锅炉原理及锅炉房设计课件

第一篇锅炉原理与结构第一章概论1锅炉的功能锅炉是一种能量转换装置，除某些特种锅炉外锅炉的功能是以燃烧的方式将燃料的化学能尽可能多地转变为载热质（水/蒸汽）所携带的热能。2

锅炉的分类按燃料分燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉；按输出的载热质分蒸汽锅炉、热水锅炉（有/无压)；按用途分电站锅炉、工业锅炉（供热锅炉）；按燃烧方式分层燃炉（链条炉）、煤粉炉、旋风炉、沸腾炉（鼓泡流化床锅炉）、循环流化床锅炉；按工作压力分低压锅炉（＜2.45MPa)、中压锅炉（2.49~4.9MPa)、高压锅炉（5.9~9.8MPa)、超高压锅炉（11.8~14.7MPa)、亚临界压力锅炉（15.7~19.6MPa)、超临界压力锅炉（＞22MPa)；按传热方式分水管锅炉、火管（锅壳）锅炉；3几种常见锅炉的基本构造和工作过程1)双锅筒横置链条炉排锅炉的基本結构燃烧方式为层燃形式，其多用于燃煤的区域集中供热锅炉房和企业自备热电站，燃料为各类动力用煤。双锅筒横置链条炉排锅炉的工作过程燃料燃烧过程；烟气向水的传热过程；水的加热汽化过程；3.水在锅炉中加热汽化的热力学过程2)卧式三回程烟管锅炉（WNS)的基本結构这种类型锅炉特点：结构紧凑、环保清洁多用于高档宾馆、写字楼的供热锅炉房，其燃料为轻油、天然气/液化气等清洁燃料。燃烧设备多为燃油/燃气燃烧器也有在燃煤炉上配用链条炉排的。按燃烧设备是否位于锅筒内又分为内、外燃两种，不过国内多为内燃式。3)π型煤粉锅炉（SG、HG等)的基本結构这种类锅炉特点：因其燃烧热强度大故为高参数、大容量、高效率多用于电力部属下的纯发电/凝汽式的大型火电厂；其燃料均为各类动力用煤。燃烧设备为直流式燃烧器/漩流式燃烧器。循环流化床锅炉（SF型系列循环流化床锅炉)的基本結构这种类型锅炉的特点：燃烧效率高、低污染、煤种的适应性好，能适应烟煤、褐煤、贫煤、混煤等不同品位的燃料，燃烧效率高达99%，尤其可燃烧含硫量较高的燃料，通过向炉内添加石灰石，能显著降低二氧化硫的排放，由于低温燃烧，NOx的排放量也明显降低，减轻了对设备的腐蚀和对环境的污染，其炉渣的综合利用率高，可以做水泥等材料的掺合料可用于各类火电厂和供热锅炉房；其燃料为各种动力用煤。燃烧设备为直流式燃烧器/漩流式燃烧器。锅炉为自然循环，M型布置，框架支吊结构，采用带旋风分离器的循环燃烧系统，如摊位膜式水冷壁，过热器分高、低二级布置，中间设喷水减温器，尾部设二段胜煤气和一、二次风预热器。锅炉按室内布置进行设计，运转层标高为7米，锅炉的构架全部为金属结构，适用于7度地震裂度。（3）给水温度：蒸汽锅炉：省煤器入口处的水温；热水锅炉：进入锅筒的水温。（4）锅炉效率：单位时间内每kg给水被加热成蒸汽所吸收的热量与单位时间内燃料在炉膛内完全燃烧所放出的热量之比。（1）工业锅炉型号编制方法：5锅炉的型号燃烧设备代号燃料种类代号（2）常压热水锅炉型号编制方法：CWNS1.4-95/70-YZ常压锅壳式、卧式、内燃、室燃，额定热功率为1.4MW，额定压力为0.0MPa，额定出水温度为95oC，额定进水温度为70oC，燃用重油的热水锅炉。（3）电站锅炉型号编制方法：电站锅炉型号举例：HG-2008/18.28(186)-M哈尔滨锅炉厂制造，额定蒸发量为2008t/h,额定蒸汽压力为18.28MPa（186kgf/cm2），原型设计的燃煤煤粉炉。SGL-130/3.82(39)-M上海锅炉厂采用联合设计图纸制造，额定蒸发量为130t/h，额定蒸汽压力为3.82MPa（39kgf/cm2），原型设计的燃煤煤粉炉。7锅炉房的设备组成核心设备：锅炉本体（汽包/锅/锅筒、炉膛（燃烧器、蒸发器）、过热器、省煤器、空气预热器；锅炉辅助设备：給水箱及給水泵、送风机、引风机；锅炉房辅助设备：水处理设备、燃料输送和清除灰渣设备、环保设备（除尘器/脱硫装置）、热工仪表和

控制设备供热锅炉房电站锅炉房电站烟气除尘设备烟气静电除尘器见下图锅炉房除渣设备3脫硫设备：干/濕法脫硫濕法脫硫塔见右图第二章燃料与燃烧计算燃料的分类与组成（1）锅炉用燃料：煤、油（轻质柴油、重油、渣油）、可燃气（天然气、液化石油气、沼气高炉煤气）、石油焦；（2）煤的组成元素C（固定碳、挥发份）：20%~70%，可燃；H（挥发分）：2%~6%，可燃；O（游离氧、化合氧）：无烟煤2%~6%，泥煤40%，助燃；N：0.5%~2.5%，不可燃，NOx污染大气，S（可燃硫、不可燃硫）：动力煤<1.5%，高硫煤3%~5%，>5%，污染和腐蚀;A（灰分）：10%~50%，积灰、结渣、磨损、腐蚀；M（外在水分、内在水分）:少则<10%,多则50%~60%,不利于燃烧、增加烟气量、加剧腐蚀和堵灰。（3）煤质分析（GB483—87）元素分析：C、H、O、N、S、A、M的含量；工业分析：可燃质（挥发分、固定碳）、水分、灰分。燃料成分分析数据的基准与换算燃料的分析基准：收到基ar（应用基）

Car＋Har+Oar+Nar+Sar＋Aar+Mar=100%空气干燥基ad（分析基)

Cad＋Had+Oad+Nad+Sad＋Aad+Mad=100%干燥基d:

假想燃料处于无水状态

Cd＋Hd+Od+Nd+Sd＋Aad=100%干燥无灰基daf

Cdaf＋Hdaf+Sdaf＋Odaf+Ndaf

=100%燃料的各分析基准之间的关系燃料的各基准之间的换算（4）煤的发热量（Qgw、Qdw）定义：单位质量的煤完全燃烧后所放出的热量。测量方法：用氧弹测热器测出氧弹发热值，从中扣除硫和氮燃烧生成的硫酸和硝酸的溶解热后，即为煤的Qgw值；再扣除煤中水分和氢燃烧生成的水蒸汽的潜热后，即为煤的Qdw值。注意：1）我国规定锅炉计算中采用燃料收到基的Qdw值（Qnet,v,ar)。

2）各种基准的Qgw值之间，可按换算系数表直接换算；而Qdw值的换算则应先换算成同基准下的Qgw值，再按换算系数表换算成欲求基准下的Qgw值，然后再求其Qdw值。煤发热值的测定仪器－氧弹式量热计（5）动力煤的分类（GB7562—87〈火电燃煤锅炉用煤质量标准〉）1）无烟煤：WV,daf≤10%，Qdw,v,ar=21000~

32500kJ/kg；2）贫煤：WV,daf=10%~20%；3）烟煤：WV,daf=20%~45%，Qdw,v,ar=20000~

30000kJ/kg；4）褐煤：WV,daf=40%~50%，Qdw,v,ad=20000~

30000kJ/kg。（6）其它主要动力燃料1）重油:Wc=81%~87%，WH=11%~14%，

Ws,o,N=1%~2%，Qdw

=377~

44MJ/kg；

黏度、凝点、闪点、灰分；2）天然气（CH4）:Qdw

=36600~

54400kJ/Nm3；3）高炉煤气（CO,CO2,N2):Qdw

=3000~

4000kJ/Nm3；锅炉热平衡（1）热平衡方程

Qr

=Q1+Q2+Q3+

Q4+

Q5+

Q6

100％=q1+q2+q3

+

q4

+

q5

+

q6q1

=(Q1／Qr)×100％······························（2）各项热量分析入炉热量：Qr

=

Qdw+Hf

+

Ha有效热量：Q1=D(

hq–hs

)排烟热损：Q2

=

B

Vy

Cp(

ty–to)气体（化学）不完全燃烧热损：Q3固体（机械）不完全燃烧热损：Q4锅炉散热热损：Q5灰渣物理热损：Q4（3）热效率计算方法：1）正平衡法η=q1=(Q1

／

Qr)×100％

2）反平衡法η=q1=100％

－（q2+q3

+

q4

+

q5

+

q6）注：适用于η＜80％的工业锅炉。

注：适用于大容量、高效率的电站锅炉。

工业锅炉的热工试验热工试验的目的了解与掌握热力设备性能及运行工况、为新装锅炉的验收、改装锅炉的鉴定以及科研提供技术依据。工业锅炉的热工试验主要是为了确定最佳运行工况；试验的主要内容是测定锅炉的蒸发量、燃料消耗量、热效率以及各项热损失4.3锅炉的燃烧设备锅炉燃烧方式（1）层燃燃烧：0～40mm（2）悬浮燃烧：20～90μm（3）沸腾燃烧：0～8mm层燃燃烧设备1）燃烧特性燃烧过程：受热干燥→挥发分析出并着火燃烧→焦炭燃烧并燃尽→灰渣注：预热空气温度20～200oC；2）燃烧产物与炉排配风3）炉拱（1）基本功能前拱（辐射拱）：加热及引燃新煤；后拱（对流拱）：间接引燃、混合、保温促燃（2）现有炉拱存在的问题着火难、气体和固体（飞灰、炉渣）不完全燃烧损失大。（3）改进结构—双人字形炉拱煤粉炉悬浮燃烧设备炉膛：组织煤粉与空气连续混合、着火燃烧直到燃尽的空间；制粉系统：连续、稳定、均匀地向锅炉提供合格、经济的煤粉；燃烧器：保证煤粉和空气进入炉膛时能充分混合，煤粉能连续稳定地着火，强烈地燃烧和充分地燃尽，并保证炉膛水冷壁不结渣。注：有直吹式、中间储仓式两种。1）旋流燃烧器（1）气流结构特性（2）旋流燃烧器的常用型式（3）旋流燃烧器的布置2）直流燃烧器（1）直流射流（2）切向燃烧的炉内空气动力场流化床燃烧设备1）工作原理及特点（1）临界流化速度当床层阻力由增加到保持不变的转折点处的气流速度。（2）流化床燃烧的优点

燃料适应性好；燃烧过程中脱硫；低Nox生成率;燃烧热强度大、换热能力强、可调性能好、总体技术经济性能好；燃烧腐蚀轻。（3）存在的问题受热面磨损、燃烧效率相对较低、大型化有困难。2）鼓泡流化床3）循环流化床4.4锅炉受热面炉膛水冷壁过热器和再热器1）结构和布置方式（1）作用：（2）传热方式：（3）布置方式：2）热偏差和汽温调节（1）分级（段）布置（2）蒸