锅炉与锅炉房设备

锅炉与锅炉房设备,锅炉与锅炉房设备,北方工业大学建筑工程学院二o一一年二月,教学大纲,学时：32学时学分：2学分使用教材锅炉及锅炉房设备（第四版），吴味隆，中国建筑工业出版社，2006考核方法及成绩评定标准试卷考试占70%，平时成绩占30%。,第一章基本知识,第二章燃料及燃烧计算,第三章锅炉热平衡,第四章燃烧设备,第六章锅炉本体的热力计算,第七章锅炉设备的通风计算,第八章运煤、出灰渣和烟气净化,退出,锅炉与锅炉房设备课程内容,第九章锅炉房设计及汽水系统,第五章供热锅炉,1.1概述,1.2锅炉的基本结构及其工作过程,1.3锅炉基本特性,1.4锅炉的型号与参数系列,1.5锅炉房设备的组成,返回,第一章基本知识,本章学习要求,1、掌握锅炉的基本构造；2、理解锅炉的工作过程；3、理解燃料的燃烧过程；4、掌握锅炉附加受热面和锅炉安全附件等基本概念。,1.1概述,发电厂锅炉部分示意图,第一章,1.1概述,一、什么是锅炉生产蒸汽或热水的换热设备任务：燃料（煤、油、天然气等）的化学能转化为热能二、锅炉的重要性1锅炉及锅炉房是供热系统中热源产生的主要设备2锅炉是化工、石化、冶金、轻纺、造纸等工矿企业主要动力及供热设备3锅炉是能源工业发展的主要组成部分火力发电站三大主机之一4锅炉及锅炉房设备在节能、环保等科技改造及研究方面具有重要地位,第一章,1.1概述,三、锅炉的分类1根据用途的不同分为：电站锅炉在火电厂，蒸汽驱动汽轮机组发电工业锅炉用于工业及采暖动力锅炉驱动蒸汽动力装置2按载热工质的不同分为：蒸汽锅炉热水锅炉,第一章,1.1概述,3按能源分为：燃煤锅炉燃油锅炉燃气锅炉废热锅炉太阳能锅炉4按出口介质压力分；低压锅炉（P2.5MPa）、中压锅炉（2.5P4.0MPa）、高压锅炉（4.0P=10MPa）、超高压锅炉（10P=13.7MPa）、亚临界锅炉（13.7P=16.7MPa）、超临界锅炉（P=22MPa）。5按介质流动方式分；自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉6按组装方式分；立式锅炉、卧式锅炉四、锅炉工业的研究方向及本专业的学习重点节能降耗，提高效率防止和降低环境污染，开发新的洁净燃烧技术合理有效地利用地方燃料,提高机械化、自动化水平重点在于基本原理的理解和学习，方法的应用,第一章,1.2锅炉的基本结构及其工作过程,一、基本结构1.锅炉本体构成锅炉的基本组成部分称为锅炉本体，由汽锅、炉子及安全附件组成。1）汽锅锅炉本体中汽水系统，高温燃烧产物烟气通过受热面将热量传递给汽锅内温度较低的水，水被加热，沸腾汽化，生成蒸汽。2）炉子锅炉本体中燃烧设备，燃烧将燃料的化学能转化为热能3）安全附件水位计、压力表、安全阀2锅炉金属钢架及平台楼梯,第一章,锅炉本体基本原件,锅筒,对流管束,锅炉本体基本原件,水冷壁,锅炉本体基本原件,集箱2,前水冷壁下部（外）,集箱1,防焦箱前部,锅炉本体基本原件,下降管,下降管,锅炉本体基本原件,1.2锅炉的基本结构及其工作过程,二、锅炉的工作过程1.燃料的燃烧过程定义：燃料在炉内（燃烧室内）燃烧生成高温烟气，并排出灰渣的过程高温烟气给煤斗燃料（煤）炉排面（燃烧室）除渣板（入灰渣斗）空气在一定的燃烧烧设备内，正常燃烧应具备的条件：高温环境必需的空气量及空气与燃料的良好混合燃料的供应机灰渣和烟气的排放,第一章,1.2锅炉的基本结构及其工作过程,2.烟气向水(汽等工质)的传热过程辐射辐射+对流对流高温烟气水冷壁过热器（凝渣管）对流管束对流尾部受热面(省、空)除尘引风机烟囱3.工质(水)的加热和汽化过程蒸汽的生产过程1）给水：水省煤器汽锅2）水循环：汽锅下降管下集箱水冷壁3）汽水分离,第一章,1.3锅炉基本特性,一、锅炉容量1蒸发量（产热量）：锅炉每小时所产生的蒸汽（热水）流量2额定蒸发量（产热量）：锅炉在额定参数(压力、温度_和保证一定热效率下，每小时最大连续蒸发量(产热量)，符号D(Q)，单位t/h（kJ/h，MW）。二、蒸汽(热水)参数1蒸汽参数锅炉出口处蒸汽的额定压力(表压)和温度，符号p(t)；单位MPa,。2热水参数锅炉出口处热水的额定压力(表压)和温度及回水温度。,第一章,1.3锅炉基本特性,三、受热面蒸发率、受热面发热率1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/m2h2受热面发热率每m2受热面每小时所产生的(热水)热量，符号Q/H；单位kJ/m2h四、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gl表示。,第一章,1.4锅炉型号与参数系列,一、锅炉型号表示方法锅炉型号由三部分组成，各部分之间用短横线相连。,第一部分：表示锅炉型式，燃烧方式和蒸发量，共分三段：第一段用两个汉语拼音字母代表锅炉本体型式；第二段用一个汉语拼音代表燃烧方式；第三段用阿拉伯数字表示蒸发量。,第一章,1.4锅炉型号与参数系列,第二部分：表示蒸汽(或热水)参数，共分两段，中间一斜线分开。第一段用阿拉伯数字表示额定蒸汽压力或允许工作压力；第二段用阿拉伯数字表示过热蒸汽(或热水)温度第三部分：表示燃料种类，以拼音字母和罗马字分别代表燃料类别和分类。举例：:双锅筒横置式链条炉排锅炉，额定蒸发量为10t/h，额定压力为1.25MPa，出口过热蒸汽温度为350，燃用类烟煤。:强制循环室燃锅炉，额定热功率为120MW，允许工作压力为0.8MPa，出水温度130，进水温度为80，燃料为油。,第一章,1.5锅炉房设备的组成,一、锅炉房设备包括锅炉本体及其辅助设备。锅炉本体设备包括：汽锅、炉子、蒸汽过热器、省煤器和空气预热器。锅炉附加受热面：蒸汽过热器、省煤器和空气预热器锅炉尾部受热面：省煤器和空气预热器二、锅炉房辅助设备1运煤、除灰系统2送引风系统3水、汽系统(包括排污系统)4仪表控制系统,第一章,热风,烟气,煤场,输煤栈桥,煤仓,给煤机,磨煤机,锅炉,一次风机,捞渣机,除尘器,渣,煤,煤粉,渣仓,引风机,预洗塔,脱硫塔,排放大气,运出厂外,空预器,送风机,热风,仓泵,灰库,运出厂外,硫酸铵,锅炉系统流程,1.5锅炉房设备的组成,第一章,2.1燃料的化学成分及其性质,2.2煤的燃烧特性,2.3锅炉燃料,2.4燃料的燃烧计算,返回,第二章燃料及燃烧计算,2.5锅炉运行时烟气分析及其应用,2.1燃料的化学成分及其性质,第二章,一、燃料的化学成分及其性质燃料（s、l、g）可燃基：高分子化合物，成分C、H、O、N、S惰性基：多种矿物质灰分1碳(C)：主要的燃烧成分，约占5095%，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%，kJ/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。3硫(S)：是燃料中的有害成分，约占可燃成分的8%，9050kJ/kg，燃烧后的产物是,2.1燃料的化学成分及其性质,SO2、SO3，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。,第二章,2.1燃料的化学成分及其性质,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；3）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1）可燃物减少，着火困难，灰渣量增加，运行操作繁重；2），炉内易结渣，使受热面传热恶化，3）,第二章,2.1燃料的化学成分及其性质,二、燃料成分分析数据的基准及换算1燃料成分表示方法1）收到基以进入锅炉房准备燃烧的煤为分析基准，以次为100%燃料的收到基成分是锅炉燃用燃料的实际应用成分，用于锅炉的燃烧、传热、通风和热工试验的计算。2）分析基在实验室条件下（室温20，相对湿度60%），风干后的煤样作为分析基准3）干燥基除去全部水分后的煤作为分析基准4）可燃基将变化较大，对燃烧不利的杂质灰分和水分除去后的煤作为分析基准,第二章,2.1燃料的化学成分及其性质,燃料的可燃基成分不再受水分和灰分变化的影响，是种稳定的组成成分，常用于判断煤的燃烧特性和进行煤的分类的依据，如可燃基挥发分Vr。煤矿提供的煤质成分，通常也是可燃基各组成成分。2燃料成分各种表示方法之间的换算1）换算方法2）换算系数k：查表,第二章,3.1锅炉热平衡及锅炉热效率,3.2固体不完全燃烧热损失,3.3气体不完全燃烧热损失,3.4排烟热损失,返回,第三章锅炉热平衡,3.5散热损失,3.6其它热损失,3.7燃料消耗量,本章学习要求,1、掌握锅炉的热平衡；2、掌握锅炉热效率定义；3、理解各种热损失的计算方法；4、掌握锅炉正平衡法计算锅炉热效率。,3.1锅炉热平衡及锅炉热效率,第三章,锅炉热平衡是研究燃料的热量在锅炉中利用的情况，有多少被有效利用，有多少变成了热量损失，这些损失又表现在哪些方面以及它们产生的原因。研究的目的是为了有效地提高锅炉热效率,热效率是锅炉的重要技术经济指标，它表明锅炉设备的完善程度和运行管理的水平。提高锅炉热效率以节约燃料，是锅炉运行管理的一个重要方面。,为了全面评定锅炉的工作状况，必须对锅炉进行测试，这种试验称为锅炉的热平衡(或热效率)试验。通过测试进行分析概括了解锅炉热效率的影响因素得出较先进的运行经验数据，作为设计锅炉和改进运行的可靠依据。,一、锅炉热平衡1锅炉热平衡方程式锅炉热平衡是以lkg固体燃料或液体燃料(气体燃料以1Nm3)为单位组成热量平衡的。1kg燃料带入炉内的热量及锅炉有效利用热量和损失热量之间的关系可参考图,3.1锅炉热平衡及锅炉热效率,锅炉热平衡的公式可写为：,kJkg(3-la),Qr每公斤燃料带入锅炉的热量，kJ/kg；,Q1锅炉有效利用热量kJ/kg；,Q2排出烟气带走的热量，称为锅炉排烟热损失，kJ/kg,Q3未燃完可燃气体所带走的热量，称为气体不完全燃烧热损失（化学不完全烧热损失），kJ/kg；,Q4未燃完的固体燃料所带走的热量，称为固体不完全燃烧热损失（机械不完全燃烧热损失），kJ/kg；,Q5锅炉散热损失，kJ/kg；,Q6灰渣物理热损失及其他热损失，kJ/kg。,第三章,3.1锅炉热平衡及锅炉热效率,如果在等式(3-la)两边分别除以Qr，则锅炉热平衡就以带入热量的百分数来表示，即：,2燃料带入锅炉的热量Qr它由以下几个部分组成：,1）燃料的物理显热ir,2）蒸汽带入热Qzq当用蒸汽雾化重油或喷入锅炉蒸汽时考虑,式中2500排烟中蒸汽焓近似值，kJ/kg,第三章,3.1锅炉热平衡及锅炉热效率,3）外来热量Qwl当用锅炉范围以外的废气、废热等来预热空气时考虑,一般情况下：,二、锅炉热效率1锅炉正平衡热效率,1）锅炉有效利用热量Q1,2）锅炉每小时有效利用热量Qgl,kJ/kg,kJ/h,（1）饱和蒸汽焓：,（2）热水锅炉每小时有效利用热量Qgl,kJ/h,第三章,（燃料收到基的低位发热量）,3.1锅炉热平衡及锅炉热效率,1）锅炉有效利用热量Qgl,2）锅炉每小时有效利用热量Qgl,kJ/kg,kJ/h,（1）饱和蒸汽焓：,kJ/h,式中igs，ips锅炉给水和排污水焓，kJ/kg；干饱和蒸汽的焓，kJ/kg；i1，i2锅炉进、出热水的焓，kJ/kg；所以，,锅炉正平衡只能求得锅炉的热效率，不能据此研究和分析影响锅炉热效率的种种因素，以寻求提高热效率的途径。而反平衡则是依据对各种热损失的测定来计算其锅炉热效率。对小型锅炉而言，一般以正平衡为主，反平衡为辅。对于大型锅炉，由于不易准确测定燃料消耗量，其锅炉热平衡主要靠反平衡求得。,第三章,3.1锅炉热平衡及锅炉热效率,3锅炉的毛效率及净效率锅炉的毛效率通常所指的锅炉效率都是毛效率锅炉的净效率是在毛效率基础上扣除锅炉自用汽和电能消耗后的效率。,式中自用汽和自用电能消耗所相当的锅炉效率降低值Dzy自用汽消耗量，t/h；Nzy自用电耗量，kWh/hb生产每度电的标准煤，kg/kWh，取0.197kg/kWh,第三章,4.热平衡试验在精度上有一定要求：(1)只进行正平衡试验，要求应进行两次测试偏差在4%以内(2)同时进行正、反平衡实验时，两种方法测试偏差应在5%以内(3)只以反平衡法进行测定时，两次测试偏差应在6%以内,3.2固体不完全燃烧热损失,一、形成灰渣损失：未参与燃烧或未燃尽的碳粒与灰渣一同落入灰斗所造成的损失。漏煤损失：部分燃料经炉排落入灰坑造成的损失。对于煤粉炉，则飞灰损失：未燃尽的碳粒随烟气带走所造成的损失,二、影响因素,1燃料特性对q4的影响当燃用灰分含量高和灰分熔点低的煤时，它的固态可燃物被灰包裹，难以燃尽，灰渣损失大。当燃用挥发物低而焦结性强的煤时，燃烧过程主要集中在炉排上，燃烧层温度高，较易形成熔渣，阻碍通风，既加重司炉拨火的工作量，又增加灰渣损失。当燃用水分低，焦结性弱而细末又多的煤时，特别是在提高燃烧强度而增强通风的情况下，飞灰损失就增加。,第三章,3.2固体不完全燃烧热损失,2燃烧方式对q4的影响：不同燃烧方式的q4数值差别很大，如机械或风力抛煤机炉的飞灰损失就较链条炉大。煤粉炉没有漏煤损失，但它的飞灰损失却比层燃炉大得多。沸腾炉在燃用石煤或煤矸石时，飞灰损失将更大。,3炉子结构对q4的影响层燃炉的炉拱，二次风以及炉排的大小，长短和通风孔隙的大小等对燃烧都有影响。如炉排的通风孔隙较大而又燃用细末多的燃料时，漏煤损失就会有较大的增加。煤粉炉炉膛的高低、燃烧器布置的位置等也对燃烧有影响。如炉膛尺寸过小，烟气在炉内的流程及停留时间过短，燃料来不及燃尽而被烟气带走，使飞灰损失增大。,4锅炉运行工况对q4的影响运行时锅炉负荷增加，相应地穿过燃料层和炉膛的气流速度迅速增加，以致飞灰损失也加大。此外，层燃炉运行时的煤层厚度、链条炉炉排速度以及风量分配，煤粉炉运行时的煤粉细度及配风操作等对q4也有影响。过量空气系数对q4也有影响，如太低，q4会增加，而随稍增，则q4会有所降低。,第三章,3.2固体不完全燃烧热损失,三、固体不完全燃烧热损失的测定和计算1测定数据在锅炉正常运行工况下，定时收集：、（kg/h）取样分析：(1)可燃物百分数：Chz、Clm、Cfh(%)；(2)可燃物的发热量：（kJ/kg）,2计算公式,（kJ/kg）,%,（kJ/kg）,（kJ/kg）,（kJ/kg）,第三章,3.2固体不完全燃烧热损失,3灰平衡方程热平衡试验中，飞灰量很难准确测定，一般通过灰平衡方法解决灰平衡：进入炉内燃料的总灰量应等于灰渣、漏煤及飞灰之和,令：,则：灰平衡方程为：,上式两边分别乘以,第三章,3.2固体不完全燃烧热损失,第三章,(3-17a),(3-17b),(3-17c),3.3气体不完全燃烧热损失q3,一、气体不完全燃烧热损失的形成q3是由于部分CO、H2、CH4等可燃气体未燃烧放热就随烟气排出所造成的。,二、影响因素,1炉子结构的影响炉膛高度不够或炉膛体积太小，烟气流程过短，使烟气中一些可燃气体未能燃尽而离开炉子，增大q3损失。当炉内水冷壁布置过多时，会使炉膛温度过低，不利于燃烧反应，也会增大q3损失。,2燃料特性的影响一般挥发份高的燃料，在其它条件相同时，q3损失相对要大一些。,3燃烧方式的影响炉子的过量空气系数、二次风的引入和分布以及炉内气流的混合与扰动等都影响q3的大小。a取得过小；a取得过大；,第三章,4运行操作的影响层燃炉燃料层过厚；当负荷增加时,3.3气体不完全燃烧热损失q3,2计算公式,%,式中：，Nm3/kg燃料燃烧后实际生成的干烟气体积。：是考虑固体不完全燃烧的修正；CO2、H2、CH4：干烟气中CO、H2、CH4的容积百分数，由热平衡试验通过烟气分析仪测得。,第三章,3.3气体不完全燃烧热损失q3,3缺少元素成分资料时,第三章,由于实际运行中，烟气中H2、CH4的含量极少，可忽略不计，计算简化：,3.4排烟热损失,排烟热损失：是指由排烟所带走的热量损失，烟气离开锅炉排入大气时，其温度比进入锅炉的空气温度高很多。,一、形成及其影响因素影响排烟热损失的主要因素是排烟温度和排烟容积,1排烟温度排烟温度越高，排烟热损失越大。一般排烟温度每提高1215，q2将提高1%。排烟温度过低经济上是不合理的，甚至技术上是不允许的。（1）因尾部受热面处于低温烟道，烟气与工质的传热温差小，传热较弱，若排烟温度降得过低，传热温差也就更小，换热所需金属受热面就大大增加。（2）为了避免尾部受热面的腐蚀，排烟温度也不宜过低。当然用含硫分较高的燃料时，排烟温度相应要高一些。,第三章,3.4排烟热损失,2排烟容积影响排烟容积大小的因素有炉膛出口过量空气系数，烟道各处漏风量及燃料所含水分。如炉墙及烟道漏风严重，过量空气系数大，燃料水分高，则排烟容积就大，排烟损失就增加。为了减少排烟损失，必须尽力设法减少炉墙烟道各处的漏风，在锅炉安装施工时应重视炉墙，烟道等砌筑的严密性。,第三章,因此必须根据燃料与金属耗量进行技术经济比较来合理确定排烟温度。供热锅炉的排烟温度在150200范围内。,3.4排烟热损失,经验公式：%,二、计算公式,%,第三章,3.5散热损失,一、形成(1)炉墙砌制质量及保温材料的性能(2)层燃炉操作情况，如拨火、观火、清炉、投煤等,二