1、锅炉原理 Boiler Principles,华北水利水电学院 电力学院热动教研室 热能工程研究中心 王为术 博士后 主任,主要知识点 第一章 概论 第二章 锅炉燃料 第三章 燃烧产物与热平衡 第四章 煤粉制备 第五章 燃烧过程的基本理论 第六章 煤粉炉及燃烧设备 第七章 锅炉受热面 第八章 锅炉整体布置及设计原理 第九章 锅炉炉膛的热力学计算 第十章 自然循环蒸发系统及安全运行 第11章 强制循环锅炉,第一章 绪论 能源利用现状 锅炉及其在国民经济中的作用 锅炉的一般工作过程 锅炉机组的系统及组成部件 锅炉的容量、参数及其分类 锅炉发展及大型锅炉的主要类型,人类告别茹毛饮血的原始生活，是从学
2、会利用热能-火为标志的。当然，远古时代的人类主要是消耗（燃烧）木材来取得热能。,热能的最早利用,能量资源可分为三类： 来自太阳的能量。有直接来自太阳的辐射能，即通常所说的太阳能；有间接来自太阳的能源，如化石燃料、水能、风能、海洋能。 地球本身贮存的能量，如地球内部的地热能，地球上的可用铀、钍、氘、氚等裂变聚变的核能。 月亮、太阳、地球之间产生的能量，如潮汐能。,几个术语 常规能源： 正在被人类广泛消费使用的能源，如煤、石油、天然气、水力、核裂变。 除水能外，由于化石燃料和核裂变燃料的消耗速度远大于生成速度，故称为贮存性能源。,新能源： 由于技术、经济的限制，尚未大规模开发利用的资源，如太阳能、
3、地热能、海洋能、生物质能、核聚变等。 新能源不仅数量巨大，种类繁多，而且使用清洁，不易污染环境；又因它们(除核能外)消耗与补充速度可以持平，故又称连续性能源，或可再生能源。水能也属此类。,一次能源： 自然界中现成存在，可直接取用的能源，如煤、水力、太阳能等等。 二次能源： 经过加工或形式转换的能源，如焦炭、汽油、电力、蒸汽等等。,常规能源迅速耗竭，人类不得不努力寻求可连续再生的、无污染的替代能源。 包括太阳能、风能、海洋能、地热能、生物质能、核能等。,(1)太阳能： 太阳不断地进行将氢变为氦的核聚变反应。 虽然地球获得的太阳能，只是太阳辐射能量的极少部分，但其数量已足够巨大。 太阳能的利用方式
4、，有直接利用太阳热能水加热、蒸发、蒸馏的装置；有将其转化为电能的太阳能电池； 有光一化学转换的化学蓄热方法。 太阳能安全、清洁，又取之不尽，但目前的问题是装置成本太高。,（图）（位于美国加利福尼亚州巴斯托附近沙漠地区的太阳能发电厂，完成于1982年4月，是世界上第一座示范性太阳能发电厂，投资1.1415亿美元，总装机容量为1.08万千瓦。它采用了由1818块能自动跟踪太阳的日光反射镜，将日光反射到中央日光集中塔上。）,太阳能供热系统,飞行器上太阳能电池板,(2) 风能： 地球表面气压高低不同便空气运动形成风。 太阳热辐射对赤道与极地之间、陆地与海洋之间，以及不同季节的不均匀，形成全球效应的不同
5、的风。,达板城风力发电场,王洛宾一首达板城的姑娘的歌曲，使新疆达板城名声远扬 ; 其实达板城真正给你留下印象的，恐怕只有戈壁滩上100多台风力发电机组,Palm Springs, CA, USA. 1000 sets,(3) 海洋能： 主要包括波浪能、潮汐能、温差能。 利用海浪波动，驱动涡轮机工作；目前已用于灯塔、浮标的灯光电源。 潮汐能是利用潮涨潮落造成的水落差来推动水轮发电机的。法国朗斯海湾有24万kW的潮汐发电站；我国在山东、浙江等地有100300kW的潮汐电站在运行。 热带海洋表层温度约27，深海则为4，利用这个温差可使工质蒸发、冷却，以驱动涡轮机。热带海水温差的利用目前尚在试验阶段。
6、,潮汐电站,(4) 地热能 地球内部蕴藏着巨大的热量，其分布随深度而增加，在合适的地质、水文条件下，形成热水或蒸汽的地热田。 世界上已有不少地热电站。,地热能利用示意图,发电,温室,采暖,洗浴,孵化,(5) 生物质能 植物利用光合作用得到的有机质，如木材、农作物废料、市政地下污水等，均可用作能源。 桔杆的燃烧。,(6) 核能 核能在我国通常划在新能源之列。但法国、日本、比利时、瑞典、德国，以及韩国、匈牙利等，核电占据总发电量的很大比例(30%77%) ，已不将核裂变列入新能源范围。 新能源中的核能只指核聚变。将氢原子核熔合为氦原子核，即氢的聚变反应。原料氘可从海水中提取。核聚变反应堆的建造尚在
7、初试阶段。,加拿大原子能有限公司（AECL） CANDU 6 核电厂,化石燃料 指煤、石油、天然气、油页岩等。之所以叫化石燃料，是因为这类燃料是地壳内动植物遗体，经过漫长的地质年代，经历长期的化学、物理变化而形成的。 化石燃料中的化学能最初来源于太阳。植物通过光合作用收集、转化了太阳能，接着转存于动植物的有机体中，成为化石燃料的原料。从数百万年前照到绿色植被的太阳能，到今天埋在地下的化石燃料的化学能，不仅需要漫长的岁月，而且转换效率极低。可见，目前地球上储存的化石燃料是多么宝贵而且有限。,目前，世界的能源结构为： 化石燃料：煤、石油、天然气 水力： 核能： 其它：太阳能、风能、地热、潮汐能等,
8、当代，人类利用能源的主要形式之一，是电能，利用各种能源转化成为电能。 我国，发电主要靠火力（70%），其次是水力（30%），很小一部分是核能（0.9%），其它更少。 又，我国煤炭储量丰富，已探明达16000亿t，占世界可采储量的15.4%，列世界第三；水力资源也非常丰富，储量达3.8亿kW，列NO.1(三峡1840万kW） 电力建设的总方针：积极发展火电，大力发展水电，适当发展核电，同时促进风力发电等新能源发电。,火力发电中，又以燃烧煤炭为主。石油和天然气较少用于发电。 我国生产的煤炭约1/3用于发电，1/3用于工业锅炉，1/3用于化工等。 火力发电和工业生产就需要燃烧燃料，就需要锅炉。,很难
9、想像如果没有锅炉当今的世界会怎样？！ 当您劳累一天后回到家中，洗个热水澡的感觉使您不能不想到锅炉！,通俗的说法：锅炉=“锅”+“炉” “锅炉”是一个俗称，同时也是一个学术用语。 虽然不那么好听，却很科学。锅炉是一种机械产品，但它不是一种通用机械。有时它是一个庞然大物- 有时它又很袖珍-只需挂在墙上。,1-2 锅炉及其在国民经济中的作用,从事锅炉工作的人在民间也称为烧水的。可见锅炉主要与水有关。 水在自然界中有固态(冰)、液态(水)、气态(水蒸汽)三种形态。它具有许多优秀的品质，我们已对它有了足够的认识。,表1 不同压力下水的热物理量,锅炉为了实现对水加热、汽化、蒸汽过热的过程，必须具有: 能从
10、燃料获得足够热能的设备，即“炉子”， 以及盛装水及蒸汽的耐压容器，并具有能吸收足够热量的受热面，这就是“锅”。 这里所指的“足够”，取决于需要产生蒸汽的量，以及蒸汽的压力和温度。,锅炉的科学定义： 锅炉是一种将燃料燃烧，使 其中的化学能转变为热能，并将此热能传递给水（也可能是其它工质），使工质变为具有一定压力和温度的蒸汽或热水的设备。,图 火力发电厂生产过程示意图 1一发电机2一汽轮机3一除氧器4一水箱5一煤斗6一汽包7一水冷璧 8一煤输送带9一对流过热器10一屏式过热器11一省煤器12一空气预热器l3一烟囱14一灰渣泵15一引风机16一除尘器17一冲灰沟l8一送风机19一炉膛7.0一渣斗21
11、排粉风机22一磨煤机23一给水泵24一高压加热器25一低压加热器26一凝结水泵27一冷凝器28一主变压器,锅炉的工作过程： （1）燃料的燃烧过程； （2）传热过程； （3）工质的升温、汽化、过热过程。,锅炉的组成：锅炉本体（主要部件） 辅助设备两类,锅炉本体：1炉膛 2燃烧设备3锅筒4水冷壁5过热器,6再热器7省煤器8空气预热器9炉墙10构架,锅炉的辅助设备：(1)燃料供应设备(2)磨煤及制粉设备 (3)送风设备 (4)引风设备(5)给水设备(6)除灰除渣设备(7)除尘设备(8)自动控制设备,锅炉机组工作过程,火电生产能源转化过程 锅炉机组生产过程,锅炉的组成炉内，锅内 锅炉虽是一个整体，但整
12、体可分为“炉侧”和“锅侧”。,炉,炉侧的工作过程,1.制粉系统2.风烟系统3燃烧系统,锅侧的工作过程,4.汽水系统,水蒸气,水冷壁：蒸发受热面，包围火焰形成炉膛 过热器：过热，悬挂于炉膛上方或烟道内 再热器：过热，悬挂于炉膛上方或烟道内 省煤器：预热作用，吊装在尾部烟道内 空气预热器：空气的预热最后一级受热面,冷空气 烟气 烟气 烟气 烟囱 引风机 除尘器空气预热器 细微灰粒 飞灰（二次风） 灰渣沟原煤 排粉风机 （一次风） 烟气 烟气 给煤机 磨煤机 燃烧器 炉膛 水平烟道 尾部烟道原煤 风、粉 风、粉未燃煤粒 灰渣灰渣 灰渣灰渣沟 排渣装置 冷灰斗 未燃煤粒 未燃煤粒,煤、风、烟系统,汽、
13、水系统,锅炉有关参数,锅炉的蒸汽参数：额定蒸汽压力额定蒸汽温度 电站锅炉容量和参数,锅炉参数,编号 HG-2008 /18.2-HM3制造厂 蒸发量t/h 额定压力MPa 煤种SG 220 50MW 高压 褐煤 DG 410 100MW 高压 烟煤WG 670 200MW 超高压 无烟煤HG 2008 1000MW 超临界 国外 1000 300MW 亚临界,锅炉分类,二 按锅炉容量分类,依据发展状况在变化，目前 大型锅炉 通常指300MW1000t/h以上,目前主流在2000t/h3000t/h容量，最大单机容量有4000t/h 前苏联 中型锅炉 小型锅炉 小于65t/h,三 按蒸汽压力分类
14、,低压锅炉 2.45MPa 中压锅炉 2.944.9MPa 高压锅炉 7.8410.8MPa 超高压锅炉 11.814.7MPa 亚临界压力锅炉 15.719.6MPa 超临界压力锅炉 绝对压力大于22.1MPa 超超临界压力锅炉 27MPa以上,四 按燃烧方式分类,火床燃烧方式及火床炉 火室燃烧风蚀及室燃炉 旋风燃烧方式和旋风炉 流化床燃烧方式和流化床锅炉,火床燃烧方式及火床炉固体燃料以一定厚度分布在炉排上进行燃烧的方式用火床燃烧方式来组织燃烧的锅炉链条炉，人工炉，炉排炉等炉排结构复杂，体积大金属耗量大，热效率偏低，污染排放严重,火室燃烧风蚀及室燃炉火室燃烧方式：燃烧以粉状，雾状或气态随同空
15、气喷入燃烧室进行燃烧的方式。细颗粒燃料随空气烟气流做连续运动，连续流过燃烧空间，在悬浮状态下着火燃烧，燃尽,典型的火室炉-煤粉锅炉效率高，体积小，易大型化 燃料适应性差，需FGD，负荷调节稍差,旋风燃烧方式和旋风炉燃料和空气在高温旋风筒内高速旋转细颗粒在筒内燃绕粗颗粒被甩向壁面液态渣膜上燃烧的方式效率高，体积小，不需粉煤机负荷调节范围小，温度高，有些燃料不适合 高,流化床燃烧方式和流化床锅炉燃烧方式在大于临界风速的空气流下在流化床内呈流化状态的燃烧方式。流态化：固体颗粒在与流动着的流体混合后，能像流体那样自由流动的现象。燃料适应广，炉内脱硫，低氮氧化物，负荷调节好磨损问题，目前大型化不够。,循
16、环流化床锅炉,CFB锅炉发电厂,典型的循环流化床锅炉,五 按蒸发受热面的工质流动来分,自然循环锅炉 强制循环锅炉 直流锅炉 复合循环锅炉,自然循环锅炉 蒸发受热面内工质依靠下降管内水与上升管内汽水混合物的密度差所产生的压力差进行循环的锅炉。 压力越低越可靠 可以应用到亚临界锅炉 具有汽包，金属消耗量大 小于18.15MPa,强制循环锅炉 压力的升高，使汽水密度差非常小，自然循环不可能。 借助循环泵使汽水混合物循环 小于19.62MPa可用,直流锅炉 接近临界压力22.12MPA或超临界压力时，汽水混合物密度几乎一样，汽水分离很难实现，只能采用直流锅炉。 没有汽包,复合循环锅炉 依靠锅炉水循环泵
17、将蒸发受热面出口的部分或全部工质进行再循环的锅炉 是有直流锅炉和强制循环锅炉综合发展起来的锅炉,六 按锅炉排渣的相态分类,固态排渣锅炉低于灰熔点运行，是目前的主流 液态排渣锅炉高于灰熔点运行，如旋风炉等,液态排渣炉 燃料适应性强 排渣有利于利用 复杂 污染大 等 高温腐蚀 目前很少,七 按燃烧室内压力分,负压燃烧目前主流，简单 微正压燃烧1.96KPa4.9KPa 压力燃烧处于大于大气压力得环境下的燃烧,锅炉的经济指标,1.锅炉效率,第二章 锅炉燃料,燃料是指可以用来获取大量热能的物质。 燃料是锅炉的“粮食”。 分两类：核燃料和有机燃料。 锅炉大都燃用有机燃料。 有机燃料是通过燃烧可以放出大量
18、热量的物质。,我国燃烧政策,以煤为主，尽量不烧油，气 尽量不使用工艺燃料 尽量采用当地的煤 使用中尽量减少污染,中国的能源结构,第一节 煤的成分和主要特性,煤有古代植物经过地质演变而成，含有多种丰富的有机物和无机物，作为能源使用，只研究与燃烧有关成分 一.成分元素分析与工业分析 1.元素分析ultimate analysis 2.工业分析proximate analysis,1.元素分析ultimate analysis 全面测定煤中碳，氢，氧，氮，硫五种元素的质量百分含量的分析 碳C:主要的可燃物质50%90 ，含量最多，是发热量的主要来源，32700KJ/Kg C CO2+32.7MJ/K
19、g C CO+9.27MJ/Kg 碳随煤化程度而增加,氢H:含量少1%6% ，主要存在于挥发分中CnHn ，发热量最大120MJ/Kg，影响整个煤的发热量，并影响着火，随煤化程度加深而减少氧O和氮N:不可燃成分，含量较少随煤化程度加深而减少燃料中的氮是煤粉锅炉NOx生成的主要来源NOx生成的三种机理快速反应，温度型，燃料型PS:当前研究热点，研究煤中NOx的前驱物，燃烧过程中的转化规律，相应的低污染燃烧技术等。,硫S:含量少，有害物质低温腐蚀，高温腐蚀，大气污染 酸雨有机硫30%40%无机硫60%70% 黄铁矿，硫酸亚盐，单质硫少，黄铁矿是煤中主要的硫成分，比重4.95.9，比煤矸石和煤都要重
20、得多，本身无磁性，但在强磁场下能转变为顺磁性物质。,2.工业分析proximate analysis,按照煤的着火燃烧过程中各成分的变化，分析煤中水分，挥发分，固定碳，灰分这四种成分的质量百分数，即煤的工业分析 自然干燥 外部水分 加热干燥至145 内部水分 隔绝空气加热920 挥发分 焦炭 燃烧 灰分 余下的固定碳 燃烧掉的,1.水分 moisturem 外部水分mr+内部水分=全水分mar 外部水分：自然干燥失去free moisture 内部水分：需加热干燥失去也称分析水分 外部水分容易受季节，湿度的影响。,2.挥发分valotile V将失去水分的煤隔绝空气加热至920，使燃料中有机物
21、分解而释放出气体。主要成分：CmHn H2 CO H2S等可燃气体O2 N2 CO2等不可燃气体挥发分一般用干燥无灰基表示 Vdaf失去水分，挥发分后所得即为焦炭固定碳+灰分 加热燃烧挥发份含量越高，则煤粉的着火性能越好,挥发分AshA来源于：形成煤的植物本身的矿物质和成煤过程中外来的矿物质，开采运输过程中掺杂进来的杂质灰分中的主要矿物成分灰分的存在易引起污染积灰，结渣，燃烧不完全等。,固定碳 Fixed carbonFC C元素： 焦炭：灰分+固定碳 固定碳：以单质形式存在的碳,元素分析-繁-元素分析仪科研机构 工业分析-易-加热干燥-电厂,二 煤成分的计算基准,收到基as received
22、 basis入炉煤下标ar空气干燥基空干基air-dried basis 下标ad干燥基dry basis 下标d干燥无灰基dry ash-free basis下标daf同一煤矿煤层所采煤的可燃质成分变化很小而水分，挥发份变化很大,三 发热量 燃料的重要性质 Q KJ/Kg Kcal/Kg ,1.弹筒发热量Qb：实验室用氧弹实测 正压氧气，充分反应，冷却到原始温度 水凝结放热 ：形成硫酸，硝酸的放热反应 2.高位发热量Qgr， Qb减去生成酸的放热量 3.低位发热量Qnet，Qgr减去煤中氧和氢燃烧生成水的蒸发潜热。 因为排烟温度一般高于120，所以设计计算时常用Qar-net,煤的折算成分与
23、标准煤,每送入锅炉1000cal/Kg热量，带入锅炉的水分 灰分 硫分,四 灰的熔融性,对于固态排渣煤粉炉来说，运行中，应使灰粒在接触水冷壁，炉膛出口受热面及落入冷灰斗之前充分冷却，并形成固态或基本上没有粘性，以避免结渣沾污问题。,灰熔点 1.DT变形温度 2.ST 软化温度 3.FT 流动温度灰熔点越高越好长渣：DT ST间隔200400 ，长渣凝固慢，适合于液态排渣。短渣： DT ST间隔100200 ，短渣凝固快，适合于固态排渣。,灰的化学组成 影响灰熔融性因素 炉内气氛 灰的化学组成 酸性氧化物：SiO2 Al2O3 灰熔点 上升 碱性氧化物：Fe2O3 CaO MgO 灰熔点 降低,
24、炉内气氛 氧化性气氛： 灰熔点 较高 半还原性气氛： 灰熔点 降低 还与铁含量有关 灰的熔化温度随灰的含铁量增加而下降铁对灰熔点的影响还和周围气氛有关，氧量高 Fe2O3，熔点高；还原性气氛，FeO，灰熔点下降当铁含量很小时， 小于5% 炉内气氛对灰熔点没有明显影响。当铁含量很大时，炉内气氛影响非常显著。,灰熔点的要求 DT1350，在炉膛内不易结渣 排烟温度 DT-100，防止炉膛出口受热面及烟道受热面结渣。 PS:烧结性沾污倾向：主要发生在过热器和再热器，温度下降，挥发性碱金属及其化合物凝结在金属受热面上，易引起高温腐蚀，影响传热。,我国动力用煤的分类,采用表征煤化程度的干燥无灰基挥发分V
25、daf作为分类标准,发电厂用煤的质量标准,根据对锅炉设计运行有较大影响的煤质特定制定，如某电厂用煤标号为V4A1M1S2ST1,各类煤的燃烧特性,1无烟煤煤化程度很深，明亮的色彩光泽，硬度高不易研磨含碳量高，杂质少而发热量高，大致2125MJ/Kg挥发分含量较低，难以点燃，燃烧特性差为保证着火和稳燃在锅炉设计中常需要设一些特殊措施W型炉对低灰熔点的无烟煤还需同时解决着火稳定性和结渣间矛盾烟煤着火需较高温度燃烧时火焰较短，燃尽也较困难，但储存时不易自燃 2.贫煤它的挥发分含量稍高于无烟煤，着火，燃尽特性优于无烟煤但仍属于燃烧特性差煤种,3.烟煤中等的煤化程度，挥发分含量较高水分和灰分较高，发热量
26、高燃点低，容易着火燃尽但某些含灰量较高的劣质煤燃烧特性差对挥发分超过25%的烟煤，储存时应防止其自燃，制粉系统应考虑防爆措施。对劣质烟煤还应考虑受热面积灰，结渣和磨损问题,4.褐煤外观呈褐色，少数为黑褐色甚至黑色挥发份含量较高，有利于着火但其灰分和水分较低，发热量低一般小于16750KJ/Kg含水分较高的年轻褐煤则燃烧性能较差，且灰熔点较低褐煤的化学反应性强，在空气中存放易风化成碎块，容易自燃,第二节 煤的常规特性对锅炉工作的影响,1.挥发分 地质年代越长，含量越低， 煤种划分 无烟煤Vdaf10%，烟煤Vdaf10%，褐煤Vdaf37%，地质年代越长，开始析出的温度越高，褐煤200，无烟煤4
27、00 左右,对着火和燃烧的影响：挥发分越多 易着火可燃气体先析出，燃烧温度低，相当于引燃作用。挥发分含量同时也影响煤粉空气混合物在湍流气流中的火焰传播速度，此速度可是为着火速度，在一定条件下，随挥发分增大，火焰传播速度增高,易燃尽固定碳含量少析出后的多孔性 焦炭与空气反应的比表面积挥发分燃烧放热助燃,2.水分 影响很大，当水分增加时Mar 着火热 着火推迟 降低炉内温度，着火，燃尽均不利 烟气量 排烟损失 ， 引风机电耗 使低温受热面积容易积灰，腐蚀 烟气量 烟气流速 对流式过热气温 制粉系统，易阻塞，磨出力,3.灰分 影响很大，当灰分增加时Ad 发热量 灰渣物理热损失 q4 不利于着火，燃尽
28、，使燃烧不稳，妨碍挥发分的析出 尾部受热面：磨损，积灰 炉内：结渣，腐蚀 增加磨煤机无效的电耗 着火推迟，火焰中心上移，辐射是过热器量,4.灰熔性的影响炉内结渣，炉膛出口受热面结渣。炉膛出口烟气温度应低于灰的变形温度DT50100当灰的软化温度 ST 大于1350 时易结渣一次风切圆太大，造成水冷壁附近半还原性气氛，使灰熔点降低，易结渣综合影响，不能采用单一指标,5.硫分的影响 尾部低温受热面：低温磨损，积灰问题当全硫含量小于1.5%时，不会产生明显的堵灰和腐蚀。当全硫含量为1.53%时，会有明显的堵灰和腐蚀。当全硫含量大于3%时，严重影响锅炉的经济安全运行 高温腐蚀问题 水冷壁附近，还原性气
29、氛下，H2S 高温腐蚀 过热器区域，硫酸盐 高温腐蚀 含硫高，易自燃；SO2多，SO3少催化 污染排放与灰自身的脱硫能力,煤质变化对运行安全及经济性的影响,出力受限煤的灰成分改变可能使煤的结渣性和积灰性增大而引起炉膛结渣和受热面积灰。水分和可磨性指数的变化可使磨煤机达不到额定出力。煤的灰分增加或灰的电阻特性改变可能使静电除尘器的除尘效果受限煤质趋劣时则会导致磨煤机，送风机，引风机出力不足和除尘器，烟囱，输煤设备，除灰设备容量不够而限制全厂出力,煤质趋劣使电厂煤耗和厂用电率上升煤质趋劣使锅炉燃烧不稳，导致锅炉机械不完全燃烧损失增大。排烟温度和燃烧过剩空气增加又导致排烟热损失增大，锅炉效率下降，发
30、电煤耗升高锅炉燃用劣质煤时往往需要投油助燃，又增大了燃油消耗劣质煤灰分高，发热量低，锅炉达到同等出力时需要的煤量增加，导致制粉，出灰，运输和送风机引风机等辅机电耗增加，厂用电率升高。,煤质趋劣导致可用率降低劣质煤灰分高，着火燃烧性能差，易造成锅炉燃烧不稳，容易灭火。灰分高会导致锅炉受热面和制粉系统等辅机堵灰和磨损严重，使制粉系统和送风机，引风机故障增多炉内着火延迟会是炉膛内火焰中心上移，易造成过热器，再热器超温爆管电厂可用率随煤质趋劣而呈下降趋势,煤质下降增加了检修和改造费用由于煤质下降使锅炉部件及辅机的磨损和腐蚀加剧，导致频繁故障和临时检修，使电厂损失大量的电量并使检修费用大幅增加。燃用劣质
31、煤增加了锅炉从输煤到出灰整个流程各部件的负担，导致大修间隔缩短和部件寿命缩短，使检修费用上升，而大量的更新改造也耗费大量资金。煤的选购：要综合考虑运行，维修，可用率等的要求选择发电成本最低的，而不是单位热值最低的。,第三章 燃烧产物与热平衡,第一节 空气量计算 一锅炉燃烧计算的前提 1.空气量与烟气量的计算均以1Kg燃料的收到基为基础 2.空气和烟气的所有组成成分包括水蒸气，分压很小，均认为是理想气体，每Kmol气体在标准状况下体积是22.4KN3 3.气体容积计算的单位均为Nm3/Kg,二 计算原则 燃料完全燃烧 所需理论空气量有燃烧中各个可燃元素在燃烧时所需空气量相加而得,1Kg燃料完全燃
32、烧所需的氧量1Kg燃料完全燃烧所需的理论空气量,实际空气量 富氧燃烧保证燃烧完全，确保燃烧的经济性 定义过量空气系数,漏风系数负压工作下的锅炉，存在炉外的空气漏入炉内的漏风,要点 烟气侧：炉膛后直至排烟处，过量空气系数逐渐增大 烟气侧过量空气系数 存在一个最佳的过量空气系数通常用炉膛出口的过量空气系数表示 空气侧：有锅炉送风机开始，均为正压 空气侧过量空气系数逐渐减少，向外的漏风逐渐减小,第二节 烟气量的计算,一 烟气的组成 当一煤完全燃烧室时，烟气的组成成分是,烟气量的表示方法几个概念：理论烟气量，实际烟气量，干烟气,二 烟气中的飞灰浓度,对辐射换热有较大的作用，既每烟气中飞灰的质量 飞灰浓
33、度-烟气携带出炉膛的飞灰占总飞灰的质量份额 PP85，与炉型有关,第三节 完全燃烧方程式,原理在燃料与空气完全燃烧的情况下，燃烧产物中的RO2与O2与燃料的元素分析成分之间必定存在一定的关系。完全燃烧方程反映其间内在的关系,一 相关表达式 有烟气分析的结果均为干烟气不完全燃烧烟气中存在,不完全燃烧时，假设不完全没燃烧的产物只有CO，则干烟气的组成：,二 不完全燃烧方程 采用元素分析的相关数据来表示烟气的组成 推导得到其中燃料特性系数,有不完全燃烧方程，可得干烟气中CO的含量意义：烟气中CO浓度低，不容易测，根据以上公式，可以通过RO2和O2的测量，计算出CO的浓度,三 完全燃烧方程表达式 对于
34、不完全燃烧方程，当CO为0时，可得完全燃烧方程表达式烟气中三元子气体的最大百分比含量 有完全燃烧方程得当送入理论空气量，完全燃烧时,基本常识,在燃煤的情况下，通常,第四节 根据烟气分析确定过量空气系数,一 烟气分析的目的 二 过量空气系数的推 三 烟气分析的手段,一 烟气分析的目的 对于一台正在运行中的锅炉，如何知道实际送入锅炉的空气量？如何知道空气量是否合适？锅炉燃烧调整？ 答案：通过实时在线监测锅炉过量空气系数 炉膛出口及烟道各处的过量空气系数？ 烟气分析测出某处的烟气成分，再由过量空气系数的计算式得出,二 过量空气系数的推导 由锅炉过量空气系数的定义出发推导 完全燃烧情况下， 与烟气成分
35、间的关系,锅炉空气系数的不同表达式 a完全燃烧 b Nar可被忽略 c带入完全燃烧公式变形,有烟气中的O2，计算 该方法需涉及的氧气测量及时，准确，得到广泛采用,有烟气中RO2计算 随燃料的变化则燃料特性系数 变化，这种方法得出的 误差较大。而且煤的工业分析耗时较长从煤到烟气要经历很多环节，所以这种分析方法不能及时指导锅炉运行。,不完全燃烧时的,烟气成分随过量空气系数的变化,第五节 锅炉的热平衡,燃料的化学能改变为蒸汽的热能，一定存在有效利用热和损失的热量。,一 热平衡定义 送入锅炉的燃料拥有的热量等于锅炉的有效输送热量加上各项热损失。 目的：1）.确定锅炉热效率 2）.确定各项热损失，分析热
36、损失原因，需求降低热损失的方法；3）确定不同工况下锅炉的各项工作指标 方法：通过锅炉机组的热平衡试验 现在电站锅炉的效率为90%左右，容量越大，效率越高。,二 热平衡方程式 相应于每公斤固体及液体燃料 KJ/Kg （美国ASME以每磅燃料的发热量，德国以单位时间内所用燃料的发热量KJ/s）,送入锅炉的热量有效利用热排烟热损失化学不完全燃烧损失机械不完全燃烧损失散热损失其他热损失,热平衡的另一种表示式 通常用送入热量的百分比表示,锅炉的热效率 正平衡（输入-输出热量发）负平衡（热损失法）,本节以下内容的目的 计算各项热损失，锅炉热效率和锅炉燃煤量B 实际燃煤量Bj,四 送入锅炉的热量燃料的低位发
37、热量 KJ/Kg燃料的物理显热 KJ/Kg外来热源加热空气带来的热量KJ/Kg雾化燃油所用蒸汽带入锅炉的热量KJ/Kg,雾化燃油蒸汽带入的热量，旧用燃料的物理显性 当 该项可忽略不计 外来热源加热空气带来的热量空预器入口处空气的过量空气系数按空预入口温度计算的理论空气焓按环境温度计算的理论空气焓,锅炉的有效利用热Q1 KJ/hgr:过热蒸汽 zr:再热蒸汽 pw:排污 zy: 自用蒸汽,五 固体不完全燃烧热损失部分固体燃料颗粒在炉内未燃烧或未能完全燃尽就排出炉膛造成的热损失。未燃尽的碳主要存在于飞灰或灰渣中，求出灰中未燃尽的碳，再乘以碳的发热量，则得到总的热量损失。求解q4过程中时，灰中碳的求
38、解成为关键,灰的相关分布规律粉煤炉流化床锅炉火床炉Lz:炉渣 lm：漏煤 yh:烟道灰 fh：飞灰yl：溢流灰 lh：冷灰,对于粉煤炉q4 对于粉煤炉，灰的分布主要以飞灰和炉渣为主，其他的如烟道灰，含量较少灰渣中未燃烧或未燃尽的碳粒引起的损失未燃尽的碳粒随烟气排出炉外而引起的损失,灰平衡 定义：进入锅炉的总灰量等于排除锅炉的灰渣，飞灰漏煤及烟道灰等各种灰渣的总和。,粉煤炉的灰平衡Clz:灰渣中碳的质量百分比 Cfh：飞灰中碳的质量百分比 Glz：灰渣量 Kg/s Gfh：飞灰量 Kg/s Clz Cfh可取样测得 Glz 可测 Gfh 最不易测得,灰平衡飞灰系数排渣率,飞灰中残留碳质量炉渣中残
39、留碳质量,碳 发热量 32700KJ/Kg Q4等于未燃尽的碳质量乘以碳的发热量,q4计算相关内容 在锅炉运行中，Clz Cfh可以取样测得 Alz afh可以查表，或做灰平衡实验得到 锅炉的设计中，根据燃料的种类及燃烧方式直接选用0.55% 如：固态排渣粉煤炉：褐煤q4=1%，烟煤q4=2%，无烟煤q4=4%。,q4的影响因素 1.燃料特性Aar q4 Vdaf 合理配风 q4 煤粉粒径，越细越容易着火及燃尽 q42.过量空气系数 ：适当增大 q4 过大，流速过大，停留时间下降 q43.锅炉负荷D：D 炉温T ，着火延迟 q4 4.燃烧器形式和布置：影响一，二次风，煤粉间的混合，决定了燃烧状
40、况。 5.炉膛形式和结构：影响炉膛温度T和停留时间t，从而影响q4。 6.停留时间t q4,q4对空气量和烟气量的影响 假定送入锅炉的燃料量B中，有 的燃料根本没有燃烧，既没有产生烟气量，也不需要空气量。 实际上参加燃烧的不是实际送入的燃料消耗量B，而是计算燃料量Bj、 热平衡计算实际燃料量B，计算空气量和烟气量时用Bj,六 化学不完全燃烧损失 由于锅炉排烟中CO，H2，CH4等可燃气体存在所引起的热损失。 每公斤燃料所损失的热量为各可燃气体的容积与各自容积发热量乘积的总和。,一般仅记入CO，其他忽略 CO发热量 12600KJ/KN3,讨论 q3 电站锅炉可燃气体很小 对煤粉炉： q3=0
41、气体或液体燃料炉：q3=0.5 层燃炉：q3=0.51.0,q3的影响因素 主要影响因素：燃料的挥发分；炉膛过量空气系数；燃烧器的结构和布置；炉膛温度和炉内空气动力场等情况等。 举例 1.Vdaf ，炉内可燃气体增加，容易不完全燃烧，需要合理配置燃烧 q3 2.炉膛容积过小，烟气在炉内停留时间过短，都会造成可燃气体未燃尽就排出炉膛q3 3.过量空气系数 q3,七 排烟损失 由于排出锅炉的烟气焓高于进入锅炉的冷空气焓而造成的损失。,影响排烟损失的主要因素 1.排烟温度 温度高，则q2 提高10，损失增加约1% 温度低， q2 ，但金属耗材 ，流动阻力 ，可能造成受热面金属低温腐蚀。 2.排烟容积
42、 主要决定于过量空气系数 的选取排烟容积 q2 ，不完全燃烧热损失 q3 +q4 q2 不完全燃烧热损失q3 +q4 烟道漏风 排烟容积 ，同时受热面容积 排烟温度 q2,3.燃料性质的影响 Sar 设计排烟温度 q2 Mar 烟气容积 q2 q2:锅炉最主要的热损失，大中型锅炉达48%，排烟温度升高1020，q2增大1%。 空预吹灰 空预换热效果 排烟温度 q2 减少漏风 q2,存在一个最佳过量空气系数 排烟温度和过量空气系数是经济技术综合考虑的参数。 最佳过量空气系数：使得q2 +q3+ q4最小的过量空气系数,八 散热损失q5Fsb：锅炉散热面积-m2 ad af-对流换热系数和辐射换热
43、系数 tsb t0 -锅炉散热表面温度和环境空气温度 锅炉的外表面温度高于环境温度而向外界通过大空间自然对流和辐射换热，引起q5 影响因素：外表面面积的大小，锅炉外表面温度tsb，环境温度，隔热层厚度，隔热材料性能等 规定： t0=35，炉墙tsb70 管道tsb50 q5与锅炉的容量成反比,非额定负荷下运行， q5与锅炉的运行负荷成反比 额定蒸发量对应的散热损失实际热损失,九 炉渣带出的物理热损失及冷却热损失,十 锅炉的热效率和燃料消耗量的计算,反平衡法正平衡法燃料消耗量Qz-锅炉总的有效利用热Kcal/h,KJ/h 实际燃料量,十一 正反平衡法的比较,正平衡法： 1）.要求长时间内锅炉保持
44、稳定的运行工况，实际上难以做到。 2）.而且中储式的机组燃料量不容易侧准。 3）.不能找出影响锅炉效率的各种原因及提出改进方案。 反平衡法 1）.需要测量许多参数，如排烟温度，排烟过量空气系数，CO RO2 O2,灰渣和飞灰中的可燃物含量，煤的工业分析，发热量等。 2）.反平衡试验期间不要求锅炉负荷保持不变 3）.可以求出各项热损失提出相应的改进措施,燃烧效率 用 表示表明了燃烧的完全程度 大型煤粉炉和循环流化床的效率高达9899%以上,第四章 煤粉制备,1920年，美国，煤粉悬浮燃烧，煤燃烧的革命 1.煤粉空气混合物输送方便 2.煤的比表面积增大，有利于着火和燃尽 3.相同的炉膛容积可以提供
45、更大的负荷D 煤粉制备的目的 连续得到满足细度和水分要求的煤粉 煤粉制备的手段 热空气干燥原煤，磨煤机磨制煤粉，一次风携带出煤粉,1.煤粉特性 2.磨煤机 3.制粉系统 4.补充内容：制粉系统其它设备 5.补充内容：制粉系统的启停，调节，常见故障。,第一节 煤粉特性,一 ： 一般特性 粒径小，多数为2060 表面积大3001600m2/Kg,堆积比重小，新鲜煤粉0.40.5t/m3，流动性能好，故气力输送，易泄露 水分影响：搭桥，堵塞，结块，磨出力 二 自燃与爆炸性（爆燃） 堆积在死角，缓慢氧化，温度上升 自燃 煤粉细度 高挥发分煤不宜太细 适当的流速：防止堆积和静电火花 严格控制磨煤机出口温
46、度 DCS控制,三 煤粉细度Rx 煤把一定量的煤粉在筛孔尺寸为x 的标准筛上进行筛分，称重，剩余量a占总量a+b的质量百分比Rx值越大，煤粉越粗 电厂常用方法：同时给出R90,R200 厂例如：R90=5.2% R200=0.05% 根据这两个值，即可求出任意粒径的分布（95页公式）,四 煤粉的颗粒组成特性 不同的粉碎特性，具有不同的分布特性曲线。 破碎公式Rosin-Rammler方程式Rx:碎孔径为x的筛子上煤粉的余量 n:均匀性指数0.81.2 n越大，越均匀，即过粗过细的颗粒都没有 n取决于磨煤机和粗粉分离器的形式 b:细度系数， b越大，煤粉越细,工程上可有R90,R200上求出n，
47、b大小,五 煤粉的经济细 煤粉越细，q4越小，但磨煤能耗和金属磨损量增加，煤粉越细，则趋势相反 煤粉的经济细度：使得q4，磨煤电耗和金属磨损量总和最小的煤粉细度。 Vdaf,Kkm和都很小的煤，既难磨又难烧，需要磨细，Vdaf大，煤粉易着火易燃尽的煤，可磨得粗点，n大，煤粉比较均匀，煤粉可以粗些，炉内燃烧热强度大，磨粗,六 可磨性系数 可磨性系数表示煤被磨成一定细度的煤粉的难易程度。 1.哈氏可磨指数HGI（Hardgrove index）国家标准 方法：煤样 试验仪 磨制 筛分 计算 HGI=13+6.93G 我国动力用煤，一般HGI为25129，越大越易磨 通常认为 大于86的煤为易磨煤 小于62的煤为难磨煤,2.前苏联，全苏热工所，可磨性系数Kkm a）用磨煤能耗表示 自然干燥后的标准煤与试验煤，取单位重量 从相同粒径磨到同样吸毒，所消耗能量之比 我国采用的标准煤：阳泉无烟煤 b）用细度表示 在相同的磨煤能耗条件下，磨好的标准煤和试验煤细度之比，Kkm越大，越易磨 Kkm和HGI可以相互换算，式5-7,
