6 冷热源工程 第六章 燃料与锅炉

冷热源工程（第4版）普通高等教育建筑环境与能源应用工程系列教材重庆大学出版社主编：龙恩深

蒋星池

第六章燃料与锅炉心系人间冷暖、服务国家战略燃料与锅炉1、了解燃料种类：不可再生的化石燃料、可再生的生物质燃料；2、了解燃料的基本性质；3、了解锅炉及锅炉房设备的基本组成；4、掌握锅炉热平衡及正反平衡法分析锅炉热效率的方法；5、了解锅炉受热面形式；6、了解锅炉燃烧设备形式。本章学习目标：6.1燃料燃料是锅炉用于生产蒸汽或热水的主要能量来源，在2030年实现碳达峰以前，锅炉的燃料仍然主要是化石燃料，在到2060年前碳中和过程中，锅炉的生物质燃料占比会逐渐增大，甚至替代传统化石燃料。6.1燃料1、不可再生的化石燃料1）气体燃料天然气体燃料气田气、油田气、煤田气人工气体燃料以煤和石油或其他有机物为原料制备。有机化合物与无机化合物的复杂混合物。2）液体燃料天然液体燃料为石油（1）重油（2）渣油（3）柴油3）煤（1）褐煤（2）烟煤（3）贫煤

（4）无烟煤6.1燃料2、可再生的生物质燃料3）生物质固体燃料1）生物质气（1）沼气（2）氢气2）生物质油（1）乙醇（2）生物柴油6.2燃料特性1、燃料的成分不同种类燃料，需采用不同的燃烧方式和燃烧设备，燃料的种类和特性与锅炉造型，运行操作及锅炉工作的安全性和经济性有着密切的关系。液、固燃料的化学成分及质量分数，通常是通过元素分析法测定求得，其主要组成元素有碳、氢、氧、氮、硫5种，此外还有一定的灰分（A）和水分（M）。2）液体固体燃料的元素分析成分气体燃料由可燃和不可燃的气体成分组成。可燃成分：碳氢化合物，一氧化碳等不可燃成分：氮气，氧气，二氧化碳，水蒸气，焦油，灰尘等。1）气体燃料的成分分析基准，也即计算基数。燃料的元素分析成分和工业分析成分，通常是采用四种分析基准计算得出的。1）收到基

Car＋Har＋Oar＋Nar＋Sar＋Aar＋Mar=100%进厂原煤或炉前应用燃料取样，用于燃烧、传热、通风和热工试验的计算的依据。锅炉前实际燃用的燃料成分。2）空气干燥基

Cad＋Had＋Oad＋Nad＋Sad＋Aad＋Mad=100%为了避免水分在分析过程中波动，在实验室进行燃料分析时采用此基准。3）干燥基

Cd＋Hd＋Od＋Nd＋Sd＋Ad=100%燃料水分发生变化时，干燥基成分不受影响。能真实反映固体燃料中灰分的含量。

4）干燥无灰基

Cdaf＋Hdaf＋Odaf＋Ndaf＋Sdaf=100%用于判断煤的燃烧特性和进行煤的分类。6.2燃料特性2、燃料成分分析的基准与换算燃料的发热量是指单位体积或单位质量的燃料在完全燃烧时所放出的热量，单位是kJ/m3或kJ/kg。高位发热量是指1kg燃料完全燃烧后所产生的热量，它包括燃料燃烧时所生成的水蒸气的汽化潜热，也即所有水蒸汽全部凝结为水。低位发热量——在高位发热量中扣除全部水蒸汽的汽化潜热后的发热量。在锅炉设计、试验等计算中均以低位发热量作为计算依据。6.2燃料特性3、燃料的发热量6.3锅炉的基本知识1、锅炉的重要性及分类用于动力、发电用途的锅炉，称为动力锅炉；把用于工业及采暖方面的锅炉，称为供热锅炉，又称为工业锅炉。按锅炉燃用的燃料不同，又分为燃煤锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉、气-油两用锅炉等。按锅炉生产的介质类型又可分为蒸汽锅炉和热水锅炉。6.3锅炉的基本知识2、锅炉的工作过程蒸汽锅炉，最根本的组成是汽锅和炉室两部分。锅炉工作三过程：燃料的燃烧过程；烟气向水（汽）的传热过程；水的受热升温（或汽化）过程。6.3锅炉的基本知识燃料供应系统送、引风系统水系统（包括排污系统）仪表控制系统3、锅炉房设备的组成6.3锅炉的基本知识表征锅炉容量大小的参数。蒸发量用D表示，单位t/h；热功率表示热水锅炉容量，用Q表示，单位MW。4、锅炉基本特性的表示6.3锅炉的基本知识1）蒸发量与热功率热水锅炉：

Q=0.000278G（h′′rs-h′rs）蒸汽锅炉热功率与蒸发量的关系：

Q=0.000278D（hq-hgs）4、锅炉基本特性的表示6.3锅炉的基本知识2）蒸汽或热水的参数锅炉产生蒸汽的参数是指锅炉出口处蒸汽的额定压力（表压力）和温度。对生产饱和蒸汽的锅炉来说，一般只标明蒸汽压力；对生产过热蒸汽（热水）的锅炉，则需标明压力和蒸汽（热水）温度。3）锅炉的热效率锅炉的热效率是指每小时送进锅炉的燃料（全部完成燃烧时）所能发出的热量中被用来产生蒸汽或加热水的那部分热量，以符号ηgl表示。它是一个能真实反映锅炉运行经济性的指标。燃煤锅炉效率60%—85%燃油燃气锅炉的效率85%—92%锅炉型号的表示方法

××－××/×××－×4）锅炉型号的表示方法4、锅炉基本特性的表示6.3锅炉的基本知识SHL10—1.25/350—WⅡ

双锅筒横置式链条炉排锅炉，额定蒸发量为10t/h，额定工作压力为1.25MPa，出口过热蒸汽温度为350℃，燃用Ⅱ类无烟煤的蒸汽锅炉。QXS0.93—0.8/90/70—QYc

强制循环室燃锅炉，额定热功率为0.93MW，允许工作压力为0.8MPa，出水温度为90℃，进水温度为70℃，燃用燃气、柴油的热水锅炉。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。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。表明锅炉在正常运行情况下的锅炉热量收支关系。研究的目的是有效地提高锅炉的热效率。6.4锅炉的热平衡1、锅炉热平衡的组成锅炉在正常运行工况下建立锅炉热量的收、支平衡关系，通常称为“热平衡”。锅炉热平衡是以1kg固体或者液体燃料（气体燃料以1m3）为单位组成热量平衡的。锅炉热平衡的公式可写为：Qr＝Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6kJ/kgQ得热＝Q失热6.4锅炉的热平衡

Qr＝Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q61、锅炉热平衡的组成6.4锅炉的热平衡式中Qr—1kg燃料带入锅炉的热量，kJ/kg；

Q1—锅炉有效利用热量，kJ/kg；

Q2—排烟热损失，kJ/kg；

Q3—气体不完全燃烧热损失，kJ/kg；

Q4—固体不完全燃烧热损失，kJ/kg；

Q5—散热损失，kJ/kg；

Q6—灰渣物理热损失及其他热损失，kJ/kg；其中Qr=Qnet+hr+Qwl；

hr—标准状态下，燃料的物理显热，kJ/kg；

Qwl—标准状态下，当外用来热预热燃料或空气时带入的热量，kJ/kg；若忽略Qwl及hr，则Qr=Qnet（1）锅炉正平衡热效率：

各项热损失：（2）锅炉反平衡热效率：对于小型锅炉以正平衡为主，辅以反平衡。对于大型锅炉，由于不易准确地测定燃料消耗量，因此锅炉热效率主要靠反平衡法来求得。2、锅炉热效率6.4锅炉的热平衡1）水流程（吸收能量）2）烟气流程（放出能量）3、锅炉各项热损失6.4锅炉的热平衡1）固体不完全燃烧热损失（1）灰渣损失Qhz，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。（2）漏煤损失Qlm，部分燃料经炉排落入灰坑造成的损失。对于煤粉炉，则Qlm＝0。（3）飞灰损失Qfh，未燃尽的碳粒随烟气带走所造成的损失。3、锅炉各项热损失6.4锅炉的热平衡气体不完全燃烧热损失是由于部分一氧化碳、氢、甲烷等可燃气体未燃烧放热就随烟气排出所造成的损失。其热损失应为烟气中各可燃气体容积与它们的容积发热量乘积的总和。2）气体不完全燃烧热损失由于技术经济条件的限制，烟气离开锅炉排入大气时，烟气温度比进入锅炉的空气温度要高很多，排烟所带走的热量损失简称为排烟热损失。影响排烟热损失的主要因素是排烟温度和排烟容积。排烟温度越高，排烟热损失越大。3）排烟热损失3、锅炉各项热损失6.4锅炉的热平衡讨论：为何排烟温度不能过高也不能过低？3、锅炉各项热损失6.4锅炉的热平衡散热损失的大小主要决定于锅炉散热表面积的大小、表面温度及周围空气温度等因素。与水冷壁和炉墙的结构、保温层的性能和厚度有关。4）散热损失对于固体燃料，由于锅炉中排出的灰渣及漏煤的温度一般都在600~800℃，因此应考虑灰渣物理热损失。此外，由于锅炉的某些部件采用了水冷却，而此冷却水未接入锅炉汽水循环系统中，被它吸收了锅炉的一部分热量并带出炉外，从而造成了热量损失。5）物理灰渣及其他热损失锅炉每小时耗用的燃料称为锅炉的燃料消耗量，由式可得燃气消耗量的计算式：或对于固体燃料，考虑到不完全燃烧热损失Q4的存在，实际参加燃烧反应的燃料量应为：Bj称为小时计算燃料消耗量，在计算每小时燃料燃烧所需空气量及生成的烟气量时，均应按小时计算燃料消耗量Bj来计算。4、锅炉的燃料消耗量6.4锅炉的热平衡第一个方向：在锅筒内部增加受热面形成的烟管锅炉系列。第二个方向：在锅筒外部发展受热面，形成水管锅炉系列。6.5锅炉的受热面的布置形式两个发展方向：1、锅炉受热面形式的演变2、蒸汽锅炉1）烟管锅炉烟管锅炉的特点是烟气在火筒和为数众多的烟管内流动换热；6.5锅炉的受热面的布置形式6.5锅炉的受热面的布置形式2）卧式烟水管锅炉烟管锅炉的特点是烟气在火筒和为数众多的烟管内流动换热；3）水管锅炉水在管内流动，烟气在管外流动而进行换热；3、热水锅炉热水锅炉的结构型式与蒸汽锅炉基本相同，也有烟管(锅壳式)、水管和烟－水管组合式三类。按生产热水的温度，可分为低温热水锅炉和高温热水锅炉两类。按热水在锅内的流动方式，可分为强制流动(直流式)和自然循环两类。根据锅筒内水是否与大气相通，热水锅炉又可分为常压热水锅炉和承压热水锅炉。6.5锅炉的受热面的布置形式热水锅炉无需蒸发受热面和汽水分离装置，一般也不设置水位表，结构比较简单。其次，传热温差大，受热面一般不结水垢，传热效率高，节能又节材。对水质要求较低(但须除氧)，一般不会发生因结水垢而烧损受热面的事故，受压元件工作温度较低，安全可靠性较好，操作也较简便。3、热水锅炉6.5锅炉的受热面的布置形式4、废热锅炉6.5锅炉的受热面的布置形式汽锅（锅筒）和炉膛是锅炉的两大基本组成部分。

在燃烧技术中，把从氧和燃料可燃物质的混合、扩散至发光放热的剧烈氧化反应完成的整个过程，称为燃烧过程。按照燃烧方式的不同，主要可划分为室燃炉和层燃炉。1、气体燃料的燃烧方式6.6锅炉的燃烧方式优点：具有基本无公害燃烧的综合特性容易进行燃烧调节作业性好容易调整发热量缺点：

爆炸性毒性窒息性1）气体燃料的燃烧特点2）气体燃料的燃烧方法6.6锅炉的燃烧方式（1）扩散式燃烧（2）部分预混式燃烧（3）完全预混式燃烧（1）改善气流相遇的条件（2）加强混合、扰动（3）预热燃气和空气（4）旋转和循环气流（5）烟气再循环3）改善燃气炉燃烧的措施2、液体燃料的燃烧方式6.6锅炉的燃烧方式1）燃油的燃烧特点油的燃烧在气态下进行；燃烧重油时，可能产生炭黑，不易燃尽。需供给充足的空气量。强化油燃烧的途径：提高雾化