锅炉系统运行原理和维护要点

1、锅炉系统运行原理和维护要点主讲人 刘 明世纪金源集团工程技术培训讲座一、锅炉发展史二、锅炉的功能定义三、锅炉的分类四、锅炉的结构六、锅炉的主要技术指标七、燃气及燃烧八、锅炉水处理的指标九、锅炉水处理 离子交换水处理十、锅炉水处理 除氧十一、锅炉安全十二、锅炉节能五、民用建筑经常使用的锅炉一锅炉发展历史 在1765年，伴随蒸汽机的出现，有了最早的锅炉出现。当时锅炉像现在的炉灶一样，但是已经有了比较先进的部件，如浮筒式自动给水调节器，检验水位高低的试水考克。当时是一个圆形的汽锅，从材料力学可以知道，圆形容器所能承受的压力和直径成反比，当直径增加时壁厚会非常厚。所以才出现了圆筒形的锅筒，一直使用至今

2、。为了增加受热面积后来又出现了水管和火管锅炉。建国后.我国的锅炉工业受当年前苏联的影响很大，几乎完全引用了前苏联的技术。附1765年俄罗斯科学家波尔松诺夫的第一台锅炉简图 二、锅炉的功能定义1. 锅炉是一种将燃料的能量(一次能源)转换成蒸汽或热水的热能(二次能源)的能源转换设备。2. 锅炉完成能源转换的全过程是由燃料燃烧,传热和水被加热或汽化三个基本过程组成。(物质的三种状态)3. 为完成以上三个基本过程.锅炉必须有燃烧设备,受热面和锅筒及内部装置三个基本组成部分。锅、受热部分、炉、加热部分。4. 完整的锅炉设备由锅炉本体和辅助装置两个大部分组成。5. 锅炉的传热方式：l 传热的方式有三种：传

3、导、对流、 辐射。l 在锅炉中三种传热方式共存。l 传热的三种主要方式:（在供暖空调中的应用）（1）热传导-热量由同一个物体的某一部分转换到另一部份或某一物体转移到和它相接触的另一物体；（2）热对流-指流体(液体或气体)不同部份之间的相对位移,而把热量从一处传到另一处的现象；（3）热辐射-指所有物体一固体.液体和气体都能以电磁波的形式辐射出热能称为热辐射。三、锅炉的分类1、按锅炉使用燃料分l 燃煤炉：烟煤 、无烟煤、 煤粉、 煤矸石（沸腾炉）l 燃油炉： 原油、重油、柴油l 燃气炉：人造燃气(焦炉煤气)、液化气、天燃气2、按运行的炉膛压力不同分l 正压炉l 负压炉3、按输出介质不同分l 热水炉

4、l 蒸汽炉4、按出口介质温度不同分l 低温热水炉 l 高温热水炉 l 饱和蒸汽炉 l 过热蒸汽炉5、按锅炉出力分（6，10，20，272吨/时）l 小型l 中型l 大型6、按出口压力：l 低压（25公斤力/平方厘米）l 中压（2540公斤力/平方厘米）l 高压（40公斤力平方厘米）7、按制作材料分l 钢制 l 铸铁8、按锅炉本体结构分l 火管炉(锅壳) l 水管炉9、按控制方式分l 全自动 (链排炉）l 半自动（抛煤机炉）l 手工操作炉10、按安装形式分l 快装炉 l 组装炉 l 散装炉11、按锅桶位置分l 立式炉 l 卧式炉四、锅炉结构我们主要研究一以下几种：1、水管锅炉与火管锅炉l水管锅炉

5、-管里走水，水管炉更好的增加受热面积。l火管锅炉-管里走火（1）水管锅炉大中型锅炉、高中压锅炉：结构复杂，热效率要求高，水处理要求高，安装制造工艺难度大。有空气预热器、省煤器、过热器、等等。（电站锅炉、工业锅炉）（2）火管锅炉 比较普遍使用的民用锅炉均属于此类 工作压力1.6mp/cm 出力10吨/时2、燃煤炉，燃气炉.(燃油炉目前使用很少，略） 目前因为环保污染的原因，燃煤炉使用受到限制，在北京市区基本上没有使用了。（1）燃煤炉（简介）l 手烧炉l 抛煤机炉l 倒转炉排抛煤机炉l 链排炉l 煤粉炉（2）燃气炉l 锅壳炉l 卧式l 天然气l 火管锅炉五、民用建筑经常使用的锅炉1、火管锅炉，锅壳

6、炉 卧式 天燃气炉。l锅壳锅炉的受热面布置在锅壳之内.锅筒称为锅壳,内设火管(烟管),又称为内燃式锅炉.内燃室称为”炉胆”l三回程,(见附图)l湿背式,(见附图)（1800,500,200)l干背式，(附图说明)2、我集团常用的锅炉基本有蒸汽锅炉和热水锅炉两种。（1）蒸汽锅炉：名称-湿背式全自动燃气蒸汽锅炉. 主要指标：l 额定蒸发量:4吨/时l 额定压力;1.0MPal 额定蒸汽温度：184 （饱和蒸汽）（沸点和压 力的关系）l 给水温度:20l 试验压力：14MPa （新锅炉可以用这个压力试验，使用一段时间要就降低试验压力）（2）热水锅炉:名称:湿背式全自动燃气热水锅炉. 主要指标:l 额

7、定热功率:4.2MWl 额定出水压力：1.0MPl 额定出口水温：110 (可以供这么高的温度，但是为了节能和安全，运行是可以降低供水温度)l 额定进口水温：70l 试验压力：14MPa（安装验收的压力，运行一段时间后可以降低试验压力）六、锅炉的主要技术指标1、压力:压力、压强（1）压力: 物体表面受到的垂直作用力叫压力； 压强:单位面积上的压力称为压强 压力用P表示 压强单位用”帕”符号为Pa 在工程中习惯把压强称为压力 P=F/A F垂直作用力 A 面积 P压强.（2）空气压力：绝对压力、表压力和真空度l大气压力：地面表面上一层很厚的空气对地面所形成的压力,就是空气压力 大气压力随地区的海

8、拔高度不同而不同,也因季节等气候的变化而稍有变化.以纬度45度处海平面上的平均压力为标准称为一个标准大气压(atm)。l工程上为计算方便把一个大气压做为0.98105Pa来计算,称一个工程大气压(at), 1at=0.98105pa=98kpa 1mpa=106pal常用的换算：1kg力/平方厘米=0.1mpa=10米高水柱l 绝对压力：容器内的的气体(或液体)做用于容器内壁的真实压力,用符号P绝 表示l 表压力：设备上某一处通过压力表所指示的压力数值。其值为绝对压力和当地大气压力之差.用P表 表示 P表=P绝-B(当地大气压)l 工程上用工程大气压B为0.98105pa P绝=P表+B=P表

9、+(0.98105pa) （单位Pa）l 真空度：真空度指被测容器内的压力低于大气压力的数值. 当表针为-0.05Mpa时说明是真空状态低于当地大气压0.05Mpa 真空压力表为0时容器内外压力相等 真空度 P真=B-P绝l 额定出口蒸汽压力：蒸汽锅炉连续运行保证的出口压力。l 额定出水压力：热水锅炉在额定循环水量的条件下,由循环泵在锅炉出口所维持的压力；单位为MPa。2、温度-额定蒸汽温度 额定出水温度 温度：温标及常用的温标（1）温度是表明物质冷热程度的物理量,它的高低反映物体内部分子无规则运动的激烈程度.是物质状态的基本参数之一. （2）测量温度的标尺称为温标 热量是从温度高的物质传向温

10、度低的物质,温差是热传导的必要条件.l 摄氏温度：符号 常用符号 t 一个标准大气压下，纯水的冰点的温度确定为0，为纯水沸点的温度确定为100，两者之间分100等份，每份叫1。l 华氏温度：欧洲、美国常用。符号 F 换算 tF=9/5 tc+32度 tc=5/9(tF-32度)l 绝对温标又称绝对温度，10K和1的间隔是相等的，但绝对温度的起标点比摄氏温标低273。l 饱和温度：水蒸发时的温度叫沸点，也是饱和温度，随压力的升高而升高。3、锅炉容量(出力) （1）热量l 物体温度的高低表示,组成物体的分子热运动的激烈程度.温度的高低也表示物体所具有的能量的高低。这种能量称为热能。l 当温度不同的

11、两个物体相接触时，两者的温度慢慢趋向于一致。发生了热能从温度较高的物体向温度较低的物理转移。此时物体所放出和吸收的能量称为热量。或者说是物体内能改变的量度。 热量表示： Q 单位：”焦耳”- “J” 工程上用千焦耳”KJ” 热量单位换算:1KWH=861.83Kcal 1KJ=0.239Kcal 1冷顿=3.516kwh（空调用）l 显热物质在吸收或放出热量时，温度上升或下降，但物质的形态不发生变化，这种热称为显热。如水、空气升温和降温吸收和放出的热量，可以用温度计测量温度的变化。l 潜热：融解热、汽化潜热 潜热：当单位质量的物体在吸收和放出热量时，其形态发生变化，但温度不发生变化，这种热量无

12、法用温度计测量出来，这种热量称为潜热。 l 融解热：单位质量的物质在温度不变时，从固态变为液态所需的热量，反之为凝固潜热。l 汽化潜热： 单位质量的液态物质在温度不升高的情况下，从液态变为汽态所需的热量，反之吸收的热量是相等的。 Q=rm r.单位物质的潜热 m.物质的质量l 物态的变化有时可以由固态直接变为汽态，这种变化称为升华。l 1公斤水升高1度.吸收的热量 1 Kcall 1公斤水在8kg/cm2压力时变为蒸汽吸收的热量为526 Kcal/kgl 1公斤冰溶解为水吸收的热量为80千卡，是1公斤水升高1度吸收的热量的80倍。(冰蓄冷的原理)（2）额定蒸发量：指蒸汽锅炉在额定参数(压力、温

13、度)，额定的给水温度、使用设计燃料并保证锅炉效率，连续运行时的最大蒸发量；单位是吨/时 t/h。（3）额定热功率：指热水锅炉在额定回水温度，额定的回水压力和额定的循环水量的情况下，长期连续运行时保证的最大供热量；其单位是兆瓦MW。4、锅炉的效率：指锅炉输出的蒸汽或热水有效供热量Q1与同一时间进入锅炉的燃料完全燃烧放出的热量Q的比值。 影响效率的因素：（提高锅炉效率的方向）l 排烟热损失 （锅桶内结垢造成传热不良排烟热损失增加）（排烟的热回收装置）l 燃气未完全燃烧热损失 （过剩空气系数）l 散热损失，锅炉的和水管的保温l 烧煤的锅炉还有炉渣的物理热损失5、燃料消耗量 ：单位时间内锅炉消耗的燃料

14、量 m3/h七、燃气及其燃烧1、燃气中的主要八种成分l 可燃气（四种）：一氢化碳(CO) 氢气(H2) 气态碳氢化合物(CmHm) 硫化氢(H2S)l 不可燃气（四种）：氧气(02) 氮气(N2) 二氧化碳气(CO2) 水蒸汽(H2O)l 我们使用的天燃气其中的甲烷气CH4占96%2、燃气的主要使用特性:（1）发热量：标准状态下,单位体积的发热量（单位KJ. 千焦耳）l标准状态：一个标准大气压，温度为0时的发热量。l发热量分高位发热量和低度位发热量. l低位发热量：燃气燃烧后，烟气中的水蒸汽的汽化潜热未放出的发热量，水蒸汽没有凝结而随烟气跑掉，所以实用中使用低位发热量，常见天燃气的低位发热量是

15、可查表得到。l天然气的低位发热量3550041900KJ/标准立方米（2）密度(单位体积气体的重量)l 燃气广泛使用的是相对密度l 相对密度就是燃气的密度与在标准大气压下空气的标准密度的比值. 相对密度用符号”S”表示 S=P0/1.293 P0 -标准大气压下的燃气的标准密度 1.293 -空气的标准密度l S越小,燃气越轻向上飘浮l S越大,燃气越重在地面附近l 天燃气的相对密度 0.58-0.62l 液化石油气的相对密度 1.5-2.0（3）爆炸极限l 爆炸极限是指燃气（或燃油蒸汽）与空气混合后遇火种能够发生高速燃烧的浓度（一般指体积浓度）范围，这个范围的最低值称为爆炸下限，最高值称为爆

16、炸上限。l 天燃气的爆炸极限 5%-15%（燃气在空气中的含量）l 液化石油气爆炸极限是1.6%-11.1%l 爆炸下限越低的燃气，其爆炸的危险越大。 燃气锅炉及锅炉房防止燃气泄漏至关重要，特别是天燃气。因其无色无味（加臭少）发生泄漏不易觉察，所以对燃烧器和锅炉房都必须设置相应的自动程序点火，熄火保护和通风及防火防爆措施。3、燃气的燃烧（1）甲烷-天燃气中含有96%的体积含量 CH4+2O2 -650- CO2+2H20+产生的热量 天然气在650 时燃烧。l 产生冷凝水的主要原因：1M3天燃气可产生2M3的水蒸汽。（2）过剩空气系数 l大气中氧气占21%，氮气占79%，每燃烧一立方天然气，需

17、耗911立方米的空气，产生1113立方米的烟气。l为使燃料得到充分的燃烧，实际空气量总是供给得比理论空气的多，以利将燃料燃尽，空气量太大锅炉烟气带走的热量太多，空气量小燃烧的不完全，通常将实际空气量与理论空气量的比值称为过剩空气系数。 =VK/V0 过剩空气系数 VK 实际供给的空气量 V0 理论空气量 l 在民用天然气锅炉中一般控制在1.31.8.过剩空气系数过大会使预算内烟气量增大,炉膛温度过低,增加了排烟热损失.过小会燃烧不完全,造成燃气的损失.先进的燃烧设备应该尽量使过剩空气系数越小越好. l 燃气的过剩空气系数在1.3-1.8l 燃煤的过剩空气系数是,1.14、对燃烧器的基本要求:

18、要有高的燃烧效率,雾化好,雾化角得当,增大油雾与空气的接触面积.满足锅炉的额定出力. 合理的配风保证燃烧完全,着火迅速燃烧稳定. 火焰的形状和炉膛结构相适应,火焰充满度好. 调节幅度大,适应负荷变化的要求. 点火,着火,调节操作方便,安全可靠运行噪音小. 结构紧凑,运行可靠,便于修理,易于实现燃烧中的自动控制.5、燃烧器雾化不好或配风不好会造成以下不良影响. 燃烧不完全，污染尾部受热面，排烟温度过高。 可燃气体未完全燃烧，热损失增加。 熄火，打火炮甚至炉膛爆炸。八、锅炉水处理 1、水中的的杂质l 不溶于水中的：如泥土、沙粒等；l 能溶于水中的：主要杂质有钙、镁、钠三种阳离子和碳酸根、硫酸根、氯

19、根三种阳离子。2、水中杂质的危害（1）使得炉受热面结垢 (含有钙盐、镁盐的水称为硬水；水垢是钢铁导热力的1/301/50，1mm水垢多消耗8%的燃料。)（2）水垢导致温差加大，金属壁温度过高；（3）如：炉管壁温度280，当有水垢时达580时，金属强度下降，鼓起，爆炸）热阻是钢铁的30倍。（4）结垢增加管道的阻力。（5）缩短锅炉寿命，产生泄漏、裂纹、变形、腐蚀；（6）氧腐蚀和荷性脆化（7）恶化炉水品质和蒸汽品质，造成汽水共腾。3、锅炉用水的主要指标 不同锅炉有不同的要求，有国家标准可依。（1）总硬度l 总硬度=暂时硬度+永久硬度l 表示水中钙盐和镁盐的总含量，其中重碳酸钙和重碳酸镁的含量在加热到

20、沸腾时，这类盐分以泥渣状态沉淀下来，所以又称暂时硬度，其中的氯化钙、氯化镁、硫酸钙等盐类，在沸腾时是不沉淀的，称为永久硬度。这类硬度之和成为总硬度。硬度单位以每升毫摩尔表示。（mmol/L）（2）总碱度：表示水中与强酸发生作用的所有碱性物质的含量 碱度过高易引起碱性腐蚀和荷性脆化；碱度过低则锅炉易产生水垢. （3）PH值 热水锅炉 锅水PH控制在10-12,最高不得大于20. （4）氧含量小于0.1mg/L1、钠离子交换的原理l 当含有钙、镁离子的生水,流经离子交换器中的钠离子交换剂层时,水中的钙、镁离子被交换剂中的钠离子所置换,从而将在锅炉中可能形成水垢的钙、镁盐类,转变为易溶性钠盐,而使水

21、得以软化。l 用反应方程式表示如下: Ca2+2NaR=CaR2+2Na+ Mg2+2NaR=MgR2+2Na+. 式中: NaR一一代表离子交换剂; Na+一一代表交换剂中的交换离子; R一一表示交换离子以外的母体部分,它并不参加反应。九、锅外水处理 - 离子交换水处理2、钠离子交换的特点（1）生水硬度大大降低或基本消除。（2）碱度保持不变。l 经钠型离子交换树脂软化后的水质，由于碳酸盐硬度等量地转变成了碳酸氢钠，所以软化水中碱度与进水中的碱度相等。（3）钠离子交换器的运行l 钠离子交换器的运行一般分为四个步骤(从交换器失效算起:反洗、再生、正洗和交换(即运行)这四步组成一个运行循环,通常称

22、为一个周期,现分述如下:(A).反洗l 当交换器出水硬度超过规定水质标准，即为失效。失效后停止软化，先用一定压力的水自下而上对树脂层进行短时间的强烈反洗。l反洗的目的是： 松动交换剂层，为再生打下良好基础。在交换过程中，由于水自上而下地通过交换剂层，使交换剂层被压实，再生时就会造成交换剂与再生液接触不充分。所以再生前要反洗，使交换剂层得到充分松动，为再生打下良好基础。l 冲掉交换剂表层中截留的悬浮物、碎粒和气泡。在交换过程中，交换剂表层也起着过滤作用，水中的悬浮物被截留在表层上，致使压力增大，还会使交换剂污染结块，从而使交换容量下降；另外，交换剂碎粒也影响水流通过。反洗时可以冲掉这些悬浮物和碎

23、粒，还可以排除交换剂层中的气泡。(B) 再生l 在钠离子交换过程中，当软水中出现了硬度，而且超过了标准时，则证明钠型离子交换树脂已经失效。为了恢复其再交换的能力，就需要对此树脂进行再生。在再生过程中，就是使含有大量钠离子的氯化钠(NaCl)溶液，通过失效的树脂层，从而将离子交换树脂中的钙、镁离子排到溶液中去，钠离子则被树脂所吸附，使树脂重新又恢复了交换能力。l 钠型离子交换树脂的再生过程,可以下列反应式表示: CaR2十2NaC1=2NaR+CaCl2 MgR2+2NaCl=2NaR+MgCl2(C).正洗 正洗的目的就是清除交换器中残留的再生剂和再生产物(CaCL、MgCl2)。正洗初期实际

24、上是再生的继续，流速不要太大，可掌握在35m/h 。当正洗出水基本不咸时，可将流速加大到1015m/h；正洗后期应经常取样化验出水硬度， 当出水硬度达到标准时，且氯化物不超过原水氯根50100mg/L时，即可投入交换运行。(氯离子的危害)(D).交换器运行 正洗结束后,钠离子交换器即可投入运行。 十、锅外水处理: 除氧1、为什么要除氧l 除氧在锅炉给水处理工艺过程中，除氧是非常关键的一个环节。氧是锅炉给水系统的主要腐蚀性物质，给水系统中的氧应当迅速得到清除，否则它会腐蚀锅炉的给水系统和部件，腐蚀性物质氧化铁会进入锅炉内，沉积或附着在锅炉管壁和受热面上，形成难溶而传热不良的铁垢，腐蚀的铁垢会造成管道内壁出现点坑，阻力系数增大。管道腐蚀严重时，甚至会发生管道爆炸事故。l 国家规定蒸发量大于等于2吨每小时的蒸汽锅炉和水温大于等于95的热水锅炉都必须除氧。多年来许多锅炉给水处理工作者一直都在探求既高效又经济的除氧方法。2