鍋爐原理及鍋爐房設(shè)計(jì)課件

第一篇鍋爐原理與結(jié)構(gòu)第一章概論1鍋爐的功能鍋爐是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，除某些特種鍋爐外鍋爐的功能是以燃燒的方式將燃料的化學(xué)能盡可能多地轉(zhuǎn)變?yōu)檩d熱質(zhì)（水/蒸汽）所攜帶的熱能。2

鍋爐的分類(lèi)按燃料分燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t；按輸出的載熱質(zhì)分蒸汽鍋爐、熱水鍋爐（有/無(wú)壓)；按用途分電站鍋爐、工業(yè)鍋爐（供熱鍋爐）；按燃燒方式分層燃爐（鏈條爐）、煤粉爐、旋風(fēng)爐、沸騰爐（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（＜2.45MPa)、中壓鍋爐（2.49~4.9MPa)、高壓鍋爐（5.9~9.8MPa)、超高壓鍋爐（11.8~14.7MPa)、亞臨界壓力鍋爐（15.7~19.6MPa)、超臨界壓力鍋爐（＞22MPa)；按傳熱方式分水管鍋爐、火管（鍋殼）鍋爐；3幾種常見(jiàn)鍋爐的基本構(gòu)造和工作過(guò)程1)雙鍋筒橫置鏈條爐排鍋爐的基本結(jié)構(gòu)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，燃料為各類(lèi)動(dòng)力用煤。雙鍋筒橫置鏈條爐排鍋爐的工作過(guò)程燃料燃燒過(guò)程；煙氣向水的傳熱過(guò)程；水的加熱汽化過(guò)程；3.水在鍋爐中加熱汽化的熱力學(xué)過(guò)程2)臥式三回程煙管鍋爐（WNS)的基本結(jié)構(gòu)這種類(lèi)型鍋爐特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、環(huán)保清潔多用于高檔賓館、寫(xiě)字樓的供熱鍋爐房，其燃料為輕油、天然氣/液化氣等清潔燃料。燃燒設(shè)備多為燃油/燃?xì)馊紵饕灿性谌济籂t上配用鏈條爐排的。按燃燒設(shè)備是否位于鍋筒內(nèi)又分為內(nèi)、外燃兩種，不過(guò)國(guó)內(nèi)多為內(nèi)燃式。3)π型煤粉鍋爐（SG、HG等)的基本結(jié)構(gòu)這種類(lèi)鍋爐特點(diǎn)：因其燃燒熱強(qiáng)度大故為高參數(shù)、大容量、高效率多用于電力部屬下的純發(fā)電/凝汽式的大型火電廠；其燃料均為各類(lèi)動(dòng)力用煤。燃燒設(shè)備為直流式燃燒器/漩流式燃燒器。循環(huán)流化床鍋爐（SF型系列循環(huán)流化床鍋爐)的基本結(jié)構(gòu)這種類(lèi)型鍋爐的特點(diǎn)：燃燒效率高、低污染、煤種的適應(yīng)性好，能適應(yīng)煙煤、褐煤、貧煤、混煤等不同品位的燃料，燃燒效率高達(dá)99%，尤其可燃燒含硫量較高的燃料，通過(guò)向爐內(nèi)添加石灰石，能顯著降低二氧化硫的排放，由于低溫燃燒，NOx的排放量也明顯降低，減輕了對(duì)設(shè)備的腐蝕和對(duì)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可用于各類(lèi)火電廠和供熱鍋爐房；其燃料為各種動(dòng)力用煤。燃燒設(shè)備為直流式燃燒器/漩流式燃燒器。鍋爐為自然循環(huán)，M型布置，框架支吊結(jié)構(gòu)，采用帶旋風(fēng)分離器的循環(huán)燃燒系統(tǒng)，如攤位膜式水冷壁，過(guò)熱器分高、低二級(jí)布置，中間設(shè)噴水減溫器，尾部設(shè)二段勝煤氣和一、二次風(fēng)預(yù)熱器。鍋爐按室內(nèi)布置進(jìn)行設(shè)計(jì)，運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高為7米，鍋爐的構(gòu)架全部為金屬結(jié)構(gòu)，適用于7度地震裂度。（3）給水溫度：蒸汽鍋爐：省煤器入口處的水溫；熱水鍋爐：進(jìn)入鍋筒的水溫。（4）鍋爐效率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)每kg給水被加熱成蒸汽所吸收的熱量與單位時(shí)間內(nèi)燃料在爐膛內(nèi)完全燃燒所放出的熱量之比。（1）工業(yè)鍋爐型號(hào)編制方法：5鍋爐的型號(hào)燃燒設(shè)備代號(hào)燃料種類(lèi)代號(hào)（2）常壓熱水鍋爐型號(hào)編制方法：CWNS1.4-95/70-YZ常壓鍋殼式、臥式、內(nèi)燃、室燃，額定熱功率為1.4MW，額定壓力為0.0MPa，額定出水溫度為95oC，額定進(jìn)水溫度為70oC，燃用重油的熱水鍋爐。（3）電站鍋爐型號(hào)編制方法：電站鍋爐型號(hào)舉例：HG-2008/18.28(186)-M哈爾濱鍋爐廠制造，額定蒸發(fā)量為2008t/h,額定蒸汽壓力為18.28MPa（186kgf/cm2），原型設(shè)計(jì)的燃煤煤粉爐。SGL-130/3.82(39)-M上海鍋爐廠采用聯(lián)合設(shè)計(jì)圖紙制造，額定蒸發(fā)量為130t/h，額定蒸汽壓力為3.82MPa（39kgf/cm2），原型設(shè)計(jì)的燃煤煤粉爐。7鍋爐房的設(shè)備組成核心設(shè)備：鍋爐本體（汽包/鍋/鍋筒、爐膛（燃燒器、蒸發(fā)器）、過(guò)熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器；鍋爐輔助設(shè)備：給水箱及給水泵、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)；鍋爐房輔助設(shè)備：水處理設(shè)備、燃料輸送和清除灰渣設(shè)備、環(huán)保設(shè)備（除塵器/脫硫裝置）、熱工儀表和

控制設(shè)備供熱鍋爐房電站鍋爐房電站煙氣除塵設(shè)備煙氣靜電除塵器見(jiàn)下圖鍋爐房除渣設(shè)備3脫硫設(shè)備：干/濕法脫硫濕法脫硫塔見(jiàn)右圖第二章燃料與燃燒計(jì)算燃料的分類(lèi)與組成（1）鍋爐用燃料：煤、油（輕質(zhì)柴油、重油、渣油）、可燃?xì)猓ㄌ烊粴?、液化石油氣、沼氣高爐煤氣）、石油焦；（2）煤的組成元素C（固定碳、揮發(fā)份）：20%~70%，可燃；H（揮發(fā)分）：2%~6%，可燃；O（游離氧、化合氧）：無(wú)煙煤2%~6%，泥煤40%，助燃；N：0.5%~2.5%，不可燃，NOx污染大氣，S（可燃硫、不可燃硫）：動(dòng)力煤<1.5%，高硫煤3%~5%，>5%，污染和腐蝕;A（灰分）：10%~50%，積灰、結(jié)渣、磨損、腐蝕；M（外在水分、內(nèi)在水分）:少則<10%,多則50%~60%,不利于燃燒、增加煙氣量、加劇腐蝕和堵灰。（3）煤質(zhì)分析（GB483—87）元素分析：C、H、O、N、S、A、M的含量；工業(yè)分析：可燃質(zhì)（揮發(fā)分、固定碳）、水分、灰分。燃料成分分析數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)與換算燃料的分析基準(zhǔn)：收到基ar（應(yīng)用基）

Car＋Har+Oar+Nar+Sar＋Aar+Mar=100%空氣干燥基ad（分析基)

Cad＋Had+Oad+Nad+Sad＋Aad+Mad=100%干燥基d:

假想燃料處于無(wú)水狀態(tài)

Cd＋Hd+Od+Nd+Sd＋Aad=100%干燥無(wú)灰基daf

Cdaf＋Hdaf+Sdaf＋Odaf+Ndaf

=100%燃料的各分析基準(zhǔn)之間的關(guān)系燃料的各基準(zhǔn)之間的換算（4）煤的發(fā)熱量（Qgw、Qdw）定義：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的煤完全燃燒后所放出的熱量。測(cè)量方法：用氧彈測(cè)熱器測(cè)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，即為煤的Qgw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Qdw值。注意：1）我國(guó)規(guī)定鍋爐計(jì)算中采用燃料收到基的Qdw值（Qnet,v,ar)。

2）各種基準(zhǔn)的Qgw值之間，可按換算系數(shù)表直接換算；而Qdw值的換算則應(yīng)先換算成同基準(zhǔn)下的Qgw值，再按換算系數(shù)表?yè)Q算成欲求基準(zhǔn)下的Qgw值，然后再求其Qdw值。煤發(fā)熱值的測(cè)定儀器－氧彈式量熱計(jì)（5）動(dòng)力煤的分類(lèi)（GB7562—87〈火電燃煤鍋爐用煤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)〉）1）無(wú)煙煤：WV,daf≤10%，Qdw,v,ar=21000~

32500kJ/kg；2）貧煤：WV,daf=10%~20%；3）煙煤：WV,daf=20%~45%，Qdw,v,ar=20000~

30000kJ/kg；4）褐煤：WV,daf=40%~50%，Qdw,v,ad=20000~

30000kJ/kg。（6）其它主要?jiǎng)恿θ剂?）重油:Wc=81%~87%，WH=11%~14%，

Ws,o,N=1%~2%，Qdw

=377~

44MJ/kg；

黏度、凝點(diǎn)、閃點(diǎn)、灰分；2）天然氣（CH4）:Qdw

=36600~

54400kJ/Nm3；3）高爐煤氣（CO,CO2,N2):Qdw

=3000~

4000kJ/Nm3；鍋爐熱平衡（1）熱平衡方程

Qr

=Q1+Q2+Q3+

Q4+

Q5+

Q6

100％=q1+q2+q3

+

q4

+

q5

+

q6q1

=(Q1／Qr)×100％······························（2）各項(xiàng)熱量分析入爐熱量：Qr

=

Qdw+Hf

+

Ha有效熱量：Q1=D(

hq–hs

)排煙熱損：Q2

=

B

Vy

Cp(

ty–to)氣體（化學(xué)）不完全燃燒熱損：Q3固體（機(jī)械）不完全燃燒熱損：Q4鍋爐散熱熱損：Q5灰渣物理熱損：Q4（3）熱效率計(jì)算方法：1）正平衡法η=q1=(Q1

／

Qr)×100％

2）反平衡法η=q1=100％

－（q2+q3

+

q4

+

q5

+

q6）注：適用于η＜80％的工業(yè)鍋爐。

注：適用于大容量、高效率的電站鍋爐。

工業(yè)鍋爐的熱工試驗(yàn)熱工試驗(yàn)的目的了解與掌握熱力設(shè)備性能及運(yùn)行工況、為新裝鍋爐的驗(yàn)收、改裝鍋爐的鑒定以及科研提供技術(shù)依據(jù)。工業(yè)鍋爐的熱工試驗(yàn)主要是為了確定最佳運(yùn)行工況；試驗(yàn)的主要內(nèi)容是測(cè)定鍋爐的蒸發(fā)量、燃料消耗量、熱效率以及各項(xiàng)熱損失4.3鍋爐的燃燒設(shè)備鍋爐燃燒方式（1）層燃燃燒：0～40mm（2）懸浮燃燒：20～90μm（3）沸騰燃燒：0～8mm層燃燃燒設(shè)備1）燃燒特性燃燒過(guò)程：受熱干燥→揮發(fā)分析出并著火燃燒→焦炭燃燒并燃盡→灰渣注：預(yù)熱空氣溫度20～200oC；2）燃燒產(chǎn)物與爐排配風(fēng)3）爐拱（1）基本功能前拱（輻射拱）：加熱及引燃新煤；后拱（對(duì)流拱）：間接引燃、混合、保溫促燃（2）現(xiàn)有爐拱存在的問(wèn)題著火難、氣體和固體（飛灰、爐渣）不完全燃燒損失大。（3）改進(jìn)結(jié)構(gòu)—雙人字形爐拱煤粉爐懸浮燃燒設(shè)備爐膛：組織煤粉與空氣連續(xù)混合、著火燃燒直到燃盡的空間；制粉系統(tǒng)：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：保證煤粉和空氣進(jìn)入爐膛時(shí)能充分混合，煤粉能連續(xù)穩(wěn)定地著火，強(qiáng)烈地燃燒和充分地燃盡，并保證爐膛水冷壁不結(jié)渣。注：有直吹式、中間儲(chǔ)倉(cāng)式兩種。1）旋流燃燒器（1）氣流結(jié)構(gòu)特性（2）旋流燃燒器的常用型式（3）旋流燃燒器的布置2）直流燃燒器（1）直流射流（2）切向燃燒的爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)流化床燃燒設(shè)備1）工作原理及特點(diǎn)（1）臨界流化速度當(dāng)床層阻力由增加到保持不變的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處的氣流速度。（2）流化床燃燒的優(yōu)點(diǎn)

燃料適應(yīng)性好；燃燒過(guò)程中脫硫；低Nox生成率;燃燒熱強(qiáng)度大、換熱能力強(qiáng)、可調(diào)性能好、總體技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能好；燃燒腐蝕輕。（3）存在的問(wèn)題受熱面磨損、燃燒效率相對(duì)較低、大型化有困難。2）鼓泡流化床3）循環(huán)流化床4.4鍋爐受熱面爐膛水冷壁過(guò)熱器和再熱器1）結(jié)構(gòu)和布置方式（1）作用：（2）傳熱方式：（3）布置方式：2）熱偏差和汽溫調(diào)節(jié)（1）分級(jí)（段）布置（2）蒸