锅炉原理课件1-5章.ppt

1、锅炉及锅炉房设备,锅炉及锅炉房设备,南 京 师 范 大 学 动 力 工 程 学 院 二oo四 年 二 月,第一章 基本知识,第二章 燃料及燃烧计算,第三章 锅炉热平衡,第四章 燃烧原理及燃烧设备,第五章 锅炉本体布置及热力计算,第六章 锅炉设备的空气动力计算,第七章 锅炉受压元件的强度计算,第八章 锅炉水循环及汽水分离,退 出,锅炉及锅炉房设备 15章,第九章 锅炉化学水处理,第十章 锅炉房设备及其布置,1.1 概述,1.2 锅炉的基本结构及其工作过程,1.3 锅炉基本特性,1.4 锅炉房设备的组成,1.5 锅炉发展简史,返 回,第一章 基本知识,1.1 概述,发电厂锅炉部分示意图,第一章,1

2、.1 概述,一、什么是锅炉 生产蒸汽或热水的换热设备 任务：燃料（煤、油、天然气等）的化学能转化为热能 二、锅炉的重要性 1锅炉及锅炉房是供热系统中热源产生的主要设备 2锅炉是化工、石化、冶金、轻纺、造纸等工矿企业主要动 力及供热设备 3锅炉是能源工业发展的主要组成部分火力发电站三大主机之一,第一章,1.1 概述,4锅炉及锅炉房设备在节能、环保等科技改造及研究方面具有重要地位 三、锅炉的分类 1根据用途的不同分为： 电站锅炉在火电厂，蒸汽驱动汽轮机组发电 工业锅炉用于工业及采暖 动力锅炉驱动蒸汽动力装置 2按载热工质的不同分为： 蒸汽锅炉 热水锅炉,第一章,1.1 概述,3按能源分为： 燃煤锅

3、炉 燃油锅炉 燃气锅炉 废热锅炉 太阳能锅炉 4按燃烧方式分； 5按出口介质压力分； 6按锅炉容量大小分； 7按介质流动方式分； 8按组装方式分； 9按换热方式分 四、锅炉工业的研究方向及本专业的学习重点 节能降耗，提高效率 防止和降低环境污染，开发新的洁净燃烧技术 合理有效地利用地方燃料,提高机械化、自动化水平 重点在于基本原理的理解和学习，方法的应用,第一章,1.2锅炉的基本结构及其工作过程,一、基本结构 1. 锅炉本体 构成锅炉的基本组成部分称为锅炉本体，由汽锅、炉子及安全附件组成。 1）汽锅锅炉本体中汽水系统，高温燃烧产物烟气通过受热面将热量传递给汽锅内温度较低的水，水被加热，沸腾汽化

4、，生成蒸汽。 2）炉子锅炉本体中燃烧设备，燃烧将燃料的化学能转化为热能 3）安全附件水位计、压力表、安全阀 2锅炉金属钢架及平台楼梯 二、锅炉的工作过程 1. 燃料的燃烧过程,第一章,1.2锅炉的基本结构及其工作过程,定义：燃料在炉内（燃烧室内）燃烧生成高温烟气，并排出灰渣的过程 高温烟气 给煤斗 燃料（煤） 炉排面（燃烧室） 除渣板（入灰渣斗） 空气 在一定的燃烧烧设备内，正常燃烧应具备的条件： 高温环境 必需的空气量及空气与燃料的良好混合 燃料的供应机灰渣和烟气的排放,第一章,1.2锅炉的基本结构及其工作过程,2. 烟气向水(汽等工质)的传热过程 辐射 辐射+对流 对流 高温烟气 水冷壁

5、过热器（凝渣管） 对流管束 对流 尾部受热面(省、空) 除尘 引风机 烟囱 3. 工质(水)的加热和汽化过程蒸汽的生产过程 1）给水：水 省煤器 汽锅 2）水循环：汽锅 下降管 下集箱 水冷壁 3）汽水分离,第一章,1.3 锅炉基本特性,一、锅炉容量 1蒸发量（产热量）：锅炉每小时所产生的蒸汽（热水）流量 2额定蒸发量（产热量）：锅炉在额定参数(压力、温度_和保证一定热效率下，每小时最大连续蒸发量(产热量)，符号D(Q)，单位t/h（kJ/h，MW）。 二、蒸汽(热水)参数 1蒸汽参数 锅炉出口处蒸汽的额定压力(表压)和温度，符号p(t)；单位MPa,。 2热水参数 锅炉出口处热水的额定压力(

6、表压)和温度及回水温度。,第一章,1.3 锅炉基本特性,三、受热面蒸发率、受热面发热率 1受热面蒸发率 每m2蒸发受热面每小时所产生的蒸汽量，符号D/H；单位kg/m2h 2受热面发热率 每m2受热面每小时所产生的(热水)热量，符号Q/H；单位kJ/m2h 四、锅炉热效率 每小时送进锅炉的燃料（全部完全燃烧时）所能发出的热量中有有百分之几被用来产生蒸汽或加热水，以符号或表示。,第一章,1.3 锅炉基本特性,五、锅炉型号表示方法 锅炉型号由三部分组成，各部分之间用短横线相连。,第一部分：表示锅炉型式，燃烧方式和蒸发量，共分三段： 第一段用两个汉语拼音字母代表锅炉本体型式； 第二段用一个汉语拼音代

7、表燃烧方式； 第三段用阿拉伯数字表示蒸发量。,第一章,1.3 锅炉基本特性,第二部分：表示蒸汽(或热水)参数，共分两段，中间一斜线分开。 第一段用阿拉伯数字表示额定蒸汽压力或允许工作压力； 第二段用阿拉伯数字表示过热蒸汽(或热水)温度，饱和蒸汽二段 第三部分：表示燃料种类，以拼音字母和罗马字分别代表燃料 类别和分类。 举例： : 双锅筒横置式链条炉排锅炉，额定蒸发量为10t/h，额定 压力为1.25MPa，出口过热蒸汽温度为饱和温度，燃用类烟煤。 : 强制循环室燃锅炉，额定热功率为120MW，允许工作压力为0.8MPa，出水温度130，进水温度为80，燃料为油。,第一章,1.4 锅炉房设备的组

8、成,一、锅炉房设备 包括锅炉本体及其辅助设备。 锅炉本体设备包括：汽锅、炉子、蒸汽过热器、省煤器和空气预热器。 锅炉附加受热面：蒸汽过热器、省煤器和空气预热器 锅炉尾部受热面：省煤器和空气预热器 二、锅炉房辅助设备 1运煤、除灰系统 2送引风系统 3水、汽系统(包括排污系统) 4仪表控制系统,第一章,1.4 锅炉房设备的组成,第一章,1.5 锅炉发展简史,锅炉沿着两个方向发展： a)在锅筒内部增加受热面，形成烟管锅炉系列； b)在锅筒外部发展受热面，形成水管锅炉系列。 锅炉发展的一大飞跃 一、烟管锅炉 二、水管锅炉 三、快装锅炉,第一章,2.1 燃料的化学成分及其性质,2.2 煤的燃烧特性,2

9、.3 锅炉燃料,2.4 燃料的燃烧计算,返 回,第二章 燃料及燃烧计算,2.5 锅炉运行时烟气分析及其应用,2.1 燃料的化学成分及其性质,第二章,一、燃料的化学成分及其性质 燃料（s、l、g） 可燃基：高分子化合物，成分C、H、O、N、S 惰性基：多种矿物质 灰分 1碳(C)：主要的燃烧成分，约占5095%， kJ/kg。纯碳燃点高，燃烧缓慢。燃料中的碳多以化合物形式存在 2氢(H)：重要的燃烧成分，煤中约占28%， kJ/kg。十分容易着火，燃烧迅速，易爆。液体和气体燃料氢含量较高约占从百分之十几到几十不等，燃烧室易析出碳黑而冒黑烟。 3硫(S)：是燃料中的有害成分，约占可燃成分的8%，k

10、J/kg，燃烧后的产物是,2.1 燃料的化学成分及其性质,SO2、SO3，与水蒸汽相遇会生成亚硫酸和硫酸。 1）SO2、SO3排放造成大气污染 2）锅炉尾部受热面造成低温腐蚀 4氧和氮 氧和氮是不可燃成分。约占40%，含氧量随煤化程度增高而明显减少。 氮主要以有机氮形态存在，约占0.52%。高温燃烧生成NOx，有害。,第二章,2.1 燃料的化学成分及其性质,5水分(Water、Moisture)：燃料中的主要杂质，约占560%。 1） 水分进入炉内吸热汽化成水蒸汽，对燃烧不利； 2）在烟气露点时，水蒸气与SO2、SO3生成亚硫酸和硫酸，造成低温腐蚀； 3） 6灰分(Ash) 燃料中主要不可燃的

11、矿物杂质成分，与成煤条件、开采方式、运输条件 1） 可燃物减少， ，着火困难，灰渣量增加，运行操作繁重； 2） ，炉内易结渣，使受热面传热恶化， 3）,第二章,2.1 燃料的化学成分及其性质,二、燃料成分分析数据的基准及换算 1燃料成分表示方法 1）应用基以进入锅炉房准备燃烧的煤为分析基准，以次为100% 燃料的应用基成分是锅炉燃用燃料的实际应用成分，用于锅炉的燃烧、传热、通风和热工试验的计算。 2）分析基在实验室条件下（室温20，相对湿度60%）， 风干后的煤样作为分析基准 3）干燥基除去全部水分后的煤作为分析基准 4）可燃基将变化较大，对燃烧不利的杂质灰分和水分除去后的煤作为分析基准 aa

12、a,第二章,2.1 燃料的化学成分及其性质,4）可燃基将变化较大，对燃烧不利的杂质灰分和水分除去后的煤作为分析基准 燃料的可燃基成分不再受水分和灰分变化的影响，是种稳定的组成成分，常用于判断煤的燃烧特性和进行煤的分类的依据，如可燃基挥发分Vr。煤矿提供的煤质成分，通常也是可燃基各组成成分。上述基准的换算关系如图2-1 2燃料成分各种表示方法之间的换算 1）换算方法 2）换算系数k：见平衡4表2-1 3全水分计算方法 全水分是分析基水分和应用基风干水分之和，由于其基准不同，需换算： % 或%,第二章,2.2 煤的燃烧特性,煤的燃烧特性 一、煤在炉内加热燃烧过程 1预热和干燥 2挥发物的逸出 3焦

13、炭的形成 4灰渣的形成 二、煤的工业分析 1. 水分(Wy) 内在水分 外在水分 2挥发分(Vr)失去水分的干燥煤样，在隔绝空气的条件下， 加热到一定温度时，析出的气态物质的百分含量。 1）挥发分主要有C-H化合物、H2、CO、H2S等可燃气体和少 量 O2、CO2和N2组成； 2) 挥发分时煤分类的主要依据,第二章,2.2 煤的燃烧特性,3) 煤中挥发分逸出后，如与空气混合不良，在高温缺氧条件下 易化合成难以燃烧的高分子复合烃，产生碳黑，造成大量黑烟， 3灰分(Ag)焦炭燃烧后的残留物质 4固定碳(Cgd)焦炭中的可燃物质，焦炭燃烧主要是固定碳的燃烧,第二章,2.2 煤的燃烧特性,三、焦炭的

14、性质焦结性 焦炭煤在隔绝空气加热时，水分蒸发、挥发分析出后固体残余物质。 焦结性由于煤种不同，焦炭的物理性质、外观等各不相同焦结性状 1焦炭结构特征 1） 粉状 2） 粘结 3） 弱粘结 4） 不熔融粘结 5） 不膨胀熔融粘结 6） 微膨胀熔融粘结 7） 膨胀熔融粘结 8） 强膨胀熔融粘结,第二章,2.2 煤的燃烧特性,2焦结性对层燃炉燃烧过程的影响 1）粉状焦炭堆积紧密，妨碍空气流动 烟气流速过大，易被气流携带，形成火床火口； 烟气流速过小，燃烧通风不畅，易从通风孔隙中漏入灰坑 2）强焦结性煤挥发分逸出后，焦炭呈熔融状态，粘结成片 内部固定碳难于空气接触而燃尽； 燃烧层通风不畅 四、灰分的熔

15、融特性灰熔点 灰分：焦炭燃烧后的残留物质。 灰分的组成：SiO2、Al2O3、各种氧化铁、CaO、MgO、K2O、Na2O等，不是单一物质，无固定熔点，采用角锥法测定特征温度,第二章,2.2 煤的燃烧特性,t1变形温度：测试角锥开始变园或弯曲时的温度 1. t2软化温度：灰锥顶弯曲道平盘上或呈半球形时的温度 t3流动温度：灰锥熔融倒在平盘上，并开始流动时的温度,易熔性灰分 2. 可熔性灰分 难熔性灰分 3为避免炉膛出口结渣，要求锅炉设计或运行时， ,第二章,2.2 煤的燃烧特性,五、煤的可磨性衡量煤的机械强度的特性 可磨性系数：以风干状态下的硬质标准煤（一般以难磨的无烟煤Kkm=1为基准）与待

16、磨煤在相同颗粒度的情况下，磨制成相同细度的煤粉，各自电耗量之比。 为易磨煤 为难磨煤 六、发热量 1燃料的发热量Q：单位质量的固体、液体燃料，在完全燃烧时所放出的热量(kJ/kg)；单位容积的气体燃料在完全燃烧时所发出的热量（kJ/Nm3） 2高位发热量 ：每公斤燃料完全燃烧后所放出的热量，含所生产水蒸汽汽化潜热，(kJ/kg),第二章,2.2 煤的燃烧特性,3低位发热量 ：每公斤燃料完全燃烧后所放出的热量，扣除随烟气带走的水蒸汽的汽化潜热的热量，(kJ/kg) 水分来自：H与氧的反应；燃料中的含水量Wy 4各成分分析的高、低位发热量间的关系 1） 2） 3） 4） 5发热量的测定 采用氧弹测

17、热仪p16 图2-2 6发热量的计算,kJ/kg,kJ/kg,kJ/kg,kJ/kg,第二章,2.2 煤的燃烧特性,1) 门捷列夫经验计算公式 kJ/kg 2）煤碳科学研究院（p16 式2-12） 3）计算值与实测值的误差 当 时， kJ/kg 当 时， kJ/kg 7标准煤国际上法定的能量折算单位，即 kJ/kg kg/h 8折算灰分和折算水分 在讨论杂质(水分、灰分)对锅炉工作的影响时,使用其折算值更合理,第二章,2.2 煤的燃烧特性,1）折算水分煤低位应用基发热量中每4186.8kJ热量所对应的水分。 %； 为高水分燃料 2）折算灰分煤低位应用基发热量中每4186.8kJ热量所对应的灰分

18、 %； 为高灰分燃料 3）折算硫分煤低位应用基发热量中每4186.8kJ热量所对应的硫分 %； 为高硫分燃料,第二章,2.2 煤的燃烧特性,9发热量作为煤种细分类的依据之一 挥发分和应用基低位发热量,第二章,2.3 锅炉燃料,二、燃料油 锅炉燃用的液体燃料主要是重油和渣油。 重油是石油提炼汽油、煤油和柴油后的剩余物， 渣油是进一步提炼后的剩余物。 1重油 重油的成分与煤一样，也是由碳、氢、氧、氮、硫和灰分、水分组成。它的主要元素成分是碳和氢，其含量甚高(Cr=8187%，Hr=1114%)，而灰分、水分的含量很少，其发热量高而稳定,通常,一、煤炭 分类见2.2，介绍各种煤的特性 1. 褐煤 2

19、. 烟煤 3. 贫煤 4. 无烟煤,第二章,2.3 锅炉燃料,= 4060043100kJ/kg。 特点： 1) 氢含量多，发热量高，极易着火与燃烧， 2) 可以方便地实现管道输送，便于运行调节，贮存和管理都较简便。 3) 由于重油的灰含量甚低，既不需装置除渣设备，锅炉受热面也很少积灰和腐损。 4) 由于重油中氢含量高，燃烧后会生成大量水蒸汽，容易在尾部受热面的低温部位凝结，这样使重油中所含硫分要比煤中含等量硫分对锅炉受热面的低温腐蚀更为有害。 5) 在贮存和燃用重油时，必须重视防火、防爆，避免意外事故。 2燃料油的特性指标 1）粘度,第二章,2.3 锅炉燃料,粘度是液体对其自身流动具有的阻力

20、，是表征流动性能的特性指标。粘度大，流动性能差，在管内输送时阻力就大，装卸和雾化都会发生困难。 恩氏粘度是以200ml试验重油在温度为t时，从恩氏粘度计中流出的时间与 200ml温度为20的蒸馏水从同一粘度计中流出的时间之比，即 式中 为粘度计常数或K值， =51l s。 (1)重油的粘度和它的成分、温度、压力有关。加热温度愈高，重油的粘度愈小。因此，重油在运输、装卸和燃用时都需要预热。 (2) 通常要求油喷嘴前的重油温度在100C以上，粘度不大于4 2）闪点和燃点 闪点在大气压下，重油表面油气和空气的混合物在标准条件下接触明火时，发生短暂的闪光(一闪即灭)现象的最低油温。,第二章,2.3 锅

21、炉燃料,燃点当油面上的油气与空气的混合物遇明火能着火持续燃烧( 持续时间不少于5s)的最低油温。 重油的上闪点为80130，燃点比闪点高1030。 闪点是防止油发生火灾的一个重要指标，因此燃料油的预热温度必须低于闪点。对于敞口容器中的油温至少应比闪点低10，对于封闭的压力容器和管道内的油温则可不受此限。 3）凝固点重油在倾斜45的试管中，经过1min不发生流动变化的最低温度。 重油凝固点与所含石蜡含量有关,含蜡量越高,油的凝固点越高。 三、气体燃料 1气体燃料的种类,第二章,2.3 锅炉燃料,第二章,2.3 锅炉燃料,2气体燃料的主要成分 1）天然气 甲烷约占8098%，其次是烷属重碳氧化合物

22、和H2S，还含有少量N2、CO2、H2O和矿物杂质，发热量很高，= 3349037680kJ/Nm3。 天然气是一种优质燃料，也是优质的重要化工原料。 2）高炉煤气 是炼铁的副产品，产量大。可燃气体CO约占2030%，H2约占515%；惰性气体CO2约占515%，N2约占4555%，=42006300 kJ/Nm3。 含量高达6080g/Nm3；通常作为工业炉或锅炉掺加燃料。 3）焦炉煤气 是冶金企业炼焦的副产品，H2月占4661%，CH4=2130%，N2=78%，CO2=23% , =1630017200 kJ/Nm3。,第二章,2.3 锅炉燃料,4）液化石油气 3气体燃料的发热量 kJ/

23、Nm3 式中 等为气体成分低位发热量，见表2-9（p24）,第二章,2.4 燃料的燃烧计算,基本假设： 1 . 空气、烟气均为理想气体，每kmol体积等于22.4Nm3； 2 . 空气中只有O2和N2成分，其容积比为： ； 3 . 每kg燃料都是在完全燃烧的条件下计算。,一 、理论空气量及过量空气系数 1. 理论空气量 的计算,第二章,2.4 燃料的燃烧计算,理论空气量的经验计算公式：pp26 2过量空气系数、实际空气量和漏风系数,1）过量空气系数燃烧时实际供给空气量与理论空气量之比 。 炉膛出口处过量空气系数 为平均值，与燃烧设备、燃料种类、燃烧方式等有关。层燃炉 ；室燃炉,2）实际空气量：

24、 Nm3/kg,3）漏风系数 锅炉运行时，炉中处于负压工作状态，炉外冷空气从炉墙、门孔几个受热面贯穿墙处漏入炉内，使炉内过量空气系数烟烟气流程逐,第二章,2.4 燃料的燃烧计算,渐增大，其值为：,各受热面漏风量： Nm3/kg,二、燃烧生成烟气量 完全燃烧时烟气成分是：CO2、SO2、H2O、O2、N2,1理论烟气量的计算(=1)不含有O2,Nm3/kg,Nm3/kg（四个来源）,Nm3/kg,第二章,2.4 燃料的燃烧计算,理论烟气量的经验计算公式：pp.2728,2实际烟气量的计算(1)含有过量O2,1）过量空气中氧容积： Nm3/kg,2）过量空气中氮容积： Nm3/kg,3）过量空气中

25、水蒸汽容积： Nm3/kg,4）实际烟气量理论烟气量与过量空气之和,Nm3/kg,三、空气和烟气的焓,第二章,2.4 燃料的燃烧计算,1理论空气的焓每kg固体(液体)燃料燃烧时所需理论空气量，在等压下，从0加热到 所需要的热量，单位kJ/kg,kJ/kg （查表210）,2理论烟气的焓每kg固体(液体)燃料燃烧后所生成理论烟气量，在等压下，从0加热到 所需要的热量，单位kJ/kg,kJ/kg,式中 等由表2-10查取（pp.29）,3实际烟气焓,1）烟气中过量空气的焓： kJ/kg,2）实际烟气的焓： kJ/kg,第二章,2.4 燃料的燃烧计算,afh入炉燃料灰分随烟气带出的灰分重量比，称飞灰

26、份额，层燃炉afh0.20.3，煤粉炉afh0.850.9。只有当燃料中灰分很大时，才需加以考虑，即：,例题： 作业：2，3，5,第二章,2.5 锅炉运行时烟气分析及其应用,一、烟气分析的目的,在锅炉运行时，通过烟气取样分析，计算出CO、 、 ，从而了解和掌握锅炉实际燃烧情况，便于制定合理的燃烧调整及燃烧设备的改进方案，从而提高燃烧效率和锅炉热效率。 炉膛出口过量空气系数 有一最佳值：,qmin=q2+q3+q4,二、理论上烟气分析成分,1 每kg燃料完全燃烧时产生的烟气成分：RO2、N2、H2O；,第二章,2.5 锅炉运行时烟气分析及其应用,2 燃料完全燃烧时产生的烟气成分：RO2、N2、H

27、2O、O2；,3 燃料不完全燃烧时产生的烟气成分：RO2、N2、H2O、O2、CO；,三、烟气分析仪器及测定 1烟气分析仪,1）奥氏分析仪 KOH或NaOH溶液吸收RO2 ，(%) 焦性没食子酸的苛性钾溶液吸收O2及RO2，（%） 氯化亚铜氨溶液吸收CO及O2，（%）,第二章,2.5 锅炉运行时烟气分析及其应用,2）色谱层析仪 3）红外线烟气分析仪,2测定：（由锅炉实验完成）,四、烟气成分测定的计算,1. ；2. 3. ； 4.,五、烟气分析结果的应用 1烟气量的计算,第二章,2.5 锅炉运行时烟气分析及其应用,Nm3/kg,2烟气中CO含量的计算,1）燃料特性系数只与燃料的可燃成分有关，与燃

28、料的水分、灰分无关，也不随应用基、分析基、干燥基即可燃基等而变化。,2）不完全燃烧方程式,3）CO含量的计算,%,第二章,2.5 锅炉运行时烟气分析及其应用,4）不完全燃烧RO2的计算,%,5）完全燃烧方程式,6）在理论空气下完全燃烧时， ， ，则 %,3过量空气系数的计算 1）不完全燃烧时的计算,第二章,2.5 锅炉运行时烟气分析及其应用,2）完全燃烧时的计算,3）完全燃烧时的近似计算 在锅炉实际运行时，CO的含量一般都不高，可是为完全燃烧，而干烟气中的氮气接近 79%，即N2=79%，则：,在锅炉实际运行中，常采用O2和RO2表监控,第二章,2.5 锅炉运行时烟气分析及其应用,习题课： 1

29、. 成分分析基准 2. 燃烧计算 3. 温焓表 作业：7，8,第二章,3.1 锅炉热平衡及锅炉热效率,3.2 固体不完全燃烧热损失,3.3 气体不完全燃烧热损失,3.4 排烟热损失,返 回,第三章 锅炉热平衡,3.5 散热损失,3.6 其它热损失,3.1 锅炉热平衡及锅炉热效率,第三章,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。研究的目的是为了有效地提高锅炉热效率,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。提高锅炉热效率以节约燃料，是锅炉运行管理的一个重要方面。,为了全面评定

30、锅炉的工作状况，必须对锅炉进行测试，这种试验称为锅炉的热平衡(或热效率)试验。通过测试进行分析概括了解锅炉热效率的影响因素得出较先进的运行经验数据，作为设计锅炉和改进运行的可靠依据。,一、锅炉热平衡 1锅炉热平衡方程式 锅炉热平衡是以lkg固体燃料或液体燃料(气体燃料以1Nm3)为单位组成热量平衡的。1kg燃料带入炉内的热量及锅炉有效利用热量和损失热量之间的关系可参考图,3.1 锅炉热平衡及锅炉热效率,锅炉热平衡的公式可写为：,kJkg (3-la),Qr每公斤燃料带入锅炉的热量，kJ/kg；,Q1锅炉有效利用热量kJ/kg；,Q2排出烟气带走的热量，称为锅炉排烟热损失，kJ/kg,Q3未燃完

31、可燃气体所带走的热量，称为气体不完全燃烧热损失（化学不完全烧热损失），kJ/kg；,Q4未燃完的固体燃料所带走的热量，称为固体不完全燃烧热损失（机械不完全燃烧热损失），kJ/kg；,Q5锅炉散热损失，kJ/kg；,Q6灰渣物理热损失及其他热损失，kJ/kg。,第三章,3.1 锅炉热平衡及锅炉热效率,如果在等式(3-la)两边分别除以Qr，则锅炉热平衡就以带入热量的百分数来表示，即：,2燃料带入锅炉的热量Qr 它由以下几个部分组成：,1）燃料的物理显热ir,2）蒸汽带入热Qzq当用蒸汽雾化重油或喷入锅炉蒸汽时考虑,式中 2500排烟中蒸汽焓近似值，kJ/kg,第三章,3.1 锅炉热平衡及锅炉热效

32、率,3）外来热量Qwl当用锅炉范围以外的废气、废热等来预热空气时考虑,一般情况下：,二、锅炉热效率 1锅炉正平衡热效率,1）锅炉有效利用热量Qgl,2）锅炉每小时有效利用热量Qgl,kJ/kg,kJ/h,（1）饱和蒸汽焓：,（2）热水锅炉每小时有效利用热量Qgl,kJ/h,第三章,3.1 锅炉热平衡及锅炉热效率,1）锅炉有效利用热量Qgl,2）锅炉每小时有效利用热量Qgl,kJ/kg,kJ/h,（1）饱和蒸汽焓：,kJ/h,式中 igs，ips锅炉给水和排污水焓，kJ/kg； 干饱和蒸汽的焓，kJ/kg； i1，i2锅炉进、出热水的焓，kJ/kg； 所以，,锅炉正平衡只能求得锅炉的热效率，不能

33、据此研究和分析影响锅炉热效率的种种因素，以寻求提高热效率的途径。而反平衡则是依据对各种热损失的测定来计算其锅炉热效率。 对小型锅炉而言，一般以正平衡为主，反平衡为辅。对于大型锅炉，由于不易准确测定燃料消耗量，其锅炉热平衡主要靠反平衡求得。,第三章,3.1 锅炉热平衡及锅炉热效率,热平衡试验在精度上有一定要求： (1) 只进行正平衡试验，要求应进行两次测试偏差在4%以内 (2)同时进行正、反平衡实验时，两种方法测试偏差应在5%以内 (3)只以反平衡法进行测定时，两次测试偏差应在6%以内,3锅炉的毛效率及净效率 锅炉的毛效率 通常所指的锅炉效率都是毛效率 锅炉的净效率 是在毛效率基础上扣除锅炉自用

34、汽和电能消耗后的效率。,式中 自用汽和自用电能消耗所相当的锅炉效率降低值 Dz自用汽消耗量，t/h； Nz自用电耗量，kWh/h b生产每度电的标准煤，kg/kWh，取0.407 kg/kWh,第三章,3.2 固体不完全燃烧热损失,一、形成 灰渣损失 ：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。 漏煤损失 ：部分燃料经炉排落入灰坑造成的损失。对于煤粉炉，则 飞灰损失 ：未燃尽的碳粒随烟气带走所造成的损失,二、影响因素,1燃料特性对q4的影响 当燃用灰分含量高和灰分熔点低的煤时，它的固态可燃物被灰包裹，难以燃尽，灰渣损失大。当燃用挥发物低而焦结性强的煤时，燃烧过程主要集中在炉排上，

35、燃烧层温度高，较易形成熔渣，阻碍通风，既加重司炉拨火的工作量，又增加灰渣损失。当燃用水分低，焦结性弱而细末又多的煤时，特别是在提高燃烧强度而增强通风的情况下，飞灰损失就增加。,第三章,3.2 固体不完全燃烧热损失,2燃烧方式对q4的影响： 不同燃烧方式的q4数值差别很大，如机械威风力抛煤机炉的飞灰损失就较链条炉大。煤粉炉没有漏煤损失，但它的飞灰损失却比层燃炉大得多。沸腾炉在燃用石煤或煤矸石时，飞灰损失将更大。,3炉子结构对q4的影响 层燃炉的炉拱，二次风以及炉排的大小，长短和通风孔隙的大小等对燃烧都有影响。如炉排的通风孔隙较大面又燃用细末多的燃料时，漏煤损失就会有较大的增加。煤粉炉炉膛的高低、

36、燃烧器布置的位置等也对燃烧有影响。如炉膛尺寸过小，烟气在炉内的流程及停留时间过短，燃料来不及燃尽而被烟气带走，使飞灰损失增大。,4锅炉运行工况对q4的影响 运行时锅炉负荷增加，相应地穿过燃料层和炉膛的气流速度迅速增加，以致飞灰损失也加大。此外，层燃炉运行时的煤层厚度、链条炉炉排速度以及风量分配，煤粉炉运行时的煤粉细度及配风操作等对q4也有影响。过量空气系数对q4也有影响，如 太低，q4会增加，而随稍增，则q4会有所降低。,第三章,3.2 固体不完全燃烧热损失,三、固体不完全燃烧热损失的测定和计算 1测定数据 在锅炉正常运行工况下，定时收集： 、 、 （kg/h） 取样分析：(1) 可燃物百分数

37、：Rhz、Rlm、Rfh (%)； (2) 可燃物的发热量： （kJ/kg）,第三章,3.2 固体不完全燃烧热损失,3灰平衡方程 热平衡试验中，飞灰量很难准确测定，一般通过灰平衡方法解决 灰平衡：进入炉内燃料的总灰量应等于灰渣、漏煤及飞灰之和,上式两边分别乘以,第三章,3.2 固体不完全燃烧热损失,%,第三章,3.3 气体不完全燃烧热损失q3,一、气体不完全燃烧热损失的形成 q3是由于部分CO、H2、CH4等可燃气体未燃烧放热就随烟气排出所造成的。,二、影响因素,1炉子结构的影响 炉膛高度不够或炉膛体积太小，烟气流程过短，使烟气中一些可燃气体未能燃尽而离开炉子，增大q3损失。当炉内水冷壁布置过

38、多时，会使炉膛温度过低，不利于燃烧反应，也会增大q3损失。,2燃料特性的影响 一般挥发份高的燃料，在其它条件相同时，q3损失相对要大一些。,3燃烧方式的影响 炉子的过量空气系数、二次风的引入和分布以及炉内气流的混合与扰动等都影响q3的大小。a取得过小；a取得过大；层燃炉燃料层过厚；当负荷增加时,第三章,3.3 气体不完全燃烧热损失q3,式中： ，Nm3/kg燃料 ：是考虑固体不完全燃烧的修正；实际燃烧的燃料量 CO2、H2、CH4 ：干烟气中CO、H2、CH4的容积百分数，由热平衡试验通过验器分析仪测得。由于实际运行中，烟气中H2、CH4的含量极少，可忽略不计，计算简化：,第三章,3.3 气体

39、不完全燃烧热损失q3,3缺少元素成分资料时,第三章,3.4 排烟热损失,排烟热损失：是指由排烟所带走的热量损失，烟气离开锅炉排入大气时，其温度比进入锅炉的空气温度高很多。,一、形成及其影响因素 影响排烟热损失的主要因素是排烟温度和排烟容积,1排烟温度 排烟温度越高，排烟热损失越大。一般排烟温度每提高1215，q2将提高1%。排烟温度过低经济上是不合理的，甚至技术上是不允许的。 （1） 因尾部受热面处于低温烟道，烟气与工质的传热温差小，传热较弱，若排烟温度降得过低，传热温差也就更小，换热所需金属受热面就大大增加。 （2） 为了避免尾部受热面的腐蚀，排烟温度也不宜过低。当然用含硫分较高的燃料时，排

40、烟温度相应要高一些。,因此必须根据燃料与金属耗量进行技术经济比较来合理确定排烟温度。供热锅炉的排烟温度在150200范围内。,第三章,3.4 排烟热损失,2排烟容积 影响排烟容积大小的因素有炉膛出口过量空气系数，烟道各处漏风量及燃料所含水分。如炉墙及烟道漏风严重，过量空气系数大，燃料水分高，则排烟容积就大，排烟损失就增加。为了减少排烟损失，必须尽力设法减少炉墙烟道各处的漏风，在锅炉安装施工时应重视炉墙，烟道等砌筑的严密性。,3锅炉最佳过量空气系数的确定 炉膛出口过量空气系数的大小，应注意到它不仅与q2有关，还与q3、q4有关。减小出口过量空气系数，q2可以降低，但q3、q4会增加。所以合理的值

41、应使q2、q3、q4三项热损失的总和最小，即： 所对应的出口过量空气系数,第三章,3.4 排烟热损失,经验公式 ： %,第三章,3.5 散热损失,一、形成 (1) 炉墙砌制质量及保温材料的性能 (2) 层燃炉操作情况，如拨火、观火、清炉、投煤等,二、影响因素 炉体表面积 炉体表面温度 炉墙结构形式（光管式比水膜式大） 炉墙保温层性能 周围环境温度 锅炉负荷大小,第三章,3.5 散热损失,三、计算公式 1计算,式中： 锅炉散热表面积，m2； 锅炉散热表面的放热系数，W/m2 锅炉散热表面的温度，,2查图 当锅炉实际蒸发量与额定量相差超过25%时，实际散热损失为： % 其中： 查图值，% D、D锅

42、炉的额定蒸发量和实际蒸发量，t/h,3推荐值 p101表2-20,第三章,3.5 散热损失,四、保温系数 保温系数表示烟气在烟道中的放热量有多少被烟道中的受热面所吸收，也就是说烟气在烟道中的放热量和保温系数的乘积等于烟道受热面的吸热量。,第三章,3.6 其它热损失,一、组成 %,二、灰渣物理显热损失,由于锅炉中排出的灰渣及漏煤的温度一般在600800造成的热损失。 层燃炉： ； 煤粉炉：固态排渣当 ， ，液态排渣： ； 沸腾炉： kJ/kg %,第三章,3.6 其它热损失,三、冷却热损失,是锅炉冷却部件所用的冷却水未进入锅炉汽水系统时造成的热损失。 % 式中： Hlq：面向炉膛的水冷面积；m2

43、； 116103：无测定数据时，假定每m2水冷面积所吸收 的热量，W/m2 Qgl：锅炉每小时有效吸热量，W。,第三章,第四章 燃烧原理及燃烧设备,4.1 燃料燃烧的基本概念,4.2手烧炉、链条炉、抛煤机链条炉及其燃烧特点,4.3 煤粉炉,4.4 煤气燃烧原理,返 回,4.5 重油燃烧原理,4.6 流化床及循环流化床燃烧技术,4.1 燃料燃烧的基本概念,第四章,锅炉燃烧是个复杂的化学物理过程，其影响因素很多。,一、燃烧设备的分类,1.层燃炉固体燃料被层铺在炉排上进行层状燃烧的炉子， 如：手烧炉、链条炉、抛煤机炉等； 2.室燃炉燃料呈雾状细颗粒随空气喷入炉内呈悬浮状燃烧 的炉子，如：煤粉炉、油炉

44、、气炉等； 3.沸腾炉燃料被气流托起携带呈上下翻滚沸腾状燃烧的炉 如：流化床、鼓泡床、循环流化床、增压流化床等；,二、固体燃料的燃烧过程 1. 燃料燃烧的几个阶段：,4.1 燃料燃烧的基本概念,着火前的热力准备阶段； 挥发份着火与焦炭的燃烧阶段； 灰渣形成及燃尽阶段。,二、固体燃料的燃烧过程 1. 燃料燃烧的几个阶段：,2. 燃料完全燃烧的必备条件,保持一定的高温环境； 供给足够而适度的空气量，并确保燃料与空气有良好 的接触和充分混合的氛围； 燃料要有一定的燃烧时间及燃烧空间； 及时排出低温燃烧产物（如：低温烟气和灰渣）。,第四章,4.1 燃料燃烧的基本概念,三、燃料的燃烧反应速度 锅炉燃烧过

45、程是个复杂的化学物理过程，燃烧速度取决于化学条件和物理条件。,反应速度单位时间内、单位体积中反应物消耗或产物生成的摩尔数，mol/(m3s)。燃烧技术中常采用炉膛容积热强度qv和面积热强度qf 来表征燃烧反应速度。,1. 化学条件：燃料氧化反应的化学反应速度，其影响因素有：温度、反应物质的浓度及反应空间的压力等；在锅炉燃烧技术中，其影响因素主要是温度。,2.物理条件：燃烧空气与燃料的相对速度，气流扩散速度及热量传递速度等；在锅炉燃烧技术中，起主要作用的是气流扩散速度，包括氧气向碳粒表面的扩散和燃烧产物的反向扩散。,单相反应；多相反应（异相反应） 对单相反应， 反应速度为：,第四章,4.1 燃料

46、燃烧的基本概念,影响反应速度的因素： 反应物质（燃料）的特性，E降低，反应速度提高； 温度，温度提高，分子平均动能增加，碰撞机会增加。 浓度：提高，碰撞机会增加 压力：提高，单位体积分子数增加，碰撞机会增加 l其中温度是最重要的燃烧反应影响因素，,1. 温度对燃烧速度的影响 遵循阿累尼乌斯定律：,式中：K表征化学反应速度的常数； K0频率因子； R通用气体常数， R8.314kJ/(mol.K)； E化学反应活化能， T绝对温度，K。,第四章,4.1 燃料燃烧的基本概念,2. 气流扩散能力对燃烧速度的影响 气流扩散能力决定于氧气浓度，遵循如下关系式：,M表征气流扩散速度的量； Dk扩散速度常数

47、，主要取决于气流速度； Cql，Cjt、气流和焦炭表面的氧气浓度。 温度和气流扩散速度在燃料燃烧不同区段有着不同的影响。由此燃料的燃烧过程可以分成三种不同的燃烧区域：,燃烧速度取决于温度亦即取决于化学反应速度的工况，动力燃烧工况所在的燃烧区域为动力燃烧区,动力燃烧区：,扩散燃烧区：,过渡燃烧区：,燃烧速度取决于气流的扩散速度的工况，扩散燃烧工况所在的燃烧区域为扩散燃烧区,动力燃烧区及扩散燃烧区之间的区域为过度燃烧区,第四章,4.1 燃料燃烧的基本概念,层燃炉燃烧d1525mm的煤块时，温度只需达到10001100左右，燃烧即处于扩散燃烧区，在保证火床稳定的情况下，必须加强送风，提高空气与焦炭颗

48、粒之间的相对速度即可。 煤粉炉，由于煤粉颗粒很小(d100m)，温度达到1700以上，燃烧才能进入扩散燃烧区。只有在燃烧中心区的粗颗粒煤粉才能处于扩散燃烧区，在燃烧中心以外，特别是在炉膛出口处，煤粉均处于过度燃烧区甚至动力燃烧区中燃烧。所以，强化燃烧必须同时提高炉膛温度和加强燃料与空气的混合。,第四章,4.1 燃料燃烧的基本概念,四、着火 1. 链式着火： 是由于燃烧链锁反应的分支，使活化中心浓度迅速增加，导致反应速度急剧加速 2. 热力着火： 是指由于系统内热量积聚，引起化学反应速度按阿累尼乌斯指数函数关系迅速猛增。,在实际燃烧过程中，不可能有单纯的支链着火或热力着火，往往是两种同时存在，并

49、相互促进。一般说来，在高温下，热力着火是引起着火的主要因素；而在低温时，支链着火则起主导作用。,五、混合 扩散 ; 自由射流 ; 平行射流 ; 相交射流 ; 旋转射流 ;一次风和二次风,第四章,4.1 燃料燃烧的基本概念,六、燃烧设备特性的主要参数,1. 层燃炉 炉排面积可见热强度：单位面积的炉排，在单位时间内所燃烧 的煤的放热量, 炉膛容积可见热强度：单位面积的炉膛，在单位时间内所燃烧的煤的放热量,kw/m2,kw/m2,2. 室燃炉 炉膛截面可见热强度： kw/m2 炉膛容积可见热强度： kw/m2,第四章,4.1 燃料燃烧的基本概念,3. 炉膛设计步骤,（1）根据给定参数（D、T、P和燃

50、料种类），估计燃料消耗量 （2）查表选取qv, qR （3）利用公式计算炉排面R和炉膛体积V （4）根据炉排面积，设具体情况选定炉子宽度和深度 （5） 确定炉膛高度 （6）对室燃炉相应计算,第四章,4.2 手烧炉、链条炉、抛煤机链条炉及其燃烧特点,一、手烧炉：加煤、拨火和除渣由人工完成 ( 1t/h),二、手烧炉燃烧特性,1、双面引火 2、周期性变化,三、双层炉排结构,第四章,4.2 手烧炉、链条炉、抛煤机链条炉及其燃烧特点,一、链条炉1链条炉的构造,1）链条炉排有效长度：煤闸门到除渣板的炉排长度，实际参与燃烧的炉排有效面积的深度。 2）防焦箱：纵向安装在炉膛两侧，一般嵌入炉墙，一般贴近运动着

51、的炉排，主要作用有：,第四章,4.2手烧炉、链条炉、抛煤机链条炉及其燃烧特点,2. 链条炉排结构 1）炉排通风截面比：炉排通风孔隙总截面积与炉排有效 面积的百分比。 2）结构型式,鳞片式：p58 链 带式：p59,3. 链条炉燃烧层结构及其特性,(1) 煤在链条炉排层面上，燃料燃烧层的各个燃烧阶段分界面与炉排面有一定的倾斜角。,(2) 煤在排层面上的燃烧过程分四个燃烧区段：,新煤预热、干燥区(距煤闸门200300mm范围内)； 挥发份逸出着火、焦炭形成区；,第四章,4.2手烧炉、链条炉、抛煤机链条炉及其燃烧特点,焦炭燃烧区：a焦炭氧化燃烧区；b焦炭燃烧还原区； 灰渣形成、余燃、冷却区（在挡渣器

52、尖端之前400500mm范 围内）。,(3) 新煤进入炉内呈“单向引火”，燃用低挥发份的煤，必须借助于 炉拱加强着火，其煤种适应能力差。,单面引火： 双面引火： 机械化操作：,(4) 机械化连续上煤，克服了手烧炉间断上煤的周期性； (5) 沿炉排有效长度方向的上方空间气体成分变化情况（呈不均匀的变化）。,4. 链条炉燃烧改善措施：,第四章,4.2手烧炉、链条炉、抛煤机链条炉及其燃烧特点,1）分段送风： a-b曲线为统仓送风时炉内空气量分布情况； c-d曲线为链条炉燃烧理论空气量分布情况； 1-4 为链条炉分段送风后各个燃烧区段实际空气量分布情况。,4. 链条炉燃烧改善措施：,图表,第四章,4.

53、2手烧炉、链条炉、抛煤机链条炉及其燃烧特点,注：链条炉燃用高挥发份优质烟煤时，一般采用开式炉膛。,第四章,4.2手烧炉、链条炉、抛煤机链条炉及其燃烧特点,(2) 链条炉炉拱的作用,链条炉前拱（点火拱）主要将炉内火焰和高温烟气的辐射热聚集于炉排前端的新煤区，加速新煤着火前的热力准备阶段及挥发份逸出着火形成的完成；并和后拱形成喉口，加速炉内高温烟气的扰动。 链条炉后拱主要利用炉膛负压，有效地将炉排后端上方空间的高温烟气流和过量空气流导向燃烧中心，在喉口形成高速旋涡流，将烟气中灼热的焦炭粒子抛撒到新煤层面上，形成“火雨”加速新煤的引燃；同时，使烟气中的焦炭粒子和CO延长了在炉内的燃烧时间，与过量氧充

54、分混合完全燃烧。,(3) 炉拱设置原则,对劣质烟煤：低而长的后拱和高的前拱相结合 对难着火的无烟煤：同上，且是唯一选择,第四章,4.2手烧炉、链条炉、抛煤机链条炉及其燃烧特点,对挥发分高，热量高的烟煤和部分褐煤：采用短而较高的前拱对于难燃煤（无烟煤、贫煤、发热量低的劣质煤）：除设置前拱外，还需采用低而长的后拱,3）增设二次风：,作用 :,链条炉二次风(热空气、蒸汽)一般布置在前、后拱喉口部位向下倾斜510（严禁二次风在有效射程内直接吹射到煤的燃烧层面上），主要用来加速炉内高温烟气的扰动：使烟气中的焦炭粒子和CO延长了在炉内的燃烧时间，与过量氧充分混合完全燃烧降低、提高；调节控制炉内高温烟气流动

55、力场，改善炉膛充满度，防止水冷壁局部结渣及局部烟气短路，造成升高，增大。,当燃用低挥发份优质烟煤时，二次风一般布置在后拱，除加速炉内高温烟气的扰动外，还可以将火焰和高温烟气的辐射热导向前拱区，加速新煤着火前的热力准备阶段及挥发份逸出着火。, 当燃用高挥发份优质烟煤时，二次风一般布置在前拱，除加速炉内高温烟气的扰动外，还可以将火焰和高温烟气的辐射热导向燃烧中心，防止前拱区的新煤提前着火、引燃；,第四章,4.2手烧炉、链条炉、抛煤机链条炉及其燃烧特点,二次风的风压一般为20004000Pa； 二次风的风量及风速：,二次风的布置方法和原则: 前墙布置产生旋转 四角切园,5链条炉的运行 1）燃料性质对

56、链条炉燃烧的影响,第四章,4.2手烧炉、链条炉、抛煤机链条炉及其燃烧特点,5链条炉的运行 1）燃料性质对链条炉燃烧的影响,(1) 煤的粒度：堆积，通风阻力 (2) 煤的粘结性：通风 (3) 水分：与着火燃尽的关系 (4) 灰分：灰熔点,2）链条炉的燃烧调节 出力主要取决于燃料层厚度、送风量和炉排速度。,(1) 燃料层厚度的调节：100150mm (2) 给料速度 (3) 送风量调节：对适应负荷的变动最为灵敏 当锅炉负荷变化时，总是先调节送风量，随即调节炉排速度与之配合,第四章,4.2手烧炉、链条炉、抛煤机链条炉及其燃烧特点,二、抛煤机链条炉 1. 抛煤机链条炉的结构及工作原理,抛煤机链条炉是由

57、炉子前墙布置23台机械、风力抛煤机，将煤自前而后地均匀抛撒在倒转链条炉排上燃烧,2. 抛煤机链条炉的燃烧过程及其特点,煤的颗粒大小经抛煤机抛撒，基本上沿炉膛深度上方空间筛分均匀，落到火床上与燃烧层中的焦炭颗粒大小基本相同。 连续抛落的新煤颗粒总是均匀复盖在炽热的焦炭燃烧层上，呈“双向引火”着火条件优越，煤种适应性广；燃烧强烈，炉子热惯性小，负荷调节灵敏度高，不易结渣 在炉排与炽热的焦炭燃烧层之间有120150mm的灰渣层，炉排的冷却度较好，提高了炉排热强度。 煤的燃烧层呈簿煤层的燃烧特点，火床上方空间的气体成分变化情况比链条炉均匀,故抛煤机链条炉的分段送风，相对比链条炉分段送风分的段数少一些。,第四章,4.2手烧炉、链条炉、抛煤机链条炉及其燃烧特点,3. 抛煤机链条炉的炉膛结构及其二次风,（1）由于抛煤机链条炉的着火条件优越，及其火床上方空间的气体成分变化情况比较均匀，一般采用无拱的开式炉膛；由于抛煤机使烟气中飞灰较大，为此，抛煤机链条炉的炉膛比链条炉炉膛高一些。 （2）抛煤机链条炉的二次风