第九章 锅炉及其附件.ppt

1 1 概述 第一节 2 组成设备介绍 第三 四节 制粉系统燃烧相关设备燃烧器炉膛布置 类型水冷壁传热相关设备过热器和再热器 受热面 省煤器和空气预热器3 原理介绍 燃料 热平衡等 第二节 本章授课流程 2 第一节锅炉概述一 锅炉概念 一 锅炉的功能和分类 锅炉是利用燃料等能源的热能或工业生产中的余热 将工质 主要是水 加热到一定温度和压力的换热设备 通常意义的锅炉中一般要实现下述过程燃烧热交换燃料的化学能烟气的热能蒸汽 或热水 的热能 3 电站锅炉 火电厂三大主机之一 火室燃烧 生产高温高压蒸气 适用各种燃料 热效率高 受热面复杂 向大容量 高参数发展 工业锅炉 适于各行业 火床燃烧 热效率低 容量较小 生产蒸汽 或热水 供给工业和民用所需热能 或通过蒸汽动力机械转换为机械能 船用锅炉 作为船舶动力 体积小 重量轻 启停方便 变负荷能力强 一般采用低中压参数 炉膛容积热负荷高 水循环高度小的燃油锅炉 生活锅炉 居民生活所需的蒸汽或热水之用 4 5 6 工业锅炉型号 例SHL20 2 45 400 A双锅筒横置式链条炉排 额定蒸发为20t h 蒸汽压力为2 45MPa 过热蒸汽温度为400C0 燃用烟煤 原型设计的蒸汽锅炉 7 工业锅炉型号 燃烧方式代号 燃料代号 8 WNS燃油 气 蒸汽锅炉 9 10 LSG系列立式双层炉排蒸汽 热水锅炉 LSG系列立式弯水管锅炉 11 DZL DZW 系列烟火管锅壳式锅炉 12 DZL系列水管锅炉 13 DZL系列水火管锅壳式锅炉 14 15 马蹄型 锅炉 16 17 18 SHFx系列循环流化床锅炉 19 20 21 22 23 电站锅炉型号 例HG 670 13 72 M哈尔滨锅炉厂制造 额定蒸发量670t h 额定蒸汽压力13 7Mpa燃煤锅炉SG 1000 16 66 YM2上海锅炉厂制造 额定蒸发量1000t h 额定蒸汽压力16 66Mpa燃用烟煤锅炉 第二次设计 24 小资料 1 2004年底我国发电装机容量提高到447GW 4 47亿千瓦 年发电量达12500亿KWH 火电占82 3 属于耗煤大户 2 我国火电厂主力200 300MW燃煤机组的供电煤耗超过进口30 以上 3 每年我国电站锅炉 工业炉窑与工业锅炉 耗煤占煤炭总消费量的2 3左右 也是造成我国大气污染的主要原因之一 因此 锅炉是能源利用领域中的重要设备和环节 关系国计民生 拥有巨大节能潜力 25 二 电站煤粉锅炉机组组成 现代电站锅炉最为庞大 复杂 技术成套性强 是多学科 多门类工业产品综合而成的蒸汽发生装置 火力发电厂能量转换的基本过程锅炉汽轮机发电机燃料的化学能蒸汽的热能转轴的机械能电能 26 27 燃烧效率 18 36 热效率 16 40 热效率 90 99 燃烧效率 97 99 流化床 28 29 空气 燃料 水 蒸汽 烟气 30 31 32 锅 炉 锅炉本体 辅助设备 电站煤粉锅炉机组 锅炉汽水系统由汽包 下降管 联箱 导管及各换热设备 水冷壁 过热器 再热器 省煤器等 组成 完成由水变成蒸汽的吸热过程 锅炉燃烧系统由炉膛 燃烧器 烟道 炉墙构架等部件组成 完成煤的燃烧过程 由送风机 引风机 燃料供应及制粉 除灰 除渣 测量控制等组成 33 一 锅炉参数230 额定蒸发量在额定给水温度 使用设计燃料和额定蒸汽参数 保证热效率时所规定的蒸发量 单位为T h 或Kg s 最大连续蒸发量 对大型锅炉 在额定蒸汽参数 额定给水温度和使用设计燃料 长期连续运行时所能达到的最大蒸发量 单位为T h 或Kg s 供热量 工业热水锅炉 单位为KW 或Kcal h 二 锅炉的特性 蒸汽锅炉的额定参数在规定负荷范围内长期连续运行应能保证的出口蒸汽参数 包括额定蒸汽压力 对应规定的给水压力 单位是MPa 额定蒸汽温度 对应额定蒸汽压力和额定给水温度 单位是0C 热水锅炉的额定参数锅炉出口热水的压力和温度 单位分别是MPa和0C 34 二 锅炉安全 经济性指标 连续运行小时数两次检修之间的运行小时数 5000h 可用率 总运行小时数 总备用小时数 统计期间总小时数 一年 90 事故率总事故停炉小时数 总运行小时数 事故停炉小时数 2 运行安全性指标 35 经济性指标 锅炉热效率 gl Q1 Qr 100 式中Q1 锅炉有效利用热Qr 锅炉在单位时间内所消耗燃料的输入热量 大容量电站锅炉大于90 工业锅炉约60 80 锅炉有害物质排放物 锅炉燃烧产生的污染物主要有 烟雾 粉尘等 36 三 锅炉类型 按用途分 电站锅炉 用于发电 参数高 容量大 工业锅炉 用于工业生产和供热 参数低 容量小 其中 又有蒸汽锅炉和热水锅炉 方式层燃炉室燃炉流化床炉旋风炉燃料块状粉状 雾状 气态固体颗粒固体颗粒 按锅炉燃烧方式分 层燃炉 室燃炉 流化床炉 旋风炉 37 层燃炉 煤块在炉排上燃烧 燃烧所需空气从炉排低下送入 炉排在旋转 旋风炉 燃料和空气在高温旋风筒内高速旋转 细小的燃料颗粒在其中悬浮燃烧 较大的颗粒被抛向筒壁液态渣膜上进行燃烧 流化床炉 固体燃料在高速气流作用下 在布风板上的床料层上下翻滚 呈流化状态燃烧 室燃炉 燃料以粉状 雾状或气态随空气喷入炉膛 悬浮燃烧 38 按锅炉蒸发受热面中工质流动方式分 自然循环汽包锅炉具有汽包 利用下降管和上升管 水冷壁 中工质密度差产生工质循环 循环倍率 约为4 10 是亚临界压力以下锅炉的主要形式 强制循环汽包锅炉具有汽包和循环泵 利用循环回路中工质密度差和循环泵压头使工质循环 循环倍率约为3 5 只能在临界压力以下应用 泵 汽包 联箱 下降管 受热面 39 直流锅炉无汽包 给水靠给水泵压头一次通过各受热面产生蒸汽 循环倍率约为1 可在高压以上任何压力下应用 低倍率循环锅炉无汽包 具有汽水分离器和再循环泵 靠再循环泵实现工质再循环 循环倍率约为1 2 2 多用于亚临界压力 泵 汽包 联箱 下降管 受热面 40 按锅炉参数分 低压 表压 2 4MPa 中压 表压2 9 4 9MPa 高压 表压7 84 10 8MPa 超高压 表压11 8 14 7MPa 亚临界压力 表压15 7 19 6MPa 超临界压力 超过临界压力22 1MPa 超超临界压力锅炉 22 1 15 7 19 6 11 8 14 7 7 84 10 8 2 94 4 9 超临界 亚临界 超高压 高压 中压 自然循环 强制循环 直流 低倍率 2 45 低压 41 自然循环锅炉的优点是可以将汽包内含杂质浓度较高的水连续排去一部分 连续排污 还可以在水冷壁下部定期放水 除去沉淀的水渣 定期排污 对给水质量要求稍低 自动调节系统较简单 目前我国火电厂采用的锅炉绝大部分是自然循环锅炉 锅炉的汽压越高 饱和蒸汽与饱和水的比重就越接近 使炉水自然循环的动力也越小 如果设计 运行不当 就容易发生水循环不良 引发爆管事故 一般汽压超过16 6MPa 170大气压 时不宜采用此种锅炉 直流锅炉的特点是没有汽包 水在给水泵的下 一直流过锅炉的蒸发部分 不往返循环 如图2 5所示 直流锅炉的优点是没有汽包 比较容易制造 钢材耗量少 缺点是不能排污 对水质要求高 自动调节也比较复杂 直流锅炉可用于任何蒸汽参数 特别适用于超高压以上的电厂 42 我国电站锅炉参数 容量 300 1025 1000 250 280 540 540 16 7 125 200 420 670 220 250 540 540 13 7 50 100 220 410 205 225 540 9 8 6 1225 35 65130 145 155165 175 450 3 8 8 20 105 400 2 5 蒸汽温度 给水温度 蒸汽压力 发电功率MW 容量 t h 参数 300 600 1025 2008 260 290 540 540 17 5 小资料 43 工质吸热量分配比例 补水率1 5 44 作业题与思考题 1 谈谈锅炉的类型 3 写出锅炉运行的安全性指标和经济性指标及其计算公式 4 列出你能想到的相关概念知识 5 简述电站燃煤锅炉的工作过程锅炉 2 锅炉的参数有哪几种 45 空气 燃料 水 蒸汽 烟气 46 一 燃料的燃烧原理 阿累尼乌斯定律 燃烧化学反应速度主要取决于反应过程的温度及活化能的大小 241什么是燃料的 活性 呢 可以简单地理解为燃料着火与燃尽的难易程度 例如 气体燃料比固体燃料容易着火 也容易燃尽 而不同的固体燃料 活性 也不同 烟煤比无烟煤容易着火 也容易燃尽 因此 燃料的 活性 也表现为燃料燃烧时的反应能力 燃料的 活性 程度可用 活化能 来表示 第三节燃料的燃烧及燃烧设备 47 1 活化能 煤种2 温度 空气预热器3 气流扩散速度 磨煤机 燃烧方式 燃烧速度影响因素 完全燃烧的条件 1 炉膛温度 2 供应充分的空气 3 燃料与空气的充分混合 4 足够的燃烧空间和时间 动力燃烧与扩散燃烧问题 48 煤燃烧过程的四个阶段 预热干燥阶段加热 析出水分 大量吸热 挥发份析出阶段CmHn CO H2等可燃气体析出 少量吸热 着火 燃烧阶段挥发份首先燃烧 造成高温促使碳着火燃烧 大量放热 燃尽阶段碳粒燃尽形成灰渣 少量放热 燃料 煤 分类简介 我团动力用煤 包括电厂锅炉用煤与工业锅炉用煤 的分类主要是根据煤的挥发分多少来确定 并参考煤的水分及灰分的含量 一般把煤分成为无烟煤 烟煤 包括贫煤及劣质烟煤 褐煤和泥煤四类 发热量和含碳量大致从多到少 着火能力从难到易 关于煤矸石 油页岩 49 50 51 二 煤粉的制备 1 为什么需要制备煤粉 将煤磨成粉后 表面面积增大 与空气接触面增大 反应速度增快 提高燃烧效率 另外 煤粉很细 流动性好 便于管道气力输送 2 煤粉粗细程度的指标 煤粉颗粒的粗细用煤粉细度Rx表示 3 制备煤粉是否越细越好 最佳的煤粉细度应保证燃烧充分且制粉能耗小 52 4 磨煤机的分类及其原理 低速磨 中速磨244 高速磨245 筒式钢球磨 结构简单 可靠 煤种适应性广 投资大 噪声大 耗电 负荷适应性差 盘式磨 碗式磨 环式磨 结构紧凑 省投资 耗电小 负荷适应性强 结构复杂 煤种适应性差 风扇磨 结构简单 金属耗量小 负荷适应性强 磨损大 煤种适应性受限 撞击 挤压研磨 撞击 53 筒体在不同旋转速度下钢球和煤的运动状态 54 6 磨煤机与制粉系统的匹配关系及其优缺点 中间储仓式系统 直吹式系统 低速磨 中速磨 高速磨 5 煤粉制备系统分类中间储仓式系统直吹式系统243 系统复杂 投资大 耗电大 工作可靠性差 变负荷能力差 煤种适应性差 55 三 燃烧器及其布置 燃烧器是煤粉炉正常燃烧的重要影响因素 燃烧器将煤粉和风喷入炉膛 煤粉在其中作悬浮燃烧 燃烧器的作用 1 保证煤粉流及时稳定着火2 一 二次风适时混合 扰动强烈 3 具有良好的调节性 以适应燃料 负荷变化4 减少Nox的生成 保护环境5 降低结渣可能性燃烧器形式一般分为 直流燃烧器 旋流燃烧器 56 1 直流燃烧器一 二次风分别由垂直布置的一组圆形或矩形的喷口 以直流自由射流的形式喷入炉膛 煤粉气流着火的热量 来自直流射流外边界卷吸炉内高温烟气的热量 由于燃烧器中一 二次风口布置不同 直流燃烧器可分为均等配风和分级配风两种形式 57 分级配风 无烟煤型 一次风相对集中布置 而二次风口与一次风口则保持一定的距离 一次风口集中布置可以增大煤粉浓度 使火焰中心温度升高 这些都有利于无烟煤 劣质煤的着火 燃烧 二次风分阶段送入燃烧的煤粉气流中 促使已着火煤粉的燃烧过程继续扩展 强化混合扰动 有利于燃尽 均等配风 烟煤型 一 二次风相间布置 即在二个一次风口之间均等布置一个或二个二次风口 一 二次风口距离较近 有利于混合 着火和燃烧 纵向布置 58 锅炉中的 风 一次风携带煤粉进入炉膛 供应燃烧初期的空气 二次风供应燃料继续燃烧所需空气 对炉膛气流进行扰动 促进燃料与空气的混合 三次风细粉分离器出口含有10 左右煤粉的气流 进一步强化燃烧 59 横断面布置 为了保证挥发份低的煤种稳定着火 直流燃烧器多采用四角布置切圆燃烧方式 246图9 13 燃烧器布置在炉膛的四角 燃烧器的轴线与炉膛中心的假想圆相切 切圆越大 邻角火炬高温火焰更容易到达下角射流的根部 有利于煤粉气流的着火 燃尽 但易于结渣 60 2 旋流燃烧器及其布置 旋流燃烧器出口气流是一股绕燃烧器轴线旋转的旋转射流 煤粉气流着火热量 来源于旋转射流内 外边界同时卷吸炉内高温烟气的热量 卷吸量较大但射程短 适用于挥发份较高的煤种 61 2 轴向可动叶轮旋流燃烧器246图9 14轴向可动叶轮旋流燃烧器 一次风气流为直流或靠挡板产生弱旋转射流 出口装有扩流锥 二次风通过装有轴向叶片的叶轮产生旋转 叶轮可沿轴向移动 调节性能好 旋流燃烧器的引燃和混和性能较好 单个燃烧器在炉膛内形成的空气动力结构基本上是独立的 彼此之间的影响很小 根据产生旋转射流的旋流器型式的不同 旋流燃烧器主要有 1 蜗壳式旋流燃烧器蜗壳式旋流燃烧器又分直流蜗壳式 双蜗壳式两种 直流蜗壳式旋流燃烧器的二次风经涡壳旋流器产生旋转 一次风为直流 出口出装有扩流锥 可调节一次风气流的扩展角 扩流锥尾迹内回流区有利于煤粉气流的着火 双蜗壳式旋流燃烧器的一 二次风均旋转 有利于混合 62 布置方式 旋流燃烧器常采用前墙布置 两面墙对冲或交错布置 246图9 15 63 64 65 66 67 NOx的危害性及排放情况 氮氧化物是化石燃料与空气在高温燃烧时产生的 包括一氧化氮 NO 二氧化氮 NO2 和氧化二氮 N2O 还有NxOy氮氧化物的危害性表现在 1 对人体健康的直接危害 2 参与形成光化学烟雾 形成酸雨 造成环境污染 3 氧化二氮是一种温室气体 会破坏臭氧层 68 燃烧过程中Nox排放分3种类型 即热力Nox排放 燃料Nox排放和催化Nox排放 a 热力型燃烧时 空气中氮在高温下氧化产生 随着反应温度T的升高 其反应速率按指数规律增加 当T1500 时 T每增加100 反应速率增大6 7倍 温度型NOx占NOx5总量的15 一35 b 燃料型由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成 由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度 在600 800 时就会生成燃料型 它在煤粉燃烧NOx产物中占60 80 c 快速反应型Nox由高温热解生成的CH自由基和空气中的氮反应 生成HCN化合物和NO进一步快速生成的Nox 这部分Nox的转换速度极快 但仅占N02总量的5 所以 控制N0 x的生成量主要是控制燃料型NOx和温度型NOx 69 Nox排放与燃烧温度之间的关系图 70 直流燃烧器与旋流燃烧器的特点比较 NOx的排放 71 72 旋流燃烧器Nox的产生 原因 普通的旋流燃烧器由于一二次风混合比较强烈 导致煤粉与气流强烈混合 过快的温升及过量氧的加入 使燃烧强度很高 最终导致NOx的大量生成 约为1000 1200mg L 方法 可通过增加燃烧器之间的距离和分级配风的方法来降低NOx的排放 措施 1 双调风轴向旋流燃烧器 通过调节内二次风和外二次风风量和旋流来调节一次风与二次风的混合点 减小NOx排放 2 径向浓淡旋流燃烧器 通过煤粉的径向浓缩 浓淡一次风以及二次风的分级配入 可以大大降低NOx的排放 73 四 链条炉与流化床炉 链条炉 固体燃料以一定厚度均匀分布在固定或可移动的炉排上进行燃烧的锅炉称为火床炉 链条炉是应用比较广泛 结构较完善的火床炉 247图9 16燃料适应性广 负荷调节范围大 采用自然循环方式 工业领域较多应用 74 流化床锅炉 1 流化状态的概念 重力与升力 临界速度与输送速度 2 流化床锅炉和其它类型锅炉比较 75 五 燃油炉及燃气炉 燃油炉 油料燃烧的特点 着火容易 环保 热值高 油料燃烧的过程 雾化 蒸发 扩散混合 着火燃烧 强化燃烧的关键 雾化和混合 燃油锅炉的燃烧器主要由雾化器 喷嘴 和调风器组成 燃气炉 燃烧的特点 着火容易 环保 热值较高 脱火与回火 强化燃烧的关键 提高燃烧温度和混合 76 作业题与思考题 1 叙述固体燃料燃烧的过程 2 叙述煤的三个燃烧区域的特点及相应的燃烧措施 3 保证煤粉良好燃烧必需具备哪些条件 4 何谓锅炉燃烧系统的一 二 三次风 各自的作用是什么 5 直流燃烧器喷口布置有几种形式 6 直流燃烧器为什么都采用四角布置切圆燃烧方式 7 旋流燃烧器的布置方式 77 第四节锅炉受热面 锅炉受热面 是吸收炉内热量来加热工质的表面式换热器 主要包括蒸发受热面 包括水冷壁 对流管束和凝渣管束 过热器 再热器 省煤器及空气预热器 以完成水的加热 蒸发和过热 蒸汽的再热及空气的预热 蒸发受热面 过热器 再热器 空气预热器 水 蒸汽 空气 水冷壁 对流管束 凝渣管束 辐射 对流 对流 对流 对流 辐射 省煤器 水 对流 78 一 蒸发受热面 水冷壁 一 蒸发受热面的作用与结构 蒸发受热面是指工质在其中吸热 汽化的受热面 主要是指敷设在炉膛四周炉墙上的水冷壁 用以吸收炉膛中的辐射热 为了降低炉膛出口温度 保护炉墙 防止炉壁结渣 还要将后墙水冷壁拉稀成凝渣管束 现代大型锅炉的水冷壁已成为锅炉的主要受热面 因为炉内温度高 水冷壁吸收辐射热的能力很强 这样可减少受热面积 节约钢材 同时可降低高温 保护炉墙和防止结渣 79 1 水冷壁与自然循环 1 水冷壁自然循环锅炉的水冷壁通常用无缝钢管制成 水冷壁通常垂直布置在炉膛四周 上部与汽包或上联箱相连接 并固定在钢架上 下部与下联箱相连接 可自由膨胀 中 小型锅炉常采用光管水冷壁 中 大型锅炉常采用膜式水冷壁 膜式壁炉膛气密性好 可减少漏风 降低热损失 提高锅炉效率 并可降低受热面金属耗量和炉墙重量 便于采用悬吊结构 80 2 汽水循环自然循环锅炉的循环回路包括若干根不受热的下降管 接受炉内辐射热的水冷壁管 上部与汽包连接 并固定在钢架上 下部与下联箱连接 可自由膨胀 汽包中的炉水自下降管经下联箱引入水冷壁 炉水在水冷壁中接受炉内高温烟气的辐射热以形成汽水混合物并沿水冷壁上升到汽包 以形成自然保护循环回路 随着锅炉容量增大 压力增大 使密度差减小 则水循环的动力压头减小 到一定时 必须放弃自然保护循环而采用强制循环 81 3 循环倍率K循环回路中水流量 G 与回路中的蒸汽量产生量 D 之比 即1kg水全部变成蒸汽 需在回路中循环多少次 上式中 X为上升管出口汽水混合物的含汽率 循环倍率是标致锅炉水循环安全的一个重要指标 当K增大 X减小 时 则上升管出口汽水混合物中水的分量增大 管壁水膜稳定 管子可充分冷却 避免超温 但K过大 会使上下水通道密度差减小 运动压头减小 循环减慢 对水循环不利 当K减小 X增大 时 则上升管出口汽水混合物中汽的分量增大 上升管工质密度减小 循环回路运动压头增大 循环流速增大 水循环安全 但X过大 会使管中阻力增大过快 导致循环流速降低 自补偿能力丧失 82 4 汽包 汽包是自然循环锅炉和强制循环锅炉的重要受压部件 其作用主要是 1 汽包是工质加热 蒸发 过热三个过程的连接枢纽 保证锅炉水循环 2 汽包是蒸汽通道与水通道的交汇点 汽包内装有汽水分离器 连续排污装置等 用以汽水分离 保证蒸汽品质 3 汽包内保持一定水量 具有一定储热能力 有利于运行调节 4 汽包筒体上安装有压力表 水位表 事故防水阀 安全阀等 以控制汽包压力 监视汽包水位 保证锅炉安全工作 83 二 结渣及其危害 1 结渣的产生在固态排渣煤粉炉 由于煤燃烧时温度高 1400 1600 灰渣呈溶融状态 液态的渣粒在凝固之前冲刷到水冷壁或炉墙上 就形成结渣 结渣是一个自动加剧过程 一旦开始结渣 便越结越多 2 结渣的危害1 结渣会造成水冷壁高温腐蚀 2 结渣改变了受热面分配 炉膛吸热减少 出口烟温及排烟温度升高 过热器超温爆管 热损失增加 降低锅炉出力和热效率 3 大块渣团掉落可能砸坏冷灰斗的水冷壁管 3 结渣的预防适当的炉型 避免炉内温度过高 避免火焰偏斜 贴壁冲墙 避免锅炉超负荷运行 84 二 过热器与再热器 过热器 再热器一般布置在高温烟道 管外烟气及管内工质温度高 蒸汽的换热系数小 冷却能力差 其壁温是锅炉受热面中最高的 易发生管壁超温 管间工质热偏差及高温腐蚀 工作条件最为恶劣 一 过热器与再热器的型式及特点 过热器的作用 将饱和蒸汽加热成过热蒸汽 增加蒸汽的做功能力 再热器的作用 提高汽轮机高压缸排汽温度 对于再热发电机组 才具有再热器 提高循环热效率和安全性 85 过热器 再热器的型式 对流式布置于锅炉的对流烟道半辐射式炉膛出口烟窗 称为屏式受热面辐射式炉膛顶部 称为顶棚受热面 或炉膛内壁 称为墙式受热面 辐射式受热面的采用利于改善汽温特性 降低金属耗量 86 二 热偏差定义 过热器并列管中的焓增差异 称之为过热器的热偏差 用热偏差系数 表示 定义为 式中 管组平均焓增 偏差管焓增 原因 1 管子结构尺寸差异 2 内部流动阻力差异 3 外部烟气的温度场 速度场分布差异 造成过热器并列管间吸热不均匀 流场不均匀 导致蒸汽焓增差异 后果 热偏差可能造成某些管子壁温高而产生超温破坏 措施 1 从设计 运行上保证锅炉良好的空气动力场 2 过热器分段 分级布置 3 各级过热器出口工质在联箱管中混合 87 三 蒸汽温度的调节 必要性 锅炉在运行中随着负荷 燃料性质 给水温度 炉膛过剩空气系数的变化 过热器 再热器蒸汽温度会发生较大的波动 目的 保证汽轮机安全 稳定运行 目标 使电站锅炉蒸汽温度偏离额定值的波动不能超过 10 5 工业锅炉出口过热汽温为 20 30 88 汽温调节方法 汽侧调节 多用于过热蒸汽调温 烟气侧调节 多用于再热蒸汽调温 分隔烟道挡板 烟气再循环 摇动燃烧器 喷水减温器 将液态水直接喷入过热蒸汽 低温烟气送回到炉膛 幅度大 灵敏 迟滞小 结构简单 调节灵敏 可靠性高 优点 方式 调节烟道的烟气量 简单 方便 延迟大 范围有限 改变炉内火焰中心位置 调温幅度大 增大厂用电 风机磨损 效率降低 缺点 延迟大 范围有限 89 三 尾部受热面 省煤器和空气预热器布置在对流烟道最后的低烟温区 利用烟气的余热加热给水和燃料燃烧所需的空气 提高系统热效率 1 加热给水 提高效率 2 减少蒸发受热面 3 降低汽包的温差热应力 1 加热空气 利于着火和燃烧 2 提高效率 形式 作用 一般采用管式换热 大多采用回转式蓄热换热器 省煤器 空气预热器 90 尾部受热面工作特点 受热工质和烟气温度均较低 金属工作条件虽不像过热器那样恶劣 但易造成低温腐蚀 磨损与积灰 1 流速 2 飞灰浓度 烟气温度 措施 影响因素 1 合理设计流速2 降低飞灰浓度3 加装防磨装置 1 提高空气温度2 采用耐腐蚀材料3 降低过量空气系数 飞灰磨损 低温腐蚀 部位 省煤器较严重 空气预热器较严重 91 作业题与思考题 1 叙述锅炉中水冷壁 汽包 过热器 再热器 省煤器 空气预热器的作用 2 在什么情况下锅炉必需采用强制循环或直流形式 3 在锅炉运行中 调节蒸汽温度的主要方法 4 锅炉尾部受热面的主要问题是什么 5 为什么大型电站锅炉需要采用对流 辐射式过热器系统 92 周二 7 5 上午8 30动力楼402阶梯教室 答疑 93 第二节锅炉燃料特性及热平衡 燃料 核燃料 有机燃料 主要成分 碳 氢 硫 氧 氮 水份 灰份 固体燃料 液体燃料 气体燃料 94 固体燃料 液体燃料 气体燃料 天然木材 煤 油页岩 人工焦炭 煤砖 煤粉 天然石油 人工汽油 煤油 重油 渣油 酒精 天然天然气 人工高炉煤气 发生炉煤气 炼焦炉煤气 地下气化煤气 我国锅炉燃料以燃煤为主 而且主要是燃烧劣质煤 燃烧困难 刘慈欣地火 95 一 煤的组成成分 煤的元素分析成分碳 C 氢 H 硫 S 氧 0 氮 N 煤的工业分析成分水分 MMoisture 灰分 AAsh 挥发分 VVolatile 固定碳 FCFixedcarbon 一 煤的成分及特性 煤的成分分析一般有元素分析和工业分析法 96 二 煤的成分特性碳C元素 包括固定碳和挥发分 CmHn及CO等 中的C 在煤中含量最多 50 90 发热量为32700kj kg 含碳量高 不易着火 氢H元素 以有机化合物状态存在 易着火 发热量最高 达120000kj kg 硫S元素 包括可燃硫 Sr 和硫酸盐硫 Sly 可燃硫生成有害物质 造成污染 导致尾部烟道腐蚀 堵灰 氧 O 含量会使可燃元素含量减少 降低煤的发热量 氮 N 燃烧产生有害物质Nxx 会使可燃元素含量减少 可燃元素 不可燃元素 97 水份 M 内部水份Mad和外部水份Mf 灰份 A 是矿物质燃烧生成物 影响燃烧 造成积灰 结渣 堵塞和磨损 含量相差较大 挥发份煤中的氢 氧 氮 硫与部分碳所组成的有机化合物加热后分解 形成气体挥发 易燃 挥发份是煤的重要特性 固定碳挥发份析出后的纯碳 不可燃杂质 可燃 98 三 煤的工业分析成分基准basis 1 收到基asreceived ar 旧称应用基 y 以进入锅炉煤 包括煤的全部成分 为基准2 空气干燥基airdry ad 旧称分析基 f 以风干状态煤 空气干燥状态 为基准 以与空气湿度达到平衡状态的煤为基准 基准3 干燥基dry d 旧称干燥基 g 以去掉全部水分煤为基准4 干燥无灰基dryandashfree daf 旧称可燃基 r 以去掉全部水分及灰分煤为基准 煤的成分分析一般用质量百分比表示 99 100 1 收到基 ar A chons Mad Mf2 空气干燥基 ad A chons Mad3 干燥基 d A chons4 干燥无灰基 daf chons 101 在煤质分析中 常采用空气干燥基和干燥无灰基 在锅炉设计计算时 必需知道煤的收到基 不同基准之间的换算关系为 X K式中 按原基准计算的某成分的质量百分比 K 换算系数 234表9 1 X 按新基准计算的某成分的质量百分比 102 1 某锅炉炉前应用燃煤取样分析 知水份含量Mar 10 00 试验室中分析试样的元素分析成份为 Cad 60 04 Had 5 14 Oad 11 4 Nad 1 08 Sad 1 09 Aad 20 25 Mad 1 00 求收到基成份 2 某煤样的空气干燥基工业分析结果为 Mad 1 50 Vad 25 13 FCad 59 37 Aad 14 00 求干燥无灰基挥发份含量 收到基成份 已知Mar 10 50 练习题 235 103 四 煤的灰分特性及分类 煤的灰分特性煤的灰分在熔融状态下会粘结在锅炉受热面上造成结渣 结焦 影响锅炉的安全性和经济性 这一特性与灰的成分及含量有关 煤的灰分特性可用灰的三个特征温度表示 灰的变形温度DTdeformation 旧称 灰的软化温度STSoftening 旧称 灰的熔化温度FTFluid 旧称 104 105 煤的分类 按煤中挥发分含量高低依次可分为褐煤 烟煤 贫煤 无烟煤 无烟煤 碳化程度高 含碳量高 发热量一般为25000 32500KJ kg 挥发分含量低 10 燃烧困难 不易着火 燃尽 烟煤 含碳量较高 发热量一般为20000 30000KJ kg 挥发分含量 10 45 容易着火 燃烧 而劣质烟煤中挥发分中等 但水分 灰分量高 发热量低 所以 着火 燃烧较困难 106 贫煤 碳化程度最高的烟煤 挥发分含量低 10 20 燃烧性能接近无烟煤 褐煤 碳化程度最低 挥发分含量很高 可达37 易于着火 但水分 灰分量高 发热量低 一般小于16750KJ kg 挥发分挥发份低的煤 含碳量高 通常水分或灰分较高燃料容易着火 燃烧与燃尽 含碳量高发热量高 固定碳不易着火 燃烧 水分 灰分高发热量低 炉膛温度下降 燃料着火 燃烧越困难 受热面腐蚀 堵灰 结渣及磨损加重 107 二 液体燃料 重油 渣油 特点 碳氢含量高 热值大 燃烧效率高粘度 运输与雾化质量凝固点 石蜡 运输闪点与燃点 安全性含硫量 低温腐蚀灰分 高温腐蚀 108 奥里油简介 109 110 三 煤的燃烧计算 煤的燃烧计算是进行锅炉设计的基础 通过燃烧计算以确定燃烧所需空气量 炉膛出口及烟道各处烟气的容积 焓值 以便进行锅炉热平衡计算 对流受热面的传热计算 一 燃烧所需空气量 1 理论空气量V0 NM3 kg 1kg燃料完全燃烧时所需要的最小空气量 可通过燃料中可燃元素 C H S 的燃烧化学反应方程式求得 237式9 2 111 2 实际空气量V 由于空气和燃料不可能完全混合 为了使煤燃尽 实际送入炉膛的空气量应大于理论空气量 这里 用过剩空气量系数说明 过剩空气系数 实际空气量V与理论空气量之比称为过剩空气系数 即 过剩空气系数 是锅炉运行的重要参数 通常用炉膛出口处的过剩空气系数来描述空气量对燃烧过程的影响 过剩空气系数与烟气中的RO2 O2的含量存在一定的近似关系 237 112 对于负压锅炉 空气可通过炉墙 烟道等处漏入 使得烟气中过剩空气增加 炉膛后任意一烟道截面处的过剩空气系数为 式中 漏风系数 为漏入空气量与与理论空气量之比 即 113 二 燃烧产物 烟气 容积 1 烟气容积 煤燃烧后生成烟气 煤完全燃烧 1 时 烟气具有的容积为理论烟气容积 但是 1 完全燃烧时 烟气具有的容积为实际烟气容积 除了那四种生成物外还有剩余的 因此 理论烟气容积为 实际烟气容积为 114 2 烟气的焓值 空气和烟气的焓值 是指在等压条件下 将1kg燃料燃烧所需要的理论空气和生成烟气量从0加热到 所需的热量 用和表示 单位为KJ kg 烟气为混合物 其焓值为 其中 理论烟气焓值 1 为 理论空气焓值为 飞灰的焓值为 115 四 锅炉的热平衡 锅炉的热平衡是指输入锅炉的热量与其输出热量的平衡 热平衡计算的目的 确定锅炉热效率和燃料消耗量 分析热损失产生的原因 鉴定锅炉的性能和水平 116 一 煤的发热量 煤的发热量 kJ kg 单位质量的煤在完全燃烧时所释放的热量 高位发热量 包含燃烧产物中全部水蒸汽凝结时放出的汽化潜热 低位发热量 不考虑水份的汽化潜热的发热量 通常锅炉排烟温度一般为110 180 烟气中的水蒸汽不会凝结 所以在热力计算中是用低位发热量 117 高 低位发热量之间的关系为 二者之差别就是汽化潜热r 2510kJ k