熱能工程基礎(chǔ)實用教案

1、一、鍋爐(gul)分類1、按用途(yngt)分類：電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、船舶鍋爐、機(jī)車鍋爐2、按鍋爐工作壓力分類： 低壓鍋爐：p2.45Mpa中壓鍋爐：2.49 Mpap4.9 Mpa高壓鍋爐：5.9 Mpap9.8 Mpa超高壓鍋爐：11.8 Mpap14.7 Mpa亞臨界壓力鍋爐：15.7Mpap19.6Mpa超臨界壓力鍋爐：22Mpa3、按工質(zhì)狀態(tài)：熱水鍋爐、蒸汽鍋爐4、按汽水循環(huán)方式：自然循環(huán)鍋爐、強(qiáng)制循環(huán)鍋爐、直流鍋爐第1頁/共61頁第一頁，共61頁。類型氣壓atm氣溫電廠效率%供電煤耗(g標(biāo)準(zhǔn)煤/度)中壓高壓超高壓亞臨界超臨界高溫超臨界超超臨界高溫超超臨界35901301702552

2、503003004355105355405676006007002733353841444857460390360324300278256215第2頁/共61頁第二頁，共61頁。二、鍋爐(gul)參數(shù)指鍋爐容量、出口蒸汽壓力、蒸汽溫度和進(jìn)口(jn ku)給水溫度。1、鍋爐容量：額定蒸發(fā)量t/h，kg/s，工業(yè)用蒸汽鍋爐一般用額定蒸發(fā)量表示。也可用與汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組配套的功率表示為kW或MW，如電站(din zhn)鍋爐。2、出口蒸汽壓力、溫度：主汽閥出口處（或過熱器出口集箱）的過熱蒸汽壓力和溫度。3、進(jìn)口給水溫度：省煤器進(jìn)口集箱處的給水溫度。第3頁/共61頁第三頁，共61頁。三、基本(jbn)結(jié)

3、構(gòu)1、主要(zhyo)受熱部件：鍋筒、水冷壁 、過熱器 、省煤器 、空氣(kngq)預(yù)熱器 2、輔助裝置 燃料供給系統(tǒng)：煤輸送帶、煤斗煤粉制備：磨煤機(jī)送（引）風(fēng)機(jī)：送風(fēng)機(jī)排粉風(fēng)機(jī)送煤粉排煙水處理及給水裝置：水箱、凝結(jié)水泵、冷凝器、給水泵除塵除灰裝置：渣斗、沖灰溝、灰渣泵、除塵器自動控制裝置第4頁/共61頁第四頁，共61頁。 1300MW超臨界鍋爐(gul)簡圖第5頁/共61頁第五頁，共61頁。蒸汽鍋爐蒸汽鍋爐第6頁/共61頁第六頁，共61頁。圖21 電站鍋爐及其輔助設(shè)備系統(tǒng)簡圖1煤斗；2給煤機(jī)；3磨煤機(jī)；4空氣預(yù)熱器；5排粉風(fēng)機(jī)；6燃燒器；7爐膛；8水冷壁；9屏式過熱器；10高溫過熱器；11低

4、溫過熱器；12省煤器；13除塵器；14吸風(fēng)機(jī)； 15煙囪；16送風(fēng)機(jī)；17鍋筒；18下降(xijing)管；19頂棚過熱器；20排渣室 四、基本工作(gngzu)流程第7頁/共61頁第七頁，共61頁。主要由燃燒(rnsho)過程和傳熱過程兩部分組成。 1、燃燒過程：煤的供給：輸煤帶煤斗給煤機(jī)磨煤機(jī)煤粉粗細(xì)分離器煤粉倉給粉機(jī)分配到各煤粉管道由熱空氣攜帶進(jìn)入燃燒器噴口噴入燃燒；空氣的供給：送風(fēng)機(jī)預(yù)熱器二次風(fēng)噴口噴入爐膛燃燒產(chǎn)物：燃燒產(chǎn)生熱煙氣向水冷壁放熱過熱器省煤器空氣預(yù)熱器除塵器引風(fēng)機(jī)煙囪大氣(dq)灰渣：由爐膛下部的出渣口落入渣池排出。2、傳熱過程純凈水前處理給水泵低高壓(goy)加熱器加熱給

5、水管道鍋爐蒸汽汽輪機(jī)第8頁/共61頁第八頁，共61頁。3.2 鍋爐(gul)燃料與熱平衡一、燃料(rnlio)組成與分類1、鍋爐(gul)用燃料固體、氣體以及液體燃料。煤是我國鍋爐用主要動力燃料，常常采用劣質(zhì)煤，高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣。2、煤元素構(gòu)成碳：C （20%-70%）；主要可燃元素， 1kg碳完全燃燒生成CO2可以放出32866kJ的熱量。碳元素包括固定碳（即揮發(fā)分析出剩余的純碳）及揮發(fā)分中碳（包括CH4、C2H2、CO等中所含碳）。 氫：H （2%-6%）；可燃元素之一 。1kg氫燃燒后可放出120370kJ的熱量 。氧：O （無煙煤1%-2%）（泥煤40%）；不可燃元素。 氮：N （0

6、.5%-2.5%）；不可燃元素。 硫：S （1.5%）；可燃元素之一 ，有害物質(zhì)?；曳郑篈 （10%-50%）水分：M （10%-60%）第9頁/共61頁第九頁，共61頁。3、煤的工業(yè)(gngy)分析工業(yè)(gngy)分析數(shù)據(jù)包括水分、揮發(fā)分、固定碳、灰分四部分。工業(yè)(gngy)分析還有發(fā)熱量Q作為參數(shù)。 工業(yè)分析有幾種基準(zhǔn)表示法：以收到狀態(tài)為基準(zhǔn)的收到基(ar)；以風(fēng)干狀態(tài)即除去外在水分為基準(zhǔn)的空氣干燥基(ad)；以除去全部(qunb)水分為基準(zhǔn)的干燥基(d)；以除去全部(qunb)分水分、灰分為基準(zhǔn)的干燥無灰基(daf)。四種基準(zhǔn)之間可相互轉(zhuǎn)換。煤成分及其各種基準(zhǔn)間關(guān)系示意圖第10頁/共61

7、頁第十頁，共61頁。4、煤的發(fā)熱量高位發(fā)熱量：是指1kg燃料完全燃燒時放出(fn ch)的全部熱量，包括煙氣中水蒸汽凝 結(jié)成水所放出(fn ch)的汽化潛熱。標(biāo)準(zhǔn)煤：為便于進(jìn)行煤耗指標(biāo)的比較(bjio)，工程中常將普通煤折算 “標(biāo)準(zhǔn)煤”。規(guī)定 標(biāo)準(zhǔn)的低位發(fā)熱量為29.3MJ/kg，即7000kcal/kg。低位發(fā)熱量：從燃料(rnlio)的高位發(fā)熱量中扣除煙氣中水蒸汽的汽化潛熱時，稱燃料(rnlio) 的低位發(fā)熱量。低位發(fā)熱量常用于設(shè)計計算。第11頁/共61頁第十一頁，共61頁。5、煤的分類(fn li)（1）無煙煤 煤化程度最高，明亮黑色光澤(gungz)，硬度大，干燥無灰基揮發(fā)分含量10%

8、。含碳量高，灰分、水分等雜質(zhì)較少，發(fā)熱量高。（2）貧煤 煤化程度略低于無煙煤，是主要的動力用煤，揮發(fā)(huf)分在10%20%。著火與燃盡特性優(yōu)于無煙煤。（3）煙煤 中等煤化程度的煤。干燥無灰基揮發(fā)分含量較高。一般在20%45%；水分和灰分較少，發(fā)熱量較高。煙煤易著火和燃盡，高灰分煙煤，著火和燃盡都較困難。 （4）褐煤 形成年代較短，干燥無灰基揮發(fā)分含量很高，約為40%50%。容易著火和燃燒。但灰分和水分含量也都相對較高，發(fā)熱量低。第12頁/共61頁第十二頁，共61頁。二、鍋爐(gul)熱平衡1、熱平衡方程式鍋爐(gul)的熱平衡是指輸入鍋爐(gul)的熱量與鍋爐(gul)輸出熱量之間的平衡

9、。輸入鍋爐(gul)的熱量；有效利用熱量，是指被工質(zhì)吸收的熱量； 排煙熱損失，是鍋爐熱損失中最主要的一項； 化學(xué)不完全燃燒損失； 機(jī)械不完全燃燒熱損失，分為 與 兩部分； 鍋爐的散熱損失； kJ/kg。其它熱損失。 第13頁/共61頁第十三頁，共61頁。有效(yuxio)吸收熱燃料(rnlio)輸入熱散熱損失(snsh)化學(xué)不完全燃燒損失機(jī)械不完全燃燒損失排煙損失灰渣物理熱損失機(jī)械不完全燃燒損失第14頁/共61頁第十四頁，共61頁。以輸入(shr)鍋爐熱量的百分率來表示，則鍋爐的熱平衡方程式可表示為2、鍋爐(gul)的熱效率鍋爐的熱效率是鍋爐的總有效利用熱量占據(jù)鍋爐輸入熱量的百分比。在設(shè)計(s

10、hj)鍋爐時，可以根據(jù)熱平衡求出鍋爐的熱效率： 鍋爐熱效率的計算方法：正平衡法與反平衡法結(jié)論：當(dāng)全面鑒定鍋爐時，必須既做正平衡試驗又做反平衡試驗，并保證兩者的測量誤差在規(guī)定范圍內(nèi) 第15頁/共61頁第十五頁，共61頁。3-3 鍋爐(gul)的燃燒設(shè)備一、鍋爐(gul)燃燒方式層燃：原煤中大煤塊進(jìn)行破碎后，從煤斗進(jìn)入爐膛，煤層(micng)鋪在爐排上進(jìn)行燃燒。懸浮燃燒：原煤被磨成面粉粒度一樣的煤粉，通過燃燒器隨風(fēng)吹入爐膛進(jìn)行懸浮燃燒。氣體燃料與液體燃料也用同樣燃燒方式。沸騰燃燒：原煤經(jīng)過破碎成為08mm大小的煤料，在爐膛的底部布置了布風(fēng)板，高速鼓風(fēng)將煤粒托起，在爐膛中上下翻滾燃燒。第16頁/共6

11、1頁第十六頁，共61頁。第17頁/共61頁第十七頁，共61頁。二、層燃燃燒(rnsho)設(shè)備1、燃燒(rnsho)特性爐排上煤的燃燒順序：受熱干燥，揮發(fā)(huf)分析出并著火燃燒，焦炭燃燒和燃盡，最后形成灰渣。第18頁/共61頁第十八頁，共61頁。2、燃燒(rnsho)產(chǎn)物與爐排配風(fēng)推遲送風(fēng)法：即減少揮發(fā)(huf)分燃燒區(qū)的送風(fēng)量，增大燃盡區(qū)的送風(fēng)量，并通過爐拱的爐內(nèi)空氣動力場組織，引導(dǎo)燃盡區(qū)的過量空氣再參與揮發(fā)(huf)分的燃燒，以保持總的空氣過剩系數(shù)在合理的范圍內(nèi)。 第19頁/共61頁第十九頁，共61頁。3、爐拱基本功能：引燃、混合(hnh)、保溫促燃 第20頁/共61頁第二十頁，共61頁

12、。三、煤粉爐懸浮(xunf)燃燒設(shè)備 1、概述(i sh)爐膛、制粉系統(tǒng)和燃燒器共同(gngtng)組成煤粉爐的懸浮燃燒設(shè)備。爐膛：是組織煤粉與空氣連續(xù)混合、著火燃燒直到燃盡的空間。制粉系統(tǒng)：主要任務(wù)是連續(xù)、穩(wěn)定、均勻地向鍋爐提供合格、經(jīng)濟(jì)的煤粉。 燃燒器：是保證煤粉和空氣在進(jìn)入爐膛時能充分混合，使煤粉能連續(xù)穩(wěn)定 地著火，強(qiáng)烈地燃燒和充分燃盡，并在燃燒過程中保證爐膛水冷 壁不結(jié)渣。 通過燃燒器進(jìn)入爐膛的空氣一般分為兩種：攜帶煤粉的空氣稱為一次風(fēng)，單純的熱空氣稱為二次風(fēng)。煤粉燃燒器按照空氣動力特性可分為旋流燃燒器和直流燃燒器。 第21頁/共61頁第二十一頁，共61頁。2、旋流燃燒器（1）特點：二

13、次風(fēng)強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)，噴出噴口后形成中心回流區(qū)，卷吸爐內(nèi)的高溫?zé)煔庵寥紵鞒隹诟浇?，加熱并點燃(din rn)煤粉。二次風(fēng)不斷和一次風(fēng)混合，使燃燒過程不斷發(fā)展，直至燃盡。旋轉(zhuǎn)射流有擴(kuò)散角大、射程短、早期混合強(qiáng)烈、后期混合減弱的特點。湍流熱質(zhì)交換強(qiáng)度高。（2）常用型式蝸殼式、切向葉片式、軸向葉片式。（3）布置形式前墻布置、前后墻對沖布置。第22頁/共61頁第二十二頁，共61頁。第23頁/共61頁第二十三頁，共61頁。第24頁/共61頁第二十四頁，共61頁。第25頁/共61頁第二十五頁，共61頁。第26頁/共61頁第二十六頁，共61頁。3、直流燃燒器（1）特點：從噴口噴出的氣流不旋轉(zhuǎn)，為直流射流。直流煤粉

14、燃燒器噴口外形(wi xn)一般是圓形或矩形，噴出的氣流為湍流直流射流。射流進(jìn)入爐膛后，在射流與周圍介質(zhì)的分界面上，由于分子微團(tuán)的脈動而與周圍環(huán)境介質(zhì)發(fā)生傳熱、傳質(zhì)以及動量交換。直流射流是從外側(cè)卷吸煙氣的。卷吸作用使直流射流沿流動方向流量逐漸增加，射流寬度變大，同時混合物中的煤粉濃度逐漸降低而溫度逐漸升高。（2）布置形式直流式燃燒器通常布置在爐膛四角，其出口氣流幾何軸線切于爐膛中心的一個假想圓，造成氣流在爐內(nèi)強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)。配風(fēng)方式可分為均等配風(fēng)和分級配風(fēng)。（3）新型直流燃燒器夾心風(fēng)燃燒器、水平濃淡燃燒器 第27頁/共61頁第二十七頁，共61頁。切向燃燒切向燃燒(rnsho)火火焰平面圖焰平面圖第2

15、8頁/共61頁第二十八頁，共61頁。一次風(fēng)通過(tnggu)一次風(fēng)機(jī)，經(jīng)空預(yù)器后進(jìn)磨煤機(jī)，輸送煤粉二次風(fēng)由送風(fēng)機(jī)來經(jīng)空預(yù)器后進(jìn)爐膛，為燃燒提供氧氣三次風(fēng)是通過(tnggu)專用噴口進(jìn)入爐膛的熱風(fēng)，保證含有少量煤粉的乏氣風(fēng)氣流及時著火及燃盡第29頁/共61頁第二十九頁，共61頁。四、流化床燃燒設(shè)備1、概述 流化是指爐床上的固體燃料顆粒在氣流的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃屏黧w(lit)狀態(tài)的過程。燃料顆粒呈強(qiáng)烈的沸騰狀態(tài)運(yùn)動，并進(jìn)行燃燒反應(yīng)。優(yōu)點：燃料適應(yīng)性好，能燃燒所有固體燃料，可以加入吸收劑，吸收燃燒時產(chǎn)生的SO2，同時由于燃燒溫度低，可抑制NOX的生成和排放，是清潔的燃燒方式；燃燒強(qiáng)度大、換熱能力強(qiáng)，總

16、體經(jīng)濟(jì)性好。缺點：受熱面磨損，燃燒效率相對較低，大型化存在困難。2、典型形式鼓泡床、循環(huán)流化床第30頁/共61頁第三十頁，共61頁。第31頁/共61頁第三十一頁，共61頁。第32頁/共61頁第三十二頁，共61頁。第33頁/共61頁第三十三頁，共61頁。3-4 鍋爐(gul)受熱面一、爐膛水冷壁1、作用主要蒸發(fā)受熱面，由水循環(huán)回路上升管組成，同時具有保護(hù)和減輕爐墻的功能。2、類型光管（內(nèi)表面又分光(fn un)管、內(nèi)螺紋管）或鰭片管水冷壁（膜式）3、布置形式自然循環(huán)鍋爐：垂直布置在爐膛周壁，上部與上鍋筒或上集箱相連，下部與下集箱相連。直流鍋爐：水平圍繞上升管帶型水冷壁、一次上升垂直管屏水冷壁。4

17、、運(yùn)行問題積灰及腐蝕第34頁/共61頁第三十四頁，共61頁。第35頁/共61頁第三十五頁，共61頁。二、過熱器和再熱器1、作用 過熱器是將鍋爐的飽和蒸汽進(jìn)一步加熱到所需過熱蒸汽溫度(wnd)的部件。過熱汽溫和電站的循環(huán)熱效率關(guān)系極大 ，汽溫越高，電站效率越高，同時汽輪機(jī)末級溫度(wnd)越小。過熱器可分為對流式、輻射式和半輻射式。 將蒸汽在汽輪機(jī)作一部分功后送回到鍋爐再加熱，再回到后面的汽輪機(jī)作功。這樣可以降低汽輪機(jī)末級葉片中蒸汽濕度。再熱器的作用就是布置在鍋爐尾部煙道中加熱從汽輪機(jī)引回來的蒸汽。再熱器通常是對流式。2、布置 對流式過熱器和再熱器布置在對流煙道(yn do)內(nèi)，由大量的平行連接

18、蛇形管組成，靠對流吸收煙氣熱量?？闪⑹健⑴P式布置。立式布置支吊結(jié)構(gòu)簡單，而臥式布置受熱面易排除管內(nèi)積水。 輻射式過熱器布置在爐膛的爐壁上，直接吸收爐膛輻射熱。 半輻射式過熱器布置在爐膛上方，同時吸收爐膛的輻射熱和煙氣的對流傳熱，稱為屏式過熱器。第36頁/共61頁第三十六頁，共61頁。第37頁/共61頁第三十七頁，共61頁。第38頁/共61頁第三十八頁，共61頁。3、管排形式(xngsh)順列、錯列。錯列布置橫向沖刷受熱面?zhèn)鳠嵯禂?shù)高，但順列易清灰。通常，高溫水平煙道采用立式順列布置，垂直煙道采用臥式錯列布置。4、煙氣與蒸汽相對流向：順流、逆流、混合流。5、汽溫調(diào)節(jié)蒸汽側(cè)：噴水減溫，在高溫蒸汽中噴

19、入高純度的除鹽水，水滴汽化使蒸汽溫度降低。煙氣側(cè)：通過改變鍋爐內(nèi)輻射受熱面和對流受熱面吸熱量分配比例的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)，主要有煙氣再循環(huán)、調(diào)節(jié)燃燒器傾角等。第39頁/共61頁第三十九頁，共61頁。三、省煤器與空氣預(yù)熱器1、省煤器 主要是利用鍋爐尾部煙氣來加熱給水，提高進(jìn)入鍋爐的水溫，同時把煙氣溫度進(jìn)一步降低，提高鍋爐熱效率，節(jié)省(jishng)燃料。類型：按出口工質(zhì)狀態(tài)可分為沸騰式和非沸騰式兩種，按材料可分為鑄鐵式（工業(yè)鍋爐）和鋼管式（電站鍋爐）。受熱面：光管、鰭片管、膜式管2、空氣預(yù)熱器 利用尾部煙氣來加熱燃燒所需空氣的熱交換設(shè)備。吸收煙氣熱量，使排煙溫度降低并減少排煙熱損失，提高鍋爐效率，同時

20、提高了助燃空氣的溫度，增強(qiáng)了燃燒穩(wěn)定性并提高鍋爐燃燒效率，提高爐膛內(nèi)煙氣溫度，強(qiáng)化爐內(nèi)輻射換熱。按換熱方式可分為間壁式和蓄熱式。3、運(yùn)行問題積灰、低溫腐蝕、磨損。第40頁/共61頁第四十頁，共61頁。第41頁/共61頁第四十一頁，共61頁。第42頁/共61頁第四十二頁，共61頁。3-5 鍋爐水動力學(xué)及傳熱(chun r)問題一、自然循環(huán)的概念 未飽和水和飽和水通過汽包進(jìn)入下降管，流經(jīng)下集箱后進(jìn)入上升管。由于上升管中汽水混合物密度小于下降管中中的密度，下集箱左右兩側(cè)會產(chǎn)生(chnshng)壓力差，從而驅(qū)使工質(zhì)的循環(huán)流動，稱為自然循環(huán)。第43頁/共61頁第四十三頁，共61頁。二、運(yùn)動壓頭和有效(y

21、uxio)壓頭 為保證循環(huán)回路中工質(zhì)的穩(wěn)定流動，由回路中汽水密度差產(chǎn)生的壓力差必須能克服上升管阻力和下降管阻力，將此壓力差稱為運(yùn)動壓頭，即 運(yùn)動壓頭(y tu)減去上升管阻力，剩下的部分用來克服下降管阻力，稱為有效壓頭(y tu)，即 第44頁/共61頁第四十四頁，共61頁。三、循環(huán)倍率(bi l)在循環(huán)回路中上升管的循環(huán)水量與上升管出口蒸汽量之比稱為循環(huán)倍率(bi l)K，即 四、循環(huán)回路(hul)的特性曲線及計算第45頁/共61頁第四十五頁，共61頁。五、傳熱(chun r)惡化及防止措施原因：在上升管的某些區(qū)域，放熱系數(shù)很低，管壁得不到足夠的冷卻造成壁溫急劇升高，稱為傳熱惡化。傳熱惡化主要與工質(zhì)質(zhì)量流速、壓力、含汽率及熱負(fù)荷有關(guān)。措施：為保證鍋爐(gul)的安全工作，必須使發(fā)生傳熱惡化時的最高壁溫低于鋼材的允許值?？赏ㄟ^提高流速、加裝擾流裝置、內(nèi)螺紋管改善。第46頁/共61頁第四十六頁，共61頁。3-6 燃煤鍋爐(gul)污染物排放控制一、SO2的生成與控制產(chǎn)生：可燃硫氧化生成SO2 ，部分進(jìn)一步生成SO3，遇到水蒸氣生成H2SO4蒸氣，溫度較低時在金屬受熱面上，造成腐蝕以及(yj)堵灰，還有酸雨。脫硫技術(shù)：燃燒前脫硫、燃燒中脫硫、煙氣脫硫。二、NOX的生成與控制主要產(chǎn)物：