《能源與動(dòng)力裝置》09 鍋爐

第九章鍋爐第一節(jié)鍋爐概述一、鍋爐的作用

生產(chǎn)具有一定壓力、溫度的蒸汽燃料的化學(xué)能煙氣的熱能熱能(蒸汽或水)

燃燒熱交換分類：電站鍋爐:火電廠三大主機(jī)之一，火室燃燒。生產(chǎn)高溫高壓蒸氣，適用各種燃料，熱效率高、受熱面復(fù)雜，向大容量、高參數(shù)發(fā)展。

工業(yè)鍋爐:適于各行業(yè)，火床燃燒，熱效率低，容量較小。生產(chǎn)蒸汽（或熱水）供給工業(yè)和民用所需熱能，或通過蒸汽動(dòng)力機(jī)械轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。

船用鍋爐:作為船舶動(dòng)力，體積小，重量輕，啟停方便，變負(fù)荷能力強(qiáng)。一般采用低中壓參數(shù)，爐膛容積熱負(fù)荷高，水循環(huán)高度小的燃油鍋爐。

生活鍋爐:居民生活所需的蒸汽或熱水之用。電站鍋爐，2008t/hWNS燃油（氣）蒸汽鍋爐,10t/h燃煤蒸汽鍋爐，50T/h二、電站煤粉鍋爐機(jī)組組成鍋爐鍋爐本體輔助設(shè)備鍋爐機(jī)組汽水系統(tǒng)：汽包、下降管、聯(lián)箱、導(dǎo)管及各換熱設(shè)備（水冷壁、過熱器、再熱器、省煤汽等）組成。完成由水變成蒸汽的吸熱過程。鍋爐燃燒系統(tǒng)由爐膛、燃燒器、煙道、爐墻構(gòu)架等部件組成，完成煤的燃燒過程。由送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、燃料供應(yīng)及制粉、除灰、除渣、測(cè)量控制等組成三、電站煤粉鍋爐機(jī)組示意圖演示鍋爐動(dòng)畫四、鍋爐參數(shù)額定蒸發(fā)量：額定蒸汽參數(shù)、額定給水溫度和使用設(shè)計(jì)燃料，保證熱效率最大連續(xù)蒸發(fā)量（對(duì)大型鍋爐）：額定蒸汽參數(shù)，額定給水溫度和使用設(shè)計(jì)燃料，長期連續(xù)運(yùn)行時(shí)所能達(dá)到的最大蒸發(fā)量供熱量（工業(yè)熱水鍋爐）：kW（或kcal/h）蒸汽鍋爐額定蒸汽參數(shù)：額定蒸汽壓力（對(duì)應(yīng)規(guī)定的給水壓力）；額定蒸汽溫度（對(duì)應(yīng)額定蒸汽壓力和額定給水溫度)工業(yè)熱水鍋爐的額定參數(shù)：鍋爐出口熱水的壓力和溫度五、鍋爐型號(hào)電站鍋爐型號(hào)：例HG-670/13.72–MSG-1000/16.66-YM2

△△―╳╳╳/╳╳╳―△╳

設(shè)計(jì)次序燃料代號(hào)額定蒸汽壓力額定蒸發(fā)量制造廠代號(hào)工業(yè)鍋爐型號(hào)△△△╳╳―╳╳/╳╳―△╳

設(shè)計(jì)次序燃料代號(hào)額定蒸汽或熱水溫度額定蒸汽壓力額定蒸發(fā)量燃燒方式鍋爐型號(hào)例

SHL20-2.45/400-A

雙鍋筒橫置式鏈條爐排，額定蒸發(fā)為20t/h，蒸汽壓力為2.45MPa，過熱蒸汽溫度為400C0，燃用煙煤，原型設(shè)計(jì)的蒸汽鍋爐工業(yè)鍋爐型號(hào)燃燒方式代號(hào)燃料代號(hào)HIDE六、鍋爐類型按用途分電站鍋爐、工業(yè)鍋爐按鍋爐參數(shù)分低壓、中壓、高壓、超高壓亞臨界壓力(表壓15.7~19.6MPa)、超臨界壓力(超過臨界壓力22.1MPa)、超超臨界壓力鍋爐。按鍋爐燃燒方式分層燃爐、室燃爐、旋風(fēng)爐、流化床爐層燃爐室燃爐六、鍋爐類型流化床旋風(fēng)爐六、鍋爐類型按鍋爐蒸發(fā)受熱面中工質(zhì)流動(dòng)方式分(a)自然循環(huán)汽包鍋爐(b)強(qiáng)制循環(huán)汽包鍋爐(c)直流鍋爐(d)低倍率循環(huán)鍋爐(a)自然循環(huán)汽包鍋爐K=4-10，亞臨界以下(b)強(qiáng)制循環(huán)汽包鍋爐K=3-5，臨界壓力以下GD循環(huán)倍率：K=G/D(c)直流鍋爐(d)低倍率循環(huán)鍋爐

K=1，高壓以上K=1.2-2,壓臨界七、鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)安全性指標(biāo)鍋爐連續(xù)運(yùn)行小時(shí)數(shù)（>5000h）鍋爐可用率（約90%）

(總運(yùn)行小時(shí)數(shù)+總備用小時(shí)數(shù))/統(tǒng)計(jì)期間總小時(shí)數(shù)(1年)鍋爐的事故率(約1%)

鍋爐總事故停爐小時(shí)數(shù)/(總運(yùn)行小時(shí)數(shù)+事故停爐小時(shí)數(shù))經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)鍋爐熱效率:ηgl

=（Q1/Q

r）×100，%

Q1—鍋爐有效利用熱

Q

r—鍋爐在單位時(shí)間內(nèi)所消耗燃料的輸入熱量第二節(jié)鍋爐燃料及熱平衡燃料核燃料有機(jī)燃料（主要成分：碳、氫、硫、氧、氮、水份、灰份）固體燃料液體燃料氣體燃料天然木材、煤、油頁巖人工焦炭、煤磚、煤粉天然石油人工汽油、煤油、重油、渣油、酒精天然天然氣人工高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣、煉焦?fàn)t煤氣、地下氣化煤氣一、煤(coal)的成分及特性1、煤的組成成分:煤的元素分析成分：碳(C)、氫(H)、硫(S)、氧(0)、氮(N)煤的工業(yè)分析成分水分(MMoisture)、灰分(AAsh)、

揮發(fā)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、雜質(zhì)（水份、灰份）可燃?xì)怏w揮發(fā)份3、煤的成分基準(zhǔn)：收到基（ar）

以進(jìn)入鍋爐煤（包括煤的全部成分）為基準(zhǔn)空氣干燥基（ad）

以風(fēng)干狀態(tài)煤（除去外部水分）為基準(zhǔn)干燥基（d）

以去掉全部水分煤為基準(zhǔn)干燥無灰基（daf）

以去掉全部水分及灰分煤為基準(zhǔn)不同基準(zhǔn)之間的換算關(guān)系：X=KX01干燥無灰基1干燥基1空氣干燥基1收到基干燥無灰基干燥基空氣干燥基收到基K定義：單位質(zhì)量的煤在完全燃燒時(shí)所釋放的熱量高位發(fā)熱量：包含燃燒產(chǎn)物中全部水蒸汽凝結(jié)時(shí)放出的汽化潛熱低位發(fā)熱量：不考慮水份的汽化潛熱的發(fā)熱量=2510kJ/kg標(biāo)準(zhǔn)煤：

收到基低位發(fā)熱量29270kJ/kg(7000kCal/kg)的煤4、煤的發(fā)熱量5、煤的灰分特性及分類

特征溫度灰的變形溫度DT（deformation）灰的軟化溫度ST（Softening)灰的熔化溫度FT(Fluid)灰錐的變形情況灰錐的變形溫度DTSTFT電站煤粉鍋爐機(jī)組按工質(zhì)流動(dòng)方式分類燃料成分及基準(zhǔn)特征溫度灰的變形溫度DT（deformation）灰的軟化溫度ST（Softening)灰的熔化溫度FT(Fluid)灰錐的變形情況灰錐的變形溫度DTSTFT復(fù)習(xí)結(jié)束6、煤的分類無煙煤：碳化程度最高，含碳量高，發(fā)熱量25000~32500KJ/kg，揮發(fā)分含量低10%），燃燒困難，不易著火、燃盡；煙煤：含碳量較高，發(fā)熱量20000~30000KJ/kg，揮發(fā)分含量10~45%，易著火，燃燒。貧煤：碳化程度最高，揮發(fā)分含量低（10~20%），性能接近無煙煤。褐煤：碳化程度最低，揮發(fā)分含量很高（可達(dá)37%），易于著火。但水分、灰分量高，發(fā)熱量低，一般小于16750KJ/kg。二、液體燃料（重油、渣油）特點(diǎn)：碳?xì)浜扛?，熱值大，燃燒效率高粘度：運(yùn)輸與霧化質(zhì)量凝固點(diǎn)（石蠟）：運(yùn)輸閃點(diǎn)與燃點(diǎn)：安全性含硫量：低溫腐蝕灰分：高溫腐蝕奧里乳化油（Orimul-sion,中譯名為奧里乳化油，簡稱奧里油）是以產(chǎn)于南美委內(nèi)瑞拉奧里諾科河（Orinoco）流域的一種環(huán)烷基超重質(zhì)原油（瀝青質(zhì)原油）為原料，加入27%～30%的水和少量乳化劑形成水包油乳狀液，成為奧里油。類似一種膠狀體，無法直接使用，屬于劣質(zhì)燃料，經(jīng)過乳化處理后，其總體粘度大大降低，可滿足燃料油輸送霧化要求。奧里乳化油的燃燒值高于煤，價(jià)格遠(yuǎn)低于其他燃料油，作燃料發(fā)電是最佳選擇。奧里油的表觀特征與其他液體燃料極為相似，在一定溫度范圍內(nèi)，奧里油的粘性系數(shù)小于普通原油，但比原油難于著火，在5℃～70

℃之外其穩(wěn)定性急劇下降，直至破乳，即油水分離，形成瀝青塊而不易燃燒。由于水的緣故,奧里油應(yīng)儲(chǔ)存在水的沸點(diǎn)以下。奧里油簡介：我國也在許多廠家成功地進(jìn)行過燃燒試驗(yàn)。但奧里油本身存在的突出問題是含硫量太高（約3％）。據(jù)介紹，為燒奧里油需增加的脫硫裝置大致相當(dāng)于半個(gè)發(fā)電廠的投資。廣東省湛江發(fā)電廠2×600MW機(jī)組第一家燃用奧里油三、煤的燃燒計(jì)算計(jì)算目的：確定燃燒所需空氣量、爐膛出口及煙道各處煙氣的容積、焓值碳完全燃燒反應(yīng)方程式

C+O2→

CO212kgC+22.41Nm3O2→

22.41Nm3CO21kg可燃物的燃燒反應(yīng)：1kg

C+1.866Nm3

O2

→

1.866Nm3

CO21kgH+5.56Nm3O2

→

11.1Nm3

H2O

1kgS+0.7Nm3O2

→0.7Nm3S2O1、燃燒所需空氣量理論空氣量V0

（Nm3/kg）：

1kg燃料完全燃燒時(shí)所需要的最小空氣量實(shí)際空氣量V過?？諝庀禂?shù)

爐膛出口處：描述空氣量對(duì)燃燒過程的影響爐膛后任意一煙道截面處2、燃燒產(chǎn)物(煙氣)容積煙氣容積Vy:理論煙氣容積:煤完全燃燒（=1）實(shí)際煙氣容積:煤完全燃燒（>1）

煙氣的焓值理論空氣焓

等壓條件下，將1kg燃料燃燒所需要的理論空氣從0℃加熱到θ℃

所需的熱量，kJ/kg理論煙氣焓

等壓條件下，將1kg燃料燃燒生成的煙氣從0℃加熱到θ℃

所需的熱量，kJ/kg煙氣焓：四、鍋爐的熱平衡1、鍋爐熱平衡方程式

Qr輸入熱量

Q1

有效利用熱

Q2

排煙損失

Q3

化學(xué)不完全燃燒熱損失

Q4

機(jī)械不完全燃燒熱損失

Q5

散熱損失

Q6

其他熱損失100熱平衡示意2、輸入鍋爐熱量Qarnet-燃料收到基低位發(fā)熱量Hr

燃料的物理顯熱Qwr外來熱源加熱空氣時(shí)帶來的熱量Qwh霧化燃油帶來的熱量如果燃料和空氣都沒用外界熱量進(jìn)行預(yù)熱：3、鍋爐有效利用熱Q1

熱水爐：熱水吸熱熱量飽和蒸汽爐：有飽和蒸汽熱量＋排污損失熱量電站鍋爐：過熱熱量＋再熱熱量＋排污損失熱量

定義：

將給水加熱至過熱蒸汽（或飽和汽或熱水）所需的總熱量。五、鍋爐熱效率與燃料消耗量

熱效率：鍋爐熱效率為鍋爐有效利用熱Q1

與鍋爐送入熱量Qr

之比，即：或燃燒效率：反映燃料燃燒的完全程度，取決于不完全燃燒損失大小，即：鍋爐燃料消耗量：計(jì)算燃料消耗量：

考慮了不完全燃燒損失q4

后，實(shí)際燃料消耗量為本節(jié)完第三節(jié)燃料的燃燒及燃燒設(shè)備（一）燃料的燃燒原理阿累尼烏斯定律：燃燒化學(xué)反應(yīng)速度主要取決于反應(yīng)過程的溫度及活化能的大小。燃料的“活性”：簡單地理解為燃料著火與燃盡的難易程度。表現(xiàn)為燃料燃燒時(shí)的反應(yīng)能力。燃料的"活性"程度可用"活化能"來表示。1.活化能：煤種2.溫度：空氣預(yù)熱器3.氣流擴(kuò)散速度：磨煤機(jī)，燃燒方式燃燒速度影響因素完全燃燒的條件：

1.爐膛溫度；

2.供應(yīng)充分的空氣；

3.燃料與空氣的充分混合；

4.足夠的燃燒空間和時(shí)間。動(dòng)力燃燒與擴(kuò)散燃燒煤燃燒過程的四個(gè)階段預(yù)熱干燥階段 加熱、析出水分，大量吸熱；揮發(fā)份析出階段

CmHn、CO、H2等可燃?xì)怏w析出，少量吸熱著火、燃燒階段 揮發(fā)份首先燃燒，造成高溫促使碳著火燃燒，大量放熱；燃盡階段 碳粒燃盡形成灰渣，少量放熱（二）煤粉的制備1.為什么需要制備煤粉？

將煤磨成粉后，表面面積增大，與空氣接觸面增大，反應(yīng)速度增快，提高燃燒效率；另外，煤粉很細(xì)，流動(dòng)性好，便于管到氣力輸送。2.煤粉粗細(xì)程度的指標(biāo)；

煤粉顆粒的粗細(xì)用煤粉細(xì)度Rx表示。3.制備煤粉是否越細(xì)越好？

最佳的煤粉細(xì)度應(yīng)保證燃燒充分且制粉能耗小。4、煤粉制備系統(tǒng)中間儲(chǔ)倉式系統(tǒng)直吹式系統(tǒng)5.磨煤機(jī)的分類及其原理低速磨中速磨高速磨筒式鋼球磨16-25rpm盤式磨、碗式磨、環(huán)式磨50-300rpm風(fēng)扇磨500～1500r結(jié)構(gòu)簡單，可靠，煤種適應(yīng)性廣投資大，噪聲大，耗電，負(fù)荷適應(yīng)性差結(jié)構(gòu)緊湊，省投資，耗電小，負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤種適應(yīng)性差結(jié)構(gòu)簡單，金屬耗量小，負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)磨損大，煤種適應(yīng)性受限撞擊擠壓研磨撞擊鋼球磨煤機(jī)筒體在不同旋轉(zhuǎn)速度下鋼球和煤的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中速磨煤機(jī)風(fēng)扇磨煤機(jī)6.磨煤機(jī)與制粉系統(tǒng)的匹配關(guān)系及其優(yōu)缺點(diǎn)中間儲(chǔ)倉式系統(tǒng)直吹式系統(tǒng)低速磨中速磨高速磨系統(tǒng)復(fù)雜，投資大，耗電大工作可靠性差，變負(fù)荷能力差，煤種適應(yīng)性差（三）燃燒器及其布置燃燒器的作用：

1.保證煤粉流及時(shí)穩(wěn)定著火

2.一、二次風(fēng)適時(shí)混合，擾動(dòng)強(qiáng)烈。

3.具有良好的調(diào)節(jié)性，以適應(yīng)燃料、負(fù)荷變化

4.減少Nox的生成，保護(hù)環(huán)境

5.降低結(jié)渣可能性燃燒器分類：直流燃燒器旋流燃燒器風(fēng)

GO鍋爐中的“風(fēng)”一次風(fēng)攜帶煤粉進(jìn)入爐膛，供應(yīng)燃燒初期的空氣。二次風(fēng)

供應(yīng)燃料繼續(xù)燃燒所需空氣，對(duì)爐膛氣流進(jìn)行擾動(dòng)，促進(jìn)燃料與空氣的混合。三次風(fēng)

細(xì)粉分離器出口含有10%左右煤粉的氣流，進(jìn)一步強(qiáng)化燃燒。

1、直流燃燒器

特征：一、二次風(fēng)分別由各自噴口，以直流自由射流的形式噴入爐膛。分類：

均等配風(fēng)（煙煤型）分級(jí)配風(fēng)（無煙煤型）橫斷面布置直流燃燒器多采用四角布置切圓燃燒方式。246圖9—13燃燒器布置在爐膛的四角，燃燒器的軸線與爐膛中心的假想圓相切。切圓越大，鄰角火炬高溫火焰更容易到達(dá)下角射流的根部，有利于煤粉氣流的著火、燃盡，但易于結(jié)渣。HIDE,旋流、直流？燃燒器出口火焰圖片（部分載荷運(yùn)行時(shí)觀察到的噴嘴）2、旋流燃燒器特征：出口氣流是一股繞燃燒器軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)射流煤粉氣流著火熱量，來源于旋轉(zhuǎn)射流內(nèi)、外邊界同時(shí)卷吸爐內(nèi)高溫?zé)煔獾臒崃?。卷吸量較大但射程短，適用于揮發(fā)份較高的煤種。圖9—15直流渦殼旋流燃燒器1—擴(kuò)流錐，2—一次風(fēng)擴(kuò)散管，3—一次風(fēng)管，4—二次風(fēng)渦殼，5—一次風(fēng)連接管，8—點(diǎn)火噴嘴孔。圖9—15雙蝸殼式旋流燃燒器旋流燃燒器布置方式：前墻布置、兩面墻對(duì)沖或交錯(cuò)布置。爐膛內(nèi)部噴嘴布置示意圖高效低污染煤粉燃燒器鈍體燃燒器、開縫鈍體燃燒器、穩(wěn)燃腔燃燒器回流區(qū)分級(jí)著火燃燒技術(shù)錢壬章教授

國家科技發(fā)明二等獎(jiǎng)新型的強(qiáng)化燃燒和傳熱的基本原理與方法

（四）鏈條爐與流化床爐鏈條爐：

固體燃料以一定厚度均勻分布在固定或可移動(dòng)的爐排上進(jìn)行燃燒的鍋爐稱為火床爐。鏈條爐是應(yīng)用比較廣泛、結(jié)構(gòu)較完善的火床爐。247圖9-16

燃料適應(yīng)性廣，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，采用自然循環(huán)方式，工業(yè)領(lǐng)域較多應(yīng)用。循環(huán)流化床流化床鍋爐：演示鼓泡流化床flash作業(yè)課堂作業(yè)：直流燃燒器為什么都采用四角布置切圓燃燒方式？復(fù)習(xí)：燃料的燃燒及燃燒設(shè)備完全燃燒的條件：

1.爐膛溫度；

2.供應(yīng)充分的空氣；

3.燃料與空氣的充分混合；

4.足夠的燃燒空間和時(shí)間。煤粉的制備、煤粉制備系統(tǒng)中間儲(chǔ)倉式系統(tǒng)直吹式系統(tǒng)圖燃燒器及其布置直流燃燒器均等配風(fēng)、分級(jí)配風(fēng)四角布置切圓燃燒方式。旋流燃燒器第四節(jié)鍋爐受熱面定義：吸收爐內(nèi)熱量來加熱工質(zhì)的表面式換熱器。蒸發(fā)受熱面過熱器再熱器空氣預(yù)熱器汽水蒸汽空氣水冷壁對(duì)流管束凝渣管束輻射對(duì)流對(duì)流對(duì)流對(duì)流輻射省煤器水對(duì)流一、蒸發(fā)受熱面（水冷壁）作用：工質(zhì)在其中吸熱、汽化的受熱面鍋爐的主要受熱面包括：敷設(shè)在爐膛四周爐墻上的水冷壁后墻水冷壁拉稀成的凝渣管束1、水冷壁結(jié)構(gòu)鰭片管2、汽水循環(huán)

自然循環(huán)鍋爐的循環(huán)回路：隨著鍋爐容量增大、壓力增大，使密度差減小，水循環(huán)的動(dòng)力壓頭減小，必須放棄自然循環(huán)而采用強(qiáng)制循環(huán)。下降管、水冷壁管、汽包、下聯(lián)箱循環(huán)倍率K定義：循環(huán)回路中水流量與回路中的蒸汽產(chǎn)生量之比。（1kg水全部變成蒸汽，需在回路中循環(huán)多少次）K對(duì)循環(huán)的影響X：上升管出口汽水混合物的含汽率DG汽包循環(huán)鍋爐的重要受壓部件。作用：

1、工質(zhì)加熱、蒸發(fā)、過熱三個(gè)過程的連接樞紐，保證鍋爐水循環(huán)；

2、是蒸汽通道與水通道的交匯點(diǎn)。汽包內(nèi)裝有汽水分離器、連續(xù)排污裝置等，用以汽水分離，保證蒸汽品質(zhì)；

3、汽包內(nèi)保持一定水量，具有一定儲(chǔ)熱能力，有利于運(yùn)行調(diào)節(jié)；

4、汽包筒體上安裝有壓力表、水位表、事故防水閥、安全閥等，以控制汽包壓力、監(jiān)視汽包水位，保證鍋爐安全工作。蒸發(fā)受熱面結(jié)渣及其危害1、結(jié)渣的產(chǎn)生

固態(tài)排渣：燃燒溫度高（1400~1600℃），灰渣呈溶融態(tài)，液態(tài)的渣粒在凝固之前沖刷到水冷壁或爐墻上，形成結(jié)渣。2、結(jié)渣的危害

1）水冷壁高溫腐蝕；

2）改變受熱面分配，爐膛吸熱減少，出口煙溫及排煙溫度升高，過熱器超溫爆管，降低鍋爐熱效率；

3）大塊渣團(tuán)掉落可能砸壞冷灰斗的水冷壁管。

3、結(jié)渣的預(yù)防

適當(dāng)?shù)臓t型，避免爐內(nèi)溫度過高；避免火焰偏斜、貼壁沖墻；避免鍋爐超負(fù)荷運(yùn)行。二、過熱器與再熱器作用：過熱器：將飽和蒸汽加熱成過熱蒸汽，增加蒸汽做功能力。再熱器：提高汽輪機(jī)高壓缸排汽溫度。熱效率、安全性。布置：高溫?zé)煹捞攸c(diǎn)：管外煙氣及管內(nèi)工質(zhì)溫度高、蒸汽的換熱系數(shù)小，冷卻能力差，其壁溫是鍋爐受熱面中最高的。易發(fā)生管壁超溫、管間工質(zhì)熱偏差及高溫腐蝕。工作條件惡劣。過熱器、再熱器的布置型式對(duì)流式布置于鍋爐的對(duì)流煙道半輻射式爐膛出口煙窗，稱為屏式受熱面輻射式爐膛頂部，稱為頂棚受熱面；或爐膛內(nèi)壁，稱為墻式受熱面。對(duì)流式過熱器和再熱器組成：蛇形管及進(jìn)出口聯(lián)箱半輻射、輻射式掛屏形式,由U型、W型管及進(jìn)出口聯(lián)箱構(gòu)成熱偏