热能与动力工程专业-锅炉操作培训-油田热注系统教育培训

1、2020/9/15,热 工 培 训,主讲：林日亿 博士、副教授 中国石油大学（华东） 2009年5月,辽河油田培训材料,培训主要内容,一、前言 二、热工基础 三、地面及井筒传热分析 四、锅炉 五、锅炉的节能降耗减排,2020/9/15,一 前 言,锅炉是一种能源转换和利用设备，它把煤炭、石油或天然气等能源所储藏的化学能转变为水或水蒸气的热能。高温水或水蒸气的热能可以直接应用于生产和生活中，如采暖、空气调节、纺织、化工、造纸等领域，称为热能的直接利用。也可以把热能再转换成电能或机械能，如用水蒸气推动汽轮机发电或驱动水泵、压缩机等工作母机，称为热能的间接利用。 据统计，全世界能源消耗总量中75%左

2、右是通过热能的直接或间接利用实现的，由此可见锅炉在人类社会生产或生活中占据着不可或缺的地位。 注汽锅炉是一种特殊类型的锅炉，锅炉将工作介质（简称“工质”）水和水蒸气注入油层，降低稠油粘度。同时，油田还使用着数量众多、容量不同的各类加热炉，耗用油田大部分厂用油。因此，掌握热工及锅炉基本知识，对于改善经营管理、提高经济性有积极作用。,培训主要内容,一、前言 二、热工基础 三、地面及井筒传热分析 四、锅炉 五、锅炉的节能降耗减排,（一）沸点、饱和温度和饱和压力 沸点 水在下加热，水温逐渐升高，当温度上升到某一温ts时，水中产生气泡向上逸出水面，这种现象成为沸腾，该温度ts成为沸点，也称为饱和温度。

3、饱和压力 水的沸腾与水面承受的压力有关，当在大气压力（0.1MPa）下，水在99.634时沸腾。ts=99.634，此时的压力称为该温度对应下的饱和压力，即ps=0.1MPa。,2.1 水和水蒸气的热力学性质,在动力工程中，水和水蒸气是最广泛应用的一种工质。原因在于水容易获得，价格便宜；无毒；水蒸气具有良好的膨胀、压缩和再热能力等。,饱和温度ts与饱和压力ps的关系 ts与ps一一对应，ps越小，ts越小，例如高原大气压为0.05MPa时，对应的饱和温度ts=81.34(饭不熟)；水面上压力越大，沸点越高，如ps=1MPa时，ts=180(高压锅)。 蒸发与沸腾 蒸发与沸腾都是水的汽化现象，但

4、蒸发只发生在水的表面，只要未到饱和温度，在任何温度下都有蒸发现象发生；而沸腾发生在水的内部，只有当水温达到对应压力下的饱和温度时才有沸腾发生。,2.1 水和水蒸气的热力学性质,（二）水和水蒸气的五种状态 水在锅炉中一定压力p下加热，随着加入热量的不同，会产生如下图五种状态。,t ts,t = ts,t = ts,t = ts,t ts,v v,v = v,v = v,v v v,v v,未饱和水,饱和水,饱和湿蒸汽,饱和干蒸汽,过热蒸汽,h h,h = h,h = h,h h h,h h,s s,s = s,s = s,s s s,s s,2.1 水和水蒸气的热力学性质,过冷水（亦称未饱和水）

5、：此时tts 饱和水：此时t=ts，但尚未出现第一个汽泡，即将开始沸腾。 湿饱和蒸汽 此时t=ts，水开始沸腾并逐渐变为水蒸气。随着加入热量增多，水逐渐减少，汽逐渐增多，一直到水全部变为蒸汽为止，在这个阶段饱和压力ps不变，饱和温度ts也不变。这种蒸汽和水共存的状态称为湿饱和蒸汽，简称湿蒸汽。湿蒸汽不是一个状态，而是由无限个水汽共存状态的集合，从水中一个汽泡开始，一直到水全部变为汽为止。区别不同的湿蒸汽状态，通常用蒸汽干度x的大小表示。蒸汽干度x的定义为：,2.1 水和水蒸气热力学性质,干饱和蒸汽（简称干蒸汽） 水全部变为蒸汽时的状态称为干饱和蒸汽，此时饱和压力、饱和温度均不变。 汽化潜热：1

6、kg的饱和水汽化为1kg的干饱和蒸汽所需要吸收的热量，或者是：1kg的干饱和蒸汽凝结为1kg的饱和水放出的热量。汽化潜热的单位为：kJ/kg。,2.1 水和水蒸气热力学性质,过热蒸汽 对干饱和蒸汽在饱和压力下继续定压加热，蒸汽温度将不再保持不变。蒸汽温度将升高，比容（单位质量所占的体积，m3/kg）增大，这时的蒸汽称为过热蒸汽，即tts，过热蒸汽温度超过饱和温度之值，称为过热度，即t=tts。,（三）水和水蒸气的焓 五种不同状态下的水和水蒸气所含的热量是互不相同的，用单位质量的水或水蒸气的焓的大小表示，即比焓表示，kJ/kg。,过冷水hw：由它的压力p和温度t决定，即hw=f(p,t)，下标w

7、表示水（water）。 饱和水h：由它的饱和压力ps，或饱和温度ts决定，即h=f(ps)或h=f(ts)。,2.1 水和水蒸气热力学性质,湿饱和蒸汽h：由它的饱和压力ps（或饱和温度ts）和蒸汽干度x决定，即h=f(ps,x)或h=f(ts,x)，一般计算公式为h=h+xr 干饱和蒸汽h：由它的饱和压力ps或者饱和温度ts决定，公式为：h=f(ps)或h=f(ts)。 过热蒸汽hs：由它的压力ps和温度ts决定，hs=f(p,t)，下标s表示蒸汽（steam）。,2.1 水和水蒸气热力学性质,（四）水蒸气表 在解决水蒸气热力计算问题时，用数学公式表示比较复杂，不适用于工程实际计算。根据长期实

8、验研究和分析计算，把不同压力下饱和水和饱和蒸汽的比容、焓、熵，以及在不同压力和温度下，未饱和水和过热蒸汽的比容、焓、熵等列成表，以备查用，方便了蒸汽动力装置的热力计算。,饱和水和干饱和蒸气表 按照温度排列 按照压力排列 未饱和水和过热蒸汽表,2.1 水和水蒸气热力学性质,T-s图：界限曲线（图中粗线）将全图划分成湿区和过热区。此外还有定干度线（x=定值）和定压线（在湿区就是定温线，呈水平；在过热区向右上斜）,2.1 水和水蒸气热力学性质,h-s图：界限曲线（图中粗线）上部为过热蒸汽区，下面为湿蒸汽区。在湿区有定压线和定干度线。 p-v图：,（五）水和水蒸气图,2020/9/15,蒸汽发生器出口

9、介质参数为p0=615MPa，t0350， x1， 在p图和Ts图上处于阴影区域，属单相介质,（1）SAGD过热蒸汽的热力学状态,湿蒸气区,过热蒸气区,湿蒸气区,过热蒸气区,过冷水区,过冷水区,超临界区,超临界区,2.1 水和水蒸气热力学性质,（六）SAGD过热蒸汽性质,2020/9/15,（2）过热蒸汽在地面管线中的工作状态区,过热蒸汽在地面管线流动过程中，属于单相气相流动。由于沿程摩阻和局部阻力，压力将会逐渐减小。与此同时，地面管线虽有保温措施，仍有散热，温度必然降低。估算表明，保温较好，10以上的过热度条件下，1公里的地面管线压降不超过1MPa，温度下降相对较湿蒸汽较快。当过热度较高、管

10、线距离短的情况，一般整个流动都处于过热蒸汽区。管线越长，仍会突破过热区域到达湿蒸气区。,2.1 水和水蒸气热力学性质,而井筒中的流动，由于沿程摩阻和重位压降，压力将继续下降，热损失使介质的温度进一步降低。到井底时，蒸汽的状态可能在阴影区的过热状态，也有可能在湿蒸汽状态），但蒸汽干度较高。 当然，若井口的蒸汽干度较小时，可能会出现压力和温度同时增加的情形，需要根据具体情况分析计算,（3）过热蒸汽在井筒中的工作状态区,2.1 水和水蒸气热力学性质,（一）热量传递的三种基本方式 热量传递基本方式：导热、对流和热辐射,2.2 传热学基础知识,定义：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电

11、子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为导热。 物体的属性：可以在固体、液体和气体中发生。 导热的特点：,导热（或称热传导）,有温差；物体直接接触；依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量；在引力场下，单纯的导热只发生在密实固体中。,2.2 传热学基础知识,傅里叶定律：是导热基本定律，表明单位时间内在x方向的导热热量与导热物体面积A及该方向的温度变化率成正比，即:,单位：W（J/s，焦耳/秒）,2.2 传热学基础知识,导热系数是表征物体导热性能优劣的物性参数，其单位为W/(mK)。 导热系数与物体种类及物体温度有关，即=f(种类，温度)，由实验测定。 一般来说，固液气，如铜（20）=

12、399W/(m)， 水（20）=0.599 W/(m)，空气（20）=0.0259W/(m) 保温材料导热系数小的材料。我国国标GB/T 4272-92“设备及管道保温准则”规定，平均温度不高于350时导热系数不大于0.12W/(m)的材料称为保温材料（又称隔热材料）。保温材料导热系数界定值反映一个国家保温材料的生产水平和节能水平。矿渣棉、硅藻土、膨胀珍珠岩、岩棉等都属于保温材料。,2.2 传热学基础知识,对流是指由于流体（液体或气体）的宏观运动，从而流体各部分之间发生相对位移、冷热液体互相掺混引起的热量传递过程。工程上更感兴趣的是流体流过一个物体表面时的热量传递过程，并称之为对流换热，以区别

13、一般意义上的对流。传热学只讨论对流换热。,对流（换热）,对流换热的分类： a）自然对流流体冷、热各部分的密度不同而引起的 b）强迫对流流体的流动是由于泵、风机或其它 压差作用所造成的 c）相变换热液体在热表面上沸腾或蒸气在冷表面上凝 结所引起的,2.2 传热学基础知识,对流换热的基本规律牛顿冷却公式 流体被加热时 q=h(tw-tf) 流体被冷却时 q=h(tf-tw) 如果把温差记为t，并约定永远取正值，则上述牛顿冷却公式可表示为,式中，比例系数h称为对流换热系数（最近传热学将其改名为“表面传热系数”），其单位为W/(m2K)。对流换热系数的大小与对流换热过程中的许多因素有关，是研究对流换热

14、的主要内容，可用理论分析方法，更多的是用实验方法确定各种情况下对流换热系数的计算关系式。,2.2 传热学基础知识,表2 对流换热系数的数量范围,2.2 传热学基础知识,热辐射,辐射换热的特点：,定义：物体因为热的原因通过电磁波向外传递能量的方式称为热辐射。,辐射换热：辐射吸收过程的综合结果就造成了以热辐射方式进行的物体间的热量传递,a）可在真空中进行，但导热与对流不可能在真空中发生 b）不仅有热量的传递，而且在传递过程中有能量形式的转换,2.2 传热学基础知识,热辐射的基本规律斯蒂芬玻尔兹曼定律（又称四次方定律）,式中，物体的发射率，又称黑度， =1时称为绝对黑体 T辐射物体的绝对温度 ，K，

15、T=t+273 斯蒂芬玻尔兹曼常量，5.6710-8W/(m2K4),辐射换热量的计算必须考虑其它物体投到本物体上辐射热量的吸收过程，要算收支总账，与物体之间相互位置等因素有关。,2.2 传热学基础知识,在实际生活和生产中，这三种基本方式往往不是单独出现的，以室内暖气片取暖为例，热量传递过程中各个环节有一个或几个基本热量传递方式 从暖气片内的热水到室内空气的热量传递过程不能用上述三种基本方式解决，需要引入传热过程的概念。,（二）传热过程与传热系数,2.2 传热学基础知识,传热过程的定义 热量由壁面一侧的热流体通过壁厚传到另一侧冷流体中去的过程称为传热过程。冷油器中润滑油的冷却过程就是一种传热过

16、程。,传热过程的分析计算 以冷、热流体通过一块大平板传递热量的传热过程为例，并假定该过程是稳态的温度分布不随时间变化。这一传热过程包括互相串联的三个环节：a) 从热流体到高温壁面侧热量传递；b) 从高温壁面到低温壁面侧的热量传递导热；c) 从低温壁面侧到冷流体的热量传递。,2.2 传热学基础知识,由于是稳态过程，通过串联的每一环节的热流量应该是相同的，由图2上的符号可以写出三个环节的热流量表达式,传热过程的剖析,上述三式分别写出温差的形式,2.2 传热学基础知识,三个温差相加，整理后得到,式中，k称为传热系数，W/(m2)。数值上，它等于冷热流体温差为1、传热面积m2的热流量的值，表征传热过程

17、强弱程度。传热过程越强，传热系数越大。,2.2 传热学基础知识,（三）强化（或削弱）传热的基本途径,有温差就有热量传递，而且经常以一种或几种基本热量传递方式存在于实际问题中，强化传热过程可以缩小设备尺寸、提高热效率，或使受热元件得到有效的冷却，保证设备安全运行，例如在锅炉和原油加热炉中，燃料释放出来的化学能变成高温燃烧产物的热能，如何把这热能高效地传递给锅炉中的水或加热炉中的原油，就是强化传热的课题。与此同时，也有需要削弱传热以减小热损失的情况，如锅炉或加热炉炉体热损失要求越小越好。这就构成了传热学应用研究中两类目标相反的命题：强化传热与削弱传热。,强化传热主要集中在对流换热与辐射换热的领域，

18、其中尤以强化对流换热的研究为多，收到的效果亦较显著。在具体研究某一传热过程的强化时，首先要分析该过程由哪几个环节组成，每一环节的分热阻的数值大小。,2.2 传热学基础知识,强化传热的基本途径,强化措施必须针对分热阻最大的那个环节，尽量减小这个分热阻的数值，这样可以收到事半功倍的明显效果。例如上面分析的暖气片取暖的过程中由三个热阻串联而成，其中热阻最大的是暖气管外侧的自然对流换热热阻，在暖气管外增加肋片可以减小这一分热阻。 如果两侧的对流换热热阻都较大，而且数值相当，这种情况下应同时强化两侧的换热，即同时降低两侧的热阻，通常金属壁面的导热热阻较小，不会是阻碍传热的环节。,2.2 传热学基础知识,

19、提高流体流速，变层流为湍流，变一般湍流为旺盛湍流； 采用小管径 采用导热系数和密度大的流体，如发电机空气冷却改用氢冷或水冷 增加管壁与流体之间的扰动：表面粗糙化；插入扰流元件；管内外螺旋线等。,必须指出，强化对流换热的上述措施都不可避免地引起流动阻力的增加，因此要综合考虑强化传热带来的好处与流动阻力增加造成的缺点。 在传热过程中积存在管壁内外的污垢会成为传热过程的主要热阻，因此防垢除垢等措施也是强化传热的一个重要方面。,强化对流换热的方法很多，有：,2.2 传热学基础知识,削弱传热的基本途径,削弱传热主要通过导热过程的控制。在串联的各个分热阻中壁面的导热热阻设法增大可以有效地削弱传热过程。现在

20、，各种导热系数小的隔热保温材料层出不穷，如用硅酸铝纤维炉衬、高铝陶瓷纤维炉衬代替传统的保温耐火砖，一般可节能1530%。 蒸汽管道和热力设备的保温隔热多采用无机材料，有：微孔硅酸钙、纤维型岩棉、膨胀珍珠岩。这些保温材料都用于高温环境下。 低于环境温度的工质和容器，关键在于防止外界热量的侵入，可用聚苯乙烯泡沫塑料，硬质聚氨脂泡沫塑料，由玻璃布、铝箔之类的材料组成多层遮热板，板间抽真空，组成多层真空隔热材料，导热系数可低至 W/(m)数量级。,培训主要内容,一、前言 二、热工基础 三、地面及井筒传热分析 四、锅炉 五、锅炉的节能降耗减排,3.1 地面管道传热分析,地面管线的保温结构，外径满足下式：

21、,热损失量为：,保温层外表面温度为：,根据温度T，选用最大许用热损失Q,（1）保温层厚度最大允许热损失方法,（2）管道壁厚计算和应力验算,当直管外径确定时，直管最小壁厚应按下式计算,直管计算壁厚Sc 应按下列方式确定,由内压产生的折算应力小于钢材在设计温度下的许用应力,根据Ramey理论假设： 井口注入的蒸汽压力、温度、流量保持不变，采用封隔器； 油管与套管形成的环形空间充满低压空气（或氮气）； 从油井到水泥环外缘间的热量传递过程为一维稳定传热，水泥环外缘至地层为一维不稳定传热； 忽略地层导热系数沿井深方向的变化，并视为一个常数。,3.2井筒中的传热,井深结构示意图,其中， 为地层导热时间函数

22、，联立求得,（1）油管中心至水泥环外缘的稳态传热,（2）从水泥环外缘至地层的非稳态传热,（3）井筒干度计算,（4）井筒热量损失计算,培训主要内容,一、前言 二、热工基础 三、地面及井筒传热分析 四、锅炉 五、锅炉的节能降耗减排,4.1 锅炉的分类,按用途分类,工业锅炉直接供给工农业生产或驱动机械的锅炉。直接使用的是饱和蒸汽或高温水；驱动水泵、油泵、压缩机的是过热蒸汽，先推动工业汽轮机，再带动泵和风机。,电站锅炉火力发电厂发电用的锅炉，产生过热蒸汽，其温度、压力较高，蒸汽量大。过热蒸汽推动汽轮机和发电机。,4.1 锅炉的分类,按燃烧方式分类,层燃炉燃料一层一层放置在炉排上燃烧，只有固体燃料（如煤

23、炭）才能实现层燃。 室燃炉燃料以悬浮状态在一个空间（炉膛）中燃烧，气体和液体燃料采用室燃方式燃烧；固体燃料的煤必须磨制成极细的煤粉才可能实现室燃，大多数燃煤电站采用室燃方式，又称煤粉炉。 流化床燃烧锅炉这是近几十年发展起来的一种新型煤炭燃烧方式，环保效果好，SO2排放量少。,4.1 锅炉的分类,按产品状态分类,蒸汽锅炉产品是过热蒸汽或饱和蒸汽，它的容量（功率）大小以每小时产生的蒸汽量吨数计，电站锅炉大至几千吨/小时；工业锅炉容量有2t/h、4t/h、6t/h、10t/h、20t/h、35t/h等，多数产品为饱和蒸汽。 热水锅炉产品是95180的高温水，主要用来热水采暖，容量大小以MW（兆瓦）计

24、，小的有0.1MW，大的有116MW。,4.1 锅炉的分类,按水和火的相对位置分类,火管（烟管）锅炉燃料在火筒内燃烧，高温烟气在烟管内流动，而水在火筒外和烟管外流动。火管锅炉容量小。 水管锅炉水和水蒸汽在锅筒和管内流动，火焰和高温烟气在管外运动，冲刷管外壁。水管锅炉容量大，目前较大容量的锅炉均属水管锅炉。,4.1 锅炉的分类,按水循环方式分类,蒸汽锅炉中由水变为饱和蒸汽并不是一蹴而就的，它是由较冷的过冷水先变为饱和水，再变成有汽泡的湿饱和蒸汽，最后才变成全部是汽泡的干饱和蒸汽。如果要产生过热蒸汽，则把干饱和蒸汽再加热才变为过热蒸汽的。其中由饱和水变为干饱和蒸汽的这一阶段，有两种不同方式：自然循

25、环锅炉、强制循环锅炉和直流锅炉。,4.1 锅炉的分类,自然循环锅炉依靠饱和水与湿饱和蒸汽的密度差作为循环动力。把饱和水变成含有一定数量汽泡的湿蒸汽，通常1kg饱和水变成1kg干饱和蒸汽要经过10200次循环。超高压以下的电站锅炉均采用自然循环，大部分工业锅炉也都用这种水循环方式。自然循环锅炉整体高度大，才能产生足够压差。 强制循环锅炉和直流锅炉当锅炉工作压力接近临界压力（22.064MPa）时，饱和水和饱和蒸汽的密度差很小，水循环压头不足以克服流动阻力，就要采用外加压头，这就是直流锅炉，给水泵要多消耗一部分功率强制工质流动。亚临界压力以上的电站锅炉无一例外地采用直流锅炉。小容量的工业锅炉为了便

26、于搬动也有采用直流锅炉的，如稠油热采锅炉。,4.1 锅炉的分类,按炉膛压力分类,炉膛是燃料燃烧产生火焰和燃烧产物的地方，炉膛四周则布置受热面，吸收火焰和高温烟气的辐射热量，炉膛压力是指高温烟气的压力，可分为： 负压燃烧锅炉炉膛压力大气压力。炉膛易向周围冒火,4.2 锅炉的基本知识,锅炉的基本结构,顾名思义，锅炉由“锅”和“炉”两大部分组成。 “炉”是燃料燃烧释放化学能变成高温烟气热能的地方，由炉墙和炉顶围成的空间，用隔墙把该空间分成两部分： 燃料燃烧的那部分空间称为炉膛(又称燃烧室、辐射室)，热量传递方式主要是辐射换热； 隔墙后面为烟道，离开炉膛的高温烟气继续在烟道传递热量，但主要传递热量的方

27、式是对流换热，故又称对流烟道。烟气放出大量热能后经除尘等设备由烟囱排至大气。 “锅”是盛水的“容器”，为了增大高温烟气与水的接触面积，“容器”改为许多管子，在“锅”中过冷水一直加热到饱和蒸汽或过热蒸汽。,20吨水管锅炉的基本结构,4.2 锅炉的基本知识,锅炉的汽水系统简图,给水(过冷水)先进入烟温较低的省煤器，吸收对流换热热量，温度增加到接近饱和温度，进入上锅筒，然后对流管束中被加热成饱和水。由饱和水变成饱和蒸汽的主要受热面是在炉膛周围的水冷壁(管)。水冷壁(管)进入上锅筒的是含一定量蒸汽的汽水混合物。在上锅筒内设有汽水分离装置，饱和蒸汽在上锅筒上方引出。,4.2 锅炉的基本知识,燃料燃烧、发

28、热值和空气量,燃料燃烧及其燃烧产物 无论是固体燃料、液体燃料或气体燃料，其中可燃物质只有三种，碳C、氢H和硫S。只不过它们含量互不相同，它们与氧气O2燃烧以后，都能释放出热量，其反应如下,式中，32900每kg碳的发热量，kJ/kg；120300每kg氢的发热量，kJ/kg；9050每kg硫的发热量，kJ/kg,煤、石油和天然气这三种燃料C、H和S的相对含量,4.2 锅炉的基本知识,由此可见，氢燃烧放出的热量最多，而且燃烧产物为水蒸气，对环境不会产生化学污染；碳燃烧生成CO2称为温室气体；硫更是有害元素，燃烧生成的SO2和少量的SO3，与烟气中的水蒸气化合，生成亚硫酸H2SO3和硫酸H2SO4

29、蒸汽，一旦凝结在锅炉受热面上，会产生严重腐蚀，排入大气会引起酸雨。因此，从可持续发展观点，应选择不含硫或少含硫、碳少氢多的燃料，即所谓“清洁燃料”。,燃料的发热值,发热值（量）是燃料的特性指标，表征该燃料品质的高低。燃料的发热值通常用实验方法测定，也可根据燃料的元素分析和工业分析的结果用公式计算，还有一些经验公式。,高位发热值 ：计算水蒸气潜热,低位发热值： 不计水蒸气潜热,标准煤(标煤)：29307kJ/kg（7000kcal/kg）的煤称为标准煤(标煤),4.2 锅炉的基本知识,4.2 锅炉的基本知识,燃烧所需空气量,理论空气量V0：燃料中各种可燃物质完全燃烧所需空气之和称为理论空气量，单

30、位Nm3(空气)/kg(燃料)或Nm3(空气)/Nm3(燃料)。,燃煤 V0=78Nm3(空气)/kg(煤) 燃用原油 V0=10Nm3(空气)/kg(煤) 燃用天然气 V0=1011Nm3(空气)/Nm3(天然气),实际供给空气量Vk,过剩空气系数,4.2 锅炉的基本知识,过剩空气系数,过剩空气系数与燃料种类、燃烧方式和锅炉结构有关，下表列出 的大致范围：,过剩空气系数是锅炉运行的重要指标，它的大小说明燃烧设备和锅炉结构及运行的完善程度。过剩空气系数太小，燃烧可能不完全；太大则会增大排出烟气量，增大排烟损失，降低锅炉热效率。,4.2 锅炉的基本知识,锅炉热平衡和热效率,锅炉热平衡,燃料在锅炉

31、中燃烧放出热能，大部分被给水吸收，变成热水、饱和蒸汽或过热蒸汽，还有一部分通过各种渠道损失掉。根据能量守恒原理，写出1小时耗用燃料在锅炉中的热平衡方程：,供给锅炉热量锅炉有效利用热量各项热损失,供给锅炉热量,（不计及燃料带入的物理热）,式中， 每小时锅炉耗用燃料，kg/h（气体燃料为Nm3/h） 燃料应用基低位发热值，kJ/kg（气体燃料为kJ/Nm3）,4.2 锅炉的基本知识,锅炉有效利用热量用 表示，以生产干饱和蒸汽的锅炉为例:,式中， 锅炉蒸发量，kg/h 蒸汽吹灰每小时蒸汽消耗量，kg/h（压缩空气吹灰时 ） 锅炉排污每小时消耗量，kg/h （ ） 锅炉工作压力下饱和蒸汽焓，kJ/kg

32、（用压力查水蒸气表） 锅炉工作压力下饱和水焓，kJ/kg（用压力查水蒸气表） 进入锅炉给水焓，kJ/kg（用给水压力和温度查水蒸气表）,（,）,（,除以方程两边，得到：,式中: 排烟热损失，kJ/h 化学不完全燃烧热损失，kJ/h 物理不完全燃烧热损失，kJ/h 锅炉本体散热损失，kJ/h 灰渣热损失，kJ/h,4.2 锅炉的基本知识,各项热损失,代入热平衡方程，得到：,其中，,用,4.2 锅炉的基本知识,锅炉热效率,定义：锅炉热效率,正平衡效率,反平衡效率,对于燃煤电站锅炉，由于燃料量的测量相当困难，一般采用反平衡法求热效率；对于工业锅炉一般同时进行正、反平衡热效率测定，并以正平衡法为准，同

33、时要求两种方法所得热效率绝对偏差小于5%,4.2 锅炉的基本知识,各项热损失分析,排烟热损失,是锅炉最主要的热损失，它取决于排烟温度和排烟量,4.2 锅炉的基本知识,化学不完全燃烧热损失,物理不完全燃烧热损失,系指排烟中含有尚未燃尽的CO、H2、CH4等可燃气体所造成的热损失，一般小于2%，燃油燃气锅炉更小,系指未燃尽的煤粒或油滴造成的热损失。燃煤锅炉q4较大，特别是小型层燃炉可达10%以上，燃油锅炉q4较小，但雾化不良时，排烟冒黑烟说明有些油滴未燃尽，可以估取为1%,4.2 锅炉的基本知识,散热损失,灰渣物理热损失,系指锅炉围护结构和锅炉机组范围内的各种管道所散失的热量，锅炉容量越大，q5越

34、小。可估取为13%,系指排出炉渣带走的热量损失。燃油燃气锅炉可取0,4.3 热水锅炉,热水锅炉 热水锅炉与蒸汽锅炉差别,只产生热水，不产生蒸汽，即水不发生相变，通常产生的热水的温度范围为95180 热水锅炉工作压力不高、最高不超过2.5MPa；蒸汽锅炉可超临界（22.064MPa） 热水锅炉以向外界供给的有效热量MW表示其容量大小；蒸汽锅炉通常以蒸发量（t/h）表示之。我国热水锅炉系列产品小至0.1MW，大至116MW 由于热水锅炉水不发生相变，因此水处理要求较蒸汽锅炉低些，一般使用软化除硬即可，蒸汽锅炉水处理必须采用除盐,4.4 热采注汽锅炉,注汽锅炉,自从我国相继在克拉玛依、辽河、胜利、河

35、南等油田发现稠油油藏以来，历经20来年的不懈努力，注高温高压蒸汽开采稠油方法已经形成规模生产，而该方法中使用的注汽锅炉也由国外引进发展成为国内自行生产。 注汽锅炉是专为重质高粘度的稠油注入蒸汽的锅炉。是直流锅炉的一种，现场也称之为蒸汽发生器或热采加热器等。,4.4 热采注汽锅炉,我国稠油油藏埋藏较深，因此要求注汽压力较高，我国已经生产出20MPa亚临界注汽锅炉，26MPa超临界注汽锅炉即将在胜利油田试投； 便于搬迁 ，多用直流锅炉； 采用较为简单的软化除硬的方法，而不用复杂、昂贵的除盐方法，限制了注汽锅炉只能产生干度 的湿饱和蒸汽，不能产生饱和蒸汽或过热蒸汽 ；要产生过热蒸汽，必须对水进行严格

36、的处理 燃料为原油、渣油或天然气，一些油田开始用煤,注汽锅炉的特点,4.4 热采注汽锅炉,注汽锅炉组成,主要有锅炉本体和辅助设备两大部分组成 锅炉本体：辐射段（炉膛）、对流段、过渡段和给谁预热器 辅助设备： 汽-水系统：给水泵、水处理设备和锅炉控制件(安全阀、单向阀、回水阀、闸阀、汽水分离器、排污扩容器) 通风与供气系统：鼓风机、引风机和烟囱；空气压缩机、干燥器等 燃烧系统：油泵、油加热器、雾化燃烧器 自控系统：,4.4 热采注汽锅炉,注汽锅炉汽水系统工艺流程图,1.辐射段；2.对流段；3.给水换热器；4.节流孔板；5.柱塞泵；6.减震器；7.回水阀；8.软水器,4.4 热采注汽锅炉,辐射段,

37、结构：辐射段用钢板制成的卧式圆筒，圆筒内衬由耐火层和轻质浇注保温层组成的炉衬。炉壳内焊有V形保温钉。炉衬的作用是避免炉内热量外散，同时又可向炉管反射热量 作用：辐射段是注汽锅炉的主要受热面。使水汽化，产生具有一定压力和温度的蒸汽。,对流段,结构：对流段有方形和梯形两种结构。对流段内布置多层、平行、往复排列的管束构成的炉管。炉管采用鳍片管 作用：对流段是注汽锅炉的辅助受热面。布置在锅炉尾部烟道里，利用烟气的余热加热锅炉给水（省煤器）。吸热量占总热量的40%左右,4.4 热采注汽锅炉,注汽锅炉的工作过程,燃料的燃烧过程 燃料在炉膛内与空气中的氧气发生化学反应并放出热量的过程 烟气向水的传热过程 燃

38、料燃烧后产生的热量通过锅炉受热而传递给炉管内的水的过程 水吸热后的汽化过程 锅炉内的水吸收热量后变成蒸汽，并输出的过程,培训主要内容,一、概论 二、热工基础 三、地面及井筒传热分析 四、锅炉 五、锅炉的节能降耗减排,5. 锅炉的节能降耗减排,“十一五”计划已把节能降耗减排列在最重要的地位。各行各业在发展中必须首先考虑节能降耗减排。,提高锅炉与加热炉的运行热效率,淘汰一批过时的、容量小、热效率低的锅炉和加热炉； 加强管理力度，推进技术革新，把在用的锅炉和加热炉运行热效率提高到设计热效率。 例如保证定期定量吹灰，密切监视排烟温度，严格维修和定期保养制度等规章制度，提高操作人员水平。测定排烟中含氧量

39、，控制过剩空气系数，使用自动控制技术不难实现；回收排烟中的水蒸气汽化潜热的冷凝式锅炉及加热炉，可使热效率提高10%左右；回收钻井用柴油机排气的废热锅炉（余热锅炉）。,5. 锅炉的节能降耗减排,采用热电联产等新技术，提高能源利用率,冬季采暖多数地方已由分散供热改为集中供热，一大批小容量的锅炉被淘汰，取而代之的是热效率较高的大容量热水锅炉；胜利油田前两年已由区域性集中供热改进为发电厂的热电联产机组的更大规模集中供热，不仅提高能源利用率，而且大幅度减少污染物的排放。 采油厂的大型污水处理厂污水余热的数量亦很可观，这种低温热量的回收可以利用热泵技术实现。 化肥厂等各类化工企业排放出来的废气可以用废热锅炉回收，这不是很难实现的技术问题。,5. 锅炉的节能降耗减排,洁净煤技术,国外称为CCT（Clean Coal Technology的简写），即洁净煤技术，始于1986年，由美国政府提出的旨在保证能源稳定、安全和发展，