《能源与动力装置》09 锅炉

第九章锅炉第一节锅炉概述一、锅炉的作用

生产具有一定压力、温度的蒸汽燃料的化学能烟气的热能热能(蒸汽或水)

燃烧热交换分类：电站锅炉:火电厂三大主机之一，火室燃烧。生产高温高压蒸气，适用各种燃料，热效率高、受热面复杂，向大容量、高参数发展。

工业锅炉:适于各行业，火床燃烧，热效率低，容量较小。生产蒸汽（或热水）供给工业和民用所需热能，或通过蒸汽动力机械转换为机械能。

船用锅炉:作为船舶动力，体积小，重量轻，启停方便，变负荷能力强。一般采用低中压参数，炉膛容积热负荷高，水循环高度小的燃油锅炉。

生活锅炉:居民生活所需的蒸汽或热水之用。电站锅炉，2008t/hWNS燃油（气）蒸汽锅炉,10t/h燃煤蒸汽锅炉，50T/h二、电站煤粉锅炉机组组成锅炉锅炉本体辅助设备锅炉机组汽水系统：汽包、下降管、联箱、导管及各换热设备（水冷壁、过热器、再热器、省煤汽等）组成。完成由水变成蒸汽的吸热过程。锅炉燃烧系统由炉膛、燃烧器、烟道、炉墙构架等部件组成，完成煤的燃烧过程。由送风机、引风机、燃料供应及制粉、除灰、除渣、测量控制等组成三、电站煤粉锅炉机组示意图演示锅炉动画四、锅炉参数额定蒸发量：额定蒸汽参数、额定给水温度和使用设计燃料，保证热效率最大连续蒸发量（对大型锅炉）：额定蒸汽参数，额定给水温度和使用设计燃料，长期连续运行时所能达到的最大蒸发量供热量（工业热水锅炉）：kW（或kcal/h）蒸汽锅炉额定蒸汽参数：额定蒸汽压力（对应规定的给水压力）；额定蒸汽温度（对应额定蒸汽压力和额定给水温度)工业热水锅炉的额定参数：锅炉出口热水的压力和温度五、锅炉型号电站锅炉型号：例HG-670/13.72–MSG-1000/16.66-YM2

△△―╳╳╳/╳╳╳―△╳

设计次序燃料代号额定蒸汽压力额定蒸发量制造厂代号工业锅炉型号△△△╳╳―╳╳/╳╳―△╳

设计次序燃料代号额定蒸汽或热水温度额定蒸汽压力额定蒸发量燃烧方式锅炉型号例

SHL20-2.45/400-A

双锅筒横置式链条炉排，额定蒸发为20t/h，蒸汽压力为2.45MPa，过热蒸汽温度为400C0，燃用烟煤，原型设计的蒸汽锅炉工业锅炉型号燃烧方式代号燃料代号HIDE六、锅炉类型按用途分电站锅炉、工业锅炉按锅炉参数分低压、中压、高压、超高压亚临界压力(表压15.7~19.6MPa)、超临界压力(超过临界压力22.1MPa)、超超临界压力锅炉。按锅炉燃烧方式分层燃炉、室燃炉、旋风炉、流化床炉层燃炉室燃炉六、锅炉类型流化床旋风炉六、锅炉类型按锅炉蒸发受热面中工质流动方式分(a)自然循环汽包锅炉(b)强制循环汽包锅炉(c)直流锅炉(d)低倍率循环锅炉(a)自然循环汽包锅炉K=4-10，亚临界以下(b)强制循环汽包锅炉K=3-5，临界压力以下GD循环倍率：K=G/D(c)直流锅炉(d)低倍率循环锅炉

K=1，高压以上K=1.2-2,压临界七、锅炉安全、经济性指标安全性指标锅炉连续运行小时数（>5000h）锅炉可用率（约90%）

(总运行小时数+总备用小时数)/统计期间总小时数(1年)锅炉的事故率(约1%)

锅炉总事故停炉小时数/(总运行小时数+事故停炉小时数)经济性指标锅炉热效率:ηgl

=（Q1/Q

r）×100，%

Q1—锅炉有效利用热

Q

r—锅炉在单位时间内所消耗燃料的输入热量第二节锅炉燃料及热平衡燃料核燃料有机燃料（主要成分：碳、氢、硫、氧、氮、水份、灰份）固体燃料液体燃料气体燃料天然木材、煤、油页岩人工焦炭、煤砖、煤粉天然石油人工汽油、煤油、重油、渣油、酒精天然天然气人工高炉煤气、发生炉煤气、炼焦炉煤气、地下气化煤气一、煤(coal)的成分及特性1、煤的组成成分:煤的元素分析成分：碳(C)、氢(H)、硫(S)、氧(0)、氮(N)煤的工业分析成分水分(MMoisture)、灰分(AAsh)、

挥发分(VVolatile)、固定碳(FCFixedcarbon)2、煤中各成分的特性可燃元素：C、H、S不可燃元素：O、N、杂质（水份、灰份）可燃气体挥发份3、煤的成分基准：收到基（ar）

以进入锅炉煤（包括煤的全部成分）为基准空气干燥基（ad）

以风干状态煤（除去外部水分）为基准干燥基（d）

以去掉全部水分煤为基准干燥无灰基（daf）

以去掉全部水分及灰分煤为基准不同基准之间的换算关系：X=KX01干燥无灰基1干燥基1空气干燥基1收到基干燥无灰基干燥基空气干燥基收到基K定义：单位质量的煤在完全燃烧时所释放的热量高位发热量：包含燃烧产物中全部水蒸汽凝结时放出的汽化潜热低位发热量：不考虑水份的汽化潜热的发热量=2510kJ/kg标准煤：

收到基低位发热量29270kJ/kg(7000kCal/kg)的煤4、煤的发热量5、煤的灰分特性及分类

特征温度灰的变形温度DT（deformation）灰的软化温度ST（Softening)灰的熔化温度FT(Fluid)灰锥的变形情况灰锥的变形温度DTSTFT电站煤粉锅炉机组按工质流动方式分类燃料成分及基准特征温度灰的变形温度DT（deformation）灰的软化温度ST（Softening)灰的熔化温度FT(Fluid)灰锥的变形情况灰锥的变形温度DTSTFT复习结束6、煤的分类无烟煤：碳化程度最高，含碳量高，发热量25000~32500KJ/kg，挥发分含量低10%），燃烧困难，不易着火、燃尽；烟煤：含碳量较高，发热量20000~30000KJ/kg，挥发分含量10~45%，易着火，燃烧。贫煤：碳化程度最高，挥发分含量低（10~20%），性能接近无烟煤。褐煤：碳化程度最低，挥发分含量很高（可达37%），易于着火。但水分、灰分量高，发热量低，一般小于16750KJ/kg。二、液体燃料（重油、渣油）特点：碳氢含量高，热值大，燃烧效率高粘度：运输与雾化质量凝固点（石蜡）：运输闪点与燃点：安全性含硫量：低温腐蚀灰分：高温腐蚀奥里乳化油（Orimul-sion,中译名为奥里乳化油，简称奥里油）是以产于南美委内瑞拉奥里诺科河（Orinoco）流域的一种环烷基超重质原油（沥青质原油）为原料，加入27%～30%的水和少量乳化剂形成水包油乳状液，成为奥里油。类似一种胶状体，无法直接使用，属于劣质燃料，经过乳化处理后，其总体粘度大大降低，可满足燃料油输送雾化要求。奥里乳化油的燃烧值高于煤，价格远低于其他燃料油，作燃料发电是最佳选择。奥里油的表观特征与其他液体燃料极为相似，在一定温度范围内，奥里油的粘性系数小于普通原油，但比原油难于着火，在5℃～70

℃之外其稳定性急剧下降，直至破乳，即油水分离，形成沥青块而不易燃烧。由于水的缘故,奥里油应储存在水的沸点以下。奥里油简介：我国也在许多厂家成功地进行过燃烧试验。但奥里油本身存在的突出问题是含硫量太高（约3％）。据介绍，为烧奥里油需增加的脱硫装置大致相当于半个发电厂的投资。广东省湛江发电厂2×600MW机组第一家燃用奥里油三、煤的燃烧计算计算目的：确定燃烧所需空气量、炉膛出口及烟道各处烟气的容积、焓值碳完全燃烧反应方程式

C+O2→

CO212kgC+22.41Nm3O2→

22.41Nm3CO21kg可燃物的燃烧反应：1kg

C+1.866Nm3

O2

→

1.866Nm3

CO21kgH+5.56Nm3O2

→

11.1Nm3

H2O

1kgS+0.7Nm3O2

→0.7Nm3S2O1、燃烧所需空气量理论空气量V0

（Nm3/kg）：

1kg燃料完全燃烧时所需要的最小空气量实际空气量V过剩空气系数

炉膛出口处：描述空气量对燃烧过程的影响炉膛后任意一烟道截面处2、燃烧产物(烟气)容积烟气容积Vy:理论烟气容积:煤完全燃烧（=1）实际烟气容积:煤完全燃烧（>1）

烟气的焓值理论空气焓

等压条件下，将1kg燃料燃烧所需要的理论空气从0℃加热到θ℃

所需的热量，kJ/kg理论烟气焓

等压条件下，将1kg燃料燃烧生成的烟气从0℃加热到θ℃

所需的热量，kJ/kg烟气焓：四、锅炉的热平衡1、锅炉热平衡方程式

Qr输入热量

Q1

有效利用热

Q2

排烟损失

Q3

化学不完全燃烧热损失

Q4

机械不完全燃烧热损失

Q5

散热损失

Q6

其他热损失100热平衡示意2、输入锅炉热量Qarnet-燃料收到基低位发热量Hr

燃料的物理显热Qwr外来热源加热空气时带来的热量Qwh雾化燃油带来的热量如果燃料和空气都没用外界热量进行预热：3、锅炉有效利用热Q1

热水炉：热水吸热热量饱和蒸汽炉：有饱和蒸汽热量＋排污损失热量电站锅炉：过热热量＋再热热量＋排污损失热量

定义：

将给水加热至过热蒸汽（或饱和汽或热水）所需的总热量。五、锅炉热效率与燃料消耗量

热效率：锅炉热效率为锅炉有效利用热Q1

与锅炉送入热量Qr

之比，即：或燃烧效率：反映燃料燃烧的完全程度，取决于不完全燃烧损失大小，即：锅炉燃料消耗量：计算燃料消耗量：

考虑了不完全燃烧损失q4

后，实际燃料消耗量为本节完第三节燃料的燃烧及燃烧设备（一）燃料的燃烧原理阿累尼乌斯定律：燃烧化学反应速度主要取决于反应过程的温度及活化能的大小。燃料的“活性”：简单地理解为燃料着火与燃尽的难易程度。表现为燃料燃烧时的反应能力。燃料的"活性"程度可用"活化能"来表示。1.活化能：煤种2.温度：空气预热器3.气流扩散速度：磨煤机，燃烧方式燃烧速度影响因素完全燃烧的条件：

1.炉膛温度；

2.供应充分的空气；

3.燃料与空气的充分混合；

4.足够的燃烧空间和时间。动力燃烧与扩散燃烧煤燃烧过程的四个阶段预热干燥阶段 加热、析出水分，大量吸热；挥发份析出阶段

CmHn、CO、H2等可燃气体析出，少量吸热着火、燃烧阶段 挥发份首先燃烧，造成高温促使碳着火燃烧，大量放热；燃尽阶段 碳粒燃尽形成灰渣，少量放热（二）煤粉的制备1.为什么需要制备煤粉？

将煤磨成粉后，表面面积增大，与空气接触面增大，反应速度增快，提高燃烧效率；另外，煤粉很细，流动性好，便于管到气力输送。2.煤粉粗细程度的指标；

煤粉颗粒的粗细用煤粉细度Rx表示。3.制备煤粉是否越细越好？

最佳的煤粉细度应保证燃烧充分且制粉能耗小。4、煤粉制备系统中间储仓式系统直吹式系统5.磨煤机的分类及其原理低速磨中速磨高速磨筒式钢球磨16-25rpm盘式磨、碗式磨、环式磨50-300rpm风扇磨500～1500r结构简单，可靠，煤种适应性广投资大，噪声大，耗电，负荷适应性差结构紧凑，省投资，耗电小，负荷适应性强结构复杂，煤种适应性差结构简单，金属耗量小，负荷适应性强磨损大，煤种适应性受限撞击挤压研磨撞击钢球磨煤机筒体在不同旋转速度下钢球和煤的运动状态中速磨煤机风扇磨煤机6.磨煤机与制粉系统的匹配关系及其优缺点中间储仓式系统直吹式系统低速磨中速磨高速磨系统复杂，投资大，耗电大工作可靠性差，变负荷能力差，煤种适应性差（三）燃烧器及其布置燃烧器的作用：

1.保证煤粉流及时稳定着火

2.一、二次风适时混合，扰动强烈。

3.具有良好的调节性，以适应燃料、负荷变化

4.减少Nox的生成，保护环境

5.降低结渣可能性燃烧器分类：直流燃烧器旋流燃烧器风

GO锅炉中的“风”一次风携带煤粉进入炉膛，供应燃烧初期的空气。二次风

供应燃料继续燃烧所需空气，对炉膛气流进行扰动，促进燃料与空气的混合。三次风

细粉分离器出口含有10%左右煤粉的气流，进一步强化燃烧。

1、直流燃烧器

特征：一、二次风分别由各自喷口，以直流自由射流的形式喷入炉膛。分类：

均等配风（烟煤型）分级配风（无烟煤型）横断面布置直流燃烧器多采用四角布置切圆燃烧方式。246图9—13燃烧器布置在炉膛的四角，燃烧器的轴线与炉膛中心的假想圆相切。切圆越大，邻角火炬高温火焰更容易到达下角射流的根部，有利于煤粉气流的着火、燃尽，但易于结渣。HIDE,旋流、直流？燃烧器出口火焰图片（部分载荷运行时观察到的喷嘴）2、旋流燃烧器特征：出口气流是一股绕燃烧器轴线旋转的旋转射流煤粉气流着火热量，来源于旋转射流内、外边界同时卷吸炉内高温烟气的热量。卷吸量较大但射程短，适用于挥发份较高的煤种。图9—15直流涡壳旋流燃烧器1—扩流锥，2—一次风扩散管，3—一次风管，4—二次风涡壳，5—一次风连接管，8—点火喷嘴孔。图9—15双蜗壳式旋流燃烧器旋流燃烧器布置方式：前墙布置、两面墙对冲或交错布置。炉膛内部喷嘴布置示意图高效低污染煤粉燃烧器钝体燃烧器、开缝钝体燃烧器、稳燃腔燃烧器回流区分级着火燃烧技术钱壬章教授

国家科技发明二等奖新型的强化燃烧和传热的基本原理与方法

（四）链条炉与流化床炉链条炉：

固体燃料以一定厚度均匀分布在固定或可移动的炉排上进行燃烧的锅炉称为火床炉。链条炉是应用比较广泛、结构较完善的火床炉。247图9-16

燃料适应性广，负荷调节范围大，采用自然循环方式，工业领域较多应用。循环流化床流化床锅炉：演示鼓泡流化床flash作业课堂作业：直流燃烧器为什么都采用四角布置切圆燃烧方式？复习：燃料的燃烧及燃烧设备完全燃烧的条件：

1.炉膛温度；

2.供应充分的空气；

3.燃料与空气的充分混合；

4.足够的燃烧空间和时间。煤粉的制备、煤粉制备系统中间储仓式系统直吹式系统图燃烧器及其布置直流燃烧器均等配风、分级配风四角布置切圆燃烧方式。旋流燃烧器第四节锅炉受热面定义：吸收炉内热量来加热工质的表面式换热器。蒸发受热面过热器再热器空气预热器汽水蒸汽空气水冷壁对流管束凝渣管束辐射对流对流对流对流辐射省煤器水对流一、蒸发受热面（水冷壁）作用：工质在其中吸热、汽化的受热面锅炉的主要受热面包括：敷设在炉膛四周炉墙上的水冷壁后墙水冷壁拉稀成的凝渣管束1、水冷壁结构鳍片管2、汽水循环

自然循环锅炉的循环回路：随着锅炉容量增大、压力增大，使密度差减小，水循环的动力压头减小，必须放弃自然循环而采用强制循环。下降管、水冷壁管、汽包、下联箱循环倍率K定义：循环回路中水流量与回路中的蒸汽产生量之比。（1kg水全部变成蒸汽，需在回路中循环多少次）K对循环的影响X：上升管出口汽水混合物的含汽率DG汽包循环锅炉的重要受压部件。作用：

1、工质加热、蒸发、过热三个过程的连接枢纽，保证锅炉水循环；

2、是蒸汽通道与水通道的交汇点。汽包内装有汽水分离器、连续排污装置等，用以汽水分离，保证蒸汽品质；

3、汽包内保持一定水量，具有一定储热能力，有利于运行调节；

4、汽包筒体上安装有压力表、水位表、事故防水阀、安全阀等，以控制汽包压力、监视汽包水位，保证锅炉安全工作。蒸发受热面结渣及其危害1、结渣的产生

固态排渣：燃烧温度高（1400~1600℃），灰渣呈溶融态，液态的渣粒在凝固之前冲刷到水冷壁或炉墙上，形成结渣。2、结渣的危害

1）水冷壁高温腐蚀；

2）改变受热面分配，炉膛吸热减少，出口烟温及排烟温度升高，过热器超温爆管，降低锅炉热效率；

3）大块渣团掉落可能砸坏冷灰斗的水冷壁管。

3、结渣的预防

适当的炉型，避免炉内温度过高；避免火焰偏斜、贴壁冲墙；避免锅炉超负荷运行。二、过热器与再热器作用：过热器：将饱和蒸汽加热成过热蒸汽，增加蒸汽做功能力。再热器：提高汽轮机高压缸排汽温度。热效率、安全性。布置：高温烟道特点：管外烟气及管内工质温度高、蒸汽的换热系数小，冷却能力差，其壁温是锅炉受热面中最高的。易发生管壁超温、管间工质热偏差及高温腐蚀。工作条件恶劣。过热器、再热器的布置型式对流式布置于锅炉的对流烟道半辐射式炉膛出口烟窗，称为屏式受热面辐射式炉膛顶部，称为顶棚受热面；或炉膛内壁，称为墙式受热面。对流式过热器和再热器组成：蛇形管及进出口联箱半辐射、辐射式挂屏形式,由U型、W型管及进出口联箱构成热偏