鍋爐原理及鍋爐房設計課件

1、第一篇第一篇 鍋爐原理鍋爐原理 與結構與結構第一章第一章 概論概論 1鍋爐的功能鍋爐的功能 鍋爐是一種鍋爐是一種能量轉換能量轉換裝置，除某裝置，除某些特種鍋爐外鍋爐的功能是以燃燒的方式將燃些特種鍋爐外鍋爐的功能是以燃燒的方式將燃料的化學能料的化學能盡可能多地盡可能多地轉變?yōu)檩d熱質（水轉變?yōu)檩d熱質（水/蒸汽）蒸汽）所攜帶的熱能。所攜帶的熱能。2 鍋爐的分類鍋爐的分類按燃料分按燃料分 燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐；燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐；按輸出的按輸出的載熱質分載熱質分蒸汽鍋爐、熱水鍋爐（有蒸汽鍋爐、熱水鍋爐（有/無壓無壓)；按用途分按用途分 電站鍋爐、工業(yè)鍋爐（供熱鍋爐）；電站鍋爐、工業(yè)鍋

2、爐（供熱鍋爐）；按燃燒方式分按燃燒方式分 層燃爐（鏈條爐）、煤粉爐、旋風爐、沸層燃爐（鏈條爐）、煤粉爐、旋風爐、沸騰爐（鼓泡流化床鍋爐）、循環(huán)流化床鍋爐；騰爐（鼓泡流化床鍋爐）、循環(huán)流化床鍋爐；按工作壓力分低壓鍋爐（按工作壓力分低壓鍋爐（2.45 MPa)、中壓鍋爐（、中壓鍋爐（2.49 4.9 MPa)、高壓鍋爐（、高壓鍋爐（ 5.9 9.8 MPa)、超高壓鍋爐、超高壓鍋爐（ 11.8 14.7 MPa)、亞臨界壓力鍋爐（、亞臨界壓力鍋爐（ 15.7 19.6 MPa)、超臨界壓力鍋爐（、超臨界壓力鍋爐（ 22 MPa)；按傳熱方式分按傳熱方式分 水管鍋爐、火管（鍋殼）鍋爐；水管鍋爐、火管

3、（鍋殼）鍋爐；特種鍋爐特種鍋爐 太陽能鍋爐、電熱鍋爐（家用電熱水太陽能鍋爐、電熱鍋爐（家用電熱水器）、余熱鍋爐；器）、余熱鍋爐；按水循環(huán)方式分自然循環(huán)鍋爐（汽包按水循環(huán)方式分自然循環(huán)鍋爐（汽包/鍋筒鍋爐）、鍋筒鍋爐）、 強制循環(huán)鍋爐（直流鍋爐強制循環(huán)鍋爐（直流鍋爐/無汽包無汽包/鍋筒鍋爐）；鍋筒鍋爐）；按鍋爐結構分單鍋筒按鍋爐結構分單鍋筒/汽包（縱汽包（縱/橫置）、雙鍋筒橫置）、雙鍋筒/汽汽包（縱包（縱/橫置）橫置） 、角管型鍋爐；、角管型鍋爐；3 幾種常見鍋爐的基本構造和工作過程幾種常見鍋爐的基本構造和工作過程1) 雙鍋筒橫置鏈條爐排鍋爐的基本結構雙鍋筒橫置鏈條爐排鍋爐的基本結構燃燒方式為層

4、燃形式，其多用于燃煤的區(qū)域燃燒方式為層燃形式，其多用于燃煤的區(qū)域集中供熱鍋爐房和企業(yè)自備熱電站，燃料集中供熱鍋爐房和企業(yè)自備熱電站，燃料為各類動力用煤。為各類動力用煤。雙鍋筒橫置鏈條爐排鍋爐的工作過程雙鍋筒橫置鏈條爐排鍋爐的工作過程燃料燃燒過程；燃料燃燒過程；煙氣向水的傳熱過程；煙氣向水的傳熱過程；水的加熱汽化過程；水的加熱汽化過程；3. 水在鍋爐中加熱汽化的熱力學過程水在鍋爐中加熱汽化的熱力學過程2) 臥式三回程煙管鍋爐（臥式三回程煙管鍋爐（WNS)的基本結構的基本結構這種類型鍋爐特點：結構緊湊、環(huán)保清潔這種類型鍋爐特點：結構緊湊、環(huán)保清潔多用于高檔賓館、寫字樓的供熱鍋爐房，其燃料為輕多用于

5、高檔賓館、寫字樓的供熱鍋爐房，其燃料為輕油、天然氣油、天然氣/液化氣等清潔燃料。液化氣等清潔燃料。燃燒設備多為燃油燃燒設備多為燃油/燃氣燃燒器也有在燃煤爐上配用燃氣燃燒器也有在燃煤爐上配用鏈條爐排的。按燃燒設備是否位于鍋筒內又分為內、鏈條爐排的。按燃燒設備是否位于鍋筒內又分為內、外燃兩種，不過國內多為內燃式。外燃兩種，不過國內多為內燃式。3) 型煤粉鍋爐（型煤粉鍋爐（SG、HG等等)的基本結構的基本結構這種類鍋爐特點：因其燃燒熱強度大故為高參數(shù)、大這種類鍋爐特點：因其燃燒熱強度大故為高參數(shù)、大容量、高效率容量、高效率多用于電力部屬下的純發(fā)電多用于電力部屬下的純發(fā)電/凝汽式的大型火電廠；凝汽式的

6、大型火電廠；其燃料均為各類動力用煤。其燃料均為各類動力用煤。燃燒設備為直流式燃燒器燃燒設備為直流式燃燒器/漩流式燃燒器。漩流式燃燒器。循環(huán)流化床鍋爐（循環(huán)流化床鍋爐（SF型系列循環(huán)流化床鍋爐型系列循環(huán)流化床鍋爐)的基本的基本結構結構這種類型鍋爐的特點：燃燒效率高、低污染、煤種的適這種類型鍋爐的特點：燃燒效率高、低污染、煤種的適應性好，能適應煙煤、褐煤、貧煤、混煤等不同品位應性好，能適應煙煤、褐煤、貧煤、混煤等不同品位的燃料，燃燒效率高達的燃料，燃燒效率高達99%，尤其可燃燒含硫量較高，尤其可燃燒含硫量較高的燃料，通過向爐內添加石灰石，能顯著降低二氧化的燃料，通過向爐內添加石灰石，能顯著降低二氧

7、化硫的排放，由于低溫燃燒，硫的排放，由于低溫燃燒，NOx的排放量也明顯降低，的排放量也明顯降低，減輕了對設備的腐蝕和對環(huán)境的污染，其爐渣的綜合減輕了對設備的腐蝕和對環(huán)境的污染，其爐渣的綜合利用率高，可以做水泥等材料的摻合料利用率高，可以做水泥等材料的摻合料可用于各類火電廠和供熱鍋爐房；其燃料為各種動力用可用于各類火電廠和供熱鍋爐房；其燃料為各種動力用煤。煤。燃燒設備為直流式燃燒器燃燒設備為直流式燃燒器/漩流式燃燒器。漩流式燃燒器。鍋爐為自然循環(huán)，M型布置，框架支吊結構，采用帶旋風分離器的循環(huán)燃燒系統(tǒng)，如攤位膜式水冷壁，過熱器分高、低二級布置，中間設噴水減溫器，尾部設二段勝煤氣和一、二次風預熱器

8、。鍋爐按室內布置進行設計，運轉層標高為7米，鍋爐的構架全部為金屬結構，適用于7度地震裂度。 4鍋爐的主要性能參數(shù)鍋爐的主要性能參數(shù)（1）鍋爐容量）鍋爐容量 蒸汽鍋爐蒸汽鍋爐的額定蒸發(fā)量（的額定蒸發(fā)量（D）：）：在額定的出口蒸汽參數(shù)在額定的出口蒸汽參數(shù) 和鍋爐效率下，鍋爐每小時能生產(chǎn)的蒸汽量和鍋爐效率下，鍋爐每小時能生產(chǎn)的蒸汽量, t / h 熱水鍋爐熱水鍋爐的額定供熱量（的額定供熱量（Q）：）： MW（2）工作參數(shù)）工作參數(shù) 蒸汽鍋爐：蒸汽鍋爐：過熱器出口蒸汽的額定表壓力過熱器出口蒸汽的額定表壓力(MPa)和額定溫度；和額定溫度； 熱水鍋爐：熱水鍋爐：熱水出水閥口的熱水壓力熱水出水閥口的熱水壓

9、力 (MPa) 和溫度。和溫度。（3）給水溫度：）給水溫度： 蒸汽鍋爐：蒸汽鍋爐：省煤器入口處的水溫；省煤器入口處的水溫； 熱水鍋爐：熱水鍋爐：進入鍋筒的水溫。進入鍋筒的水溫。（4）鍋爐效率：）鍋爐效率：單位時間內每單位時間內每 kg 給水被加熱成蒸汽所吸給水被加熱成蒸汽所吸 收的熱量與單位時間內燃料在爐膛內收的熱量與單位時間內燃料在爐膛內完全完全 燃燒燃燒所放出的熱量之比。所放出的熱量之比。（1）工業(yè)鍋爐型號編制方法：）工業(yè)鍋爐型號編制方法： 5 鍋爐的型號鍋爐的型號鍋殼鍋爐總體型式代號鍋殼鍋爐總體型式代號水管鍋爐總體型式代號水管鍋爐總體型式代號燃燒設備代號燃燒設備代號燃料種類代號燃料種類代

10、號工業(yè)鍋爐型號舉例：工業(yè)鍋爐型號舉例：WNS4.2-1/115/70-QJ鍋殼式、臥式、內燃、室燃，額定熱功率為鍋殼式、臥式、內燃、室燃，額定熱功率為4.2MW,額定壓力為額定壓力為1.0 MPa，熱水溫度為，熱水溫度為115 oC，進水溫度，進水溫度為為70 oC，燃用，燃用焦爐煤氣焦爐煤氣的熱水爐。的熱水爐。SHL20-25/400/105-A雙鍋筒橫置式、鏈條爐排，額定蒸發(fā)量為雙鍋筒橫置式、鏈條爐排，額定蒸發(fā)量為20 t/ h,額定壓力為額定壓力為25 MPa，蒸汽溫度為，蒸汽溫度為400 oC，給水溫度，給水溫度為為105 oC，燃用煙煤的蒸汽鍋爐。，燃用煙煤的蒸汽鍋爐。（2）常壓熱水

11、鍋爐型號編制方法：）常壓熱水鍋爐型號編制方法：CWNS1.4-95/70-YZ常壓常壓鍋殼式、臥式、內燃、室燃，額定熱功率為鍋殼式、臥式、內燃、室燃，額定熱功率為1.4 MW，額定壓力為額定壓力為0.0 MPa，額定出水溫度為，額定出水溫度為95 oC，額定進水溫度為，額定進水溫度為70 oC，燃用，燃用重油重油的熱水的熱水鍋爐。鍋爐。（3 3）電站鍋爐型號編制方法：）電站鍋爐型號編制方法：電站鍋爐型號舉例：電站鍋爐型號舉例：HG-2008/18.28(186)-M哈爾濱鍋爐廠制造，額定蒸發(fā)量為哈爾濱鍋爐廠制造，額定蒸發(fā)量為2008 t/ h,額定蒸額定蒸汽壓力為汽壓力為18.28 MPa（1

12、86 kgf/cm2），原型設計的），原型設計的燃煤煤粉爐。燃煤煤粉爐。SGL-130/3.82(39)-M上海鍋爐廠采用聯(lián)合設計圖紙制造，額定蒸發(fā)量為上海鍋爐廠采用聯(lián)合設計圖紙制造，額定蒸發(fā)量為130 t/ h，額定蒸汽壓力為，額定蒸汽壓力為3.82 MPa（39 kgf/cm2），），原型設計的燃煤煤粉爐。原型設計的燃煤煤粉爐。工業(yè)和民用燃油工業(yè)和民用燃油/氣鍋爐的熱效率：氣鍋爐的熱效率：86% 90%新設計的環(huán)保型燃油新設計的環(huán)保型燃油/氣鍋爐的熱效率：氣鍋爐的熱效率：91% 93%我國我國ZB98011-1988工業(yè)鍋爐通用技術條件工業(yè)鍋爐通用技術條件規(guī)定規(guī)定的燃油的燃油/氣鍋爐的熱效

13、率：氣鍋爐的熱效率： 6 鍋爐的技術指標鍋爐的技術指標 7 鍋爐房的設備組成鍋爐房的設備組成 核心設備：核心設備： 鍋爐本體（汽包鍋爐本體（汽包/鍋鍋/鍋筒、鍋筒、爐膛（燃燒器、蒸發(fā)器）、過熱器、省爐膛（燃燒器、蒸發(fā)器）、過熱器、省煤器、空氣預熱器；煤器、空氣預熱器； 鍋爐輔助設備：給水箱及給水泵、送風鍋爐輔助設備：給水箱及給水泵、送風機、引風機；機、引風機； 鍋爐房輔助設備：水處理設備、燃料輸鍋爐房輔助設備：水處理設備、燃料輸送和清除灰渣設備、環(huán)保設備（除塵器送和清除灰渣設備、環(huán)保設備（除塵器/脫硫裝置）、熱工儀表和脫硫裝置）、熱工儀表和 控制設備控制設備第二章第二章 燃料與燃燒計算燃料與燃

14、燒計算 燃料的分類與組成燃料的分類與組成（1 1）鍋爐用燃料：）鍋爐用燃料： 煤、油煤、油（輕質柴油、重油、（輕質柴油、重油、渣油）、渣油）、可燃氣可燃氣（天然氣、液化石油氣、沼氣（天然氣、液化石油氣、沼氣高爐煤氣）、高爐煤氣）、石油焦石油焦；（2 2）煤的組成元素）煤的組成元素C（固定碳、揮發(fā)份）：（固定碳、揮發(fā)份）：20% 70%，可燃；，可燃；H（揮發(fā)分）：（揮發(fā)分）：2% 6%，可燃；，可燃；O（游離氧、化合氧）：（游離氧、化合氧）：無煙煤無煙煤 2% 6%，泥煤，泥煤 40%， 助燃；助燃；N ：0.5% 2.5%，不可燃，不可燃，NOx污染大氣，污染大氣，S （可燃硫、不可燃硫）：

15、（可燃硫、不可燃硫）：動力煤動力煤 5%，污染和腐蝕，污染和腐蝕;A（灰分）：（灰分）：10% 50%，積灰、結渣、磨損、腐蝕；，積灰、結渣、磨損、腐蝕；M（外在水分、內在水分）（外在水分、內在水分）:少則少則 10% ,多則多則 50% 60 %, 不利于燃燒、增加煙氣量、加劇腐蝕和堵灰。不利于燃燒、增加煙氣量、加劇腐蝕和堵灰。（3 3）煤質分析（）煤質分析（GB 483 87）元素分析：元素分析：C、H、O、N、S、A、M的含量；的含量；工業(yè)分析：工業(yè)分析：可燃質（揮發(fā)分、固定碳）、水分、灰分。可燃質（揮發(fā)分、固定碳）、水分、灰分。l燃料的分析基準：l收到基ar（應用基）l CarHar+

16、Oar+Nar+SarAar+Mar=100%l空氣干燥基ad（分析基)l CadHad+Oad+Nad+Sad Aad+ Mad=100%l干燥基d: 假想燃料處于無水狀態(tài)l CdHd+Od+Nd+Sd Aad=100%l干燥無灰基dafl CdafHdaf+ Sdaf Odaf+Ndaf =100%（4 4）煤的發(fā)熱量（）煤的發(fā)熱量（ Q Qgwgw、 Q Qdwdw）定義：定義：單位質量的煤完全燃燒后所放出的熱量。單位質量的煤完全燃燒后所放出的熱量。測量方法：測量方法：用氧彈測熱器測出氧彈發(fā)熱值，從中扣除硫用氧彈測熱器測出氧彈發(fā)熱值，從中扣除硫 和氮燃燒生成的硫酸和硝酸的溶解熱后，即和氮

17、燃燒生成的硫酸和硝酸的溶解熱后，即 為煤的為煤的Q Qgwgw值；再扣除煤中水分和氫燃燒生成值；再扣除煤中水分和氫燃燒生成 的水蒸汽的潛熱后，即為煤的的水蒸汽的潛熱后，即為煤的Q Qdwdw值。值。注意：注意：1 1） 我國規(guī)定鍋爐計算中采用燃料收到基的我國規(guī)定鍋爐計算中采用燃料收到基的Q Qdwdw值值 （Q Qnet,v,arnet,v,ar) )。 2 2） 各種基準的各種基準的Q Qgwgw值之間，可按換算系數(shù)表直接值之間，可按換算系數(shù)表直接 換算；而換算；而Q Qdwdw值的換算則應先換算成同基準下值的換算則應先換算成同基準下 的的Q Qgwgw值，再按換算系數(shù)表換算成欲求基準下值，

18、再按換算系數(shù)表換算成欲求基準下 的的Q Qgwgw值，然后再求其值，然后再求其Q Qdwdw值。值。（5 5）動力煤的分類）動力煤的分類（GB 7562 87 火電燃煤鍋爐用煤質量標準）火電燃煤鍋爐用煤質量標準）1 1）無煙煤：）無煙煤： WV,daf 10%， Qdw,v,ar = 21000 32500 kJ/kg；2 2）貧煤：）貧煤： WV,daf = 10% 20%；3 3）煙煤：）煙煤：WV,daf = 20% 45%，Qdw,v,ar = 20000 30000 kJ/kg；4 4）褐煤：）褐煤：WV,daf = 40% 50%，Qdw,v,ad = 20000 30000 kJ

19、/kg。（6 6）其它主要動力燃料）其它主要動力燃料1 1）重油）重油: : Wc= 81% 87%， WH= 11% 14%， Ws,o,N = 1% 2%，Qdw = 377 44 MJ/kg； 黏度、凝點、閃點、灰分黏度、凝點、閃點、灰分；2 2）天然氣（）天然氣（CHCH4 4）: : Qdw = 36600 54400 kJ/Nm3；3 3）高爐煤氣（）高爐煤氣（CO ,COCO ,CO2 2 ,N,N2 2): ): Qdw = 3000 4000 kJ/Nm3； 鍋爐熱平衡鍋爐熱平衡（1）熱平衡方程）熱平衡方程 Qr = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 1

20、00 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6q1 = (Q1 Qr )100 （2）各項熱量分析）各項熱量分析入爐熱量：入爐熱量：Qr = Qdw + Hf + Ha有效熱量：有效熱量：Q1 = D(D( hq hs ) )排煙熱損：排煙熱損：Q2 = B B V Vy C Cp ( t ty t to )氣體（化學）不完全燃燒熱損：氣體（化學）不完全燃燒熱損： Q3固體（機械）不完全燃燒熱損：固體（機械）不完全燃燒熱損： Q4鍋爐散熱熱損：鍋爐散熱熱損： Q5灰渣物理熱損：灰渣物理熱損： Q4（3）熱效率計算方法：）熱效率計算方法：1）正平衡法）正平衡法 = q1 = (

21、Q1 Qr )100 2）反平衡法）反平衡法 = q1 = 100 （q2 + q3 + q4 + q5 + q6）注：適用于注：適用于 80的工業(yè)鍋爐。的工業(yè)鍋爐。 注：適用于大容量、高效率的電站注：適用于大容量、高效率的電站鍋爐。鍋爐。 l熱工試驗的目的l了解與掌握熱力設備性能及運行工況、為新裝鍋爐的驗收、改裝鍋爐的鑒定以及科研提供技術依據(jù)。l工業(yè)鍋爐的熱工試驗主要是為了確定最佳運行工況；試驗的主要內容是測定鍋爐的蒸發(fā)量、燃料消耗量、熱效率以及各項熱損失4.3 4.3 鍋爐的燃燒設備鍋爐的燃燒設備 鍋爐燃燒方式鍋爐燃燒方式（1）層燃燃燒：）層燃燃燒： 0 40 mm（2）懸浮燃燒：）懸浮燃

22、燒： 20 90 m（3）沸騰燃燒：）沸騰燃燒： 0 8 mm 層燃燃燒設備層燃燃燒設備1）燃燒特性）燃燒特性燃燒過程：受熱干燥燃燒過程：受熱干燥 揮發(fā)分析出并著火燃燒揮發(fā)分析出并著火燃燒 焦炭燃燒并燃盡焦炭燃燒并燃盡 灰渣灰渣 注：預熱空氣溫度注：預熱空氣溫度 20 200 oC；2）燃燒產(chǎn)物與爐排配風）燃燒產(chǎn)物與爐排配風3）爐拱）爐拱（1）基本功能）基本功能前拱（輻射拱）：加熱及引燃新煤；前拱（輻射拱）：加熱及引燃新煤；后拱（對流拱）：間接引燃、混合、保溫促燃后拱（對流拱）：間接引燃、混合、保溫促燃（2）現(xiàn)有爐拱存在的問題）現(xiàn)有爐拱存在的問題 著火難、氣體和固體（飛灰、爐渣）不完全燃燒損著

23、火難、氣體和固體（飛灰、爐渣）不完全燃燒損失大。失大。（3）改進結構）改進結構 雙人字形爐拱雙人字形爐拱 煤粉爐懸浮燃燒設備煤粉爐懸浮燃燒設備爐膛：組織煤粉與空氣連續(xù)混合、著火燃燒直爐膛：組織煤粉與空氣連續(xù)混合、著火燃燒直 到燃盡的空間；到燃盡的空間；制粉系統(tǒng)：連續(xù)、穩(wěn)定、均勻地向鍋爐提供合制粉系統(tǒng)：連續(xù)、穩(wěn)定、均勻地向鍋爐提供合 格、經(jīng)濟的煤粉；格、經(jīng)濟的煤粉；燃燒器：燃燒器：保證煤粉和空氣進入爐膛時能充分混合，煤粉保證煤粉和空氣進入爐膛時能充分混合，煤粉 能連續(xù)穩(wěn)定地著火，強烈地燃燒和充分地燃盡，能連續(xù)穩(wěn)定地著火，強烈地燃燒和充分地燃盡， 并保證爐膛水冷壁不結渣。并保證爐膛水冷壁不結渣。注：有直吹式、中間儲倉式兩種。注：有直吹式、中間儲倉式兩種。1）旋流燃燒器）旋流燃燒器（1）氣流結構特性）氣流結構特性（2）旋流燃燒器的常用型式）旋流燃燒器的常用型式（3）旋流燃燒器的布置）旋流燃燒器的布置2）直流燃燒器）直流燃燒器（1）直流射流）直流射流（2）切向燃燒的爐內空氣動力場）切向燃燒的爐內空氣動力場 流化床燃燒設備流化床燃燒設備1）工作原理及特點）工作原理及特點（1）臨界流化速度）臨界流化速度 當床層阻力由增加到保持不變的轉折點處的氣當床層阻力由增加到保持不變的轉折點處的氣 流速度。流速度。（2）流化床燃燒的優(yōu)點）流化床燃燒的優(yōu)點 燃料適應性好；燃燒過程