锅炉原理及运行ch理论基础

1、锅炉原理及运行ch理论基础第1页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三锅炉原理及运行内容教材：王世昌 主编 锅炉原理基础内容：煤粉锅炉的结构、原理、性能、计算第2页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三第一章 导读1，基本要求：掌握传热学、工程热力学、工程流体力学基本知识；掌握异相反应动力学理论；掌握气固两相流动的基本概念；2，重点：锅炉机组与基本理论之间的关系3，难点：锅炉机组3，关键词：本体、辅机第3页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三第一章 理论基础概述第一节 传热学基础第二节 工程热力学基础第三节 工程流体力学基础第四节 异相反

2、应动力学基础第五节 蒸汽净化理论第六节 气固两相流动理论基础第七节 电站锅炉机组构成与工作原理第4页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.1 传热学基础1，导热2，对流3，辐射4，换热器第5页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.1 传热学基础1，导热傅立叶定律t2t1q 当两侧壁温恒定时，垂直于温度场方向上的，单位面积上的导热量与两侧壁温之差t、材料的导热系数、壁厚的倒数1/三者的乘积成正比。一般来说，导热系数随着温度的变化非线性地变化第6页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.1 传热学基础2，对流换热牛顿冷却定律tf 假设

3、流体的温度为常数tf，壁面的温度为tb， t=tf-tb0。在温度场法线方向上，单位面积上对流换热量与温差t、对流换热热系数的倒数的乘积成正比。tbq第7页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.1 传热学基础2，对流换热牛顿冷却定律tf 烟气侧对流换热系数1与烟气速度的n次幂成正比，n=0.60.8。 由于水和水蒸汽的对流换热系数2 1 ，因此，锅炉锅侧受热面的主要热阻集中在烟气一侧。tbq第8页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.1 传热学基础3，辐射换热斯蒂芬-玻尔兹曼定律tf 假设热源温度为T1(K)，冷源温度为T2(K)，单位面积上辐射换热

4、量与斯蒂芬-玻尔兹曼常数0、系统黑度、(T41-T42)的乘积成正比。tbq斯蒂芬-玻尔兹曼常数 0=5.6710-8 W/(m2K4)第9页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.1 传热学基础4，换热器定义：进行热交换的工业装置。换热器的类型：（1）间壁式换热器；（2）混合式换热器；（3）蓄热式换热器锅炉：燃烧微分反应器与换热器的一体化蒸汽发生工业装置。锅炉中使用的的换热器：炉侧：空气预热器锅侧：水冷壁、过热器、再热器、省煤器第10页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.1 传热学基础4，换热器装置间壁式混合式蓄热式备注水冷壁锅炉过热器锅炉再热器锅

5、炉省煤器锅炉空预器锅炉除氧器汽轮机第11页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.1 传热学基础4，换热器主要传热形式备注辐射对流水冷壁过热器前屏（中过）：辐射再热器壁式再热器（低再） ：辐射省煤器空预器说明：空气预热器是炉侧受热面。第12页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.2 工程热力学基础1，理想气体状态方程2，水和水蒸汽的热力循环3，锅炉涉及的水和水蒸汽的热力过程4，汽包与直流锅炉的工质热力过程区别第13页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.2 工程热力学基础1，理想气体状态方程p压力，PaV容积，m3n摩尔数T绝对温

6、度，KR通用气体常数， J/(molK)第14页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.2 工程热力学基础1，理想气体状态方程理想气体：分子之间发生弹性碰撞的气体。可以被近似当作理想气体的气体：（1）空气： 79%N2+21% O2 二次风（2）烟气：N2, CO2, O2, H2O, SO2, NOx, 飞灰颗粒第15页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.2 工程热力学基础2，水和水蒸汽的热力循环锅炉HPIPLPLP第16页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.2 工程热力学基础2，水和水蒸汽的热力循环省煤器：是高压加热器在锅

7、炉侧的延伸；亚临界锅炉省煤器出口水温没有达到饱和温度，超临界锅炉省煤器出口水温没有达到374.15。低压加热器、除氧器、高压加热器是省煤器在汽轮机一侧的延伸。低压加热器、除氧器、高压加热器、省煤器都是加热给水的设备。第17页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.2 工程热力学基础2，水和水蒸汽的热力循环（1）水的临界参数：临界压力 pcr=22.125 MPa临界温度 tcr=374.15 （2）亚临界与超临界热力循环过程见下面的幻灯片。第18页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.2 工程热力学基础2，水和水蒸汽的热力循环：朗肯循环亚临界锅炉热力过

8、程：过程7-8：低压加热器、除氧器、高压加热器过程8-1：省煤器过程1-2：水冷壁过程2-3：过热器过程4-5：再热器亚临界锅炉：流过水冷壁时，一部分工质被加热成饱和蒸汽，循环倍率K=4.3左右第19页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.2 工程热力学基础2，水和水蒸汽的热力循环：朗肯循环超临界锅炉热力过程：过程6-1：低压加热器、除氧器、高压加热器过程1-2：省煤器、水冷壁、过热器过程3-4：再热器超临界锅炉：流过水冷壁时，所有工质被加热成超临界压力蒸汽，循环倍率K=1.0第20页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.2 工程热力学基础2，水和水

9、蒸汽的热力循环：朗肯循环在T-s图上，给水加热过程线在饱和水线的左侧，偏移量非常小。第21页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.2 工程热力学基础2，水和水蒸汽的热力循环：朗肯循环在T-s图上，压力越高，给水加热过程线距离饱和水线左侧偏移量越大。第22页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.2 工程热力学基础2，水和水蒸汽的热力循环：朗肯循环饱和水线、饱和蒸汽线、拟临界温度线。第23页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.2 工程热力学基础2，水和水蒸汽的热力循环：朗肯循环i - p 图饱和水线、饱和蒸汽线第24页，共51页，

10、2022年，5月20日，23点42分，星期三1.2 工程热力学基础2，水和水蒸汽的热力循环：朗肯循环i - p 图饱和水线、饱和蒸汽线亚临界直流锅炉过热蒸汽（First Steam）和再热蒸汽（Second Steam）第25页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.2 工程热力学基础2，水和水蒸汽的热力循环：朗肯循环i - p 图饱和水线、饱和蒸汽线亚/超临界直流锅炉过热蒸汽（First Steam）和再热蒸汽（Second Sream）第26页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.3 工程流体学基础不可压缩单相流体总流能量方程伯努力方程的意义：流速

11、高的位置静压低p静压，Pa流体密度，kg/m3w 流体速度，m/sh 高度，mg 重力加速度，9.80665m/s2第27页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.4 异相反应动力学基础1，质量作用定律2，阿累尼乌斯定律3，气体、液体、固体燃料火焰的特点4，燃烧所处的区域5，煤块、煤粉燃烧反应、脱硫脱硝反应第28页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.4 异相反应动力学基础1，质量作用定律化学反应 aA+bB=gH+hH kA反应速率常数CA反应物A的浓度质量作用定律的意义：反应物浓度越高，反应速率越快。第29页，共51页，2022年，5月20日，23

12、点42分，星期三1.4 异相反应动力学基础2，阿累尼乌斯定律化学反应 aA+bB=gH+hH kB反应速率常数； CB反应物A的浓度fA固体反应物参与反应的表面积质量作用定律的意义：固体反应物表面积越大，反应速率越快。因此，要将原煤磨制成煤粉，将煤块的体相尽可能多地转化成表面相，煤粉锅炉的燃烧原理就在于此。第30页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.4 异相反应动力学基础3，气体、液体、固体燃料火焰的特点（1）气体燃料火焰：预混火焰部分预混火焰扩散火焰第31页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.4 异相反应动力学基础气体燃料火焰的类型当量空然比

13、r预混火焰部分预混火焰扩散火焰空气流量:燃料流量1.00r1.00空气与燃料在燃烧前混合部分空气与燃料在燃烧前混合燃料与空气在火焰面上相遇第32页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.4 异相反应动力学基础3，气体、液体、固体燃料火焰的特点（2）液体、固体燃料火焰的类型扩散火焰O2CO2C第33页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.4 异相反应动力学基础4，燃烧所处的区域（1）动力区：低温下：燃烧反应速度气体扩散速度第34页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.4 异相反应动力学基础5，煤块、煤粉燃烧反应、脱硫脱硝反应（1）煤

14、块反应：中温：过渡燃烧，着火热低（2）煤粉燃烧：高温：扩散燃烧，着火热高燃尽时间：1.82.5s（3）脱硫反应：低温：反应速度非常慢。对于湿法烟气脱硫工艺，随着反应的进行，脱硫剂颗粒粒径增加。第35页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.4 异相反应动力学基础5，煤块、煤粉燃烧反应、脱硫反应（4）烟气脱硝反应：均相（气相）反应：烟气脱硝工艺需要消耗液氨。第36页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.5 蒸汽净化理论1，亨利定律挥发性溶质的稀溶液中，溶质在稀溶液中的分压与溶质在溶液中的浓度成正比。要降低蒸汽中的含盐量，必须对给水进行净化。除去给水中的各

15、种杂质，从而使蒸汽含盐量降低。2，分配定律盐在蒸汽中的溶解度与饱和水中的溶解度之比等于常数 。第37页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.5 蒸汽净化理论3，蒸汽净化原理用来自省煤器的含盐量很低的清洁水清洗含盐的饱和蒸汽，就可以使蒸汽中的大部分盐转移到水中。汽包锅炉通过在汽包内设置连续排污管降低汽包中水的盐浓度。第38页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.6 气固两相流动理论基础背景介绍：循环流化床（CFB）锅炉已经成为燃烧无烟煤和各种生物质的电站锅炉炉型之一。1，基本概念2，气固两相流动的类型3，床层阻力特性4，大型CFB锅炉容易出现的故障第3

16、9页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.6 气固两相流动理论基础1，基本概念临界流化速度Geldart A类颗粒 2090微米循环流化床内循环分离器回料器第40页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.6 气固两相流动理论基础2，气固两相流动的类型（1）固定床（2）鼓泡床（3）湍流流态化（4）快速流态化CFB锅炉（5）气力输送 煤粉锅炉第41页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.6 气固两相流动理论基础3，床层阻力特性窄筛分物料：存在解锁现象宽筛分物料：不存在解锁现象ug(m/s)p (Pa)第42页，共51页，2022年，5

17、月20日，23点42分，星期三1.6 气固两相流动理论基础4，大型CFB锅炉容易出现的故障4.1 沟流；4.2 节涌；4.3 翻床CFB锅炉可以设计成燃用任何固体燃料。对于某一台现役CFB锅炉来说，燃料适应性也是存在局限性的。第43页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.7 电站锅炉机组构成与工作原理1，电站锅炉基本结构和工作原理原煤经过制粉系统被磨成煤粉煤粉+空气燃烧形成高温烟气高温烟气加热给水，成为温度、压力、流量合格的过热蒸汽；同时加热来在中压缸的低压低温蒸汽，成为温度、压力、流量合格的再热蒸汽；第44页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.7

18、 电站锅炉机组构成与工作原理2，电站锅炉的热源分类2.1 煤粉锅炉：大约占 95%2.2 CFB锅炉：大约占 23%2.3 余热锅炉：大约占 0.51%第45页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.7 电站锅炉机组构成与工作原理3，电站锅炉的蒸发受热面工质流动方式分类3.1 自然循环锅炉3.2 控制循环锅炉3.3 低倍率循环锅炉3.4 复合循环锅炉3.5 直流锅炉（本生锅炉，超临界锅炉唯一形式）4，锅炉机组锅炉本体+锅炉辅助机械第46页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.7 电站锅炉机组构成与工作原理G第47页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.7 电站锅炉机组构成与工作原理sT123456789亚临界自然循环锅炉的水和水蒸汽加热过程临界点C.P.x0=0.23部分水被加热成饱和蒸汽第48页，共51页，2022年，5月20日，23点42分，星期三1.7 电站锅炉机组构成与工作原理sT123456789亚临界控制循环