鍋爐原理及運(yùn)行ch理論基礎(chǔ)

1、鍋爐原理及運(yùn)行ch理論基礎(chǔ)第1頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三鍋爐原理及運(yùn)行內(nèi)容教材：王世昌 主編 鍋爐原理基礎(chǔ)內(nèi)容：煤粉鍋爐的結(jié)構(gòu)、原理、性能、計(jì)算第2頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三第一章 導(dǎo)讀1，基本要求：掌握傳熱學(xué)、工程熱力學(xué)、工程流體力學(xué)基本知識(shí)；掌握異相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)理論；掌握氣固兩相流動(dòng)的基本概念；2，重點(diǎn)：鍋爐機(jī)組與基本理論之間的關(guān)系3，難點(diǎn)：鍋爐機(jī)組3，關(guān)鍵詞：本體、輔機(jī)第3頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三第一章 理論基礎(chǔ)概述第一節(jié) 傳熱學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié) 工程熱力學(xué)基礎(chǔ)第三節(jié) 工程流體力學(xué)基礎(chǔ)第四節(jié) 異相反

2、應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第五節(jié) 蒸汽凈化理論第六節(jié) 氣固兩相流動(dòng)理論基礎(chǔ)第七節(jié) 電站鍋爐機(jī)組構(gòu)成與工作原理第4頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.1 傳熱學(xué)基礎(chǔ)1，導(dǎo)熱2，對(duì)流3，輻射4，換熱器第5頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.1 傳熱學(xué)基礎(chǔ)1，導(dǎo)熱傅立葉定律t2t1q 當(dāng)兩側(cè)壁溫恒定時(shí)，垂直于溫度場(chǎng)方向上的，單位面積上的導(dǎo)熱量與兩側(cè)壁溫之差t、材料的導(dǎo)熱系數(shù)、壁厚的倒數(shù)1/三者的乘積成正比。一般來(lái)說(shuō)，導(dǎo)熱系數(shù)隨著溫度的變化非線性地變化第6頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.1 傳熱學(xué)基礎(chǔ)2，對(duì)流換熱牛頓冷卻定律tf 假設(shè)

3、流體的溫度為常數(shù)tf，壁面的溫度為tb， t=tf-tb0。在溫度場(chǎng)法線方向上，單位面積上對(duì)流換熱量與溫差t、對(duì)流換熱熱系數(shù)的倒數(shù)的乘積成正比。tbq第7頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.1 傳熱學(xué)基礎(chǔ)2，對(duì)流換熱牛頓冷卻定律tf 煙氣側(cè)對(duì)流換熱系數(shù)1與煙氣速度的n次冪成正比，n=0.60.8。 由于水和水蒸汽的對(duì)流換熱系數(shù)2 1 ，因此，鍋爐鍋側(cè)受熱面的主要熱阻集中在煙氣一側(cè)。tbq第8頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.1 傳熱學(xué)基礎(chǔ)3，輻射換熱斯蒂芬-玻爾茲曼定律tf 假設(shè)熱源溫度為T(mén)1(K)，冷源溫度為T(mén)2(K)，單位面積上輻射換熱

4、量與斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)0、系統(tǒng)黑度、(T41-T42)的乘積成正比。tbq斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù) 0=5.6710-8 W/(m2K4)第9頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.1 傳熱學(xué)基礎(chǔ)4，換熱器定義：進(jìn)行熱交換的工業(yè)裝置。換熱器的類(lèi)型：（1）間壁式換熱器；（2）混合式換熱器；（3）蓄熱式換熱器鍋爐：燃燒微分反應(yīng)器與換熱器的一體化蒸汽發(fā)生工業(yè)裝置。鍋爐中使用的的換熱器：爐側(cè)：空氣預(yù)熱器鍋側(cè)：水冷壁、過(guò)熱器、再熱器、省煤器第10頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.1 傳熱學(xué)基礎(chǔ)4，換熱器裝置間壁式混合式蓄熱式備注水冷壁鍋爐過(guò)熱器鍋爐再熱器鍋

5、爐省煤器鍋爐空預(yù)器鍋爐除氧器汽輪機(jī)第11頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.1 傳熱學(xué)基礎(chǔ)4，換熱器主要傳熱形式備注輻射對(duì)流水冷壁過(guò)熱器前屏（中過(guò)）：輻射再熱器壁式再熱器（低再） ：輻射省煤器空預(yù)器說(shuō)明：空氣預(yù)熱器是爐側(cè)受熱面。第12頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.2 工程熱力學(xué)基礎(chǔ)1，理想氣體狀態(tài)方程2，水和水蒸汽的熱力循環(huán)3，鍋爐涉及的水和水蒸汽的熱力過(guò)程4，汽包與直流鍋爐的工質(zhì)熱力過(guò)程區(qū)別第13頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.2 工程熱力學(xué)基礎(chǔ)1，理想氣體狀態(tài)方程p壓力，PaV容積，m3n摩爾數(shù)T絕對(duì)溫

6、度，KR通用氣體常數(shù)， J/(molK)第14頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.2 工程熱力學(xué)基礎(chǔ)1，理想氣體狀態(tài)方程理想氣體：分子之間發(fā)生彈性碰撞的氣體?？梢员唤飘?dāng)作理想氣體的氣體：（1）空氣： 79%N2+21% O2 二次風(fēng)（2）煙氣：N2, CO2, O2, H2O, SO2, NOx, 飛灰顆粒第15頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.2 工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2，水和水蒸汽的熱力循環(huán)鍋爐HPIPLPLP第16頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.2 工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2，水和水蒸汽的熱力循環(huán)省煤器：是高壓加熱器在鍋

7、爐側(cè)的延伸；亞臨界鍋爐省煤器出口水溫沒(méi)有達(dá)到飽和溫度，超臨界鍋爐省煤器出口水溫沒(méi)有達(dá)到374.15。低壓加熱器、除氧器、高壓加熱器是省煤器在汽輪機(jī)一側(cè)的延伸。低壓加熱器、除氧器、高壓加熱器、省煤器都是加熱給水的設(shè)備。第17頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.2 工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2，水和水蒸汽的熱力循環(huán)（1）水的臨界參數(shù)：臨界壓力 pcr=22.125 MPa臨界溫度 tcr=374.15 （2）亞臨界與超臨界熱力循環(huán)過(guò)程見(jiàn)下面的幻燈片。第18頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.2 工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2，水和水蒸汽的熱力循環(huán)：朗肯循環(huán)亞臨界鍋爐熱力過(guò)

8、程：過(guò)程7-8：低壓加熱器、除氧器、高壓加熱器過(guò)程8-1：省煤器過(guò)程1-2：水冷壁過(guò)程2-3：過(guò)熱器過(guò)程4-5：再熱器亞臨界鍋爐：流過(guò)水冷壁時(shí)，一部分工質(zhì)被加熱成飽和蒸汽，循環(huán)倍率K=4.3左右第19頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.2 工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2，水和水蒸汽的熱力循環(huán)：朗肯循環(huán)超臨界鍋爐熱力過(guò)程：過(guò)程6-1：低壓加熱器、除氧器、高壓加熱器過(guò)程1-2：省煤器、水冷壁、過(guò)熱器過(guò)程3-4：再熱器超臨界鍋爐：流過(guò)水冷壁時(shí)，所有工質(zhì)被加熱成超臨界壓力蒸汽，循環(huán)倍率K=1.0第20頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.2 工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2，水和水

9、蒸汽的熱力循環(huán)：朗肯循環(huán)在T-s圖上，給水加熱過(guò)程線在飽和水線的左側(cè)，偏移量非常小。第21頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.2 工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2，水和水蒸汽的熱力循環(huán)：朗肯循環(huán)在T-s圖上，壓力越高，給水加熱過(guò)程線距離飽和水線左側(cè)偏移量越大。第22頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.2 工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2，水和水蒸汽的熱力循環(huán)：朗肯循環(huán)飽和水線、飽和蒸汽線、擬臨界溫度線。第23頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.2 工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2，水和水蒸汽的熱力循環(huán)：朗肯循環(huán)i - p 圖飽和水線、飽和蒸汽線第24頁(yè)，共51頁(yè)，

10、2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.2 工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2，水和水蒸汽的熱力循環(huán)：朗肯循環(huán)i - p 圖飽和水線、飽和蒸汽線亞臨界直流鍋爐過(guò)熱蒸汽（First Steam）和再熱蒸汽（Second Steam）第25頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.2 工程熱力學(xué)基礎(chǔ)2，水和水蒸汽的熱力循環(huán)：朗肯循環(huán)i - p 圖飽和水線、飽和蒸汽線亞/超臨界直流鍋爐過(guò)熱蒸汽（First Steam）和再熱蒸汽（Second Sream）第26頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.3 工程流體學(xué)基礎(chǔ)不可壓縮單相流體總流能量方程伯努力方程的意義：流速

11、高的位置靜壓低p靜壓，Pa流體密度，kg/m3w 流體速度，m/sh 高度，mg 重力加速度，9.80665m/s2第27頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.4 異相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)1，質(zhì)量作用定律2，阿累尼烏斯定律3，氣體、液體、固體燃料火焰的特點(diǎn)4，燃燒所處的區(qū)域5，煤塊、煤粉燃燒反應(yīng)、脫硫脫硝反應(yīng)第28頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.4 異相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)1，質(zhì)量作用定律化學(xué)反應(yīng) aA+bB=gH+hH kA反應(yīng)速率常數(shù)CA反應(yīng)物A的濃度質(zhì)量作用定律的意義：反應(yīng)物濃度越高，反應(yīng)速率越快。第29頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23

12、點(diǎn)42分，星期三1.4 異相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)2，阿累尼烏斯定律化學(xué)反應(yīng) aA+bB=gH+hH kB反應(yīng)速率常數(shù)； CB反應(yīng)物A的濃度f(wàn)A固體反應(yīng)物參與反應(yīng)的表面積質(zhì)量作用定律的意義：固體反應(yīng)物表面積越大，反應(yīng)速率越快。因此，要將原煤磨制成煤粉，將煤塊的體相盡可能多地轉(zhuǎn)化成表面相，煤粉鍋爐的燃燒原理就在于此。第30頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.4 異相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)3，氣體、液體、固體燃料火焰的特點(diǎn)（1）氣體燃料火焰：預(yù)混火焰部分預(yù)混火焰擴(kuò)散火焰第31頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.4 異相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)氣體燃料火焰的類(lèi)型當(dāng)量空然比

13、r預(yù)混火焰部分預(yù)混火焰擴(kuò)散火焰空氣流量:燃料流量1.00r1.00空氣與燃料在燃燒前混合部分空氣與燃料在燃燒前混合燃料與空氣在火焰面上相遇第32頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.4 異相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)3，氣體、液體、固體燃料火焰的特點(diǎn)（2）液體、固體燃料火焰的類(lèi)型擴(kuò)散火焰O2CO2C第33頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.4 異相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)4，燃燒所處的區(qū)域（1）動(dòng)力區(qū)：低溫下：燃燒反應(yīng)速度氣體擴(kuò)散速度第34頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.4 異相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)5，煤塊、煤粉燃燒反應(yīng)、脫硫脫硝反應(yīng)（1）煤

14、塊反應(yīng)：中溫：過(guò)渡燃燒，著火熱低（2）煤粉燃燒：高溫：擴(kuò)散燃燒，著火熱高燃盡時(shí)間：1.82.5s（3）脫硫反應(yīng)：低溫：反應(yīng)速度非常慢。對(duì)于濕法煙氣脫硫工藝，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，脫硫劑顆粒粒徑增加。第35頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.4 異相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)5，煤塊、煤粉燃燒反應(yīng)、脫硫反應(yīng)（4）煙氣脫硝反應(yīng)：均相（氣相）反應(yīng)：煙氣脫硝工藝需要消耗液氨。第36頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.5 蒸汽凈化理論1，亨利定律揮發(fā)性溶質(zhì)的稀溶液中，溶質(zhì)在稀溶液中的分壓與溶質(zhì)在溶液中的濃度成正比。要降低蒸汽中的含鹽量，必須對(duì)給水進(jìn)行凈化。除去給水中的各

15、種雜質(zhì)，從而使蒸汽含鹽量降低。2，分配定律鹽在蒸汽中的溶解度與飽和水中的溶解度之比等于常數(shù) 。第37頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.5 蒸汽凈化理論3，蒸汽凈化原理用來(lái)自省煤器的含鹽量很低的清潔水清洗含鹽的飽和蒸汽，就可以使蒸汽中的大部分鹽轉(zhuǎn)移到水中。汽包鍋爐通過(guò)在汽包內(nèi)設(shè)置連續(xù)排污管降低汽包中水的鹽濃度。第38頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.6 氣固兩相流動(dòng)理論基礎(chǔ)背景介紹：循環(huán)流化床（CFB）鍋爐已經(jīng)成為燃燒無(wú)煙煤和各種生物質(zhì)的電站鍋爐爐型之一。1，基本概念2，氣固兩相流動(dòng)的類(lèi)型3，床層阻力特性4，大型CFB鍋爐容易出現(xiàn)的故障第3

16、9頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.6 氣固兩相流動(dòng)理論基礎(chǔ)1，基本概念臨界流化速度Geldart A類(lèi)顆粒 2090微米循環(huán)流化床內(nèi)循環(huán)分離器回料器第40頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.6 氣固兩相流動(dòng)理論基礎(chǔ)2，氣固兩相流動(dòng)的類(lèi)型（1）固定床（2）鼓泡床（3）湍流流態(tài)化（4）快速流態(tài)化CFB鍋爐（5）氣力輸送 煤粉鍋爐第41頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.6 氣固兩相流動(dòng)理論基礎(chǔ)3，床層阻力特性窄篩分物料：存在解鎖現(xiàn)象寬篩分物料：不存在解鎖現(xiàn)象ug(m/s)p (Pa)第42頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5

17、月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.6 氣固兩相流動(dòng)理論基礎(chǔ)4，大型CFB鍋爐容易出現(xiàn)的故障4.1 溝流；4.2 節(jié)涌；4.3 翻床CFB鍋爐可以設(shè)計(jì)成燃用任何固體燃料。對(duì)于某一臺(tái)現(xiàn)役CFB鍋爐來(lái)說(shuō)，燃料適應(yīng)性也是存在局限性的。第43頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.7 電站鍋爐機(jī)組構(gòu)成與工作原理1，電站鍋爐基本結(jié)構(gòu)和工作原理原煤經(jīng)過(guò)制粉系統(tǒng)被磨成煤粉煤粉+空氣燃燒形成高溫?zé)煔飧邷責(zé)煔饧訜峤o水，成為溫度、壓力、流量合格的過(guò)熱蒸汽；同時(shí)加熱來(lái)在中壓缸的低壓低溫蒸汽，成為溫度、壓力、流量合格的再熱蒸汽；第44頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.7

18、 電站鍋爐機(jī)組構(gòu)成與工作原理2，電站鍋爐的熱源分類(lèi)2.1 煤粉鍋爐：大約占 95%2.2 CFB鍋爐：大約占 23%2.3 余熱鍋爐：大約占 0.51%第45頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.7 電站鍋爐機(jī)組構(gòu)成與工作原理3，電站鍋爐的蒸發(fā)受熱面工質(zhì)流動(dòng)方式分類(lèi)3.1 自然循環(huán)鍋爐3.2 控制循環(huán)鍋爐3.3 低倍率循環(huán)鍋爐3.4 復(fù)合循環(huán)鍋爐3.5 直流鍋爐（本生鍋爐，超臨界鍋爐唯一形式）4，鍋爐機(jī)組鍋爐本體+鍋爐輔助機(jī)械第46頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.7 電站鍋爐機(jī)組構(gòu)成與工作原理G第47頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.7 電站鍋爐機(jī)組構(gòu)成與工作原理sT123456789亞臨界自然循環(huán)鍋爐的水和水蒸汽加熱過(guò)程臨界點(diǎn)C.P.x0=0.23部分水被加熱成飽和蒸汽第48頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)42分，星期三1.7 電站鍋爐機(jī)組構(gòu)成與工作原理sT123456789亞臨界控制循環(huán)