锅炉原理教案

1、第一章 绪论锅炉发展概况随着蒸汽机的发明，18世纪末叶出现了工业用原筒型锅炉。第一个发展方向，是在锅筒内部增加受热面，形成了烟管锅炉系列。第二个发展方向，是在锅筒外部发展受热面，形成水管锅炉系列。在蒸汽锅炉发展的同时，由于热水供热系统的发展和节能的需要，另一类用于直接生产热水的热水锅炉也得到较快的发展。纵观锅炉发展的历史，真正走上现代化道路才不过五、六十年时间。随着现代工业的发展和科学技术的进步，现代锅炉正朝着大容量、高参数方向发展，蒸发量2000t/h左右的锅炉已相当普遍，4000t/h以上的巨型锅炉也早有多台投入运行。第一节 锅炉机组的工作过程一、锅炉设备的作用现代电站锅炉就是利用燃料燃烧

2、释放的热能或其他热能加热给水，以获得规定参数（温度、压力）和品质的蒸汽的设备。火力发电厂的生产过程，实质上是将一次能源（煤、燃料油和可燃气体转化为二次能源（电力）的能源转化过程。在火力发电厂中，锅炉产生的高温高压水蒸气，推动汽轮机、带动发电机发出电能。所以，锅炉是火力发电厂三大主要设备之一。二、锅炉机组的工作过程1. 燃料的制备及燃烧过程2. 烟气向受热面的传热过程3. 水的受热汽化、过热及再热过程三、锅炉机组的构成1. 锅炉本体由汽包、水冷壁、过热器、再热器、省煤器、空气预热器、燃烧器、排渣装置，以及连接管道（烟道和风管）、构架（平台扶梯）和炉墙等组成的整体，称为锅炉本体。锅炉机组是指锅炉本

3、体加上锅炉范围的烟、风管道、煤粉管道、燃料管道及其附属设备、测量仪表及其他必要的附属机械。2锅炉机组的辅助系统和附属设备燃料供应系统、煤粉制备系统、给水系统、通风系统、除灰除尘系统、水处理系统、测量及控制系统。第二节 锅炉的容量和参数一、锅炉容量锅炉容量即锅炉的蒸发量，是指锅炉每小时所产生的蒸汽量，单位是t/h（或kg/s）。1. 额定蒸发量蒸汽锅炉额定蒸发量是指在额定蒸汽参数、额定给水温度和使用设计燃料，并保证热效率时锅炉每小时所产生的蒸汽量。2. 最大连续蒸发量蒸汽锅炉最大连续蒸发量是指在额定蒸汽参数、额定给水温度和使用设计燃料，长时间连续运行时所能达到的最大蒸发量。二、锅炉的蒸汽参数1.

4、 额定蒸汽压力额定蒸汽压力是指蒸汽锅炉在规定的给水压力和规定的负荷范围内，长期连续运行时应予保证的出口蒸汽压力，单位是MPa。2. 额定蒸汽温度额定蒸汽温度是指蒸汽锅炉在规定的负荷范围、额定蒸汽压力和额定给水温度下长期连续运行所必须保证的出口蒸汽温度，单位是。包括额定过热蒸汽参数和额定再热蒸汽参数。第三节 锅炉分类一、按锅炉的用途分类1. 电站锅炉2. 工业锅炉3. 热水锅炉二、按锅炉容量分类按锅炉容量的大小，锅炉有大、中、小型之分。三、按锅炉的蒸汽压力分类1. 低压锅炉（表压不大于2.45MPa）2. 中压锅炉（表压为2.944.90MPa）3. 高压锅炉（表压为7.8410.8MPa）4.

5、 超高压锅炉（表压为11.814.7MPa）5. 亚临界锅炉（表压为15.719.6MPa）6. 超临界锅炉（绝对压力超过临界压力22.1MPa）四、按锅炉的燃烧方式分类1. 火床燃烧方式和火床炉2. 火室燃烧方式和室燃炉3. 旋风燃烧方式和旋风炉4. 流化床燃烧方式和流化床炉五、按锅炉蒸发受热面内工质的流动方式分类1. 自然循环锅炉（1）概念蒸发受热面内的工质，依靠下降管中的水与上升管中的汽水混合物之间的密度差所产生的压力差进行循环的锅炉。（2）自然循环的推动力，运动压头，Pa（3）自然循环锅炉的特点： 汽包是锅炉中省煤器、过热器和蒸发受热面的分隔容器。 由于自然循环的推动力主要依靠水汽的密

6、度差，因而自然循环锅炉的蒸发受热面就是由许多垂直管子组成的水冷壁，并且尽量减少弯头，以较少流动阻力； 汽包中装有汽水分离装置，以减少饱和蒸汽的带水； 锅炉的水容量及其相应的蓄热能力较大； 水冷壁上升管出口的含汽率比其他型式锅炉要低一些，可以允许稍大的锅水含盐量，而且自然循环锅炉可以排污，因此给水品质的要求可以低些； 由于汽包直径及壁厚都较大，所以自然循环锅炉的金属消耗量较大。2. 强制循环锅炉（又称辅助循环锅炉）（1）概念强制循环锅炉：蒸发受热面内的工质除了依靠水与汽水混合物的密度差以外，主要依靠锅水循环泵的压头进行循环的锅炉，称为强制循环锅炉。控制循环锅炉：在水冷壁上升管的入口处加装了节流圈

7、的强制循环锅炉，称为控制循环锅炉。现代大容量强制循环锅炉都是控制循环锅炉。（2）强制（控制）循环锅炉的特点： 由于装有锅水循环泵，其循环推动力比自然循环大好几倍； 蒸发受热面内工质可以采用较高的质量流速，循环倍率可以比自然循环锅炉小一些，循环水流量减小，流动阻力减小。 由于蒸发受热面内工质保持较高的质量流速，可使循环稳定，蒸发受热面内受热较弱的管子不易发生循环停滞或循环倒流等循环故障； 负荷升降速度较快，与自然循环锅炉相比缩短了锅炉的启、停时间； 控制系统的要求比自然循环锅炉高一些，比直流锅炉低一些； 与自然循环锅炉相比，由于要增加锅水循环泵，不但增加了锅炉的投资和运行费用，而且锅水循环泵长期

8、在高温（250300）和高压下运行，需采用特殊的结构和材料，才能保证锅炉运行的安全性。3. 直流锅炉（1）概念给水依靠给水泵压力，一次通过锅炉各受热面产生蒸汽的锅炉，称为直流锅炉。（2）直流锅炉的特点： 由于没有汽包进行汽水分离，因此水的加热、蒸发和过热的受热面没有固定的分界，而是随着锅炉负荷和工况的变动而变动，过热汽温往往也随着负荷的变化而有较大的波动。 由于没有汽包，直流锅炉蒸发受热面内工质不构成循环，也无汽水分离问题，因此当工作压力增高，汽水密度差减小，以至在超临界压力时，直流锅炉仍能可靠地工作； 直流锅炉对负荷变化较敏感，锅炉工作压力也变化较快； 直流锅炉一般不能连续排污，因此对给水品

9、质要求很高； 由于没有汽包，在直流锅炉蒸发受热面中会出现流动不稳定、脉动等问题，会直接影响锅炉的安全运行； 防止膜态沸腾是直流锅炉设计和运行中必须注意的问题； 直流锅炉启动和停炉都比较快； 在启动过程中，要有专门的系统，以便有足够的水量通过蒸发受热面，以保护它不致被烧坏。4. 复合循环锅炉它是依靠锅水循环泵的压头将蒸发受热面出口的部分或全部工质进行再循环的锅炉。现用的复合循环锅炉有两种：一种是全负荷负荷循环锅炉（又称低循环倍率锅炉），另一种是部分负荷复合循环锅炉六、按锅炉排渣的相态分类1. 固态排渣炉2. 液态排渣炉七、按锅炉燃烧室内压力分类1. 负压燃烧锅炉2. 压力燃烧锅炉微正压燃烧锅炉。

10、第四节 锅炉的安全和经济指标一、锅炉运行的经济性指标1. 锅炉效率锅炉效率是指锅炉有效利用热Q1与单位时间内所消耗燃料的输入热量Qr的百分比。2. 锅炉净效率锅炉净效率是指扣除了锅炉机组运行时的自用能耗（热耗和电耗）以后的锅炉效率。二、锅炉运行的安全性指标1. 锅炉连续运行小时数锅炉连续运行小时数是指锅炉两次被迫停炉进行检修之间的运行小时数。2. 锅炉的可用率锅炉的可用率是指在统计期间内，锅炉总运行小时及总备用小时数之和，与该统计期间总小时数的百分比。3. 锅炉事故率锅炉事故率是指在统计期间内，锅炉总事故停炉小时数，与总运行小时数和总事故停炉小时数之和的百分比。第二章 锅炉受热面火力发电机组为

11、了提高循环热效率和降低汽耗率，其蒸汽动力循环都采用具有过热过程和一次再热过程的朗肯循环。介绍朗肯循环T-s图。电站锅炉的受热面包括：水冷壁、过热器、再热器、省煤器和空气预热器。第一节 水冷壁锅炉炉膛四周炉墙上敷设的受热面通常称为水冷壁。一、水冷壁的工作特点与作用1. 强化传热，减少锅炉受热面面积，节省金属消耗量。2. 降低高温对炉墙的破坏作用，起保护炉墙的作用。3. 能有效地防止炉壁结渣。4. 悬吊炉墙。5. 作为锅炉主要蒸发受热面，吸收炉内辐射热量，使水冷壁管内的热水汽化，产生锅炉全部或绝大部分饱和蒸汽。二、水冷壁结构与布置1. 水冷壁常用管材通常采用外径为4560mm的无缝钢管和内螺纹管，

12、材料为20G。2. 小容量锅炉水冷壁的结构与布置小容量锅炉广泛采用光管水冷壁，沿炉膛四壁，互相平行地竖直布置，上端与上联箱或汽包连接，下端与下联箱相连。3. 大容量锅炉水冷壁的结构与布置（1）膜式水冷壁的结构（2）膜式水冷壁的优点： 炉膛气密性好，减少了漏风，可降低排烟热损失，提高锅炉效率。 降低金属消耗量。 采用轻质炉墙，减少材料消耗，大大降低锅炉成本。 便于采用悬吊结构 炉膛温升快，冷却也快，有利锅炉负荷调节，及缩短启动和停炉时间。（3）300MW 锅炉膜式水冷壁的布置第二节 过热器与再热器一、过热器和再热器的功用和特点1. 过热器和再热器的功用（1）将饱和蒸汽或低温蒸汽加热成为达到合格温

13、度的过热蒸汽。（2）调节蒸汽温度，保持其出口蒸汽温度在额定温度的-10+5范围内。2. 过热器和再热器的特点（1）过热器和再热器是锅炉中金属壁温最高的受热面，许多部分采用价格较高的合金钢。（2）整个过热器或再热器的阻力，即工质压降不能太大。（3）过热器与再热器管壁的冷却条件较水冷壁和省煤器差。（4）过热器和再热器出口汽温将随锅炉负荷的改变而改变。（5）过热器和再热器管间的烟气流速受多种因素的影响。（6）在锅炉点火升炉或汽轮机甩负荷时，过热器或再热器中没有蒸汽通过。二、过热器的系统布置与结构三、再热器的系统布置与结构四、过热器与再热器的结构型式1. 对流式主要依靠对流传热方式从烟气中吸收热量。对

14、流式过热器和再热器基本由蛇形管管排组成，蛇形管的布置有垂直放置（立式）和水平放置（卧式）两种型式。根据管内外蒸汽和烟气总的流动方向，对流式过热器和再热器有逆流、顺流和混合流三种布置方式。2. 辐射式（壁式、墙式）布置在炉膛壁面上、直接吸收炉膛辐射热的过热器或再热器称为辐射式（或墙式）过热器或再热器。通常在辐射式过热器和辐射式再热器的设计、布置和运行时作如下考虑：（1）使辐射式过热器和辐射式再热器远离热负荷最高的火焰中心区，布置在热负荷稍低的炉膛上部。（2）将辐射式过热器和再热器作为低温级受热面，以较低温度的蒸汽流过这些受热面，改善管子的工作条件。（3）选取较高的管内工质质量流速，提高管内放热系

15、数。（4）在锅炉启动时管内必须有足够的蒸汽流量来冷却管壁。3. 半辐射式（屏式）布置在炉膛上部 炉膛出口处，既能接收炉膛的辐射热，也吸收烟气对流换热的受热面称为半辐射式过热器或半辐射式再热器。4. 包覆壁过热器现代大型锅炉为了简化炉墙结构，采用悬吊结构的敷管炉墙，在水平烟道和尾部竖井烟道内壁像布置水冷壁那样布置过热器，称为包覆壁过热器。第三节 省煤器与空气预热器一、概述省煤器与空气预热器布置在锅炉烟道的最后，进入这两种受热面的烟气温度也最低，所以统称它们为尾部受热面或低温受热面。1. 应用省煤器的目的：（1）为了减少蒸发受热面，以价格低廉的省煤器受热面代替价格昂贵的蒸发受热面；（2）减小给水与

16、汽包壁的温差，使汽包的热应力降低，延长汽包使用寿命。2. 应用空气预热器的目的：（1）降低排烟温度，提高锅炉效率。（2）改善燃料的着火条件，减少燃料的不完全燃烧损失。（3）提高炉内火焰温度，强化炉膛内辐射换热。二、省煤器1. 省煤器的分类：（1）按制造材料可分为铸铁式和钢管式两类。（2）按水在省煤器中被加热的程度，省煤器可分为非沸腾式和沸腾式两类。（3）按省煤器管子型式的形式分为：光管式省煤器、鳍片管式省煤器、膜式省煤器。2. 省煤器的布置：（1）蛇形管水平布置，便于疏水，减少停炉期间的腐蚀。（2）蛇形管错列布置，结构紧凑，且可提高对流换热能力和减少积灰。（3）管内给水由下向上流动，管外烟气由

17、上向下流动，呈逆流传热方式，具有最大的传热温差。（4）大型电站锅炉的省煤器一般为蛇形管垂直于前后墙布置。（5）为便于检修和清灰，对省煤器管组的高度有一定限制。3. 国产300MW亚临界压力锅炉省煤器系统举例。三、空气预热器电站锅炉广泛采用的空气预热器有管式和回转式两种。回转式空气预热器与管式空气预热器相比有下列优点： （1）结构紧凑。（2）节省钢材。（3）耐腐蚀性能好。（4）受热面受到磨损、腐蚀时，不增加空气预热器的漏风量，且为组装式受热面，更换方便。1. 回转式空气预热器（1）受热面回转式空气预热器（2）风罩回转式空气预热器2. 管式空气预热器3. 热管式空气预热器第三章 锅炉燃料燃料是可以

18、用来取得大量热能的物质。分为两大类：核燃料、有机燃料。有机燃料按其物态可以分为固体燃料（煤、木材、油页岩等）、液体燃料（石油及其产品）、气体燃料（天然气、高炉煤气、焦炉煤气及发生炉煤气）。有机燃料按其用途可分为工艺燃料和动力燃料两种。第一节 煤的常规特性一、煤的组成特性1. 煤的元素分析煤的元素分析是指对煤中碳、氢、氧、氮、硫五种元素分析的总称。煤的元素分析结果用各种元素的质量百分比表示。2. 煤的工业分析（1）煤的工业分析的概念计算煤中水分、挥发分、固定碳和灰分等四种成分的质量百分数，称为煤的工业分析。（2）煤的工业分析的方法水分的测定挥发分的测定固定碳的测定灰分的测定3. 煤的成分计算基准

19、：（1）收到基。以收到状态的煤为基准计算煤中全部成分的组合称为收到基。Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%（2）空气干燥基。以与空气温度达到平衡状态为基准。Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%（3）干燥基。以假想无水状态的煤为基准。Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%（4）干燥无灰基。以假想无水、无灰状态的煤为基准。Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%4. 煤的计算基准换算二、煤的发热量1. 定义煤的发热量是指单位质量的煤在完全燃烧时所释放出的热量。单位是kJ/kg。（1）弹筒发热量Qb弹筒发热量是在实验室中

20、用氧弹史量热计测定的实测值。（2）高位发热量Qgr高位发热量是弹筒发热量减去硫和氮生成酸的校正值后所得的热量。（3）低位发热量Qnet低位发热量是高位发热量减去煤样中水和燃烧时生成的水的蒸发潜热后的热值。2. 换算（1）由弹筒发热量换算成为高位发热量Qad,gr=Qad,b-(95Sad,b+Qad,b)（2）由高位发热量换算成为低位发热量Qar,net=Qar,net-206Har-23Mar3. 以收到基低位发热量为基准的其他概念（1）标准煤收到基低位发热量为29270kJ/kg的燃料，称为标准煤。（2）折算成分为了比较煤中各有害成分（水分、灰分及硫分）对锅炉工作的影响，更好地鉴别煤的性质

21、，引入折算成分的概念。规定把相对于每4182kJ/kg收到基低位发热量的煤所含的收到基水分、灰分和硫分，分别称为折算水分、折算灰分和折算硫分。折算水分 折算灰分折算硫分三、高温下煤灰的熔融性1. 煤灰的熔融性及其三个特征温度值的测定（1）变形温度DT（2）软化温度ST（3）流动温度FT长渣：DT、ST之差在200400时为长渣，长渣在炉膛中易于结渣。短渣：DT、ST之差在100200时为短渣。2. 影响煤灰熔融性的因素分析（1）煤灰的化学组成煤灰的化学组成比较复杂，可以分为酸性氧化物和碱性氧化物两种。（2）煤灰周围高温介质（气氛）的性质分为氧化性介质和弱还原性介质，在弱还原性介质中灰渣的熔点低

22、。四、焦碳的特性（1）粉状（2）粘着状（3）弱粘状（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节 煤的常规特性对锅炉工作的影响一、挥发分的影响煤的挥发分是由各种碳氢化合物、一氧化碳、硫化氢等可燃气体、二氧化碳和氮等不可燃气体以及烧少量氧气所组成。挥发分是煤的重要成分特性，它可以作为煤分类的主要依据。同时，挥发分对煤的着火、燃烧有很大的影响。挥发分愈多的煤，愈容易着火，燃烧也易于完全。二、水分的影响1水分多，燃料燃烧时放出的有效热量少。2水分多，会增加着火热，使着火推迟。3水分多，会降低炉内温度，使着火困难，增加机械和化学不完全燃烧热损失。4

23、水分多，排烟热损失增大，引风机电耗增大。5水分增加，使受热面容易积灰、腐蚀。6水分每增加1%，过热汽温升高1.5。7水分过多，会给煤粉的制备增加困难。三、灰分的影响四、灰渣熔融性的影响为了避免对流受热面的结渣，通常要控制炉膛出口烟温低于灰的变形温度以下DT50100，也要低于灰的软化温度ST。五、硫分的影响燃煤含硫的最大影响，是会产生硫酸蒸汽冷却后变成硫酸，对低温受热面形成酸腐蚀，以及伴随而来的堵灰和烟道堵塞问题；而过热器、再热器的高温腐蚀和沾污，也与含硫有直接关系。第三节 煤的燃烧特性及其影响一、碳氢比C/H燃煤元素分析成分的碳氢比C/H，可以表示煤的燃烧难易程度，碳氢比愈高，说明燃煤的含碳

24、量愈高，燃烧愈困难，也愈难燃尽。二、燃料比FC/Vdaf燃料比是煤的工业分析成分中固定碳（FC）与干燥无灰基挥发分Vdaf的比值。燃料比愈大，燃煤的着火温度愈高，着火愈困难，也愈难于然尽。三、反应指数T15反应指数T15是指煤样在氧气流中加热，使其温升速度达到15/min时所需要的加热温度。煤的反应指数愈大，表明这种煤愈难着火和燃烧。四、燃烧分布曲线煤的燃烧分布曲线是表示煤样的燃烧速度（用失重率表示）随温度变化的关系。五、热解曲线煤的热解曲线可判断煤中挥发分随温度升高析出的情况。六、煤的燃尽率曲线煤的燃尽率曲线可以判断煤燃烧快慢和燃尽的时间。第四节 煤的结渣和沾污特性指标一、煤的结渣特性指标1

25、结渣率结渣率是指煤在一定的空气流速下燃烧并燃尽时，其所含灰分因受到高温影响而结成灰渣，其中粒度大于6mm的渣块占灰渣总质量的百分比。2灰成分结渣指标（1）碱酸比B/A（2）硅铝比（3）结渣指数Rt和Rs二、煤灰的沾污指数RFRF0.2，为轻微沾污；RF=0.20.5,为中等沾污；RF=0.51.0，为中等沾污；RF1.0，为严重沾污。第五节 煤的分类一、我国煤的分类我国煤的分类法是采用表征煤的煤化程度的主要参数，即干燥无灰基挥发分Vdaf作为分类指标，将煤分为三大类：褐煤、烟煤和无烟煤。凡Vdaf10%的煤为无烟煤，Vdaf10%的煤为烟煤，Vdaf37%的煤为褐煤。无烟煤为煤化程度最深的煤，

26、含碳量多，挥发分含量少，而且挥发分释出温度较高，着火和燃尽较困难。燃烧时无烟，火焰呈青蓝色。二、发电厂用煤的质量等级1煤按挥发分Vdaf的质量等级2煤按灰分Ad的质量等级3煤按水分的质量等级4煤按硫分Sar的质量等级5煤按灰的软化温度的质量等级第六节 液体及气体燃料一、锅炉常用的液体燃料及其特性锅炉常用的液体燃料主要是重油和渣油。重油的特性指标：1. 粘度粘度是表征液体燃料流动性能的指标。2. 凝固点凝固点是表征燃油丧失流动性能时的温度。3. 闪点及燃点4. 含硫量5. 灰分二、气体燃料1. 天然气体燃料（1）气田煤气（天然气）（2）油田伴生气2. 人工气体燃料（1）高炉煤气（2）焦炉煤气（3

27、）发生炉煤气（4）液化石油气第四章 燃烧过程的物质平衡和锅炉热平衡第一节 燃烧过程的物质平衡一、燃料在完全燃烧时的化学计量方程式kJ/kmol(C) kJ/kmol(H2) kJ/kmol(S)二、理论空气量1. 概念1kg（或1Nm3）燃料完全燃烧时所需的最少空气量（空气中没有剩余氧）称为理论空气量。2. 计算 ，Nm3/kg,kg/kg三、过量空气系数在锅炉实际运行中，为使燃料尽可能燃尽，供给的空气要大于理论空气量，超过的部分称为过量空气量。实际空气量Vk与理论空气量V0之比称为过量空气系数。第二节 燃烧产物计算和测定一、完全燃烧时的燃烧产物（1）燃烧产物按1kg（或1Nm3）燃料计算，烟

28、气体积为： ，Nm3/kg理论烟气量：在=1时，完全燃烧后的烟气体积称为理论烟气量。，Nm3/kg 1二氧化碳和二氧化硫的体积（VRO2），Nm3/kg2理论氮气的体积（）由两部分组成：燃料中的氮所占体积和理论空气量中氮所占的体积。，Nm3/kg3理论水蒸气体积（）由以下四部分组成：（1）燃料中的氢完全燃烧生成的水蒸气体积（2）燃料中的水汽化生成是水蒸气体积（3）理论空气带入的水蒸气体积（4）采用蒸汽雾化等设备带入的水蒸气体积用蒸汽雾化等设备时的理论水蒸气体积为：，Nm3/kg4. 理论烟气量： ，Nm3/kg5. 实际烟气量：，Nm3/kg二、不完全燃烧时的燃烧产物（1）当供给的空气量不足（

29、1，或空气量（1），但与燃料混合不好时，都会发生不完全燃烧。这时燃料中的一部分可燃物质未经燃烧而进入燃烧产物中，如H2、CO、CmHn等。其中H2和CmHn数量很少，一般工程计算中可忽略不计，常以CO在烟气中的含量来判断不完全燃烧的程度。RO2和CO占干烟气的容积百分数为：固体燃料未完全燃烧时，其干烟气体积为：， Nm3/kg气体燃料未完全燃烧时，其干烟气体积为：， Nm3/kg三原子气体和水蒸气的容积份额和分压力：，烟气中的飞灰浓度：指每kg烟气中的飞灰质量。 ，kg/kg三、烟气分析及其应用1烟气分析的目的烟气中的成分及含量直接反映出炉内的燃烧工况，因而在燃烧调整和日常运行监督中，都需要对

30、烟气进行成分分析。烟气分析的方法很多，有化学吸收法、电气测量法、红外吸收法及色谱分析法等。2奥氏烟气分析仪奥氏烟气分析仪是利用化学药剂对气体选择性吸收特性进行工作的。3烟气全分析仪4烟气中CO含量的计算为燃料特性系数，可由燃料的元素分析成分计算，Kq4为考虑固体未完全燃烧的修正系数，如忽略燃料中的Nar和Sar,的物理意义：燃料中自由氢（H-0.126O）和C的比值。燃料中自由氢越多，值就越大。如不计固体不完全燃烧损失，有5RO2和RO2max的计算当完全燃烧时，CO=0，因此上式称为完全燃烧方程式。，%在锅炉运行中，如发现RO2值过小，这就意味着供应的空气量过多，或炉墙、烟道漏风增大。若在=

31、1的情况下完全燃烧，即O2=0，CO=0，则烟气中的三原子气体含量达到最大值：，%6过量空气系数完全燃烧时：不完全燃烧时：完全燃烧且不计时，概念为：实际供给的氧量21（若供给的空气量为100）与燃烧过程实际消耗的氧量（21-O2）之比。7锅炉漏风系数第三节 焓温表焓温表的计算和编制是锅炉热力计算中很重要的一项预备性计算。空气或烟气的焓都是指在等压条件下，将1kg燃料所需的空气或所产生的烟气量从0加热到t（空气）或（烟气）时所需的热量，单位为kJ/kg。一、空气焓在标准状态下理论空气量的焓为，kJ/kg实际空气的焓为，kJ/kg二、烟气焓1. 设计时的烟气焓计算从热力学定律可知，燃烧产物的焓等于

32、它的各组成成分焓的总和。，kJ/kg其中理论烟气焓（=1）为，kJ/kg烟气中飞灰焓为，kJ/kg2. 锅炉运行时烟气焓计算可从测得的烟气成分和烟气温度数据，用下式计算烟气焓3. 有烟气再循环时烟气焓计算，kJ/kg烟气抽出点的再循环率r为第四节 锅炉热平衡一、热平衡的基本概念锅炉热平衡是指在稳定运行状态下，锅炉 热量与输出热量及各项热损失之间的热平衡。热平衡方程式为：，kJ/kgQr锅炉输入热量Q1锅炉有效利用的热量Q2排烟热损失Q3可燃气体不完全燃烧热损失Q4固体不完全燃烧热损失Q5锅炉散热损失Q6其他热损失热平衡方程百分数表达式：二、锅炉输入热量Qar,net燃料收到基低位发热量ir燃料

33、物理显热Qwr外来热源加热空气时带入的热量ZQzq雾化燃油所用蒸汽带入的热量，kJ/kg，kJ/kg三、锅炉有效利用热锅炉有效利用热指水和蒸汽流经各受热面时吸收的热量。空气在空气预热器吸热后又回到炉膛，这部分热量属锅炉内部热量循环，不应计入。四、各项热损失1固体不完全燃烧热损失q4这是燃料中未燃烧或未燃尽碳造成的热损失，也称为机械未完全燃烧损失或未燃碳损失。对于火床炉，%对于流化床锅炉，%对于煤粉炉，%影响q4的主要因素有：燃料性质、燃烧方式、炉膛型式和结构、燃烧器设计和布置、炉膛温度、锅炉负荷、运行水平、燃料在炉内的停留时间和与空气的混合情况等。2可然气体不完全燃烧热损失q3这是由于CO、H

34、2、CH4等可燃气体未燃烧放热就随烟气离开锅炉而造成的热损失，也称化学不完全燃烧损失。，%影响q3的主要因素有：燃料的挥发分、炉膛过量空气系数、燃烧器结构和布置、炉膛温度和炉内空气动力工况等。3排烟热损失q2这是锅炉排烟物理显热造成的热损失，等于排烟焓与入炉空气焓之差。，%影响q2的主要因素为排烟温度和烟气容积。4散热损失q5这是由于锅炉本体及其范围内各种管道、附件的温度高于环境温度而散失的热量。影响散热损失的主要因素有：锅炉外表面的大小、外表面温度、炉墙结构、保温隔热性能及环境温度等。5其他热损失锅炉的其他热损失主要是灰渣物理显热损失和冷却热损失。，%五、锅炉效率锅炉效率即为锅炉有效利用热与

35、锅炉送入热量之比。，%，%燃烧效率：六、国外热损失计算的其他方法美国CE方法：（1）未完全燃烧热损失（2）辐射和对流热损失（3）干燃烧产物热损失（4）由空气中水分引起的热损失（5）由燃料中水分引起的热损失（6）燃料中氢生成的水分所引起的热损失（7）其他热损失日本三菱公司方法：（1）干排烟热损失（2）燃料中氢生成的水分所引起的热损失（3）由燃料中水分造成的热损失（4）由空气中水分造成的热损失（5）灰渣显热损失（6）未完全燃烧热损失（7）辐射和传导散热损失（8）管道热损失七、锅炉热效率试验（1）输入输出热量法（正平衡法）（2）热损失法（反平衡法）第五章 煤粉制备第一节 煤粉特性一、煤粉的一般特性1

36、. 粒度小。大部分为2060m，刚磨制的疏松煤粉的堆积密度为0.40.5t/m3，经堆存自然压紧后密度约为0.7 t/m3。2. 具有较好的流动性。3. 自燃与爆炸。4. 水分对煤粉流动性与爆炸性有较大的影响。二、煤粉细度煤粉细度Rx表示煤粉的粗细程度。式中：a、b分别表示留在筛子上和通过筛孔的煤粉质量。筛余量a越大，Rx越大，则煤粉越粗。电厂常用R90和R200同时表示煤粉细度和均匀度。三、煤粉的颗粒组成特性用全筛分得到的曲线Rx=f(x)称为煤粉颗粒组成特性曲线。四、煤粉的经济细度使锅炉不完全燃烧损失、磨煤电耗及金属磨损的总和最小的煤粉细度称为煤粉的经济细度。影响煤粉经济细度的因素有：煤和

37、煤粉的质量、燃烧方式等。第二节 煤的可磨性与磨损性一、煤的可磨性系数可磨性系数表示煤被磨成一定细度的煤粉的难易程度。哈氏可磨指数HGI：将经过空气干燥、粒度为0.631.25mm的煤样50g，放入哈氏可磨性试验仪。施加在钢球上的总作用力为284N，驱动电动机进行研磨，旋转60转。将磨得的煤粉用孔径为0,71mm的筛子在震动筛机上筛分，并称量筛上与筛下的煤粉量。用下式计算 哈氏可磨性指数：HGI=13+6.93GHGI大于86的为易磨煤，HGI小于62的煤为难磨煤。二、煤的磨损指数煤的磨损指数表示该煤种对磨煤机的研磨部件磨损轻重的程度。磨损指数的大小，不但与硬质颗粒含量有关，还与硬质颗粒的种类有

38、关。磨损指数直接关系到工作部件的磨损寿命，已成为磨煤机选型的一个依据。国际上有的采用旋转磨损试验仪测定磨损指数。方法是将2kg经空气干燥、粒径小于6.7mm的煤样放入试验仪，埋住试片，使试验仪以1500r/min转速运转12000转，测量试片被磨损的质量。按下式计算磨损指数：，mg/kg煤的冲刷磨损指数为第三节 中速磨煤机及制粉系统一、中速磨煤机1中速磨煤机的工作原理及结构分为四部分：驱动装置、碾磨部件、干燥分离空间、煤粉分离和分配装置。工作过程：（1）RP型碗式磨煤机（2）MPS型磨煤机（3）E型磨煤机RP型电耗最低，MPS型次之，E型最高。E型耐磨损性能最好，MPS型次之。2中速磨煤机存在

39、的主要问题：（1） 对原煤带入的石块、木块、铁块敏感性强，易引起振动和部件损坏；（2） 磨煤机结构复杂，运行和检修的技术水平要求高；（3） 不能磨制磨损指数高的煤种；（4） 对煤的水分要求高。3优点；（1） 启动迅速、调节灵活；（2） 磨煤电耗低；（3） 结构紧凑，占地面积比钢球磨煤机小4倍；（4） 金属磨损量小4中速磨煤机适应性如下：二、中速磨煤机直吹式制粉系统在直吹式制粉系统中，磨媒机磨制的煤粉全部直接送入炉膛内燃烧。优点：系统简单、设备部件少、运行电耗低、钢材消耗省、占有空间小、投资少、爆炸危险性小。再加上中速磨煤机的优点，因此国内大型电站锅炉大多采用中速磨煤机直吹式制粉系统。1负压直吹

40、式制粉系统：2正压热一次风机直吹式制粉系统：3正压冷一次风机直吹式制粉系统：国产大容量电站锅炉一般采用正压冷一次风机直吹式系统。三、中速磨煤机储仓式制粉系统在储仓式制粉系统中增加了细粉分离器、煤粉仓给粉机和排粉风机等设备。磨煤机的出力不再受锅炉负荷的限制，同时能很好地满足调峰机组的要求。第四节 钢球磨煤机及制粉系统缺点：磨煤电耗高，金属磨损量大。优点：煤种适应性广，能达到其他类型磨煤机难于达到的煤粉细度，运行维修方便。一、单进单出钢球磨煤机磨煤部件为一个直径24m、长310m的圆筒，筒内装有大量直径为2560mm的钢球。1影响钢球磨煤机工作的主要因素：（1）筒体转速n。临界转速nlj：筒体的转

41、速达到使钢球的离心力等于其重力，筒内钢球不再脱离筒壁下落的最小转速。筒体转速为临界转速的0.75倍。（2）钢球充满系数钢球充满系数指筒内钢球容积占筒体容积的百分数。磨煤电耗最小的最佳钢球充满系数zj与筒体转速n和临界转速nlj有关。zj=0.12/(n/nlj)1.75（3）钢球直径若根据煤种及磨煤机工作条件，将直径40、50、60mm的钢球按比例搭配使用，则会有较好的磨煤效果。（4）通风量（5）筒内存煤量2钢球磨煤机的优点：（1）适合磨制无烟煤。（2）可磨制冲刷磨损系数Ke3.5的煤。（3）对煤中杂质不敏感。（4）能磨制高水分煤。（5）结构简单，故障少，运行安全可靠，检修周期长，对运行和维修

42、的技术水平要求较其他磨煤机低。二、双进双出钢球磨煤机其两端空心轴既是热风和原煤的进口，又是气粉混合物的出口。双进双出钢球磨煤机比单进单出磨煤机大大缩小了体积，减少了占地面积，增加了通风量，降低了磨煤机的功率消耗。三、钢球磨煤机制粉系统1双进双出钢球磨煤机直吹式制粉系统与中速磨直吹式制粉系统比较，有以下优点：（1）煤种适应性广。（2）备用容量小。（3）响应锅炉负荷变化性能好。（4）负荷调节范围大。（5）钢球磨煤机的煤粉细度稳定，不受负荷变化影响。（6）风煤比低，有利于低挥发分煤的燃烧。2双进双出半直吹式制粉系统当锅炉采用分级燃烧或热风送粉时，可以采用半直吹式制粉系统。3钢球磨煤机中间储仓式制粉系

43、统与直吹式系统相比的缺点是：（1）系统复杂庞大，建设初投资大。（2）由于系统的设备多，管道长，容易在系统中产生煤粉沉积，增加了煤粉爆炸的危险性。系统需设置许多防爆装置。（3）系统中负压较大，漏风量大，致使输粉电耗增大，锅炉效率降低。优点是：（1）利用给粉机调节送入锅炉的煤粉量，增强了各燃烧器煤粉流量的均匀性。同时，对锅炉负荷变化的响应比应用给煤机调节快。（2）煤粉仓储存煤粉量大，磨煤机出力不受锅炉负荷的影响，可以一直在最经济出力下运行，磨煤电耗金属磨损量降低。（3）各锅炉制粉系统之间装置有螺旋输粉机，各煤仓的煤粉可相互输送，提高了机组运行的可靠性，同时也使磨煤机的备用容量减少。第五节 风扇式磨

44、煤机及制粉系统风扇式磨煤机大多用于燃用褐煤的锅炉，一般转速在400r/min以上，属高速磨煤机。能磨制高水分的褐煤和烟煤。优点：结构简单、尺寸小、金属耗量少。缺点：叶轮、叶片磨损快，检修周期短。风扇式磨煤机一般应用于直吹式制粉系统中。第六节 制粉系统的其他部件一、粗粉分离器制粉系统中所用的粗粉分离器是利用重力、惯性力和离心力的作用把较粗的煤粉分离出来的。1.离心式粗粉分离器2.回转式粗粉分离器二、细粉分离器（旋风分离器）三、给煤机1.圆盘式给煤机2.刮板式给煤机3.振动给煤机四、叶轮式给粉机第六章 燃烧过程的基本理论第一节 化学反应速度及其影响因素一、化学反应速度燃烧反应实际上是一种能发光发热

45、的高速化学反应。按照参加反应的化学物质的相态，燃烧反应有两种类型：一是均相反应，如气体燃料在空气中燃烧；二是不同相态的两种物质在交界面上发生多相反应，例如固体燃料在空气中燃烧。任何化学反应，均可用以下的化学计量方程式表示：化学反应速度不仅取决于参加反应的原始反应物的性质，而且与反应系统的条件有关。重要条件是：（1）反应物的浓度；（2）温度；（3）压力；（4）是否有催化反应或连锁反应。二、质量作用定律：在温度不变时，化学反应速度与该瞬间各反应物浓度幂的乘积成正比。各反应物浓度的幂指数等于其相应的化学计量系数。对于一下的化学计量方程式：其中正反应速度为逆反应速度为化学反应的合成速度等于正、逆反应速

46、度之差，它在反应过程中不断减少，最后变为零。这时正、逆反应速度相等，也就是达到化学平衡状态。化学反应平衡时，平衡常数多相反应速度是指在单位时间、单位表面上参加反应的物质浓度的变化。即三、阿累尼乌斯定律阿累尼乌斯定律是反映温度对化学反应速度的影响。根据质量作用定律，化学反应速度与反应常数成正比，阿累尼乌斯定律说明了k随温度变化的关系，即 频率因子k0，从统计物理学的观点看，是表征反应物质分子碰撞的总次数。活化能E可以理解为：使分子接近和破坏反应分子化学键所必须消耗的能量，也就是发生反应所需要的能量。四、压力对化学反应速度的影响在反应容积不变的情况下，反应系统压力的增高，就意味着反应物浓度增加了，

47、从而使化学反应速度增加。五、催化作用如果把某些称为催化剂的少量物质加到反应系统去，使化学反应速度发生变化，则这种作用称为催化作用。催化剂可以影响化学反应速度，但化学反应却不能改变催化剂本身。催化剂可以改变反应物的活化能。六、连锁反应连锁反应可以使化学反应自动连续加速进行。从链锁反应机理可知，其反应过程可分为三个阶段：（1）链的激发形成过程。（2）链的传递过程。（3）链的断裂过程。连锁反应按再生的活化分子数目等于或大于消耗的活化分子数目，可分成不分支连锁反应和分支连锁反应。第二节 煤、焦炭和煤粉的燃烧一、煤燃烧过程的四个阶段（1）预热干燥阶段。（2）挥发分析出并着火阶段。（3）燃烧阶段。（4）燃

48、尽阶段二、碳的燃烧反应（1）一次反应（2）二次反应（3）C及CO2与空气中水蒸气产生的附从反应三、碳的多相燃烧特点多相燃烧反应的特征是：物质在分界表面上发生反应，多相反应可以在物质外表面上进行，也可以在物质内部表面上进行。由下列几个连续的阶段组成：（1）参与燃烧反应的气体分子（氧）向碳粒表面的转移与扩散；（2）气体分子（氧）被吸附在碳粒表面上；（3）被吸附的气体分子（氧）在碳表面发生化学反应，生成燃烧产物；（4）燃烧产物从碳表面上解吸附；（5）燃烧产物离开碳表面，扩散到周围环境中。身四、多相燃烧反应的燃烧区域在多相燃烧中，根据燃烧条件的不同可以将多相燃烧分成三种燃烧区域：动力燃烧区域、扩散燃烧

49、区域和过度燃烧区域。1动力燃烧区域在燃烧过程中，当燃烧反应的温度不高时，化学反应速度不快，此时氧的供应速度远远大于化学反应中氧的消耗速度，亦即扩散能力远大于化学反应能力，即k。这时燃烧工况所处区域称为动力燃烧区域。在动力燃烧区域中，燃烧反应速度决定于化学反应速度，可以认为与扩散速度无关。动力燃烧区域发生在低温区，在此区域内，提升温度是强化燃烧反应的有效措施。2扩散燃烧区域如果影响燃烧过程进行的主要因素是扩散，此时燃烧反应的温度已经很高，化学反应能力远大于扩散能力，即k远大于，这时的燃烧区域称为扩散燃烧区域。在扩散燃烧区域，要强化燃烧，就必须加大风速，加强碳粒与氧的扰动混合。3过度燃烧区域在过度

50、燃烧区域内，氧的扩散速度和碳粒的化学反应速度较为接近，哪一个都不能忽略，参加反应的氧在碳粒表面的浓度小于周围介质的氧浓度。要强化过度区域的燃烧，提高温度和强化碳粒与氧的扰动混合，同样都是重要措施。五、煤与煤粉的燃烧特点1煤的燃烧特点（1）煤中水分的影响（2）挥发分的影响（3）灰分的影响2煤粉的燃烧特点（1）煤粉颗粒小，在炉膛中的加热速度很快。（2）煤粉挥发分析出、着火和碳的着火燃烧几乎是同时的。第三节 燃烧过程着火和熄火的热力条件一、着火温度由缓慢氧化状态转变到高速燃烧状态的瞬间过程称谓着火，转变瞬间的温度称为着火温度。燃烧过程的热力过程：燃烧室内煤粉空气混合物燃烧时的放热量Q1为在燃烧过程中

51、向周围介质的散热量为二、熄火温度煤的反应能力愈强（Vdaf越高，焦碳活化能越小），其着火温度越低，越容易着火，也越容易燃尽，反之。要加快着火，可以从加强放热和减少散热两方面着手。在散热条件不变的情况下，可以增加可燃混合物的浓度和压力，增加可燃混合物的初温，使放热加强；在放热条件不变时，则可采用增加可燃混合物初温和减少气流速度、燃烧室保温等减少放热措施来实现。第四节 影响煤粉气流着火的因素实验发现，煤粉气流的着火温度要比煤的着火温度高一些。为了使煤粉气流被更快加热到煤粉颗粒的着火温度，总是不把煤粉燃烧所需的全部空气都与煤粉混合来输送煤粉，而只是用其中一部分来输送。这部分空气称为一次风，其余的空气

52、称为二次风和三次风。着火热：将煤粉气流加热到着火温度所需热量称为着火热。它包括加热煤粉及空气（一次风），并使煤粉中水分蒸发、过热所需的热量。1燃料的性质（1）挥发分的影响（2）水分的影响（3）灰分的影响（4）煤粉细度的影响2炉内散热条件减少炉内散热，有利于着火。在实践中为了加快和稳定低挥发分煤的着火，常在燃烧器区域用铬矿砂等耐火材料将部分水冷壁遮盖起来，构成所谓燃烧带。3煤粉气流的初温提高初温T0可减少着火热。因此，在实践中燃用低挥发分煤时，常采用高温的预热空气作为一次风输送煤粉，即采用热风送粉系统。4一次风量和一次风速对一种煤种，有最佳的一次风量和一次风速。5燃烧器的构造特性影响着火快慢的燃

53、烧器结构特性，主要是指一、二次风混合情况。6锅炉负荷当锅炉负荷降到一定程度时，就会危及着火的稳定性，甚至可能熄火。一般在没有其他措施的条件下，固态排渣煤粉炉只能在高于70% 额定负荷下运行。第五节 燃烧完全的条件燃烧效率可用下式表示：1供应充足而又适量的空气2适当高的炉温3空气和煤粉的良好扰动和混合4在炉内要有足够的停留时间第七章 煤粉炉及燃烧设备第一节 煤粉炉的炉膛及燃烧器 煤粉炉的燃烧设备包括炉膛（燃烧室）、燃烧器和点火装置。一、煤粉炉的炉膛煤粉炉的炉膛是燃料燃烧的场所，是锅炉最重要的部件之一。炉膛的设计应满足下列要求：（1）合理布置燃烧器，使燃料能迅速着火，并有良好的炉内空气动力场，使各壁面热负荷均匀。（2）炉膛要有足够的容积和高度，保证燃料完全燃烧。（3）能够布置合适的蒸发受热面以满足锅炉容量的需要；同时保证合适的炉膛出口烟温，保证炉膛出口的对流受热面不结渣和安全工作。（4）炉膛的受热面应具有可靠的水动力特性，保证其工作的安全。（5）炉膛结构紧凑，金属及其他材料用量少；便于制造、安装、检修和运行。炉膛热负荷：燃料每小时输入的平均热量。1