油田专用湿蒸汽发生器说明.doc

第一章 锅炉的基本知识锅炉是利用燃料等能源的热能或工业生产中的余热，将工质加热到一定温度和压力的换热设备，也称为蒸汽发生器。第一节 锅炉的分类锅炉的分类方式众多，现在我国锅炉的分类方法有：按用途分类、按结构分类、按循环方式分类、按锅炉出口工质压力分类、按燃烧方式分类、按所用燃料或能源分类、按排渣方式分类、按炉膛烟气压力分类、按炉筒布置分类、按炉型分类、按锅炉房型式分类、按锅炉出厂型式分类等十多种分类方法，对热注锅炉而言我们侧重于了解下述三种方式。一是按循环方式分类，热注锅炉是强制循环的直流锅炉，特点是无汽包，给水靠水泵压头一次通过受热面产生蒸汽，适用于高压和超临界压力锅炉。优点是重量轻、制造和安装方便，启停迅速节省金属，调节灵敏，便于移动。缺点是给水品质及自动调节要求较高，蒸发受热面阻力大，给水泵耗电较大；二是按锅炉炉膛烟气压力分类，热注锅炉为微正压锅炉，特点是炉膛压力一般为1000Pa以下，不需引风机，宜于低氧燃烧；三是按锅炉出口工质压力分类，属超高压锅炉；目前我国锅炉的压力分类方式如下：表 1-1 锅炉压力分类锅炉类型简要说明低压锅炉一般压力小于1.274Mpa(13kgf.cm-2)中压锅炉一般压力为3.822Mpa(39kgf.cm-2)高压锅炉一般压力为9.8Mpa(100kgf.cm-2)超高压锅炉一般压力为13.72Mpa(140kgf.cm-2)亚临界压力锅炉一般压力为16.66Mpa(170kgf.cm-2)超临界压力锅炉压力大于22.11Mpa(225.65kgf.cm-2)第二节 注汽锅炉的结构及工作流程 注汽锅炉由主要部件和辅助装置构成。表1-2 锅炉的主要部件和辅助装置的名称和作用名称主要作用主要部件辐射段对流段燃烧器保证燃料燃尽并使出口烟气温度冷却到对流段受热面能安全工作的数值。利用锅炉尾部烟气的热量加热给水，以降低排烟温度，节约燃料。将燃料和燃烧所需空气送入炉膛并使燃料着火稳定，燃烧良好。辅助装置给水泵燃料供给系统自动控制装置给水预热器送风装置将水处理设备处理的给水供应锅炉。储存和运输燃料到锅炉燃烧。自动检测、自动保护、自动调节和程序控制。提升进入对流段的给水温度，防止发生低温腐蚀。由送风机将空气送入炉膛注汽锅炉为单管直流锅炉，给水经柱塞泵升压后，进入给水预热器（汽水热交换器）升温后进入对流段，再经给水预热器后进入辐射段，产生饱和蒸汽注入井底。如图1-1所示：图1-1 注汽锅炉的工作流程第三节 锅炉附件及管阀部件锅炉的附件较多，下面我们介绍几种较为常用的。一 安全伐安全附件：锅炉的安全附件有液位计、压力表和安全阀三种。液位计在注汽锅炉上并未采用，压力表在后面有专门介绍，我们这里介绍一下安全伐。安全伐是一种用锅炉内发生的压力驱动的自动泻压装置，规定每台锅炉至少装一个安全阀，当容量大于0.5t/h时,至少装置两个安全伐。安全伐就其结构可分为静重式、杠杆式、弹簧式和脉冲式四种。就阀芯开启高度可分为微启式和全启式。按不同使用要求又可分为封闭式和开式。1图12为静重式安全伐结构。这种安全伐是利用生铁块重量压在阀座上，来平衡作用在阀芯总面积上的全部蒸汽压力。排汽压力的调整，也是用增加和减少生铁块重量来进行的。每调整0.1Mpa压力，生铁块相应变动45kg，因此这种安全伐虽然结构简单，但体积大而笨重，调整较困难，现代锅炉上已很少应用。 图1-2 静重式安全阀1-阀芯 2-阀座 3-生铁块 4-蒸汽出口 5-蒸汽入口2杠杆式安全伐有单杠杆和双杠杆两种。它是利用重锤的重量，通过杠杆作用在阀芯上，调整重锤的重量或距阀芯的距离，即可实现开启压力的调整。因此，这种安全伐具有调整方便，体积和重量均比静重使小的优点，但和后面要讨论的弹簧式安全伐相比，它的体积、重量均较大，由于有杠杆，有时不能在任意位置安装。杠杆式安全伐主要用于低压和中、小容量锅炉上，其结构如图1-3图1-3杠杆式安全阀1-阀罩 2-支点 3-阀杆 4-力点 5-导架 6-阀芯 7-杠杆 8-固定螺丝 9-调整螺丝 10-重锤 11-阀体3弹簧式安全伐完全依靠弹簧将阀座压紧，调节弹簧的松紧程度，就可以实现调整开启压力的目的。因此这种安全阀具有调整方便、体积和重量小、排汽能力大等优点，常用于中、高参数的中、大容量锅炉上。这种安全伐也是注汽锅炉上最为常见的安全伐。其结构如图1-4图1-4 弹簧式安全阀 a)全启式 b)微启式 1-阀座 2-阀芯 3-阀盖 4-阀杆 5-弹簧 6-弹簧压盖 7-调整螺丝 8-销子 9-阀帽 10-手柄 11-阀体 4现代高压大容量锅炉上广泛采用脉冲式安全伐。这种安全伐的结构如图1-5所示。它由脉冲杠杆式安全伐和主安全伐组成，脉冲安全伐和一般杠杆式安全伐结构完全相同起着控制主安全伐的作用，主安全伐则是全部介质压力作用于阀座上，因此这种安全伐动作灵活，启闭延迟小，关闭严密，排汽能力大，能较好地保护锅炉的安全运行。图1-5 脉冲式安全阀1-蒸汽连接管 2-脉冲管 3-脉冲阀 4-主安全伐 5-电磁装置5安全伐应有足够的排汽能力，排汽能力按下式计算： E = CA（P/0.098 + 1）K式中 E 安全伐排气能力，E为kg/h; A 排汽总面积， A为mm2; P 安全阀入口蒸汽压力，P 为Mpa; C 安全伐排汽常数，按以下情况选用： 当 h d/40时，C = 0.048 h d/20时，C = 0.085 h d/12时，C = 0.098 h d/4 时 C = 0.235 h 安全伐提升高度，h为mm; d 安全伐内径，d为mm; K 蒸汽的修正系数，对注汽锅炉而言，当压力 P11.76Mpa时，K=1；当P11.76Mpa时， K= 2.1/(P/0.098+1)vb vb 为饱和蒸汽比容，m3/kg。6锅炉安全伐的开启压力规定如下表所示。表1-3 安全伐开启压力的规定锅炉工作压力（MPa）安全阀的开启压力(MPa)备 注3.8221.05倍工作压力1.08倍工作压力控制开启工作开启7安全阀调整1）调整安全阀的压力应以各地压力表为准。压力表必须经校验合格，并有误差记录，其误差必须在0.5之内。2) 安全阀的整定压力值必须是安全阀名牌所示值。3) 安全阀调整必须有记录二 管阀部件用于锅炉汽、水管道上的阀门种类繁多，但都应符合以下要求：关闭严密性好；有足够的强度；流动阻力小；阀门零件互换性好；结构简单、量轻体小、操作方便、维修容易等。1截止阀用来开启和关闭管道中的流体。这一类阀门要求关闭严密、容易开启、流动阻力小。常用的有闸门式、球式、直角式三种。闸门式完全可以符合截止阀的要求，但阀体较高，密封面多，制造要求高，一般用于大直径高压汽、水管道上；球式密封面较小，可节省密封圈的稀缺金属，开启关闭时密封面不易磨损，制造简单，但其流动阻力大。一般用于小于200mm(高压时100mm)的通道中。直角式的优缺点和球形相同，其阻力更大，一般用于低压管道上。结构如图1-6所示图1-6 截止阀型式 a)阀门式 b)直角式 c)球形1-手轮 2-阀杆螺母 3-压盖 4-阀杆 5-阀体 6-阀板 7-密封面2调节阀用来调节和维持介质的压力和流量。调节阀很重要的是它的调节特性，应达到近似线型（即阀门开度和流通截面成正比）调节特性。结构如图1-7所示图1-7 调节阀型式a)单座式 b)双座式 1-阀盘 2-阀杆 3-球形接头 4-内部杠杆 5-外部杠杆 6-控制杠杆3止回阀用来阻止介质倒流。我们也称之为单流阀。止回阀是一种关闭件能自动作用的阀门。常用的结构有升降式、弹簧式和旋启式三种。结构如图1-8所示。升降式结构最简单，安装维修方便，但阀芯容易卡住，安装位置只能水平安装。弹簧式利用弹簧的力量将阀座压紧于密封面上，严密性好，可靠并能任意位置安装，应用较为广泛。旋启式结构简单，阻力最小，但密封性差。图1-8 止回阀结构 a)升降式 b)弹簧式 c)旋启式 1-阀体 2-阀瓣 3-阀盖4疏水阀用来排除蒸汽管道疏水（冷凝水）或给水管放水的阀门。疏水阀一般是小直径的球形截止阀，要求严密，对流动阻力不必太重视，阀门通道形式由制造上力求简单的条件来决定，图1-9为疏水阀的结构，图1-10为高压疏水阀结构。图1-9 疏水器结构a)浮筒式1-外壳 2-浮筒 3-导管 4-轴杆 5-针阀 6-冲洗阀 7-止回阀b)热动力式1-阀盖 2-阀芯 3-阀座 4-石棉垫 5-过滤网 6-排污口 7-阀体图1-10 高压疏水阀 a)高压 b)超高压 5减压阀用来减低蒸汽压力的阀门。常用的减压阀有弹簧式和杠杆式两种。如图1-11所示。它们都是通过节流来实现减压的，其灵敏度不高，所调压力范围也是有限的。弹簧式减压阀 杠杆式减压阀图 1-111- 阀芯 2-阀体 3-阀杆 4-薄膜 1-阀体 2-双阀芯 3-重锤 4-阀杆 5-杠杆5-弹簧 6-手轮 6-杠杆支点 7-薄膜第四节 电 源注汽锅炉采用380伏、3相、50HZ的交流电，有关资料认为低于45HZ的电源干扰将会引起安全控制停炉。根据在科尔沁注汽注汽服务经验，由柴油发电机组供电，出现过电源频率47HZ影响正常注汽，并且不能正常启炉事件；另外，电压过低或过高（正常电压的10%）也会引起锅炉自动停炉。低电压还会导致电机的过热以及其他电控装置工作不良，特别是电感装置表现得更为明显，高电压也会在锅炉停炉前使某些部件损坏。因此，对于电控设备来说，出现电压波动是相当忌讳的事情，尤其是电压脉冲或瞬时失电所造成的电压不稳定现象。另外从输电干线到电机需经过变压器、配电间总空气开关、锅炉或水处理分空开，电机空开及磁力，由于断开点较多，断路点接触的质量会影响到三相电流及电压的平衡，因此每天应养成每天检查电机温度及电流是否平衡的工作习惯，避免发生电器事故。锅炉的电源要有足够的硬特性，以保证电机起动时所产生的高电流。第五节 给水预热器锅炉的给水预热器是一组双管换热器（外管为进对流段给水，内管为对流段出口高温水）。经给水泵打出的锅炉给水，在换热器中经过升温，以保证进入对流段时使对流段入口温度达到“露点”以上（116138），防止烟气中的水蒸汽和硫酸蒸汽凝结在对流段的翅片管上造成翅片管腐蚀。预热用的高温水来自对流段出口。但对流段入口温度不宜过高，以免使锅炉烟温过高，造成燃烧效率下降。值得注意得是锅炉受压元件强度计算中，换热器内管设计壁厚较低（10mm），由于锅炉长年运行，给水预热器受进对流段及出对流段高压水汽长期冲刷，以及锅炉长时间停炉未能采取有效的保养措施，可能会在内管内外壁造成腐蚀。从而出现内管断裂事故。现象是烟温突然急剧升高，锅炉压力、温度及干度突然降低，分析原因是由于锅炉给水经柱塞泵打压后进入给水换热器，因为换热器内管断裂，绝大部分给水直接进入辐射段，由于进入辐射段的给水未经充分换热，温度较低，造成锅炉蒸温下降，压力下降，干度降低，进入对流段的给水由于水量急剧降低，温度上升，造成对流段出口温度及烟温上升，时间一长，会使锅炉对流段因缺水，管线烧塌。目前，给水换热器内管尚无有效检测手段，只能在出现此现象时综合分析，仔细判断，避免出现烧塌对流段事故。同时要改变以往不重视烟温高报警的习惯。第六节 锅炉的参数、型号及技术经济指标 一 锅炉的参数锅炉的参数一般是指锅炉的容量、蒸汽压力、蒸汽温度和给水温度。锅炉的容量用额定蒸发量表示。额定蒸发量表明锅炉在额定蒸汽压力、蒸汽温度、规定的锅炉效率和给水温度下，连续运行时所必须保证的最大蒸发量，单位为t/h。工业热水锅炉以供热量为容量单位，其单位为KW(kcal/h). . 锅炉蒸汽压力和温度是指锅炉出口处的饱和蒸汽压力和温度，压力的单位为Mpa(kgf/cm2)。锅炉给水温度是指进省煤器的给水温度。对无省煤器的锅炉既指进锅炉锅筒的水的温度。 二锅炉的型号及意义我国工业锅炉型号由三部分组成，第一部分分三段，分别表示锅炉型号、燃烧方式和蒸发量。第二部分表示工质参数分额定蒸汽压力和额定蒸汽温度。第三部分表示燃料种类和设计次序，分两段，第一段表示燃料种类，第二段表示设计次序。下面仅讲述注汽锅炉的型号及意义。（1） 上海四方锅炉厂制造注汽锅炉 上海四方厂生产的注汽锅炉目前我们常接触的主要有SF9.2/17.9YQ及SF52.817.2YQ两种。 SF表示该锅炉由四方锅炉厂制造；9.2表示该锅炉的额定蒸发量是9.2T/H;17.9表示该锅炉的额定工作压力为17.9Mpa;YQ分别是油、气的表示字母，含义是油气两用；同理，52.8表示锅炉的额定蒸发量，17.2表示锅炉的额定蒸汽压力。（2） 美国休斯墩和丹尼尔制造注汽锅炉美国制造注汽锅炉主要有SG50NDS27、SG25NDXT25和SG20NDXT25三种。目前我们常接触的是前两种。SG表示蒸汽发生器即英文steam generator(直译为蒸汽发生器)的缩写；50/25/20分别表示锅炉的输出热量为50/25/20MMBtu/h；N表示北美燃烧器，D表示锅炉所用燃料为油气两用，S和X表示自动化程度，T表示拖车式。27/25表示锅炉出口额定压力分别是2700/2500PSI。（3） 日本川崎制造注汽锅炉日本川崎制造的注汽锅炉主要有三种，分别是OH50ND25XAM和OH25ND25XAM及OH20ND25XAMT，目前我们使用的为前两种。OH表示强制采油热力公司代号；50/25/20表示锅炉的输出热量，同美国锅炉，N、D意义如美国锅炉介绍，XAM表示自动化程度较高，T表示拖车式。（4） 抚顺锅炉厂制造注汽锅炉 抚顺锅炉厂制造的锅炉主要有FG 630和YZF5017P两种。FG表示抚顺锅炉厂；630表示该锅炉输出热量为630万Kcal/h；Y表示压力容器；ZF表示中国抚顺制造；P表示控制方式为PVC控制。17表示额定压力为17Mpa。以上介绍了我们常见的锅炉型号及意义，由于各国使用的计量单位不统一，可能会使读者对几种锅炉的参数感到困惑，下面我们介绍工程热力学的部分单位换算关系如附表1、附表2。通过附表大家可以经过换算得知各种型号锅炉的设计出力、压力等的对比情况。 第七节 锅炉的技术经济指标锅炉的技术经济指标一般用锅炉的热效率、成本及可靠性三项来表示。1锅炉热效率 是指送入锅炉的全部热量中被有效利用的百分数，目前燃油、气锅炉的热效率不应低于80%。注汽锅炉的热效率一般在80-88%之间。2锅炉成本 一般用锅炉成本的一个重要经济指标钢材消耗率来表示。钢材消耗率的定义为锅炉单位蒸发量所用的钢材重量,单位是t.h/t。此项指标受锅炉参数、循环方式、燃料种类及锅炉结构的影响。锅炉容量大、采用直流循环、燃油或燃气均可使钢材消耗率减少。工业锅炉的钢材消耗率在56t.h/t左右，注汽锅炉的钢材消耗率一般在35t.h/t 之间，锅炉吨位越大，钢材消耗率越低。3锅炉可靠性 常用下列三种指标衡量：1、 连续运行时数=两次检修之间的运行时数；2、 事故率=事故停用小时数/（运行总时数+事故停用时数）*100% 3、 可用率=（运行总时数+备用总时数）/统计时间总时数*100% 目前注汽锅炉的可靠性往往用时率来表示：注汽时率 = 设备运行小时/(设备运行小时+设备故障停炉小时)据统计曙光锅炉的注汽时率一般在 99.8%左右。第二章 锅炉的燃料及燃烧第一节 燃料概述目前蒸汽锅炉所用的燃料主要是有机燃料，如煤、石油制品和天然气。它们也称为矿物燃料。近年来核燃料日益受到重视，不过它只用于核动力装置中的蒸汽发生器。此外其它行业的副产品，如冶金业的焦炉煤气等也可作为锅炉燃料。目前我们所用的注汽锅炉燃料基本为混配油、重油、渣油及天然气。曙光油田现在也在实验用煤浆替代燃料油，目前实验正在进行中。一 燃料的分类锅炉行业中通常根据燃料的物理状态分为固体、液体和气体燃料。注汽锅炉使用液体或气体燃料，为降本增效，辽河油田分公司许多采油厂收集油井套管气作为锅炉燃料。二 燃料的成分无论固体、液体或气体燃料，它们都是复杂的碳氢化合物，其主要成分组成元素是碳、氢、氧、氮、硫五种。此外在燃料中还发现有铁、铝、钙、钾镁等金属元素，以及硅、氯、硒等非金属元素。上述金属和非金属元素常见于燃料的矿物杂质中，它们的含量并不多，是燃料的惰性物质。但它们对锅炉的安全、经济运行往往有很大的影响。通常从实用的观点将固体和液体燃料的元素组成表示为：碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、灰分（A）和水分（W）。这种元素组成表示法称为元素分析成分。气体燃料成分系指组成燃料气的每一个别气体，如氢气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷和乙烯等不饱和烃。1碳 燃料的主要可燃元素。完全燃烧可释放约33000kJ/kg的热量。纯碳不易着火，碳是构成煤发热量的主要元素。与固体燃料比，液体燃料中含碳量的变化范围小，碳元素是构成液体燃料中各种烃和非烃化合物的元素。气体燃料中碳是构成各种烷烃和烯烃的主要元素之一。2氢 燃料的可燃元素。完全燃烧可释放约120000kJ/kg的热量，固体燃料中含氢量基本在2-5%左右，液体燃料中含氢量稍多约为10-14%左右。含氢量越多，燃料油越容易着火燃烧，燃烧性能越好。通常用碳氢比（C/H）表示燃油中含碳量与含氢量的比值，燃料油的C/H多在6-9之间。C/H高的燃料油比重大一些，发热量低一些。对于气体燃料，氢元素是构成各种烷烃、烯烃的主要元素。但氢气在油田伴生煤气和天然气中含量极少，甚至没有。3氧、氮 燃料中的不可燃成分。它们的存在使燃料中的可燃元素相对减少，发热量有所下降。燃料中含氧量变化很大，固体燃料含氧量在1-15%之间，含氮量在0.5-1.5左右，液体燃料含氧量一般在1%以下，含氮量通常在0.2%以下，大部分含氧、氮的化合物呈胶状沥青存在，故渣油中含氧、氮多些、气体燃料中含氮量视燃料气种类不同变化较大，不一一列举了。4硫 可以燃烧，完全燃烧产生热量在10000kJ/kg左右。固体燃料中硫以三种形式存在，含量变化量较大。液体燃料中硫含量一般在0.5-3%左右。气体燃料中硫含量较少，主要含在硫化氢中。硫燃烧后生成二氧化硫和三氧化硫，会污染大气环境，它们也是导致锅炉高温、低温受热面烟气侧腐蚀和堵灰的因素。是燃料中的有害成分。5灰分 燃料中的不可燃部分。固体燃料中的灰分含量变化很大，一般在5-40%之间。液体燃料中的灰分很少，一般在0.2%以下。气体燃料基本不含灰分。灰分是燃料中的有害物质，灰分可能导致锅炉受热面结渣、积灰、高温或低温腐蚀以及受热面磨损等一系列问题，直接影响锅炉的安全经济运行。6水分 燃料中的不可燃部分。一般来说，燃料中的水分是有害的，在固体燃料中水分的含量变化极大，少则百分之几，多则可达50%。在锅炉燃料油中含水分1-3%左右。由于燃料中含水使燃料热值减少，影响燃料的着火、燃烧。油中过高的水分会使管路或设备腐蚀，增加排烟热损失和输送能耗。不均匀的水分含量还会使炉内火焰脉动，甚至熄火。因此燃料油需要脱水。但是专门处理的乳状均匀混在油中的水分，不仅不破坏火焰稳定性，还可提高燃烧效率。气体燃料中的水分以水蒸汽的形式存在，含量很少。第二节 液体燃料和气体燃料由于目前注汽锅炉所用燃料主要为液体或气体燃料（燃烧煤浆现未推广），下面就上述两种燃料作以介绍：一液体燃料液体燃料的燃烧性能指标包括燃油密度、燃油粘度、凝固点和沸点、闪点和燃点及发热量等几项。1、燃油密度 油的密度与温度有关，以20时的密度作为油的标准密度，用20表示，当温度不是20时，其密度可用下式换算：t=20 - (t - 20)式中t 任一温度的燃油密度，t为t.m-3 温度修正系数，为-1其数值见表2-1表2-1 温度修正系数20104.20104.20104. 0.85-0.860.86-0.870.87-0.880.88-0.890.89-0.900.90-0.916.996.866.7360606.476.330.91-0.920.92-0.930.93-0.940.94-0.950.95-0.960.96-0.976.206.075.945.815.675.540.97-0.980.98-0.990.99-1.001.00-1. 011.01-1. 021.02-1.035.415.285.155.024.894.76试举一例说明：某油品20时密度为0.92, 当油温加热到100时问其密度是多少？答：根据公式 100 = 20 - （100 - 20）查表得为6.2*10-4计算结果为 = 0.92 - 6.2*80/10000 = 0.87即当油温加热到100时，密度为0.872燃油粘度 燃油粘度与原油质量、炼制工艺等因素有关。它随温度变化的关系在对数坐标上是一直线，所以对任一燃油只要测得两个不同温度下的粘度，就可以在对数坐标纸上画出粘度曲线，从而确定任意温度下该燃油的粘度。油中含胶状沥青物质较多时油粘度较大，油的组成成分的分子量愈大，粘度也愈大。压力只有在很高时粘度随压力升高而增加，一般情况下不受压力影响。工程上常用恩氏粘度表示燃油粘度。恩氏粘度是用恩氏粘度计测得，将温度为t的200mm3的试样油从恩氏粘度计小孔流出时间和同体积20的蒸馏水流出时间之比，定义为该油在t时的恩氏粘度，用符号oEt表示。燃油粘度的大小反映燃油流动性的高低，对于高粘度油为了顺利的运输和良好的雾化，必须将油加热到较高的温度。曙光锅炉燃料油大都为S5联合站提供的混配油，经测试在不同温度下的粘度如表2-1所示：工艺测试燃油粘度表（曙采工艺所测试） 表 2-1温度（）粘度（mpa.s）3089397.174028415.4502685.22601283.0470755.9880326.6690197.503凝固点和沸点 燃油丧失流动能力时的温度称凝固点，它是以倾斜45o试管中的样品油经过一分钟后，油面保持不变时的温度作为该油的凝固点。燃油凝固点高低与燃油的石蜡含量有关，含蜡高的油凝固点高。此外油中胶状沥青状物质具有阻滞析蜡的性能。所以油经过脱蜡后，凝固点降低，反之，除去胶状沥青状物质后，凝固点升高。不同产地的石油的凝固点值相差很大，如大庆的原油凝固点为24-32，大庆重油凝固点为33-48，克拉玛依原油为 - 50。燃油是各种烃所组成，因此沸点是一范围值，无恒定值。凡是分子量低的沸点就低，石油分馏正是利用这点而实现的。4闪点和沸点 当油温升高，油面上油气 - 空气混合物与明火接触而发生一短暂闪光时的油温称为闪点。闪点与燃油组成关系密切，燃油中只要含有少量分子量小的成分，其闪点将显著降低。油沸点愈低，其闪点也就愈低。压力升高闪点升高按照闪点测定方法的不同，可分为开口杯法闪点和闭口杯法闪点，开口法比闭口法闪点高15-25。闪点是防止油发生火灾的一项重要指标。敞口容器中油温接近或超过闪点时就会增加着火的危险性。燃点是油面上油气 空气混合物遇到明火就可连续燃烧（持续时间不少于5s）的最低油温。燃点高于闪点。目前曙光注汽锅炉使用的燃料油热值一般在9600大卡至10600大卡之间。二 气体燃料气体燃料目前在曙光锅炉使用较少，而且为降本增效许多锅炉开始烧油井套管气（油田伴生煤气），下面简单介绍气体燃料的相关知识。1气体燃料的种类和组成气体燃料可以分为天然气体燃料和人工气体燃料。天然气体燃料有气田煤气和油田伴生煤气，前者是从纯气田中开采出的可燃气，后者是在石油开采过程中获得的可燃气。两种天然煤气的主要成分都是甲烷（CH4），和少量的烷烃（CnH2n+2）、烯烃（CnH2n）,以及二氧化碳、硫化氢和氮气等。两种天然煤气的平均组成如下表：表2-2 天然煤气的平均组成（容积百分数）名称CH4C2H6C3H8C4H10C5H12以上H2O2CO2H2SN2气田煤 气75-980.5-9.00.1-0.80.1-2.000.40-微0-微0-1.00-微0-微油田煤 气30-705.0-243.0-233.0-9.01.0-5.00-微0-微微-50-3/从表中可知两者的差别在于甲烷和C2H6以上的碳氢化合物含量的不同。天然煤气的发热量在35 55MJ/m3之间。人工气体燃料的种类繁多，锅炉可以使用的人工气体燃料有：液化石油气、高炉煤气、焦炉煤气和发生炉煤气等。目前人工气体燃料在热注锅炉的应用仅为液化石油气，而且仅仅用于锅炉点引燃火，我们使用的液化石油气以丁烷为主，并且掺入少量具有臭味的有机硫化物，作为漏气警告。按照煤气的发热量分，煤气又可分为高热值煤气和低热值煤气。气田煤气、油田伴生煤气和液化石油气均属于高热值煤气。焦炉煤气、高炉煤气和发生炉煤气均属于低热值煤气。2气体燃料的燃烧特性着火温度 使可燃气体与空气或氧的混合物着火并能维持燃烧的最低温度定义为着火温度。气体的着火温度特别是易燃气体的着火温度不象想象那么低，表2-3 列举了部分可燃气体在空气中的着火温度（大气压下）。表2-3 大气压下可燃气体在空气中的着火温度（）可燃气着火温度可燃气着火温度可燃气着火温度氢气一氧化碳甲烷乙烷丙烷530590610658645850530594530558丁烷己烷辛烷乙炔硫化氢490569300630275335500290487高炉煤气焦炉煤气天然气发生炉煤气530300500530530着火温度与可燃气体浓度、压力有关。但在氧气于空气中其着火温度差别不很大，一般在氧气中的可燃气体的着火温度低于空气中的着火温度50-100。着火浓度极限 使火焰能够传播，维持燃烧的可燃气体浓度称为着火浓度。它又分为着火浓度上限和下限，可燃气体浓度无论高于上限或低于下限火焰均不能传播。着火浓度极限的大小与可燃气体的种类、浓度以及温度和压力等因素有关。表2-4列出了部分可燃气体的着火浓度极限。表2-4在室温和大气压下部分可燃气体着火浓度极限（空气中）可燃气甲烷乙烷丙烷氢气一氧化碳硫化氢乙炔浓度极限（容积）上5.33.02.24.012.54.33.1下15.012.59.575.074.045.032.0我们最常见的是混合可燃气体，它的着火浓度极限可用下式计算 在氧气中可燃气体的着火浓度极限不同于在空气中，在氧气中着火浓度极限的上限明显增加。第三节 锅炉的热平衡及热效率燃烧计算较为复杂，不易掌握。下面我们了解几个概念及简单的公式。发热量 单位物量（对固体、液体燃料用1kg，对气体燃料用1m3）燃料完全燃烧时放出的热量称为发热量。燃烧产物中H2O保持蒸汽状态时的发热量称为低位发热量，H2O汽完全凝结成水时的发热量称为高位发热量。在热注锅炉燃烧计算中使用低位发热量计算。一锅炉的热平衡锅炉热平衡 是指在稳定的热力状态下，锅炉输入热量和输出热量及各项热损失之间的平衡。热平衡以单位物量燃料为基础进行计算。在热平衡基础上可以计算锅炉效率和燃料消耗量。热平衡方程Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6 kJ/kg式中 Q 锅炉的输入热量；它由燃料的低位发热值、燃料的物理热、雾化燃油所用蒸汽带入的热量、外来热源加热空气带入的热量等四项组成。Q1 锅炉有效利用热量 ；是指锅炉供出工质的总焓与给水焓的差值。Q2 排烟损失的热量；它等于排烟焓与冷空气焓的颔差。Q3 化学不完全燃烧热损失；是指排烟中未完全燃烧的可燃气体所带走的热量。Q4 机械不完全燃烧热损失；是指飞灰、落灰、灰渣、溢流灰和冷灰中未燃尽的可燃物所造成的热损失。Q5 锅炉散热损失；是指锅炉炉体以及锅炉范围内汽水管道，烟风管道等向四周环境散失的热量。Q6 灰渣物理热损失；是指炉渣、溢流灰和冷灰排出锅炉时所带走的热量。前文燃料的成分中已经介绍液体燃料中灰分所占比例极低，气体燃料中几乎不含灰分，所以在注汽锅炉中Q4（机械不完全燃烧热损失）和Q6（灰渣物理热损失）极低。二锅炉效率通过上文介绍，我们可以得知锅炉的总热损失为：q = q2 + q3 + q4 + q5 + q6 %由此可计算出锅炉的效率为： N = 100 - q %在注汽锅炉中q4（机械不完全燃烧热损失）、q6（灰渣物理热损失）较低，因此，要提高锅炉热效率就要努力降低锅炉的排烟热损失、化学不完全燃烧热损失和锅炉散热损失。从中也可以看出，锅炉的燃烧和炉体保温是否良好对锅炉效率有重大影响。第四节 锅炉的燃烧设备一 燃烧器注汽锅炉的燃烧情况主要取决于燃烧器。燃烧器的作用是保证燃料和燃烧用空气在进入炉膛时能充分混合、及时着火和稳定燃烧。我们使用的注汽锅炉大多安装的是北美燃烧器，按照一般的分解方式它可分为四个基本部分：前段：即瓦口段，含瓦口和铸铁安装板。用于连接炉体，固定燃烧器。瓦口部分镶入炉膛前侧炉墙，用铸铁安装板将燃烧器固定。天然气段：含天然气进口调节蝶阀，环形天然气送气口、空气扩散器、点火火花塞和引燃管。风门段和中间段：含风门、气马达、大小火开关、火焰监测器安装孔和喷油器。后段：含涡轮鼓风机和风机马达。二油喷嘴锅炉使用的油喷嘴常见的有三种：蒸汽雾化油喷嘴、压力雾化油喷嘴、转杯式油喷嘴。注汽锅炉一般使用蒸汽雾化油喷嘴。1蒸汽雾化油喷嘴蒸汽雾化油喷嘴种工作原理是利用蒸汽高速喷出将油滴粉碎、雾化。这种油喷嘴是一种双流体内混式喷嘴。油、汽进入混合孔相互撞击，形成乳化油、汽混合物，然后由混合孔高速喷出雾化成细油滴进入炉室燃烧。蒸汽雾化油喷嘴的优点是结构简单、油滴雾化质量好、雾化质量不受油温、油压的影响、调节范围大，没有停用保护问题。缺点是有噪音、要消耗一定量蒸汽、容易堵塞、锅炉尾部受热面容易腐蚀和积灰。早期的结构简单，但耗气量大，现在应用最多的是Y型蒸汽雾化喷嘴。如图2-1所示图2-1 蒸汽雾化Y型喷嘴1-喷嘴头 2、3-垫圈 4-压紧螺帽 5-外管 6-内管 7-油孔 8-汽孔 9-混合孔2转杯式油喷嘴这种油喷嘴都有一只高速旋转（转速为30006000r/min）的金属杯，油通过中心轴内的油管注入转杯内壁，在内壁形成的油膜高速向杯口四周甩出，并与一次风机送入的高速空气相遇，从而使油雾化。图2-2表示转杯雾化原理，结构则如图2-3所示。转杯式油嘴对油压、油质要求不高，调节性能优良，特别是低负荷运行时因油膜减薄而雾化质量有所提高，因此，其调节性能好，调节比大，在中、小型油炉上应用广泛。这种油嘴的缺点是，高速转动元件的制造、加工维修要求高，转杯易于沾污并随即影响雾化质量，使油滴变粗，火焰拉长而影响锅炉燃烧的经济性。图2-2 雾化原理图2-3 结 构1-转杯 2-空心轴 3一次风导流叶片 4-风机叶轮 5-轴承 6-电机 7-皮带轮- 一次风 - 二次风3压力雾化油喷嘴（亦称机械雾化油喷嘴）利用油压转变为高速旋转动能使油雾化的油喷嘴，统称位压力雾化油喷嘴。其典型结构有简单压力雾化、回油压力雾化和柱塞式压力雾化三种。其原理如图2-4所示，结构如图2-5、2-6、2-7所示。这种类型的油喷嘴，雾化完全依赖油压，简单压力雾化喷嘴的油量调节也是用改变油压来实现的，因此，低负荷时油压较低，则雾化质量下降。要提高低负荷时燃料油的雾化质量，就要提高额定负荷时的油压，但这样做又会增加油泵电耗和加速雾化片的磨损。为了扩大油喷嘴的调节范围，解决低负荷雾化质量降低的问题，可采用回油式和柱塞式压力雾化喷嘴。前者利用调节回油量的办法，使低负荷时油压基本稳定，油旋流强度基本不变，因而保证了雾化质量。后者利用柱塞位置的改变，使油进入旋流室入口面积相应变化，做到不同负荷下油的旋流强度基本不变，以保持良好的雾化质量。由此，这两种型式的压力雾化喷嘴，其调节范围比简单压力雾化式大的多。压力雾化油喷嘴油系统简单、油入口面积能扩大调节范围，但低负荷时因油出口轴向速度降低、切向速度基本不变而使出口雾化角相应扩大，应注意燃烧器扩口处有被烧坏的危险。 a） b) c)图2-4三种压力雾化油喷嘴调节原理和简单结构 a)简单压力雾化式 b)回油压力雾化式 c)柱塞式压力雾化图2-5 简单压力雾化油喷嘴结构a)b)图2-6 回油式雾化油喷嘴结构a)集中大孔回油喷嘴 b)分散小孔回油喷嘴1-压紧螺母 2-雾化片 3-旋流片 4-分流片 5-喷嘴座 6-进油管 7-回油管 8-垫片图2-7 柱塞式压力雾化油喷嘴原理上文介绍了三种油喷嘴，其中后两种为了解知识，重点掌握第一种的工作原理、结构，使用优、缺点。三调风器调风器也是油燃烧器的重要组成部分。根据燃料油的燃烧特点，调风器配风应满足以下条件：1） 要有适量的一次风。油在高于700高温下缺氧，就会裂解成难燃尽的碳黑粒子，因此，必须有适量的一次风供应，这部分空气又称根部风，其量约为总风量的1530%，风速2540m/s。2） 要有合适的回流区。为了保证油的着火，要有合适的回流区，以确保燃料油及时着火和燃烧3） 油雾和空气混合要强烈。油的燃烧为扩散燃烧，强烈混合是提高燃烧效率的关键。除了根部风应与油雾充分混合外，二次风也应及时与油雾混合。因此调风器应组织一、二次风具有一定的出口速度、扩散角和射程。初期和后期混合都是十分重要的，以确保整个燃烧过程良好进行。4） 燃烧器间油与空气分布均匀。第三章 锅炉给水与水处理第一节 锅炉结垢与腐蚀天然水分为地面水和地下水，两者都含有杂质。水中的杂质按其与水混合形态的不同可大致分为三类：悬浮物质，如泥沙、动植物残渣、工业废物和油脂等；胶体物质，主要为水中的铁、铝、硅、铬的化合物及一些有机质等；溶解物质，溶于水的各种酸碱盐等物质和气体。锅炉的给水如不经处理，会使汽水系统结垢和腐蚀。一 水垢的形成及分类带有杂质的给水在锅炉中受热时，水中的重碳酸盐类会受热分解，生成难溶的沉淀物。水中的非碳酸盐类的溶解度是随温度升高逐渐下降的，当达到饱和浓度后，这种盐类便沉淀析出。当水不断蒸发、浓缩，使含盐浓度超过饱和浓度后，一些盐类也将从水中析出形成结晶沉淀物质。结晶可以以壁面粗糙点为核心直接形成在受热面上，也可以以水中的胶体质点、气泡及其他物质的悬浮质点为核心形成在水中。在壁面上结晶的在金属表面上形成坚硬而质密的沉淀物，称为水垢。水垢按化学成分可以分为以下几种：（一） 碳酸盐水垢是最常见的水垢，主要成分是CaO和CO2 ，化合物形态以CaCO3为主，有时也存在少量镁的化合物。水垢呈白色，这种水垢主要在水未沸腾处形成，在炉水强烈沸腾的条件下形成泥渣。（二） 硫酸盐水垢主要化学成分是CaO和SO3，化合物形态主要为CaSO4及其含水化合物。这种水垢坚硬质密，常沉积在温度高、蒸发率较大的受热面，如锅炉管束。水垢呈白色或黄白色。（三） 硅酸盐水垢主要化学成分为CaO和SiO2,化合物形态以CaSiO3和5CaO.5SiO2.H2O等为主。这类水垢最硬，导热性最差，一般在锅炉热负荷高的地方。水垢呈灰色或灰白色，难于清除。（四） 混合水垢是由钙镁的碳酸盐、硅酸盐以及铁铝氧化物组成，其性质随成分不同而差别较大。（五） 铁垢和铜垢铁垢主要成分是铁的化合物。可分为氧化铁和磷酸盐铁，通常发生在炉水中磷酸根含量过大、含铁高和碱度低时。当炉水含铜量高时，铜垢易发生在热负荷高的管壁上。二 水垢的危害和防止锅炉结垢将使锅炉不能经济的运行。水垢的导热性能极差，其导热系数要比钢材小几十到几百倍，相关测试表明：在铁表面结1毫米厚水垢，锅炉效率降低5%左右，结5毫米水垢，锅炉要多消耗15%的燃料。锅炉结垢会使受热面传热工况恶化，增高排烟温度，降低锅炉热效率。由于水垢导热性差，受热面金属壁温将升高而过热，可造成炉管烧坏或爆管，威胁安全生产。水垢还会引起垢下腐蚀，加速锅炉受热面损坏。防止锅炉结垢的方法是根据锅炉的水质要求，按规定的水质指标进行合格的锅炉用水处理。 腐蚀的形成及分类金属材料和周围介质（如水、水蒸汽、空气和烟气等）接触时，因发生化学或电化学过程而受到的损坏称为金属腐蚀。与周围介质起纯化学作用而发生的金属破坏过程称为化学腐蚀，如在腐蚀过程中还拌有电流产生，则称为电化学腐蚀。这是从腐蚀的过程原理上进行分类。按腐蚀形式可分为均匀腐蚀和局部腐蚀。金属与腐蚀性介质接触的表面以大致相同的速度遭受腐蚀的，称为均匀腐蚀。如果只是局部区域遭受腐蚀则称为局部腐蚀。局部腐蚀又可分为斑形腐蚀、溃疡腐蚀、点腐蚀、晶粒腐蚀以及穿晶腐蚀。（如图3-1所示）图3-1 腐蚀的形式a)均匀腐蚀 b)斑形腐蚀 c)溃疡腐蚀 d)点腐蚀 e)晶粒间腐蚀 f)穿晶腐蚀均匀腐蚀的危害较小，不会使锅炉立即发生故障，但将缩短锅炉的使用年限。局部腐蚀危害较大，会使管壁穿孔，造成事故停炉。三锅内腐蚀及其防止锅炉汽水通道内发生的腐蚀统称为锅内腐蚀。锅内腐蚀可分为汽水腐蚀、气体腐蚀、垢下腐蚀、晶间腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐蚀等几种。（一）汽水腐蚀汽水腐蚀是一种纯化学腐蚀，是由于金属铁被水蒸汽氧化而发生的。汽水腐蚀主要发生在过热时，其表现形式为均匀腐蚀。化学反应方程式为(过热蒸汽温度450时)：3Fe + 4H2 O Fe3O4 + 4H2注汽锅炉防止汽水腐蚀的方法是防止发生过热现象。（二）气体腐蚀锅炉给水如不除氧，就会含有较多氧气，有时还含有二氧化碳气体，这些气体均会引起金属腐蚀，其腐蚀性质属于电化学腐蚀。电化学腐蚀是由于在金属上形成若干微电池的结果。（如图3-2所示）图3-2 金属的电化学腐蚀A阳极 B阴极图中A为微电池的阳极，铁在这里失去电子，以Fe + + 离子形式溶入水中，电子e则留在金属表面上。B为微电池的阴极。当水中含有氢、氧、二氧化碳等的阳离子时，这些阳离子为易接受电子的物质。这样，金属表面上的电子就会从A流向B，并在阴极B处与水中的阳离子结合而消失。于是A处的电平衡遭到破坏，使Fe+ + 离子继续转入水中，从而使阳极A处的金属不断受到腐蚀。这种在阴极B上接受电子并使之消失的作用称为去极化，引起去极化作用的物质叫去极剂。图中的去极剂是H+，其去极作用为：2H+ + 2e 2H H2氧是强烈的去极剂，