广西大学能源与动力装置基础第9章锅炉-09级

1、,第九章 锅炉,第一节 锅炉概述 第四节 锅炉受热面,16:40,2,能源与动力装置基础锅炉,第一节 锅炉概述,一、锅炉的作用 “生产具有一定压力、温度的蒸汽(或热水)” 燃料的化学能 烟气的热能 热能(蒸汽或水) 燃烧 热交换,16:40,3,能源与动力装置基础锅炉,锅炉分类,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

2、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。,16:40,4,能源与动力装置基础锅炉,电站锅炉，2008t/h,16:40,5,能源与动力装置基础锅炉,燃煤蒸汽锅炉，50T/h,16:40,6,能源与动力装置基础锅炉,二、电站煤粉锅炉机组组成,锅,炉,锅炉本体,辅助设备,锅炉机组,汽水系统：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,16:40,7,能

3、源与动力装置基础锅炉,三、电站煤粉锅炉机组示意图,16:40,8,能源与动力装置基础锅炉,四、锅炉参数,额定蒸发量：在额定蒸汽参数、额定给水温度和使用设计燃料，保证热效率时所规定的蒸发量 最大连续蒸发量（对大型锅炉）：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 供热量（工业热水锅炉）： kW（或kcal/h） 蒸汽锅炉额定蒸汽参数：额定蒸汽压力（对应规定的给水压力）；额定蒸汽温度 工业热水锅炉的额定参数：锅炉出口热水的压力和温度,16:40,能源与动力装置基础锅炉,五、锅炉型号,电站锅炉型号： 例 SG - 1000/16.66 - M2, / 设计次序 燃料

4、代号 额定蒸汽压力 额定蒸发量 制造厂代号,16:40,10,能源与动力装置基础锅炉,工业锅炉型号, / 设计次序 燃料代号 额定蒸汽或热水温度 额定蒸汽压力 额定蒸发量 燃烧方式 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20 t/h ，蒸汽压力为2.45 MPa，过热蒸汽温度为400 0C，燃用烟煤，原型设计的蒸汽锅炉,16:40,11,能源与动力装置基础锅炉,六、锅炉类型,按用途分 电站锅炉、工业锅炉 按锅炉参数分 低压、中压、高压、超高压 亚临界压力(表压15.719.6MPa)、 超临界压力(超过临界压力22.1MPa)、 超超临界压力锅

5、炉。 按锅炉燃烧方式分 层燃炉、室燃炉、 旋风炉、流化床炉,16:40,12,能源与动力装置基础锅炉,层燃炉 室燃炉,16:40,13,能源与动力装置基础锅炉,流化床,旋风炉,16:40,14,能源与动力装置基础锅炉,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。,16:40,15,能源与动力装置基础锅炉,循环流化床,流化床锅炉：,16:40,16,能源与动力装置基础锅炉,按锅炉蒸发受热面中工质流动方式分 (a

6、)自然循环汽包锅炉 (b)强制循环汽包锅炉,(c)直流锅炉 (d)低倍率循环锅炉,(a)自然循环汽包锅炉 K=4-10，亚临界以下,(b)强制循环汽包锅炉 K=3-5，临界压力以下,16:40,17,能源与动力装置基础锅炉,(c) 直流锅炉 (d) 低倍率循环锅炉 K=1，高压以上 K=1.2-2,压临界,16:40,18,能源与动力装置基础锅炉,第二节 锅炉燃料及热平衡,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,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、

7、发生炉煤气、炼焦炉煤气、地下气化煤气,16:40,19,能源与动力装置基础锅炉,一、煤的成分及特性,1、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(M Moisture)、灰分(A Ash)、 挥发分(V Volatile)、固定碳(FC Fixed carbon) 2、煤中各成分的特性 可燃元素： C、H、S 不可燃元素： O、N 、杂质（水份、灰份） 可燃气体挥发份,16:40,20,能源与动力装置基础锅炉,3、煤的成分基准： 收到基（ar-As Received basic） 以进入锅炉煤（包括煤的全部成分）为基准 空气干

8、燥基（ad-Air Dried ） 以风干状态煤（除去外部水分）为基准 干燥基（d-Dried） 以去掉全部水分煤为基准 干燥无灰基（daf-Dried Ash-Free） 以去掉全部水分及灰分煤为基准,16:40,22,能源与动力装置基础锅炉,定义： 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 r=2510kJ/kg 标准煤： 收到基低位发热量29270kJ/kg (7000kCal/kg)的煤,4、煤的发热量,16:40,23,能源与动力装置基础锅炉,5、煤的灰分特性及分类,特征温度 灰的变形温

9、度DT （deformation） 灰的软化温度ST （ Softening) 灰的熔化温度FT (Fluid),灰锥的变形情况,灰锥的变形温度,DT,ST,FT,16:40,24,能源与动力装置基础锅炉,6、煤的分类,无烟煤： 碳化程度最高，含碳量高，发热量2500032500KJ/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2000030000KJ/kg，挥发分含量1045%，易着火，燃烧。 贫煤：碳化程度最高，挥发分含量低（1020% ），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。,16:

10、40,25,能源与动力装置基础锅炉,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,16:40,26,能源与动力装置基础锅炉,三、煤的燃烧计算,计算目的：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 碳完全燃烧反应方程式 C + O2 CO2 12 kg C + 22.41 Nm3 O2 22.41 Nm3 CO2 1kg可燃物的燃烧反应： 1kg C + 1.866 Nm3 O2 1.866 Nm3 CO2 1kg H + 5.56 Nm3 O2 11.1

11、Nm3 H2O 1kg S + 0.7 Nm3 O2 0.7 Nm3 S2O,16:40,27,能源与动力装置基础锅炉,1、燃烧所需空气量,理论空气量V 0 （Nm3/kg）： 1kg 燃料完全燃烧时所需要的最小空气量 实际空气量 V 过剩空气系数 炉膛出口处 ：描述空气量对燃烧过程的影响 炉膛后任意一烟道截面处,16:40,28,能源与动力装置基础锅炉,2、燃烧产物(烟气)容积,烟气容积Vy: 理论烟气容 积: 煤完全燃烧（=1） 实际烟气容 积: 煤完全燃烧（1）,16:40,29,能源与动力装置基础锅炉,烟气的焓值,理论空气焓 等压条件下，将1kg燃料燃烧所需要的理论空气从0 加热到 所

12、需的热量，kJ/kg 理论烟气焓 等压条件下，将1kg燃料燃烧生成的烟气从0 加热到 所需的热量，kJ/kg 烟气焓：,16:40,30,能源与动力装置基础锅炉,四、锅炉的热平衡,1、锅炉热平衡方程式 Qr 输入热量 Q1 有效利用热 Q2 排烟损失 Q3 化学不完全燃烧热损失 Q4 固体不完全燃烧热损失 Q5 散热损失 Q6 其他热损失,100,16:40,31,能源与动力装置基础锅炉,2、输入锅炉热量,Qar,net-燃料收到基低位发热量 Hr 燃料的物理显热 Qwr 外来热源加热空气时带来的热量 Qwh 雾化燃油带来的热量 如果燃料和空气都没用外界热量进行预热：,16:40,32,能源与

13、动力装置基础锅炉,3、锅炉有效利用热Q1,热水炉： 热水吸热热量,饱和蒸汽炉：有饱和蒸汽热量排污损失热量,电站锅炉：过热热量再热热量排污损失热量,定义： 将给水加热至过热蒸汽（或饱和汽或热水）所需的总热量。,16:40,33,能源与动力装置基础锅炉,五、锅炉热效率与燃料消耗量,热效率： 锅炉热效率为锅炉有效利用热Q1 与锅炉送入热量Qr 之比，即：,或,燃烧效率： 反映燃料燃烧的完全程度，取决于不完全燃烧损失大小， 即：,16:40,34,能源与动力装置基础锅炉,锅炉燃料消耗量：,计算燃料消耗量： 考虑了不完全燃烧损失q4后，实际燃料消耗量为,16:40,35,能源与动力装置基础锅炉,第三节

14、燃料的燃烧及燃烧设备,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。 燃料的“活性”：简单地理解为燃料着火与燃尽的难易程度。 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。,16:40,36,能源与动力装置基础锅炉,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,16:40,37,能源与动力装置基础锅炉,煤燃烧过程的四个阶段,预热干燥阶段 加热、析出水分

15、，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,16:40,38,能源与动力装置基础锅炉,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，便于管到气力输送。 2.煤粉粗细程度的指标； 煤粉颗粒的粗细用煤粉细度R x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。,16:40,39,能源与动力装置基础锅炉,4、煤粉制备系统,中间储仓式系统,1

16、6:40,40,能源与动力装置基础锅炉,直吹式系统,16:40,41,能源与动力装置基础锅炉,5.磨煤机的分类及其原理,低 速 磨 中 速 磨 高 速 磨,筒式 钢球磨 16-25rpm 盘式磨、 碗式磨、 环式磨 50-300rpm 风扇磨 5001500r,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,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,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,16:40,42,能源与动力装置基础锅炉,钢球磨煤机,16:40,43,能源与动力装置基础锅炉,筒体在不同旋转速度下钢球和煤的

17、运动状态,16:40,44,能源与动力装置基础锅炉,中速磨煤机,16:40,45,能源与动力装置基础锅炉,风扇磨煤机,16:40,46,能源与动力装置基础锅炉,三、燃烧器及其布置,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 燃烧器分类： 直流燃烧器 旋流燃烧器,16:40,47,能源与动力装置基础锅炉,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

18、含有10%左右煤粉的气流，进一步强化燃烧。,16:40,48,能源与动力装置基础锅炉,1、直流燃烧器,特征： 一、二次风分别由各自喷口， 以直流自由射流的形式喷入炉膛。 分类： 均等配风（烟煤型） 分级配风（无烟煤型）,16:40,49,能源与动力装置基础锅炉,横断面布置,直流燃烧器多采用四角布置切圆燃烧方式。246图913 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。,16:40,50,能源与动力装置基础锅炉,燃烧器出口火焰图片（部分载荷运行时观察到的喷嘴）,16:40,51,能源与动

19、力装置基础锅炉,2、旋流燃烧器,特征： 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。,16:40,52,能源与动力装置基础锅炉,旋流燃烧器布置方式：,前墙布置、两面墙对冲或交错布置。,16:40,53,能源与动力装置基础锅炉,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。,16:40,54,能源与动

20、力装置基础锅炉,循环流化床,流化床锅炉：,16:40,55,能源与动力装置基础锅炉,电站煤粉锅炉机组示意图,16:40,56,能源与动力装置基础锅炉,第四节 锅炉受热面,定义：吸收炉内热量来加热工质的表面式换热器。,蒸发 受热面,过热器,再热器,空气预热器,汽 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,16:40,57,能源与动力装置基础锅炉,一、蒸发受热面（水冷壁）,作用：工质在其中吸热、汽化的受热面 锅炉的主要受热面 包括： 敷设在炉膛四周炉墙上的水冷壁 后墙水冷壁拉稀成的凝渣管束,1、 水冷壁结构,16:40,58,能源与动力装置基

21、础锅炉,鳍片管,16:40,59,能源与动力装置基础锅炉,2、汽水循环,自然循环锅炉的循环回路： 随着锅炉容量增大、压力增大， 使密度差减小，水循环的动力 压头减小，必须放弃自然循 环而采用强制循环。,下降管、水冷壁管、汽包、下联箱,16:40,60,能源与动力装置基础锅炉,汽包,循环锅炉的重要受压部件。作用： 工质加热、蒸发、过热三个过程的连接枢纽，保证锅炉水循环 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； 汽包内保持一定水量，具有一定储热能力，有利于运行调节 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

22、，保证锅炉安全工作。,16:40,61,能源与动力装置基础锅炉,循环倍率K,定义： 循环回路中水流量与回路中的 蒸汽产生量之比。 （1kg水全部变成蒸汽，需在回路中 循环多少次） K对循环的影响 X：上升管出口汽水混合物的含汽率,D,G,16:40,62,能源与动力装置基础锅炉,二、过热器与再热器,作用： 过热器：将饱和蒸汽加热成过热蒸汽，增加蒸汽做功能力。 再热器：提高汽轮机高压缸排汽温度。热效率、安全性。 布置：高温烟道 特点： 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。工作条件恶劣。,16:40,63,能

23、源与动力装置基础锅炉,过热器、再热器的布置型式,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。,16:40,64,能源与动力装置基础锅炉,对流式过热器和再热器 组成：蛇形管及进出口联箱,半辐射、辐射式 挂屏形式,由U型、W型管及进出口联箱构成,16:40,65,能源与动力装置基础锅炉,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) 。,16:40,