热电锅炉培训经典教案.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除海满热电锅炉培训教案 第一章 发电厂整体认识火力发电厂的三大主机是锅炉、汽轮机、发电机锅炉用燃料燃烧释放出来的热能将水加热成具有一定压力和温度的蒸汽，然后蒸汽沿管道进入汽轮机膨胀做功，带动发电机一起高速旋转，从而发出电能整个过程中存在三种能量转换过程：锅炉 : 燃料的化学能 转换成 热能汽轮机 : 热能 转换成 机械能发电机 : 机械能 转换成 电能第二章 锅炉整体认识一、 锅炉设备的作用及构成1、作用：锅炉是发电厂最重要的能量转换设备之一，它的任务就是：通过燃烧将给水进行加热，制造出合格品质的过热蒸汽，供汽轮机使用。2、构成：锅炉本体由“锅”和“炉”两部分组成“锅”: 就是锅炉的汽水系统由 省煤器、汽包、下降管、水冷壁、过热器、再热器等组成过程：给水由给水泵打入省煤器以后，逐渐吸热，并蒸发成为饱和蒸汽；饱和蒸汽在汽包中经分离、清洗后，引入过热器，逐渐过热到规定温度，成为合格的过热蒸汽，然后送到汽轮机；过热蒸汽在汽轮机高压缸中膨胀做功后，汽温汽压均下降，在高压缸出口由导管将蒸汽引入锅炉再热器中再次进行加热成为高温再热蒸汽，送往汽轮机中/低压缸继续膨胀做功。“炉” ：就是锅炉的燃烧系统包括：由炉膛、烟道、喷燃器、空气预热器等组成过程：送风机空预器制粉系统喷燃器炉膛各受热面除尘器引风机烟囱 密封风、三次风 二次风锅炉炉膛具有较大的空间，煤粉在炉膛内悬浮燃烧，炉膛周围墙壁上布置有密集排列的水冷壁管，管内有水和蒸汽通过，既能吸收炉膛的辐射热，又能保护炉墙不致被烧坏。燃烧中心具有1500或更高的温度，但在上部炉膛出口处，烟气温度要低于煤灰的熔点，以免融化的灰渣粘结在烟道内的受热面上。煤粉燃烧所生成的较大灰粒将至炉膛底部的冷灰斗中，逐渐冷却和凝固，并落入排渣装置，由排渣机排走。大量较细的灰粒随烟气离开炉膛，流经一系列的受热面，逐渐冷却，最后由引风机经烟囱排入大气。排烟温度一般为150左右。为了减少排烟所带出的飞灰污染环境，离开锅炉的烟气先流经除尘器使绝大部分飞灰被捕捉下来，最后只有极少量的细微灰粒排入大气。二、 锅炉的类型划分可以按燃烧方式分、按蒸气参数分、按水循环特性分、按燃煤炉的排渣方式分、按燃用燃料分、按锅炉容量分1) 锅炉按照燃烧方式分为（1）层燃炉（2）室燃炉（3）旋风炉（4）沸腾炉2) 锅炉按蒸气参数分为（1）低压锅炉（2）中压锅炉（3）高压锅炉（4）超高压锅炉（5）亚临界压力锅炉（6）超临界压力锅炉 蒸汽压力MPa蒸汽温度给水温度额定蒸发量t/h机组容量MW中压3.83.9高压9.8100超高压13.7140540/540240670200亚临界压力16.71701工程大气压=1kgf/cm2=9.80665*1043) 锅炉按水循环方式不同可分为（1）自然循环锅炉 （2）强制循环锅炉（3）直流锅炉（4）复合循环锅炉4) 锅炉按燃煤炉的排渣方式分为（1）固态排渣炉 （2） 液态排渣炉5) 锅炉按燃用燃料分（1）燃煤炉 （2） 燃气炉 （3）燃油炉此外还有 按照布置方式等进行划分的 ： T N 塔 等。三、锅炉型号表示方法第一段用两个汉语拼音字母代表锅炉生产厂家；第二段用阿拉伯数字表示蒸发量及额定压力；第三段阿拉伯数字表示主再热汽温；HG-2008/186-MDG-670/140-540/540-8第三章 燃料、燃烧、热平衡一、 燃料1能源、一次能源、二次能源能源从词义来讲就是能量的来源。工程上所讲的能源是指具有各种能量的对象。如太阳能、风水海洋能、地热能、矿物能、核能、生物能等。 一次能源是指以原有形式存在于自然界中的能源，如煤、石油、天然气、水力、风力、草木燃料、地热、核能、直接的太阳辐射等。 二次能源是指由一次能源直接或间接转换为其它种类和形式的人工能源，如电能、热能、各种石油制品、煤气、液化气、沼气、余热、火药、酒精等等。2燃料、燃料的基本条件 所谓燃料是指在空气中易于燃烧，并能放出大量热量，且在经济上值得利用其热量的物质。这里需要强调的是：不能简单的把可燃物统称为燃料，比如，纸张、棉布、粮食及食用油等都是可燃物，但不能把它们当作燃料。 由于工程上、生活上对燃料的需求量极大，作为燃料的物质应具备下列基本条件：（1） 易于获取；（2） 容易燃烧、发热量高且价格低谦；（3） 贮藏、运输、处理比较简便；（4） 使用过程中没有大的危险性；（5） 燃烧产物对大气、水质等环境不会造成严重污染。3燃料的分类 燃料的分类方法很多，类别也就较多。通常以燃料的形态分类，有如下几种：（1） 固体燃料 包括煤、油页岩、木柴等到。电站锅炉使用的固体燃料主要是煤。（2） 液体燃料 包括石油及其制品、酒精等到。电站锅炉点火用油一般为柴油，作为主燃料时为重油或渣油。（3） 气体燃料 包括天然气、焦炉煤气、高炉煤气、城市煤气、沼气、液化气等。根据地域不同，电站锅炉可能燃用部分焦炉气或高炉煤气。而其它气体燃料是不提倡作为锅炉燃料的，这些燃料用于其它方面可能更合理。二、煤1 煤的元素分析成分与工业分析成分 通过元素分析方法得出的煤的主要组成成分，称元素分析成分。它包括碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、灰分（A）、水分（M）。其中碳、氢、硫是可燃成分。硫燃烧后要生成SO2 ，及少量SO3 ，故它是有害成分。煤中的水分和灰分也都是有害成分。 通过元素分析成分可以了解煤的特性及实用价值，有关燃烧计算也都使用元素分析数据。但元素分析方法较为复杂。发电厂常用较为简便的工业分析方法得到工业分析成分，用它可以基本了解煤的燃烧特性。煤的工业分析是把煤加热到不同温度和保持不同的时间而获得水分、挥发分、固定碳、灰分的百分组成。2煤中水分由哪几部分组成、煤中水分的危害 通常所说的煤中水分是指全水分Mt,由表面水分Mf 和内在水分Minh组成。内在水分也称固有水分Minh，它是生成煤的植物中的水分及煤生成过程中进入的水分，不能用自然风干的方法除去，必须通过加热才能除掉。它的含量对于一定煤种是稳定的。 表面水分是在开采、储运过程中进入的，又称外在水分，通过自然风干即可除去。表面水分的含量，受自然条件影响较大，故其数值变化较大。不同煤种的全水分在不同条件下差别较大，少的只有百分之几，多的可达40%50%。水分的存在不仅使煤种的可燃成分相对减少，发热量下降，而且影响燃料的着火燃烧。燃用高水分的煤，使燃烧温度偏低，烟气容积增大，使锅炉效率下降，还会加剧锅炉尾部受热面的低温腐蚀和堵灰。煤中水分高，使煤的运输、磨制也会发生困难。3煤中灰分的危害灰分是煤中的害杂质，含量在5%40%之间。煤中灰分越高，可燃成分相对降低，发热量减小，且影响煤的着火与燃烧，使燃烧效率下降。燃烧后灰分可在受热面上形成结渣与积灰，影响传热，使锅炉热效率下降。随烟气流动的飞灰，磨损受热面，使锅炉受热面使用寿命降低。为了清除灰渣与飞灰，使除灰尘设备复杂化。随烟气排入大气的飞灰，造成对环境的污染。4煤中硫分的危害硫在煤中以三种形式存在，即有机硫、硫铁矿硫（黄铁矿和白铁矿硫等形态存在的硫）和硫酸盐硫。前两种可以燃烧，通常称为可燃硫。最后一种硫酸盐硫不可燃烧，只转化为灰的一部分。硫在煤中含量变化范围也较大，一般约为0.1%-5%。硫虽能燃烧放热，但它却是极为有害的成分。硫燃烧后生成二氧化硫（SO2 ）及少量三氧化硫（SO 3），排入大气能污染环境，对人体和动植物以及地面建筑物均有害。同时，SO2 、SO3 也是导致辞锅炉受热面烟气侧高温腐蚀、低温腐蚀和堵灰的主要因素。5、挥发份将煤加热到一定温度时，煤中的部分有机物和矿物质发生分解并逸出，逸出的气体（主要是H2,CmHn,CO,CO2等）产物称为煤的挥发份。挥发份是煤在高温下受热分解的产物，数量将随加热温度的高低和加热时间的长短而变化。通常所说的挥发份是指煤在特定条件下加热有机物及矿物质的气体产率。即经干燥的煤在隔绝空气下加热至90010，恒温7分钟所析出的气体占干燥无灰基成分的质量百分数，称干燥无灰基挥发份V。挥发份是煤中氢、氧、氮、硫和一部分碳的气体产物，大部分是可燃气体。挥发份含量高，煤易于着火，燃烧稳定。因此，挥发份是表征燃烧特性的重要指标，从而也对锅炉工作带来多方面的影响，如，需要根据挥发份大小考虑炉膛容积及形状；挥发份含量影响燃烧器的型式及配风方式的选用，影响磨煤机型式及制粉系统型式的选择。同时，挥发份也是煤进行分类的重要指标之一。三、煤的特性1、发热量发热量：单位物量（1kg或1m3）的燃料完全燃烧时，所放出的热量称发热量，也称热值。以符号Q表示，单位是kJ/kg或kJ/m3高位发热量：燃料燃烧时，水分要蒸发为蒸汽，氢燃烧后也要生成水蒸汽。在确定发热量时，如果把烟气中水蒸汽的汽化潜热计算在内，称为高位发热量。低位发热量: 如果汽化潜热不计算在内，则称为低位发热量。烟气离开锅炉时，蒸汽仍以气态排出，汽化潜热没被利用。故我国在锅炉计算中多以低位发热量为基础，欧美等国也有用高位发热量作为锅炉计算基础的。高位发热量与低位发热量的区别，就在于是否计入烟气中水蒸汽的汽化潜热.2、标准煤规定收到基的低位发热量Q =29310 kJ/kg（即7000kcal/kg）的燃料为标准煤。标准煤实际是不存在的。只是人为的规定，提出标准煤的主要目的是把不同的燃料划规统一的标准，便于分析比较热力设备的经济性。不同种类的煤具有不同的发热量，有时差别甚大。比如发热量最低的煤只有8000kJ/kg，发热量最高的煤可达30000 kJ/kg。相同容量、相同参数的锅炉，在相同工况下运行，燃用不同发热量的煤，燃煤量也就不同，但我们不能仅仅根据燃煤量多少来分析判断锅炉运行的经济性。如果把不同的燃煤量，都折算为统一的标准煤，那就很容易判断哪一台锅炉的标准煤耗量低，哪台锅炉的运行经济性就好。发电厂的发电煤耗与供电煤耗都是按标准煤计算的。3、灰的熔融特性（1） 变形温度DT 锥尖开始变圆或弯曲时的温度。（2） 软化温度ST 锥体弯曲至锥顶触及托盘或锥体变成球形和高度等于底边的半球时的温度。（3） 熔化温度FT 锥体熔化成液体或展开成高度在1.5mm以下薄层时的温度。为了防止炉膛出口的对流受热面结渣，炉膛出口烟温必须低于软化温度。四、煤的分类依据挥发份含量将煤分成如下四类： （1） 无烟煤 挥发份V40%。其碳化程度较浅，挥发份的析出温度低，易于点火，灰分、水分含量较高，发热量低，一般Q=800017000kJ/kg。褐煤表面呈棕褐色，少数呈黑色，质脆易风化，不易储存，也不宜长途运输。 煤挥发份越高越容易着火，褐煤的着火点只有370五、油1、燃料油的组成成分及特性燃料油的组成成分和固体燃料一样，也表示为碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分。其中主要是可燃成分碳和氢，碳含量约占8487%，氢含量约占1114%，氧、氮、硫三种元素含量约为12%，灰分含量不大于1%，水分含量也不大于2%。燃料油中由于碳氢含量很高，所以，它的发热量也较高，一般Q =3768143960kJ/kg（900010500kcal/kg）。燃料油中氢含量高，与碳组成多种碳氢化合物，使燃料油易于着火，燃烧稳定、完全。2、锅炉常用燃料油分类（1） 原油：是从地下开采出来，经过脱水处理，未经炼制的石油。原油可以炼制出多种油品及其它产物，直接作为燃料是极不合理的。（2） 重油：是由裂解重油、减压重油、常压重油或腊油按不同比例调制而成，有一定牌号和质量标准。（3） 渣油：石油炼制过程中的剩余物，可不经过处理直接供给锅炉作燃料，习惯上称为渣油或残渣油。重油和渣油是发电用液体燃料的主要品种，共同特点是：相对密度和粘度较大；沸点和闪点较高，不易挥发。（4） 柴油：柴油是柴油机的燃料，作为锅炉燃料是极不经济的。柴油一般用作煤粉锅炉的点火用油和低负荷运行时稳定燃烧的助燃油。3、油的主要特性闪点：随着温度的升高，燃油表面上蒸发的油气增多，当油气与空气的混合物达到一定浓度，以明火与之接触时，会发生短暂的闪光（一闪即灭），这时的油温称为闪点。测定闪点的方法有开口杯法和闭口杯法两种，开口杯法测定的闪点要比闭口杯法低1525，闪点的高低与油的分子组成及油面上压力有关，压力高，闪点高。闪点是防止油发生火灾的一项重要指标。在敞口容器中，油的加热温度应低于闪点10；在压力容器中加热则无此限制。燃点：当油面上油气与空气的混合物浓度增大时，遇到明火可形成连续燃烧（持续时间不小于5秒）的最低温度称为燃点。燃点高于闪点。从防火角度考虑，希望油的闪点、燃点高些，两者的差值大些。而从燃烧角度考虑，则希望闪点、燃点低些，两者的差值也尽量小些。凝固点：燃料油是各种烃类的复杂混合物，它不像纯净的单一物质具有固定的凝固点，而是随着温度的逐渐降低，变得越来越粘稠，直到完全丧失流动性。燃料油丧失流动性时的温度称为凝固点。测定时是将油灌入试管内逐渐降温，当试管倾斜45经过1分钟油面保持不变时的温度，定为该油的凝固点。不同产地的石油，凝固点差别很大。不同类别的石油制品，凝固点也有很大差别。凝固点的高低，关系着油的流动性能。低温下输送凝固点高的油时必须加热。粘度：粘度是表示油的流动性和雾化难易程度的指标。通常用恩氏粘度来表示，粘度越大，流动性越差，雾化越困难。油的粘度是随着温度而变化的，温度升高，粘度降低。一般，重油加热约在80110六、燃烧原理及燃烧设备1、燃烧、完全燃烧、不完全燃烧 燃烧：是指燃料中的可燃物与空气中的氧发生强烈放热的化学反应过程。实质上燃烧是可燃物与氧的氧化反应，只是这种氧化反应 强烈到发光放热的程度。完全燃烧：燃烧后的燃烧产物中不再含有可燃物质，即灰渣中没有剩余的固体可燃物，烟气中没有可燃气体存在时，称完全燃烧。不完全燃烧：燃烧后的燃烧产物中还有剩余的可燃物存在时，称为不完全燃烧。2、自燃、点燃自燃：就是可燃物与空气的混物，由于温度升高或其它条件变化，在没有明火接近的情况下，而自动着火燃烧。例如，储煤场的堆煤、煤粉仓内的煤粉有时就会自燃。在大气温度下，煤也能进行缓慢地氧化，析出少量热量，如果散热条件不好，温度逐渐升高。温度的升高，促进氧化过程的加强，析出的热量更多，温度升高更快，当达到足够高的温度时，而自动着火燃烧，这就是自燃形成的过程。出现自燃时的温度，称自燃温度或自燃点，也叫着火温度。点燃：是利用明火将可燃物与空气的混合物引燃。是着火的另一种方式，锅炉的燃烧都是点燃的。3、燃烧的三要素1) 必须有可燃物质燃料2) 具有能使可燃物着火燃烧的温度3) 与氧气结合4、燃烧速度 燃烧速度反映单位时间烧去可燃物的数量。由于燃烧是复杂的物理化学过程，燃烧速度的快慢，取决于可燃物与氧的化学反应速度以及氧和可燃物的接触混合速度。前者称化学反应速度，也称化学条件；后者称物理混合速度，也称物理条件。化学反应速度与反应空间的压力、温度、反应物质浓度有关，且成正比。对于锅炉的实际燃烧，影响化学反应速度的主要因素是炉内温度，炉温高，化学反应速度快。燃烧速度除与化学反应速度有关外，还取决气流向碳粒表面输送氧气的快慢，即物理混合速度。而物理混合速度取决于空气与燃料的相对速度、气流扰动情况、扩散速度等。化学反应速度、物理混合速度是相互关联的，对燃烧速度均起制约作用。例如，高温条件下应有较高的化学反应速度，但若物理混合速度低，氧气浓度下降，可燃物得不到充足的氧气供应，结果燃烧速度也必然下降。因此，只有在化学条件和物理条件都比较适应的情况下，才能获得较快的燃烧速度。5、完全燃烧的必备条件 （1）相当高的炉膛温度 温度是燃烧化学反应的基本条件，对燃料的着火、稳定燃烧、燃尽均有重大影响，维持炉内适当高的温度是至重要的。当然，炉内温度太高时，需要考虑锅炉的结渣问题。 （2）适量的空气供应 适量的空气供应，是为燃料提供足够的氧气，它是燃烧反应的原始条件。空气供应不足，可燃物得不到足够的氧气，也就不能达到完全燃烧。但空气量过大，又会导致炉温下降及排烟损失增大。 （3）良好的混合条件 混合是燃烧反应的重要物理条件。混合使炉内热烟气回流对煤粉气流进行加热，以使其迅速着火。混合使炉内气流强烈扰动，对燃烧阶段向碳粒表面提供氧气，向外扩散二氧化碳，以及燃烧后期促使燃料的燃尽，都是必不可少的条件。 （4）足够的燃烧时间 燃料在炉内停留足够的时间，才能达到可燃物的高度燃尽，这就要求有足够大的炉膛容积。炉膛容积与锅炉容量成正比。当然炉膛容积也与燃料燃烧特性有关，易于燃烧的燃料，炉膛容积可相对小些。比如相同容量的锅炉，燃油炉的炉膛容积要比煤粉炉的小，而烧无烟煤的炉膛容积要比烧烟煤的炉膛容积稍大些。6、燃烧阶段(1) 着火前准备阶段 从燃料入炉至达到着火温度这一阶段称准备阶段。在这一阶段内，要完成水分蒸发，挥发份析出、燃料与空气混合物达到着火温度。显然，这一阶段是吸热过程，热量来源是火焰辐射及高温烟气回流。影响准备阶段时间长短的因素除燃烧器本身外，主要是炉内热烟气为煤粉气流提供热量的强弱，煤粉气流的数量、温度、浓度、挥发份含量及煤粉细度等。(2) 燃烧阶段 当达到着火温度后，挥发份首先着火燃烧，放出热量，使温度升高，焦炭被加热到较高温度而开始燃烧。燃烧阶段是强烈的放热过程，温度升高较快，化学反应强烈，这时碳粒表面往往会出现缺氧状态。强化燃烧阶段的关键是加强混合，使气流强烈扰动，以便向碳粒表面提供氧气，而将碳粒表面的二氧化碳扩散出去。（3）燃尽阶段 主要是将燃烧阶段未燃尽的碳烧完。燃尽阶段剩余的碳虽然不多，但要完全燃尽却很困难，主要是存在着诸多不利于完全燃烧的因素，如少量的固定碳被灰包围着；氧气浓度已较低；气流的扰动渐趋衰减；炉内温度在逐步降低。如果燃料的挥发份低、灰分高、煤粉粗、炉膛容积小，完全燃尽将更困难。据试验，对细度R90=5%的煤粉，其中97%的可燃物可在25%的时间内燃尽，而其余3%的可燃物却要75%的时间才能燃尽。这也是实际锅炉中不可能使可燃物彻底燃尽的基本原因。7、煤粉炉的一次风、二次风、三次风一次风是通过管道输送煤粉进炉膛的那部分空气。它可以是热空气，也可以是制粉系统的乏气。它的作用除了维持一定的气粉混合物浓度以便于输送外，还要为燃料在燃烧初期提供足够的氧气。二次风是通过燃烧器的单独通道送入炉膛的热空气，进入炉膛后才逐渐和一次风相混合。二次风为碳的燃烧提供氧气，并能加强气流的扰动，促进高温烟气的回流，促进可燃物与氧气的混合，为完全燃烧提供条件。三次风，在燃用不易着、燃烧稳定性差的无烟煤、贫煤或其它高水分煤时，制粉系统的乏气通过单独的管道与喷口，直接喷送到炉膛称为三次风。三次风内约含10%左右的细煤粉，风量约占总风量的15%左右。某些锅炉因某种用途，通过专用喷口入炉膛的热风，也称三次风。8、火焰中心在锅炉炉膛中，燃料燃烧放热的同时，还进行着热量的传递。由于不同部位处于不同的燃烧阶段，放热强度不一样，致使炉膛各部位的温度也不相同。在炉膛中的最高温度点，称为 火焰中心，也称燃烧中心。火焰中心在炉膛中的正确位置，一般应在燃烧器平均高度所在平面的几何中心处。火焰中心位置会因人为原因及其它因素而发生变化，火焰中心位置的变动，对锅炉传热及锅炉安全工作均有影响。火焰中心位置太低时，可能引起冷灰斗处结渣；火焰中心位置太高，使炉膛出口烟温升高，导致炉膛出口对流受热面结渣及过热器壁温升高；火焰中心在炉膛内偏向某一侧时，会引起该侧炉墙的结渣。当然，有时为了调节蒸汽温度的需要，还可人为地改变火焰中心位置。9、强化煤粉气流燃烧（1） 适当提高一次风温度 提高一次温可减小着火热需要量，使煤粉气流入炉后迅速达到着火温度。当然，一次风温的高低是根据不同煤种来定的，对挥发份高的煤，一次风温就可以低些。（2） 适当控制一次风量 一次风量小，可减小着火热需要量，利于煤粉气流的迅速着火。但最小的一次风量也应满足挥发份燃烧对氧气的需要量，挥发份高的煤一次风量要大些。（3） 合适的煤粉细度 煤粉越细，相对表面积越大，本身热阻小，挥发份析出快，着火容易于达到完全燃烧。但煤粉过细，要增大厂用电量，所以应根据不同煤种，确定合理的经济细度。（4） 合理的一、二次风速 一、二次风速对煤粉气流的着火与燃烧有着较大影响。因为一、二次风速影响热烟气的回流，从而影响到煤粉气流的加热情况；一、二次风速影响一、二次风混合的迟早，从而影响到燃烧阶段的进展；一、二次风速还影响燃烧后期气流扰动的强弱，从而影响燃料燃烧的完全程度。因此，必须根据煤种与燃烧器型式，选择适当的一、二次风速度。（5） 维持燃烧区域适当高温 适当高的炉温，是煤粉气流着火与稳定燃烧的基本条件。炉温高，煤粉气流被迅速加热而着火，燃烧反应也迅速，并为保证完全燃烧提供条件。故在燃烧无烟煤或其它劣质煤时，常在燃烧区 设卫燃烧带或采取其它措施，以提高炉温。当然，在提高炉温时，要考虑防止出现结渣的可能性。（6） 适当的炉膛容积与合理的炉膛形状 炉膛容积大小，决定燃料在炉内停留时间的长短，从而影响其完全燃烧程度，故着火、燃烧性能差的燃料，炉膛容积要大些，这种燃料还要求维持燃烧区域高温，故常需要选用炉膛燃烧区域断面尺寸较小的瘦高型炉膛。（7） 锅炉负荷维持在适当范围内 锅炉负荷低时，炉内温度下降，对着火、燃烧均不利，使燃烧稳定性变差。锅炉负荷过高时，燃料在炉内停留时间短，出现不完全燃烧。同时由于炉温的升高，还有可能出现结渣及其它问题。因此，锅炉负荷应尽可能地在许可的范围内调度。七、燃烧计算1、理论空气量单位数量每千克或每立方米燃料完全燃烧所需的最小空气量，称为理论空气量。2、实际空气量 燃料燃烧时，实际供给的空气量称为实际空气量。为了尽可能地使可燃物都能烧掉，实际供给燃料燃烧的空气量要大于理论空气量，以使燃料中的可燃成分在燃烧过程中都有机会得到氧气，而达到完全燃烧。3、过量空气系数、过量空气量燃料燃烧时，实际供给的空气量与理论空气量之比称过量空气系数。=21/(21-O2)实际空气量与理论空气量的差值，称为过量空气量。4、烟气的成分燃料的燃烧，是可燃成分与空气中的氧进行的化合反应，在已知燃料成分和空气成分的情况下，就可根据所进行的氧化反应，确定其燃烧产物-烟气的成分。例如：固体、液体燃料完全燃烧时，碳与氧化合生成二氧化碳，氢与氧化合生成水蒸汽，硫与氧化合生成二氧化硫。除此之外，燃料中的水分汽化成水蒸汽，还有空气中剩余的氮气及过量空气中的氧气等。综上所述，燃料完全燃烧时，烟气的成分是：CO2、SO2、H2O、N2、和O2等。燃料不完全燃烧时，一部分碳生成一氧化碳，还可能生成少量的氢气及碳氢化合物CmHn，所以，燃料在不完全燃烧时，烟气成分除了CO2、SO2、H2O、N2、和O2 外，还有少量的CO、H2、CmHn等。此外，烟气中尚有微量SO3和NOx它们都对环境造成污染。其中SO3 还是低温腐蚀的主要因素。5、漏风系数漏入炉膛或烟道中的空气量与理论空气量的比值，称漏风系数或漏风率。就是出口与进口过量空气系数之差八、锅炉热平衡1、锅炉机组热平衡锅炉机组热平衡，是指在稳定工况下，输入锅炉机组的热量与锅炉机组输出热量之间的平衡，即输入热量与输出热量相等。QR = Q1+ Q2+ Q3+ Q4+ Q5+ Q6 kj/kgQ1 锅炉有效利用热量Q2 排烟损失Q3 化学不完全燃烧损失气体Q4 机械不完全燃烧损失固体Q5 散热损失Q6 灰渣物理热损失用方程式表示这种输入与输出热量的平衡，称为热平衡方程式。热平衡是以1kg燃料为计算基础的。如果将上式两边均除以输入热量Qr，则热平衡可用占输入热量的百分比来表示。100% = q1+ q2+ q3+ q4+ q5+ q62、输入热量相应于每千克或每立方米的燃料进入炉内的热量，称输入热量。它包括燃料收到基低位发热量及其物理显热，外来热源预热空气的热量等。3、正平衡热效率与反平衡热效率锅炉有效利用热量与单位时间内所消耗燃料的输入热量的百分比，称为锅炉热效率。它表明燃料输入炉内的热量被有效利用的程度。公式-利用上式计算出的热效率正平衡热效率。也可先求出各项热损失，从100%中扣除各项热损失之和，所得热效率称反平衡热效率。公式-目前，发电厂中较多的采用反平衡法确定热效率。因为，用正平衡法计算热效率时，需要准确测知汽水流量、参数及燃煤量。当前不少锅炉还没有测知燃煤量的手段，这就给计算带来困难。同时，计算出的效率值较大，一旦有误差，误差绝对值就较大。另外，从正平衡效率中，也较难看出效率不高的原因何在。利用反平衡效率，各项热损失数值较小，引起误差的绝对值不会太大，同时，还可根据各项热损失的情况，采取提高效率的措施。4、排烟热损失 排烟热损失是由锅炉排出的烟气带走的热量损失。是各项热损失中最大的一项，对大、中型锅炉，q2约为4%8%。 排烟热损失的大小，主要取决于排烟体积的大小和排烟温度的高低。5、化学不完全燃烧损失是指燃烧过程中产生的可燃气体，如CO H2 CH4等，没有燃烧放热就随烟气排入大气所造成的损失。6、机械不完全燃烧损失 燃料燃烧后，飞灰和灰渣中还有固体可燃物没有燃尽所造成的热量损失，称机械不完全燃烧热损失。7、散热损失锅炉本体及锅炉范围内的烟风道、汽水管道的表面温度，都高于周围环境温度。因此，热量将有一部分通过表面散失到大气中去，散失的热量称散热损失。散热损失的大小，与锅炉表面积的大小、表面温度、环境条件、锅炉容量及锅炉负荷有关。锅炉表面积大，表面温度高，散热损失就大；露天布置的锅炉比室内布置的锅炉散热损失大；锅炉容量增大，燃煤量与其成正比增加，但锅炉表面的增大相对要慢些，故散热损失q5将随锅炉容量增大而减小；锅炉在不同负荷运行时，总的散热量变化不大，但相对于1kg燃料的散热量Q5却有明显变化，因此，锅炉在低负荷运行时，散热损失q5将随之增大。8、灰渣物理热损失锅炉排出的灰渣，还具有较高的温度，它所携带的物理显热，称灰渣物理热损失q6 。9、最佳过量空气系数过量空气系数大小 ，对机械未完全燃烧热损失、化学未完全燃烧热损失、排烟热损失均有影响。只要增大过量空气系数，排烟热损失肯定增加；适当增大过量空气系数，可使q3、q4下降，而过量空气系数过大时将引起炉温下降，又导致q3、q4增大。因此，必然有一个最合理的过量空气系数存在。最合理的过量空气系数，应使q2+q3+q4为最小，这个过量空气系数，称最佳过量空气系数。10、燃料消耗量燃煤量：单位时间内锅炉消耗的燃煤称为燃煤量B，单位为kg/s、kg/h或t/h计算燃煤量：通常把扣除机械未完全燃烧热损失后的燃煤量称为计算燃煤量。11、发电煤耗、供电煤耗发电厂每生产1kW.h的电能所消耗的标准煤量，称为发电煤耗。 发电厂生产的电能，自身需要消耗掉一部分，剩余的才供给用户。发电厂每供出1kW.h电能所消耗的标准煤量，称为供电煤耗。第四章 流体力学基础知识1、 流体一切物质都是由分子组成的。在相同的体积中，气体和液体的分子数目要比固体少得多，分子间的空隙就比较大，因此，分子之间的内聚力小，分子运动剧烈。这就决定了气体和液体不能保持固定的形状而具有流动性，所以，我们称气体和液体都是流体。在一定温度下，流体的体积随压力升高而缩小的性质，称为流体的可压缩性。流体压缩性的大小用压缩系数K表示。它的意义是当温度不变时，单位压力增量所引起流体体积的相对缩小量。液体的压缩系数很小，一般液体是不可压缩流体。温度与压力的改变，对气体体积影响很大。由热力学可知，当温度不变时，气体的体积与压力成反比，即压力增加一倍，体积缩小为原来的一半。由于压力变化对气体体积影响明显，一般气体为可压缩流体。2、流体的粘性与粘度当流体运动时，在流体层间产生的内摩擦力具有阻碍流体运动的性质，故将这一特性称为流体的粘性，将内磨擦力称为粘性力。粘性是流体运动时间生能量损失的根本原因。液体的粘性大小，用粘度（粘性系数）表示。粘度有动力粘度与运动粘度两种。所谓动力粘度是指流体单位面积上的粘性力与垂直于运动方向上的速度变化率的比值。流体粘性的大小，不仅与流体的种类有关，且随流体的压力和温度的改变而变化。由于压力改变对流体粘性影响很小，一般可忽略不计。温度是影响粘性的主要因素。温度对粘度的影响，对液体和气体是截然不同的。温度升高时，液体的粘度迅速降低，而气体的粘度则随之升高。这主要是因为，液体的粘性力主要是由于分子间吸引力造成的，当温度升高时，分子距离加大，引力减小，使粘性力减弱，粘度降低。气体的粘性力主要是由气体内部分子运动引起的分子掺混、碰撞而产生的，温度升高，分子运动的速度加快，层间分子掺混、碰撞机会增多，使具有不同速度的气体层间的质量与动量交换加剧。所以，粘性力加大，粘度升高。液体粘度随温度升高而降低的特性，对电厂燃料油的输送与雾化是有利的。因此，锅炉燃油在进入锅炉前要加热到一定温度以降低其粘度。但这一特性对润滑油不太有利。因为温度升高使粘度降低，会妨碍润滑油膜的形成，引起轴承温度升高，甚至会烧坏轴瓦。因此，一般要控制轴承温度不超过65。3、流速、流量流体运动的速度称为流速。实际流体在管道中流动时，由于流体本身的内磨擦力及流体与管壁之间的磨擦力，使流体质点在管道各处的流速是不一样的，即沿管壁流速最低，管中心流速最高。通常工程上计算流速时，都是采用平均流速。在锅炉上，还常应用质量流速的概念。所谓质量流速，是指单位时间通过单位流通截面的流体质量。单位时间通过单位流通截面的流体量称为流体流量，简称为流量。流量又有体积流量和质量流量之分。4、 液体静压力静止液体内任一点承受的压力，称为该点处液体的静压力。液体某一点的静压力等于液体表面上的压力加上该点距离液面深度的重位压头。5、运动着的流体具有哪几部分能量稳定运动的流体，因其具有质量、压力、运动速度、所处位置相对高度，使其具有三种能量：压力能、动能、位能。6、 连通器所谓连通器，是液面以下相互连通的两个或几个容器。盛有相同液体、液面上压力相等的连通器，其液面高度相等。连通器原理在工程上有着广泛的应用。如各种液面计（水位计、油位计等），水银真空计，液柱式风压表，差压计等，都是应用连通器原理制成的。7、 紊流与层流流体在运动过程中，各质点完全沿着管轴方向直线运动，质点之间互不掺混、互不干扰的流动状态称为层状流动，简称层流。若运动着的质点不仅沿着管轴方向的直线运动，还伴有横向扰动，质点之间彼此混杂，流线杂乱无章，这种流动状态称为紊流。锅炉中，实际流体（如水，蒸汽，烟气，空气等）的流动状态几乎都是紊流，只有粘性较大的液体（重油，润滑油）在低速流动中才会出现层状流动。液体的流动状态，在不同场合会有不同的利与弊。如流体为紊流状态时，由于分子间扰动强烈，对增强传热有利。但由于是紊流，必然要增大流动阻力而增加能量损失。8、流动阻力与损失实际流体在流动过程中，其总能量是沿着流动方向逐渐减小。这是由于流体本身具有粘性，流动时有内摩擦力产生；流道边界不可能完全光滑，也要产生摩擦力；同时流动过程中还会有流道的形状、流动方向的变化与其它障碍，这些都会使流体在流动过程中受到阻力。这种阻力称水力阻力或流动阻力。流体流动就需克服这些阻力，从而使一部分能量转化为不能做功的热能而损失掉，使流体总量沿流程逐渐减小。这种由流动阻力所引起的能量损失称为阻力损失。9、流体流动阻力有哪几种形式？（1） 没程阻力 粘性流体流动时，流体层间内磨擦力及流体与流道壁面的磨擦力总是阻滞流体前进，这种沿流程出现的磨擦阻力称为沿程阻力。流体克服沿和阻力而损失的一部分能量，称为沿程阻力。（2） 局部阻力 流体的流道中会有阀门、挡板、弯头、三通等装置及流通截面突然变化等情况。流体流经这些局部位置时，流速将重新分布，流体质点殖民地质点之间因惯性而发生碰撞、产生旋涡等情况，使流体流动受到阻碍。这种阻碍发生在局部区段，故称局部阻力。流体为克服局部阻力而损失的能量，称为局部损失。另外，在锅炉通风系统中，还需要考虑流体横向冲刷管束时的阻力。因为烟气（空气）横向流过受热面管束时，会与管壁产生磨擦以及沿管子绕流，使流体了生涡流而产生阻力。这种横向冲刷管束时的阻力，实质上是磨擦力与局部阻力的综合。在锅炉通风计算时应单独考虑这种阻力。10、自生通风压头沿烟道（或热风道）高度，由于烟气（或热空气）与外界大气密度差所产生的压头，称自生通风压头，也称自生通风力或自拨风。自生通风压头的符号是这样规定的：当烟气（或热空气）向上流动时取正号，向下流动时取负号。由于自生通风压头有方向性，在锅炉通风过程中，如果烟气（或热空气）是向上流动，它将成为流动的推动力；如果向下流动，它将成为流动的阻力。第五章 金属材料基本知识1、 变形及其分类构件在外力作用下，发生尺寸和形状改变的现象，称为变形。变形的基本形式有弹性变形、塑性变形（永久变形）和断裂三种。构件在外力作用下发生变形，外力去除后能恢复原来形状和尺寸，材料的这一特性称为弹性。这种在外力去除后能消失的变形称为弹性变形。若外力去除后，只能部分的恢复原状，还残留一部分不能消失的变形，材料的这一特性称为塑性。外力去除后不能消失而永远残留的变形，称为塑性变形，也称永久变形。工程上，一般要求构件在正常工作时，只能发生少量弹性变形，而不能出现永久变形。但对材料进行某种加工（如弯曲、压延、锻打）时，则希望它产生永久变形。2、 强度、刚度、韧性材料或构件承受外力时，抵抗塑性变形或破坏的能力称强度。钢材在较大外力作用下可能不被破坏，木材在较小外力作用下而可能会断裂，我们说钢材的强度比木材高。材料或构件承受外力时抵抗变形的能力称为刚度。刚度不仅与材料种类有关，还与构件的结构形式、尺寸等有关。比如管式空气预热器管箱与钢管省煤器组件相比，前者抗变形能力要比后者好，我们称前者的刚度强（好），后者的刚度弱（差）。刚度好的构件，在外力作用下的稳定性也好。材料抵抗冲击载荷的能力称为韧性或冲击韧性，即材料承受冲击载荷时迅速产生塑性变形的性能。锅炉承压部件所使用的材料应具有较好的韧性。3、 塑性材料、脆性材料在外力作用下，虽然产生较显著变形而不被破坏的材料，称为塑性材料。在外力作用下，发生微小变形即被破坏的材料，称为脆性材料。材料的塑性和韧性的重要性并不亚于强度。塑性和韧性差的材料，工艺性能往往很差，难以满足各种加工及安装的要求，运行中还可能发生突然的脆性破坏。这种破坏往往滑事故前兆，其危险性也就更大。脆性材料抵抗冲击载荷的能力更差。4、 应力、应变和弹性模量材料或构件在单位截面上所承受的垂直作用力称为应力。外力为拉力时，所产生的应力为拉应力；外力为压缩力时，产生的应力为压应力。在外力作用下，单位长度材料的伸长量或缩短量，称为应变量。在一定的应力范围（弹性形变）内，材料的应力与应变量成正比，它们的比例常数称为弹性模量或弹性系数。对于一定的材料，弹性模量是常数，弹性模量越大，在一定应力下，产生的弹性变形量越小。弹性模量随温度升高而降低。转动机械的轴与叶轮，要求在转动过程中产生较小的变形，就需要选用弹性模量较大的材料。5、 应力集中由于构件截面尺寸突然变化而引起应力局部增大的现象，称为应力集中。在等截面构件中，应力是均匀分布的。若构件上有孔、沟槽、凸肩、阶梯等，使截面尺寸发生突然变化时，在截面发生变化的部位，应力不再是均匀分布，在附近小范围内，应力将局部增大。应力集中的程度，可用应力集中系数来表示。应力集中系数的大小，只与构件形状和尺寸有关，与材料无关。工程上常用典型构件的应力集中系数，已通过试验确定。应力集中处的局部应力值，有时可能很大，会影响部件使用奉命，是部件损坏的重要原因之一。为防止和减小这种不利影响，应尽可能避免截面尺寸发生突然变化，构件的外形轮廓应平缓光滑，必要的孔、槽最好配置在低应力区。另外，金属材料内部或焊缝有气孔、夹渣、裂纹以及“焊不透”、“咬边”等缺陷，也会引起应力集中。6、 强度极限、屈服极限强度极限与屈服极限是通过试验确定的。在拉伸试验过程中，应力达到某一数值后，虽然不再增加甚至略有下降，试件的应变还在继续增加，并产生明显的塑性变形，好像材料暂时失去抵抗变形的能力，这种现象称为材料的屈服。发生屈服现象时的应力，称为材料的屈服极限。当试验拉力继续升高，试件达到破坏时的应力，称为材料的强度极限或抗拉强度。屈服极限和强度极限越大，分别表明材料抵抗破坏和抵抗塑性变形的能力高，即材料强度好。对于一定材料来说，强度极限和屈服极限是随着工作温度的升高而降低的。7、 蠕变金属在一定温度和一定应力作用下，随着时间的推移缓慢地发生塑性变形的现象称蠕变。材料发生蠕变的温度与其性质有关，碳钢在300350时，合金钢在350450时，在应力作用下，就会出现蠕变。温度越高，应力越大，蠕变速度就越快。8、 金属材料的疲劳构件在长期交变应力作用下，虽然它承受的应力远小于材料的屈服极限，在没有明显塑性变形的情况下，发生断裂的现象称为金属的疲劳。因金属疲劳发生的破坏称为疲劳破坏出现疲劳破坏的原因，是经过应力多次交替变化后，在应力最大或有缺陷部位会产生微细的裂纹，裂纹尖端出现严重的应力集中，随着交变应力循环次数的增加，裂纹逐渐扩大，最后导致破裂 。9、 许用应力、安全系数构件实际工作时，所允许产生的最大应力称许用应力。对锅炉承压元件不定来说，许用应力是指在工作条件下所允许的最小壁厚及最大压力时的应力。构件工作时，其内部产生的应力既不能达到屈服极限 ，更不能达到强度极限，必须远小于它们才能保证安全。通常把 和 称危险应力。危险应力与许用应力的比值n称为安全系数。N值的大小，不仅反映构件的安全程度。N值大，许用应力小，比较安全，但消耗材料多，构件也笨重；n值许用应力大，能节约材料，但安全程度就差。因此，在确定安全系数时，应在满足安全的前提下，充分考虑经济性的要求。10、热应力构件因温度化不能自由伸缩而产生的应力，或部件本身温度不均匀使伸缩受制约而产生的应力，称为热应力。锅炉在启、停过程中，出现的汽包内外壁温差，将会在汽包壁内产生热应力。热应力是由于温度变化是时变形受阻而产生。11热脆性钢材在某一高温区间（如400550）和应力作用下长期工作，会使冲击韧性明显下降的现象称为热脆性。影响热脆性的主要因素是金属的化学成分。含有铬、锰、镍等元素的钢材，热脆性倾向较大。加入钼、钨、钒等元素，可降低钢材的热脆性倾向。12、钢材的高温氧化锅炉某些高温元件（如过热器、再热器管及其支吊架等）与高温烟气中的氧气发生的氧化反应，称高温氧化。氧化生成的氧化膜如果不能紧紧地包覆在钢材表面而发生脱落，则氧化过程会不断发展，层层剥落，最后导致破坏。13钢材的高温腐蚀锅炉受热面管子，在高温情况下，烟气侧和蒸汽侧均有发生腐蚀的可能性。当温度超过400时，就有可能发生蒸汽侧的腐蚀，其化学反应式如下： 3Fe+4H2OFe3O4+4H2反应产生的氢气如果不能较快地被汽流带走，它与金属发生作用，导致金属强度下降而产生脆性破坏。烟气对管壁的高温腐蚀，主要是灰中的碱金属在高温下升华，与烟气中的SO3生成复合硫酸盐，在550710范围内呈液态凝结在管壁上，破坏管壁表面的氧化膜，即发生高温腐蚀。另外，燃油时灰中的钒在高温下升华，并生成V2O5，在550660时凝结在管壁上起催化作用，使烟气中的SO2及O2生成Na2SO4及原子氧（O），对管壁也有强烈的腐蚀作用。高温腐蚀是反复进行的，它将氧化膜破坏、生成、再破坏，管壁逐渐减薄，最后导致爆管。控制壁温过高，是减轻高温腐蚀的重要措施。14、锅炉用钢材的分类锅炉用钢是在高温条件下工作，部件类别多，工作条件复杂，使用钢材类别也很多，但承压元件所使用的钢材，基本上可分两大类： （1）碳素钢 锅炉承压元件用钢为优质碳素钢，且大多属于低碳钢（含碳量低于0.25%）,如15号钢，20号钢。一般用于工作温度低于450部件。（2）合金钢 在碳素钢的基础上，为了达到某些特定性能要求，有目的地加入一些元素的钢，称合金钢。被加入的元素称为合金元素。合金钢比碳素钢具有良好的综合机械性能和特殊的物理化学性能，如有较高的强度极限和持久强度、耐磨性、耐蚀性和抗氧化性等。但也有缺点，如：冶炼工艺复杂，某些加工性能较差，价格也较昂贵等。因此，一般合金钢用在工作温度高于450的零、部件上。15合金钢中的主要合金元素的作用钢是以铁为基本成分的多元素金属。纯铁有很好的塑性及韧性，但强度很低。所以，总要