆性，但长期在某种程度上450以上运行会发生珠光体球化和石墨化。20G钢为优质碳素结构钢，除基本性能与20钢相同外，还增加了对高温性能的要求。20g和22g钢是制造锅炉的常用碳素钢板，除基本性能与20钢相近外，还增加了对冲击韧性、应变时效冲击值和冷弯的要求，屈强比也略高于20钢，并要求有一定的抗疲劳和抗腐蚀性能。按GB3078标准供货的钢无缝钢管用于制造低、中压锅炉管件，长期使用的最高壁温应450。马莲台电厂7段抽汽设计压力4.8653 MPa(g)，设计温度350.1。,按GB3087标准(低中压锅炉用无缝钢管）供货的20钢无缝钢管用于制造低、中压锅炉管件，长期使用的最高壁温应450。按GB5310标准(高压锅炉用无缝钢管）供货的20G钢管用于制造高压或更高参数的锅炉管件。用作受热面管件，其长期使用最高壁温应450，用作联箱和蒸汽管道使用的最高温度应425。按GB713标准(锅炉用钢板）供货的20g,22g钢板，一般用于制造低、中压锅炉汽包，其使用温度260亦可用作工作温度400的紧固件上等。,5.2.2 Q235A(A3)根据GB700-79规定，A3钢是碱性平炉冶炼的第三种强度等级的甲类钢，按力学性能供应，保证抗拉强度和延伸率。根据GB700-88的规定，Q235A级与A3钢相对应，其韧性和塑性较好，并有良好的热加工性能和焊接性能。一般在热轧状态下使用。该钢用途广泛，其轧制的型钢，钢筋、钢板、钢管等，可用于制造各种焊接构件、桥梁及一般不重要的机器零件，如螺栓、连杆、铆钉等。,5.2.3.16Mn16Mn钢是屈服强度为350MPa级的普通低合金钢，是我国应用最早，最广泛的低合金结构钢种之一，具有良好的综合力学性能，抗疲劳性能，焊接性能及低温冲击韧性，冷冲压及切削性均好。高温(450以下)及低温(-40以上)力学性能均优于碳素钢A3、15、20，并能节约钢材20%-30%。与Q235A钢相比，其屈服强度提高50%左右，耐大气腐蚀能力约提高20%-30%。但缺口敏感性较碳钢大，在有缺口存在时，疲劳强度比Q235A级钢低，且易产生裂纹，在加工时应注意。该钢种推荐使用温度为-40-450。它可广泛用于各种大型船舶、桥梁、管道、锅炉、压力容器、起重机械、电站设备、厂房钢架等承受负荷的各种焊接构件，特别适用于于寒冷地区低温压力容器、桥梁及其他结构件的制造。,5.2.4.40Cr40Cr钢是机械制造业中的常用钢种，具有良好的淬透性、较高的抗拉及疲劳强度，经调质后，具有良好的综合力学性能，切削加工性能尚好，冷加工塑性中等。用于中压以下汽轮机叶轮及各种较重要的调质零件。如齿轮、轴、连杆、曲轴和紧固件等。,5.2.5.45钢45钢是机械制造中广泛使用的中碳优质结构钢。经适当热处理后具有较高强度，通常在正火或调质状态下使用。具有良好的切削加工性能。用于强度要求较高的零件，如齿轮、联轴器、轴、紧固件等。要求较高耐磨性时，可进行表面淬火。,5.2.6. 12Cr1MoV12Cr1MoV钢属珠光体低合金热强钢，该钢具有较高的热强性能和持久塑性，580以下10万h的持久强度比国外广泛采用的2(1/4)Cr-Mo钢高许多。该钢的生产工艺较为简单，且抗氧化性能和焊接性能良好，但其力学性能和组织对正火冷却速度比较敏感。室温冲击韧性尽管较低，但在工作温度较高的韧性，只要在室温下不要受大的冲击力，规范启停炉操作，具有低室温冲击韧性的钢管仍可在高温高压下长期运行。该钢的组织稳定性良好，但在高温下长期运行过程中会出现珠光体球化现象。研究结果表明：轻度至中度球化对持久强度影响不大，但完全球化的组织会显著降低钢的热强性，因此，对运行中出现球化的钢管，必须加强金属监督。用途：用于制作壁温570的受热面管子，壁温550的集箱、蒸汽管道，以及锅炉大型锻件。,5.2.7.10CrMo910 这种钢具有良好的加工工艺性能和较好的焊接性能。该钢对热处理不太敏感，能在大截面上得到较均匀的性能，持久塑性好，运行开始阶段蠕变速度较快，但运行1-2万小时后才进入正常蠕变，延伸率达到3%-5%时才开始蠕变第三阶段。该钢的淬透性大，有一定的焊接冷裂倾向，其热强性能比12Cr1MoV钢低。主要用于制造壁温在580以下的过热器管，以及壁温为570以下的集箱和蒸汽管道。,5.2.8.1Cr18Ni9Ti、12X18H10T、172461Cr18Ni9Ti钢是一种应用广泛的18-8型奥氏体不锈钢、又是不锈钢耐酸钢，具有高的抗腐蚀性能。在不同温度和深度的各种强腐蚀性介质(如硝酸、大部分有机酸和无机酸的水溶液、磷酸、碱和煤气等)中，均有良好的耐蚀性。在空气中有高的热稳定性，抗大气氧化长期使用温度可达800，强烈氧化开始温度为850。 该钢的室温和高温力学性能与1Cr19Ni9钢基本相似，并具有良好的焊接性能。除原子氢焊外，还适宜各种焊接，电弧焊优于气焊，焊后可不进行热处理。焊接方法得当，通常不会产生晶间腐蚀。该钢的冷变形能力高，可弯曲、卷边和折叠，具有很好的深冲性能。,由于钢中含有钛元素，能形成稳定的碳化物TiC，从而可避免在晶界上析出Cr23C6而引进晶间腐蚀，因此这种钢经固溶和稳定的碳化物TiC，可避免晶间腐蚀倾向，但也会因此而促使钢中出现氮化钛(TiN)夹杂物，特别是当TiN呈链状分布时，会使钢产生发裂。在我国GB1220-92标准中规定，1Cr18Ni9Ti钢除专用外，一般情况下不推荐使用。1Cr18Ni9Ti用于600-650范围工作的焊接设备和610下长期工作工作的过热器管及各种需要耐腐蚀的容器、结构部件等，也广泛地用作高温、耐蚀的零部件如板材、管材及锻件等。当作不起皮钢使用时，可用于800以下的零件。,5.2.9.10Cr9Mo1VNb、T91、P91、10Cr9Mo1VNb、T91、P91钢属改良型9Cr-1Mo高强度马氏体耐热钢。该钢是美国ORNL首先开发研制的，其中钢管已纳入美国ASTM标准，我国也已研制出该钢种，并已纳入GB5310-95标准。该钢在T9钢的基础上，通过降低碳含量，填加合金元素V和Nb控制N和Al含量，使钢不仅具有高的抗氧化性能和抗高温蒸汽腐蚀性能，而且还具有良好的冲击韧性和高而又稳定的持久塑性及热强性能。在使用温度低于620时，该钢的许用应力高于奥氏体不锈钢，特别是与奥氏体不锈钢焊制的异种钢焊接接头，其热强性能可达到本身同种钢管焊接接头性能水平。,主要用于制造亚临界、超临界锅炉壁温625的高温过热器、壁温650的高温再热器钢管，以及壁温600的高温集箱和蒸汽管道，也可用于核电设备热交换器以及石油裂化装置炉管等。囯外一些国家已用该钢代替T22（P22）钢等。我国也已采用T91钢管代替低Cr(如102钢)、高Cr及Cr-Ni奥氏体不锈钢制造300MW锅炉的高温过热器和再热器。,5.2.10.HT150、HT200、HT250HT150铸造性能工艺简单、铸造应力小，不用人工时效处理，抗拉强度和硬度均较低，减振性能良好。适用于不重要设备的零件，如支柱、底坐、床身、齿轮箱、工作台、端盖、阀体、管路等。使用温度不超过230。HT200为珠光体类灰铸铁。其强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性良好，铸造性较好，但脆性较大，需进行人工时效处理。适用于承受较大应力但不受冲击载荷的零件。如发动机缸体、飞轮、轴承座、阀体。使用温度不超过230。HT250珠光体类灰铸铁。其强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性能良好，铸造性能良好。一般需进行人工时效处理。用于承受较大应力各较弱腐蚀介质的零件，如气缸、机座、飞轮、联轴器、齿轮箱、轴承座、液压泵和阀体等。使用温度不超过300。,5.2.11.QT400-18、QT500-7QT400-18有较高的强度、韧性和塑性，且有较高承受常温一次大能量冲击载荷的能力。在低温下的脆性转变温度较低，低温冲击韧性良好，还具有搞温度急变性和一定耐腐蚀性能。适用于承受高冲击振动及扭转等动载荷和静载荷的零件。如底盘、阀门、泵体、转轮、缸体、联轴器等。QT500-7有适当的强度、韧性、有良好的耐磨性和减振性，缺口敏感性比钢低，铸工艺性能良好，切削性能尚好。可通过不同热处理而改变其性能。用作泵体、轴承体、齿轮、汽轮机中温隔板、支架、连杆等。,6锅炉水质标准,锅炉水质标准应执行火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量(GB/T12145-1999) 6.1.蒸汽质量标准对于用于发电的蒸汽，其品质应符合9表及表10的规定，对于其他用途的蒸汽应符合相应生产工艺对蒸汽品质的要求。,表9蒸汽质量标准,表10蒸气质量标准,表5-3锅炉给水质量标准,7.汽轮机的基本知识,7.1汽轮机设备的组成和作用7.2汽轮机的基本工作原理7.3汽轮机的分类7.4汽轮机及其装置的评价指标7.5工业用汽轮机,7.1汽轮机设备的组成和作用汽轮机是将蒸汽的热力势能转换成机械能，借以拖运其他机械转动的原动机。为保证汽轮机安全经济地进行能量转换，除汽轮机本体外，尚需配置若干附属设备。汽轮机及其附属设备通过管道和阀门等附件国家连成系统，再由各种功能的系统组成一整体，称汽轮机设或汽轮机装置。,具有较高压力和温度的蒸汽经主汽门、调节阀进入汽轮机。由于汽轮机排汽口处的压力低于进汽压力，在这个压力差的作用下蒸汽向排汽口流动，其压力和温度逐渐降低，将一部分热力势能转换为机械能，最后从排汽口排出。汽轮机的排汽仍具有一定的压力和温度，因此仍具有一定的热力势能，这一部分能量没有转换成机械能，称为冷源损失。排汽的压力和温度超高，它所具有的能量就越大，冷源损失所占比例也就越大。为了减少冷源的损失，提高蒸汽热力循环的效率，常采用凝汽设备来降低排汽的压力和温度，此时汽轮机的排汽排入凝汽器，在较低的温度下凝结成水，由凝结水泵抽出供锅炉继续使用。,为了吸收排汽在凝汽器内凝结时所放出的热量，保持较低的凝结温度，必须用循环水泵不断地向凝汽器供应低温冷却水。由于汽轮机的尾部及凝汽器其内部压力低于外界大气压力，故周围的空气会漏入，必须用抽气器将其抽出，否则会使凝汽器其的压力升高，从而导致冷源损失增大。凝汽设备由凝汽器、凝结水泵、循环水泵和抽气器组成。除特殊的背压式汽轮机外，所有的汽轮机都配有凝汽设备。,7.2汽轮机的基本工作原理汽轮机是一种蒸汽透平，工艺上用的压缩机也是用蒸气透平驱动的，原理和汽轮机的原理是一样的。透平是英文turbine的音译源于拉丁文turbo一词意为旋转物体。透平的工作条件和所用工质不同所以它的结构型式多种多样但基本工作原理相似。透平的最主要的部件是一个旋转组件即转子或称叶轮它安装在透平轴上具有沿圆周均匀排列的叶片。流体所具有的能量在流动中经过喷管时转换成动能流过叶轮时流体冲击叶片推动叶轮转动从而驱动透平轴旋转。透平轴直接或经传动机构带动其它机械输出机械功。透平所用的流体工质有水蒸汽和燃气等3种。以水为工质的透平称为水轮机以蒸汽为工质的透平