锅炉基础知识

1、筑龙网 HYPERLINK 筑龙网水暖电资料全部免费下载了！锅炉基础知识锅炉的用途及工作原理锅炉是国民经济中重要的热能供应设备。电力、机械、冶金、化工、纺织、造纸、食品等行业,以及工业和民用采暖都需要锅炉供给大量的热能。锅炉是利用燃料燃烧释放出的热能或其他能量将工质(中间载热体)加热到一定参数的设备。应用于加热水使之转变为蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉,也称为蒸汽发生器;应用于加热水使之提高温度转变为热水的锅炉,称为热水锅炉而应用于加热有机热载体的锅炉称为有机热载体锅炉。从能源利用的角度看,锅炉是一种能源转换设备。在锅炉中,一次能源(燃料)的化学贮藏能通过燃烧过程转化为燃烧产物(烟气和灰渣)所载有的热

2、能,然后又通过传热过程将热量传递给中间载热体(例如水和蒸汽),依靠它将热量输送到用热设备中去。这种传输热量的中间载热体属于二次能源,因为它的用途就是向用能设备提供能量。当中间载热体用于在热机中进行热一功转换时,就叫做“工质“。如果中间载热体只是向热设备传输、提供热量以进行热利用,则通常被称为“热媒“。锅炉按其用途可以分为电站锅炉、工业锅炉、船舶锅炉和机车锅炉等四类。前两类又称为固定式锅炉,因为是安装在固定基础上而不可移动的。后两类则称为移动式锅炉。本书介绍的是固定式工业锅炉。在锅炉中进行着三个主要过程:(1)燃料在炉内燃烧,其化学贮藏能以热能的形式释放出来,使火焰和燃烧产物(烟气和灰渣)具有高

3、温。(2)高温火焰和烟气通过“受热面“向工质(热媒)传递热量。(3)工质(热媒)被加热,其温度升高或者汽化为饱和蒸汽,或再进一步被加热成为过热蒸汽。以上三个过程是互相关联并且同时进行的,实现着能量的转换和传递。伴随着能量的转换和转移还进行着物质的流动和变化:(1)工质,例如给水(或回水进入锅炉,最后以蒸汽(或热水)的形式供出。(2)燃料,例如煤进入炉内燃烧,其可燃部分燃烧后连同原含水分转化为烟气,其原含灰分则残存为灰渣。(3)空气送入炉内,其中氧气参加燃烧反应,过剩的空气和反应剩余的惰性气体混在烟气中排出。水一汽系统、煤一灰系统和风二烟系统是锅炉的三大主要系统,这三个系统的工作是同时进行的。通

4、常将燃料和烟气这一侧所进行的过程(包括燃烧、放热、排渣、气体流动等)总称为“炉内过程“;把水、汽这-1侧所进行的过程(水和蒸汽流动、吸热、汽化、汽水分离、热化学过程等)总称为“锅内过程“。锅炉的主要参数,包括锅炉产生热能的数量和质量两个方面的指标。如蒸汽锅炉的主要参数是生产蒸汽的数量和蒸汽的压力、温度,热水锅炉的主要参数是热水的流量和热水的压力、温度。一、锅炉出力蒸汽锅炉的出力是指每小时所产生的蒸汽数量,也称为锅炉的蒸发量,用以表示其产汽的能力。蒸发量又称为容量,用符号D来表示,常用的单位是“t/h“。新锅炉出厂时,铭牌上所标示的蒸发量,指的是这台锅炉的额定蒸发量。所谓额定蒸发量,是指锅炉燃用

5、设计的燃料品种,并在设计参数下运行,即在规定的压力、温度和一定的热效率下,长期连续运行时每小时所产生的蒸汽量。热水锅炉的出力是指锅炉在确保安全的前提下长期连续运行,每小时输出热水的有效供热量,称为锅炉的额定供热量。热水锅炉的额定供热量用热功率表示,其单位为“MW“。二、锅炉压力压力是指垂直作用在单位面积上的力,通常叫压力(实际上是压强)。用符号p表示,单位是“MPa“。锅炉的压力是根据所用金属材料在一定温度条件下的强度,受压元件的几何形状以及受压特点等条件,按照国家颁布的有关强度计算标准,对各个受压元件分别进行壁厚计算,然后从中选出一个所能承受的压力最低值,作为这台锅炉的最高允许使用压力。蒸汽

6、锅炉内为什么会有压力呢?这是因为锅炉内的水吸收热量后,由液体状态变成气体状态,体积膨胀。由于锅筒是密闭容器,蒸汽不能自由膨胀,而被迫压缩在锅筒内,因此对筒壁就产生压力。热水锅炉压力主要由热水本身的压力造成的。热水锅炉的水是由给水泵送入锅炉的,给水泵的出口压力减去管道阻力就是锅炉的给水压力。大气压力是指空气作用在地球表面上的质量力。由于1m3空气在0。C时的质量为1.29kg,所以地球上部的大气层对地球表面有一定的压力,这个压力叫大气压力。0。C时在北纬22.5。的海平面上(即海拔零米处)大气压力是0.1013MPa,工程上常用工程大气压,它是每kg质量的物质作用在1cd面积上的力,数值是0.0

7、981MPd工程上常把二者简化为同一数值,约为0.1MPa)。另外,随着使用的场合不同,度量压力的单位还有水银柱高度(mmHU、水柱高度(mH20)等,其换算关系如下:0.0981MPa=0.9678物理大气压=735.6mmHg=1OmH20=1kgf/cm2表压力是指以大气压力作为测量起点,即压力表指示的压力。表压力不是实际压力,因为当压力表指针为零时,实际上已受到周围一个大气压力的作用力,所以压力表指的数值,是指超过大气压力的部分。绝对压力是指以压力为零作为测量起点的,即实际压力。其数值就是表压力加0.1013MPa(大气压力)。表压力与绝对压力的关系:p绝=p表+(0.1013MPa)

8、p表=p绝-(0.1013MPa)负压是指低于大气压力(俗称真空)。通常负压燃烧的锅炉正常燃烧时,打开炉门会感觉到周围空气吸向炉膛,这是炉膛内负压的缘故。一般炉膛出口保持负压23mm水柱。三、温度温度是指物体冷热的程度(通常用符号t表示)。测量温度常用的单位是摄氏度,用。C表示。在锅炉设计计算中,常用绝对温度单位,用K表示。绝对温度的零度为零下273摄氏度(。C)。如果以T表示绝对温度的值,以t表示摄氏温度的值,其转换公式为:T=t+273K温度通常用摄氏温度(用符号。C表示)和华氏温度(用符号下表示)。目前我国常用的是摄氏温度。(1)摄氏温度:以水在一个大气压下开始沸腾时的温度(即沸点)为1

9、00。c,水开始结冰时的温度(即冰点)为0。c,中间分成100格,每格为1摄氏度。(2)华氏温度:以水的沸点为212。F,冰点为32。F,中间分成180格,每格为1华氏度。两种温度的换算关系如下:toC=(5/9)(oF-32)蒸汽锅炉的额定蒸汽温度是指锅炉输出蒸汽的最高工作温度。一般锅炉铭牌上载明的蒸汽温度是以摄氏温度表示的。对于小型锅炉,使用的蒸汽绝大多数是从锅筒上部的主汽阀直接引出的,其蒸汽温度是指该锅炉工作压力下的饱和蒸汽温度。对于有过热器的锅炉,其蒸汽温度是指过热器后主汽阀出口处的过热蒸汽温度。热水锅炉的额定热水温度是指锅炉输出、热水的最高工作温度。锅炉铭牌上载明的热水温度也是以摄氏

10、温度表示的。锅炉规格及型号表示法在我国锅炉制造业中,将工质出口压力在中压(3.9MPa)以上的锅炉划归电站锅炉行业生产,其产品主要用于发电,但也可用于大型锅炉房内提供生产(工艺和动力)用热。工质出口压力为低压(不超过2.5MPa)的锅炉划归工业锅炉行业生产,其产品主要用于为生产和生活(主要是采暖)提供蒸汽和热水,但也有用于小型发电设备的。此外,往往还从各种不同角度对锅炉进行分类和命名,使其名称能反映出其某个方面的特征,例如:按工质及其输出状态分为蒸汽锅炉、热水锅炉等;按能源分为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、电加热锅炉等;按燃烧方式和燃烧设备分为火床燃烧锅炉(层状燃烧锅炉、炉排锅炉)、火室燃烧锅

11、炉(悬浮燃烧锅炉、煤粉锅炉)、沸腾燃烧锅炉(流化床燃烧锅炉)等;按工质在锅炉内部流动方式分为自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉等;按通风方式分为自然通风锅炉、机械通风锅炉等;按锅炉炉型结构分为锅壳(火管)锅炉、水管锅炉等;按运输安装方法分为快装锅炉、整装锅炉、散装锅炉等。一、工业锅炉规格系列1.蒸汽锅炉工业蒸汽锅炉的规格系列由国家标准GB1921规定,见表1-1.给水温度分20。C、60。C、105。C三挡,由制造厂在设计时结合具体情况选取其中之一。在额定出力和额定出口蒸汽压力下,锅炉出口过热蒸汽温度的允许偏差为:对于350。C20。C对于400。C+10。C-20。C热水锅炉在按蒸发量估算

12、供热量时,可以近似地取热功率为70OKW相当于1t/h蒸发量。2.热水锅炉热水锅炉的规格系列由国家标准GB3166规定,二、工业锅炉型号表示方法工业锅炉产品型号的表示方法采用原机械工业部标准JB1626。水蒸气和其他工质性质及水循环水的分布很广,易于获得,价格便宜无毒无嗅,水蒸气又有较好的热力性质,因而它是热力过程中应用得最早和最广泛的工质。另外,有机热载体(俗称“导热油“)也被用作锅炉的工质。一、水的性质水是无色、元昧、透明和元嗅的液体。纯水是由氢和氧两种元素化合而成的。其分子式是H20。其性质如下:(1水有三态。随着温度的不同,水会呈现液态(水)、气态(水蒸气)和固态(冰)三种形态。它们之

13、间能够互相转化。锅炉中的水是通过加热沸腾蒸发而成蒸汽的。(2)水在一个大气压下,温度为4。C时体积最小,密度最大;超过或低于4。C时,密度减小,其体积均要膨胀。所以在冬季停用的锅炉和管道内不要存水,以防止结冰后体积膨胀,冻坏设备。(3)水的压缩性很小,受到压力时以相等大小的压力向各个方向均匀传递。对锅炉及其他受压容器作水压试验,就是利用这个原理,以检查各个部分的强度和严密性。(4)水的内部向任何方向都有压力,在同一高度,对各个方向的压力都相等,高度增加,压力也增加。(5)水在连通器(几个容器底部互相连通的容器)内,当水面上的压力相等时,各处的水面始终保持在同一平面上。锅炉上的水位表就是根据这个

14、原理装置的,即水位表内的水面与锅筒(或汽包)中的水面是一致的。通过观察水位表,就能知道锅炉里水位的高低。(6)水的比热容为4.19kJ/(kg。C),较其他液体大。即一定质量的水当温度升高时吸收的热量,比其他液体在相同情况下所吸收的热量多。加上来源方便,所以经常利用水作为冷却或吸热的介质。二、饱和状态在水的汽化和水蒸气的凝结过程中,当单位时间内逸出液面与回到液面的分子数目相等而汽液两相平衡共存时,这种状态称为饱和状态,饱和状态下的蒸汽及水的压力和温度称为饱和压力和饱和温度,对于一定的饱和压力有着一定的饱和温度。处于饱和状态下的水和蒸汽,分别称为饱和水及饱和蒸汽。饱和水与饱和蒸汽的混合物称为汽水

15、混合物。若汽水混合物中以蒸汽为主而水占的比例较小时,则称为湿饱和蒸汽。不含水的纯饱和蒸汽称为干饱和蒸汽。在汽水混合物中蒸汽所占的质量份额叫做“干度“,用符号x表示。干饱和蒸汽的干度为1,饱和水的干度为0,湿饱和蒸汽的干度在0与1之间。当蒸汽的温度高于与其压力相对应的饱和温度时,称为过热蒸汽。过热蒸汽温度与饱和温度之差称为蒸汽的“过热度“。当水的温度低于与其压力相对应的饱和温度时,这种水称为欠热水。饱和温度与欠热水温度之差称为水的“欠热度“。三、水的定压加热与汽化水在锅炉中被加热而汽化的过程可以近似地视为在定压下进行,因为水、汽通过锅炉所发生的压力降低与其绝对压力相比是很小的。定压下水的加热和汽

16、化分为三个阶段:(1)水的预热:将欠热水加热,使之达到饱和温度成为饱和水。1kg欠热水变为饱和水所需吸收的热量称为其“欠热“。(2)水的汽化:继续加热饱和水,就开始产生蒸汽,成为汽水混合物(湿饱和蒸汽)。汽化是在饱和压力和饱和温度下进行的,定压进行同时也是定温进行。随着汽化的进行,汽水混合物的干度越来越大,最终变为干饱和蒸汽而结束汽化阶段。1kg饱和水变成干饱和蒸汽所需吸收的热量称为水的“比汽化潜热“(通常略去“比“字,简称汽化潜热),用符号Y表示,单位为kJ/kg。(3)蒸汽的过热:继续加热干饱和蒸汽,可使其温度升高,成为过热蒸汽。1kg干饱和蒸汽加热到某个过热温度所需吸收的热量称为过热热量

17、。四、水的临界参数水的饱和压力与饱和温度是单值函数关系占压力增高,与之相对应的饱和温度也升高,不同饱和压力下的比汽化潜热也是不同的。随着压力的增高,比汽化潜热逐渐减少。当压力达到22.12MPa称为临界压力的值时,比汽化潜热为零,水的汽化阶段缩为一点。此时的温度374.15OC则称为临界温度。在临界压力以上,水和汽的差别消失。五、水和水蒸气的热力性质表见表1-6。饱和水和干饱和蒸汽的热力性质六、有机热载体有机热载体是热载体的一大类。热载体是一种用来传递热量的中间媒体。有机热载体是一种有机化合物,通常呈油状液体,因用作传热介质,故也称导热油,也叫热媒油。GB4016石油产品名词术语标准称为热载体

18、油。GB/T7631.12润滑剂和有关产品(L类)的分类第12部分Q组(热传导,液)标准等效采用了IS06743-12润滑剂、工业润滑油和有关产品导热油根据其生产方法分为矿物油型导热油和合成油型导热油两大类。1.矿物油型导热油矿物油型导热油是以石油高温裂解过程或催化过程生产的馏分油产品作为基础油,经过深度加工,加入清净分散剂和抗氧剂等添加剂精制而成。矿物油型导热油原料来源比较丰富,价格便宜,制造工艺简单,元毒无味,常温下不易氧化,使用温度可达液相340。C。20世纪50年代以前没有专用的矿物油型导热油,大都采用机械油、汽缸油、汽轮机油,使用温度低,工作寿命短。50年代以来,美国、日本等国才研制

19、出莫比尔603、埃索500、丸善200等牌号的矿物油型导热油。我国于70年代末才开始研制这类产品。目前各地生产的各种牌号矿物油型导热油可分成为芳香短类、长碳链饱和烧娃类、混合经类三大类化学结构的产品,这些产品应用很广泛。2.合成油型导热油合成油型导热油是以化工和石油化工产品为原料,基体油为一种以上,经有机合成工艺制得。这类产品加工复杂,成本较高,使用温度较高,热稳定性也较好。合成油型导热油于1932年由美国道氏化学公司首创,商品名称为道生A。道生A导热油可在2580C以下液相使用,258400。C时气相使用,热稳定性较好。但该油有毒,气味难闻,凝点偏高。50年代以后,美国、日本、法国、德国等国

20、相继推出各种导热油产品,如:皖基苯、烧基联苯、二苇基甲苯、氢化三联苯、二甲基联苯隧筹合成油型导热油产品。我国于60年代开始研制仿道生油产品,但至今产品种类仍不多。合成油型导热油的化学结构中含有苯或环炕短结构。导热泊是一种有机热载体,多呈淡黄色或褐色油状液体,大部分是无毒无昧的,少数具有一定程度的毒性和刺鼻臭味。导热油具有较高的沸点,可以在很低的饱和压力下被加热到较高的工作温度,达到液相340。C或汽相400。c,并有较好的热稳定性,一般不腐蚀金属设备,粘度不大,泵送性能好,已被广泛用于作为传递热量的中间媒介。使用中当油温超过80。C时必须有隔离空气措施,否则导热油会被急剧氧化而变质,影响使用。

21、导热油都是可燃的,使用中必须注意防火要求。导热油超温工作时会产生裂解而析出碳,粘度增加,传热效果下降,造成结焦时会引发事故。七、水循环在工业锅炉中,工质的流动有两种方式:一种是强制流动,即在受热面入口端和出口端的工质压力差的驱动下使工质流过受热面,而入、出口的压差归根到底是依靠水泵造成的外加动力;另一种是自然循环,即在受热面入口端与出口端之间用“下降管“连通,与受热面一起组成封闭的循环回路,下降管不受热或其受热弱于受热面,由15两者受热不同,其内部的工质密度也就不同,在两部分工质所受重力不同的作用下,造成了工质的定向流动一一密度大者下降,密度小者升。这就是工质的自然循环。锅炉的省煤器和蒸汽过热

22、器中,工质为强制流动,而一般在汽化受热面(辐射受热面水冷壁、对流管束)中,工质进行自然循环。由于水冷壁布置在烟气温度最高的炉膛内,所以保证工质自然循环的正常进行、避免发生循环故障,具有十分重要的意义。1.自然循环的原理锅炉在运行中,只有在炉膛及高温烟道内的受热面所接受的热量不断被受热面内的工质吸收,保证受热面得到可靠的冷却,才能达到安全和经济运行的目的。这就要求锅炉中的水或汽水混合物,必须在闭合的回路中持续而有规律地流动,也就是连续不断地进行水循环。低、中压锅炉的水循环,一般都是由于锅炉内各部分吸收的热量不相等,而使工质产生了密度差形成的,这种循环称为自然循环,如图1-1所示。锅炉的锅筒2和下

23、集箱6由左右两根管道连通,其中下降管5位于炉墙外不受热,因而管中是温度较低的水,由于密度大而向下流动;上升管1位于炉膛内,吸收热量,管中的水有一部分汽化成气泡,形成汽水混合物,由于密度减小而向上流动,上升管中的汽水混合物进入锅筒后,蒸汽被分离出来,水继续流入下降管进行再循环。在一台锅炉内,水循环的回路至少是一条,也可以有几条。自然循环时,水经过一个循环周期是不可能全部变成蒸汽的,通常汽化的只能是其中的很少部分。进入循环回路的水量,称为“循环流量“,它与该回路所产生的蒸汽量的比值,称为“循环倍率“,即:循环倍率循环流量回路所产生的蒸汽量对于工作压力1.25MPa、蒸发量10t/h以下的小型锅炉,

24、循环倍率约在150200之间。水循环好的锅炉,各受压部件受热均匀,热应力小,工质的升温和汽化可以加快,从而缩短点火至正常供汽的时间。2.水循环故障改善锅炉水循环,是保证锅炉安全、经济运行的关键之一。当锅炉结构不合理或运行不当时,容易出现下列水循环故障:(1)汽水分层:当锅炉的水冷壁管水平设置时,管中流动的汽水混合物因蒸汽比水轻,气泡就要上浮集聚,使蒸汽和水在管子内分层流动。由于蒸汽的导热性能差,管子上部容易过热烧坏。因此,水冷壁管经过炉膛顶部(有的称为“天棚管“)时的倾斜角,一般不应小于15。(2)汽水停滞:由于结构原因造成锅炉局部受热面管子供水不足,或者在同一个水循环回路的上升管群中,如果各

25、水管之间受热情况相差太大,就会使受热弱的管内水流缓慢,循环动力不足,甚至由于受其他管子对循环水的争夺影响,使管内的汽水停止流动,造成过热爆管事故。因此,对锅炉的结构和运行,应保持供水充足并尽量使每排管子均衡吸热,保证水循环畅通。(3)下降管带汽:为了保证锅炉的水循环稳定可靠,下降管中是不允许有蒸汽的。否则,水要向下流,汽要向上浮,两者互相顶撞,既增加了流动阻力,又减少了循环水量,可能造成缺水事故,将管子烧坏。因此,下降管口与锅筒最低水位间的高度不得小于下降管直径的4倍,最好将下降管接在上锅筒的底部,以免由于水进入下降管时产生的抽力,把蒸汽带进管内,或者由于水在下降管入口处的流速加快后压力降低,

26、而自行汽化。3.强制水循环有些锅炉中水在受热面管子里的流动,是靠出、人口之间的压力差强制流动的。这种锅炉称为强制循环锅炉。常见的一些热水锅炉,靠循环水泵,将循环水沿固定的流通路线,在锅炉内流动受热升温,就是强制循环锅炉。这种锅炉通常采用“下进上出“水的流向,有些也有上下交替的流程,但都要求在各受热面内有一定流动速度,以防止出现汽化、积垢和腐蚀。蒸汽锅炉中的省煤器也属于强制循环。燃料与燃烧一、燃料燃料是指在燃烧过程中能放出大量热墨的物质。工程上讲的燃料是加热到一定温度后,能与氧发生强烈反应,并放出大量热量的碳化物或碳氢化合物。燃料按形态可分为固体燃料、液体燃料和气体燃料三种;按获得方法可分为天然

27、燃料和人工燃料两种。人工燃料是经过一定处理过程所获得的燃料。各种形态的燃料,都有相应的天然燃料和人工燃料,见表1-7。二、煤的成分及性质1.煤的成分碳(用符号C表示)是煤的主要可燃成分,燃烧时与空气中的氧化合生成二氧化碳(C02)。燃烧1kg碳能发出33700kJ的热量。所以煤的含碳量越多,发热量越高。不过碳要在比较高的温度下才能燃烧,因此含碳量高的煤较难着火。氢(用符号H表示)是煤中最活泼的可燃成分,燃烧时生成水蒸气(H20),并放出大量热量。燃烧1kg氢能放出11890OKJ的热量。煤的含氢量愈多,燃烧时愈易着火。硫(用符号S表示是煤中的一种有害元素。燃烧1kg硫,能放出9050kJ的热量

28、,并生成二氧化硫(S02或三氧化硫(S03)气体,对人体有害。这些气体又与烟气中的水蒸气结合生成亚硫酸(H2S03)或硫酸(HS04),凝结在受热面上,腐蚀金属。含硫量多的煤容易自燃。氧(用符号O表示)是不可燃气体,一般煤里的含氧量很少。氮(用符号N表示)不能燃烧。所以煤里含氮量多,就会降低煤的发热量,而且还会生成较多的有害气体氮氧化物。灰分(用符号A表示)是煤里不能燃烧的固体灰渣,由很多化合物组成。在高温下,由于灰的成分不同,灰的熔化温度也不一样。熔化温度低的灰,在高温燃烧室中易软化粘结于管壁造成结渣,影响正常燃烧。所以,灰分多的煤质量差。水分(用符号M表示)燃烧时不放出热量,相反还要吸收煤

29、燃烧时所发出的热量而汽化。所以,煤里的水分过多会直接降低煤燃烧时所发出的热量,使燃烧温度降低。2.煤的特性挥发分(V)是当煤加热时,水分蒸发后,并升到一定温度后,就有碳、氢、氧的化合物,如一氧化碳、甲皖(沼气)等可燃气体分解出来。这种可燃气体叫挥发分,用符号V表示。煤含的挥发分越多,越容易着火。一般锅炉用煤的挥发分含量最好在20%以上。固定碳(FC)指煤中挥发分燃烧以后,再除去灰分,剩下的便是固定碳。固定碳在完全燃烧时,与氧化合生成二氧化碳,放出33700kJ/kg热量;如果空气供给不足,燃烧不能完全进行,只能生成一氧化碳,放出9920KJ/kg热量;当一氧化碳遇氧后,还有旨继续氧化成二氧化碳

30、,又放出238OOKJ/kg热量,从而补足全部热量。发热量(Q)指1kg煤完全燃烧时所放出的全部热量,叫做煤的“发热量“,或称“热值“,单位是“kJ/kg“。发热量分为高位发热量和低位发热量两种。高位发热量(QU是指煤的最大可能发热量。即包括煤燃烧后产生的水蒸气全部凝结为水后所放出的凝结热(等于汽化潜热的数值)。低位发热量(QU是指煤的实际发热量。因为锅炉的排烟温度都在100。C以上,所以煤燃烧时所产生的水蒸气一般是不能凝结的。这样,水蒸气的汽化潜热实际并未放出来,或者说,需要一部分热量消耗于煤中水分的汽化,使煤的实际发热量减少。煤在燃烧时,扣除消耗手其本身水分蒸发的汽化潜热后所放出的热量,即

31、称为“低位发热量“。锅炉中,一般都用低位发热量来计算煤的用量和热效率。不同种类的煤,发热量差别很大。为了对比和计算上的方便,通常将低位发热量2930OKJ/kg定为标准发热量,或者说,将低位发热量29300kJ/峙的煤定为标准煤。3.煤的分类煤一般分为褐煤、烟煤、元烟煤、石煤等。褐煤:水分较多,挥发分含量较高,煤的发热量不高。烟煤:挥发分含量较高,有的容易结焦。无烟煤:挥发分较少,含碳量较高,着火较难。石煤:挥发分和含碳量都很少,灰分很多,煤的发热量低。三、液体燃料和气体燃料液体燃料以重油为主,也称燃料油。重油中碳和氢含量较高,发热量高,一般约4070OKJ/kg,内部杂质很少,不超过千分之几

32、。在正常燃烧时,燃料油的燃烧产物只是气体,而没有灰渣。燃料油含氢量较高,燃烧后产生大量水蒸气,水蒸气容易和燃料中硫的燃烧产物生成硫酸,对金属造成腐蚀,所以燃料油中的硫很有害。其化学成分组成和煤一样,也是五种元素。根据我国标准,将燃料油按粘度增大次序分成20、60、100、200四个牌号规格,其各牌号规格的质量指标见表1-8,轻柴油质量指标见表l-9.气体燃料中一般以液化石油气,天然煤气(简称天然气),焦炉煤气,发生炉煤气及高炉煤气为主。液化石油气是开采和炼制石油过程中,作为副产品而获得的一部分碳氢化合物。其主要成分是丙炕(C38)、丙烯(CA6)、丁炕(CM和丁烯(C4H8),在常压下呈代态,

33、当压力升高或温度降低,很容易转变为液态。标准状态下气态液化石油气的发热量约为9210OKJ/m312140OKJ/m3,属高发热量煤气o天然气中主要成分为甲烧及其他短类(CnHm),另外也含有少量二氧化碳(C02)和空气,天然气的发热量很高,标准状态下发热量高达40000kJ/m3,属于高发热量煤气。焦炉煤气是煤炼焦时挥发出的气体,发热量较高,达150002000OKJ/m3。发生炉煤气是使空气和水蒸气通过红热的煤层而产生的煤气,其主要成分为一氧化碳(CO)及氢(H2),此外还含有少量的二氧化碳(C02)和量相当大的氮(N2),因其中含有相当大量的惰性气体,其发热量较低,约为40006000k

34、J/m3。高炉煤气是高炉炼铁的副产品,约含有28%的co,其他为C02及Nz。因此发热量较低,约33004000kJ/m3。因其中惰性气体相当多,可燃气体CO也燃烧较慢,是比较难于燃烧的气体燃料,但钢铁企业中常用其作为锅炉燃料。四、煤的燃烧过程煤的燃烧是复杂的物理化学过程。煤进入炉内,受到高温烟气的加热,温度逐渐升高。在此期间经历干燥、干馆、挥发分着火燃烧、焦炭燃烧、焦炭燃尽等各个阶段。1.干燥煤被加热时,首先是水分不断蒸发,煤被干燥。显然,煤中水分多,干燥所消耗的热量也多,时间也长。2.干馆煤被干燥后,继续被加热,达到一定温度(褐煤为130。C,元烟煤为400。C,烟煤介于褐煤与无烟煤之间)

35、就开始析出挥发分,同时生成焦炭,即是煤的干馆过程。煤中挥发分越多,开始析出挥发分的温度越低;加热的温度越高,时间越长,析出的挥发分越多。因此,测定挥发分时规定了加热的温度和时间。挥友分多,其中碳氢化合物也多。重碳氢化合物在高温、缺氧的条件下,会进行热分解,形成微小的碳粒,称为碳黑,又称烟矣。由于碳粒很小很轻,在炉内不易烧掉而随烟排走,形成黑烟。只有当挥发分达一定浓度,而且到一定温度时,才能着火燃烧。因此,统称煤的干燥,干馆阶段为燃烧前的准备阶段。煤在燃烧的准备阶段中,非但不放热而且要吸收热量,所以必须组织好热量供应。其热源来自炉膛火焰或高温烟气、炽热的炉墙和炉拱等。热量供应情况就决定了准备阶段

36、的时间长短。3.挥发分着火燃烧煤继续被加热,挥发分不断析出,而且温度也随之提高。挥发分中可燃物质与氧气的化学反应也在逐渐加快。当挥发分达到一定温度和浓度时,化学反应速度急剧加快,着火燃烧,形成明亮的黄色火焰。这里,挥发分要加热到一定的温度是个重要条件。不同煤的挥发分着火温度是不一样的,见表1-10。通常我们将挥发分着火温度看成煤的着火温度。挥发分燃烧时放出热量,将焦炭加热到赤红程度(已达到能够着火的温度)。但是焦炭并不会立刻燃烧,因为挥发分包围了焦炭,挥发分首先遇氧将氧消耗掉了,氧气不能扩散到焦炭的表面,焦炭只能被加热而不能燃烧。挥发分多,着火温度低;挥发分少,着火温度高,着火困难。在工程上,

37、为了尽快的着火,实际加热温度是远高于表中列举的着火温度。4.焦炭的燃烧当挥发分基本烧完以后,氧气才能扩散到焦炭表面上,焦炭开始着火燃烧,并发出较短的蓝色火焰。焦炭是煤的主要可燃质,燃烧时能发出很多热量,例如,无烟煤的焦炭燃烧发热量点总发热量的95%左右;挥发分很多,碳含量较少的褐煤,其焦炭燃烧发热量也占总发热量的一半以。焦炭的燃烧是固体(焦炭)与气体(氧气)之间的反应,化学反应速度很慢,因此燃烧时间较长。所以组织好焦炭的燃烧往往是煤燃烧的关键。5.焦炭燃尽焦炭燃烧时,在其表面形成灰壳,阻碍空气与焦炭接触。同时焦炭被燃烧形成的二氧化碳和一氧化碳所包围,又妨碍空气向焦炭表面的扩散。因此,焦炭燃尽往

38、往需要很长时间。为使焦炭充分燃尽,应设法及时去掉灰壳,对灰分多和灰熔点低的煤,尤应如此。为了及时排掉燃烧产生的气体,还应保证空气有适当的速度,但也应注意如果供应太多的空气量,不利于保证一定的炉膛温度。焦炭的燃烧与燃尽,其本质都是碳与氧相化合。因此有时也不加区别,统称为焦炭的燃烧阶段。由于焦炭燃烧与燃尽时间较长(碳含量少的褐煤焦炭燃烧时间也占褐煤全部燃烧时间的90%以上,其他煤的焦炭燃烧时间会更长),在实用上,又常将燃烧阶段与燃尽阶段分开。习惯上,将燃烧速度较快,放出热量较集中的阶段称为燃烧阶段;而将燃烧速度较慢,放出热量较少的阶段称为燃尽阶段。上述燃烧过程的各个阶段,在实际的燃烧设备中是不能截

39、然分开的,它们常常是互相重叠,交错进行的。五、煤的燃烧条件为了使煤的燃烧过程进行得快(单位时间内燃烧得多,放出热量多),未完全燃烧损失少,即迅速而完全的燃烧,必须保证下述三个最基本的条件：1.较高的温度温度是燃烧的首要条件。因为燃烧要从着火开始,在着火前的准备阶段中,干燥与干馆过程都要吸收热量。因此要求炉膛具有较高的温度,提供足够的热量。无烟煤挥发分少,着火温度高,需要炉膛具有更高的温度。褐煤,着火温度低,但是往往水分较多,而且劣质褐煤灰分也多,发热量低,燃烧放出热量少,也需要炉膛具有较高温度。其他劣质煤,为了保证着火也需要较高的炉膛温度,如果仅从着火考虑,炉膛温度越高越好。炉膛温度高,燃烧速

40、度可以加快,燃烧时间缩短,燃烧会完全一些。温度对挥发分和煤粉的燃烧影响更大些,对较大煤块的燃烧影响相对比较小。但是当温度过高、超过灰熔点时,会引起结渣,结渣对锅炉工作的安全性与经济性都有影响。因此,温度过高是不必要的。2.适量的空气煤只有和空气(其中的氧)接触才能燃烧。为了燃烧完全,必须供应足够的空气。实际运行的锅炉中,供应的空气量经常是偏多的。而空气量过多,会降低炉膛温度对着火与燃烧是不利的,因此,供应的空气量要适当。在设计锅炉时常常要控制炉膛出口的过剩空气量。必须注意空气与煤能充分接触,保证空气与可燃气体能良好地混合,使空气很好地扩散到焦炭的表面上。只有提高空气冲刷煤粒的速度,加强气流的扰

41、动、混合主才能提高煤的燃烧速度,提高煤燃烧的完全程度。3.充裕的时间燃烧是有一定速度的,因此,燃烧完全需要一定的时间,可燃气体能进行燃烧前时间取决于它们在炉膛内停留的时间,也就是取决于炉膛的容积。为此,必须保证足够的炉膛容积(燃烧空间)。对于火床燃烧的机械化炉排,煤燃烧时间取决于煤在炉排上停留的时间,为此,要设计合适的炉排结构和面积。尽量设法提前着火,以保证有充裕的燃烧时间。六、液体燃料和气体燃料的燃烧液体燃料主要指燃油,汹的沸腾温度低于其着火温度。因此,它们总是先蒸发成蒸气,然后才能进行燃烧,即以蒸气状态进行燃烧。当液体燃料滴经过加热后,在其表面先蒸发产生蒸气,蒸气向四周扩散,和周围的空气混

42、合,进一步被加热着火燃烧。因为燃烧速度快,蒸发速度慢,液体燃料的燃烧快慢取决于其蒸发速度。油的蒸发只能在其表面上进行,为了增加其表面积,常常将燃油雾化成很细小的液滴。油滴越小,蒸发越快,燃烧所需要的时间就越短,不完全燃烧损失就越小。理论和试验都证明,油滴燃烧所需的时间与液滴直径的平方成正比。重油在燃烧时,除符合上述共同规律外,还有一些特殊之处。重油是由较重的碳氢化合物组成,燃烧时,油滴被周围的火焰加热,油滴内部温度很高,但得不到氧气,于是重碳氢化合物分解成碳黑、形成焦壳。焦壳内的油受热会膨胀,当膨胀到一定程度时,焦壳会碎裂,形成小焦块。焦块不易烧掉,会影响燃烧的经济性,同时锅炉会冒黑烟。为减轻

43、重油在缺氧条件下分解成碳黑,应使空气及早地充分供应,即加强空气与油滴的初期混合J为了燃烧重油焦壳碎裂产生的焦块,应保持炉膛具有较高的温度,并供应充足的空气。气体燃料可用管道输送,点火容易,燃烧调节方便,容易完全燃烧,而且容易实现机械化、自动化。但应防止爆燃,防止一氧化碳中毒。高热值煤气宜采用扩散燃烧法,即燃料与空气分别送入炉膛,边混合边燃烧。由于发热量高,着火容易,相同供热量所需的燃料体积小,混合容易,不会因为混合不好而使燃烧不完全。若燃料预先与空气混合,可能发生回火和烧坏燃烧器等事故。低热值煤气宜采用动力燃烧法,即燃料与空气在进入炉膛前预先混合,然后进入炉膛中燃烧。如果不预先混合,着火要推迟

44、,会使燃烧不完全。而且煤气发热量低,回火爆炸的危险性也小。但采用动力燃烧法时,应注意防止回火。燃烧低热值煤气时,还应采用可靠的稳定火焰的措施。七、生物质燃料及其燃烧生物质燃料在世界能源结构中占有十分重要的地位。据统计,每年经过光合作用固定下来的生物质能源约是全世界能源消耗的10倍。但目前被人们利用的仅占1.0%。估计全世界大陆上生物质的年产量为10111012t干物质。我国几种主要的生物质的产量也相当可观。据统计,仅农作物的秸杆每年约为56亿吨。折合标准煤约22.4亿吨,其中60%用于生活烧掉。森林每年可提供9000万吨薪柴燃料。林业加工过程生产的边角废料每年约为2400万立方米,折合标准煤1

45、50万吨。稻谷年产量约200兆吨,可获得稻壳约40兆吨,折合标准煤约20兆吨。我国居民仅维持日常生活用能,每年就需要3亿吨标准煤,占全国能耗的30%,而这些能源的80%左右是由生物质燃料提供的。此外,生物质燃料可年复一年的不断再生,因此其能量是十分可观的。开发利用生物质燃料具有广阔的前景。生物质燃料的利用之所以受到世界各国的高度重视,还因为生物质燃料是一种清洁燃料。生物质燃料含硫量低,含氮量不高,所以燃烧后硫氧化物和氮氧化物的含量很低;生物质燃料中灰分一般也很小,所以充分燃烧后烟尘含量极低。生物质燃料燃烧过程具有二氧化碳零排放的特点,生物质燃料燃烧生成的二氧化碳可被植物吸收,合成本身的生物质,所以没有增加大气中二氧化碳的含量。这对于缓解日益严重的“温室效应“有着特殊的意义。因此,西方发达国家目前正在大力开展这方面的研究。这是目前环境科学的研究热点领域之一。生物质燃料不同于常规燃料,其燃烧过程有着特殊的规律。为此,我国对生物质燃料燃烧机理和技术进行了大量的研究,并在此基础上,开发出生物质燃料的燃烧设备。传热及热胀冷缩一、传热传热是指热量从一个物体传到另一个物体,或者从一个物体的一部分传到相邻部分的过程。热量用符号Q表示,单位为kJJkg纯水温度升高1。C所需要的热量为4.19kJ。传热总是由高温处向低温处进行,两处的温度差越大,传热越快,传热效果越好。在锅炉设备中,燃料在“炉“中