锅炉及锅炉房设备.pptx

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1、1.1概述1.2锅炉的基本结构及其工作过程1.3锅炉基本特性1.4锅炉房设备的组成1.5锅炉发展简史返回第一章第一章 基本知识基本知识第1页/共154页1.1 概述概述锅炉部分示意图第一章第2页/共154页1.1 概述概述一、什么是锅炉生产蒸汽或热水的换热设备任务：燃料（煤、油、天然气等）的化学能转化为热能二、锅炉的重要性1锅炉及锅炉房是供热系统中热源产生的主要设备2锅炉是化工、石化、冶金、轻纺、造纸等工矿企业主要动 力及供热设备3锅炉是能源工业发展的主要组成部分火力发电站三大主机之一第一章第3页/共154页1.1 概述概述4锅炉及锅炉房设备在节能、环保等科技改造及研究方面具有重要地位三、锅炉

2、的分类1根据用途的不同分为：电站锅炉在火电厂，蒸汽驱动汽轮机组发电工业锅炉用于工业及采暖动力锅炉驱动蒸汽动力装置2按载热工质的不同分为：蒸汽锅炉热水锅炉第一章第4页/共154页1.1 概述概述3按能源分为：燃煤锅炉 燃油锅炉 燃气锅炉 废热锅炉 太阳能锅炉4按燃烧方式分；5按出口介质压力分；6按锅炉容量大小分；7按介质流动方式分；8按组装方式分；9按换热方式分四、锅炉工业的研究方向及本专业的学习重点节能降耗，提高效率防止和降低环境污染，开发新的洁净燃烧技术合理有效地利用地方燃料,提高机械化、自动化水平重点在于基本原理的理解和学习，方法的应用第一章第5页/共154页1.2锅炉的基本结构及其工作过

3、锅炉的基本结构及其工作过程程一、基本结构1.锅炉本体构成锅炉的基本组成部分称为锅炉本体，由汽锅、炉子及安全附件组成。1）汽锅锅炉本体中汽水系统，高温燃烧产物烟气通过受热面将热量传递给汽锅内温度较低的水，水被加热，沸腾汽化，生成蒸汽。2）炉子锅炉本体中燃烧设备，燃烧将燃料的化学能转化为热能3）安全附件水位计、压力表、安全阀2锅炉金属钢架及平台楼梯二、锅炉的工作过程1.燃料的燃烧过程第一章第6页/共154页1.2锅炉的基本结构及其工作过锅炉的基本结构及其工作过程程定义：燃料在炉内（燃烧室内）燃烧生成高温烟气，并排出灰渣的过程高温烟气给煤斗燃料（煤）炉排面（燃烧室）除渣板（入灰渣斗）空气在一定的燃烧

4、烧设备内，正常燃烧应具备的条件：高温环境必需的空气量及空气与燃料的良好混合燃料的供应机灰渣和烟气的排放第一章第7页/共154页1.2锅炉的基本结构及其工作过锅炉的基本结构及其工作过程程2.烟气向水(汽等工质)的传热过程辐射辐射+对流对流高温烟气水冷壁过热器（凝渣管）对流管束对流尾部受热面(省、空)除尘引风机烟囱3.工质(水)的加热和汽化过程蒸汽的生产过程1）给水：水省煤器汽锅2）水循环：汽锅下降管下集箱水冷壁3）汽水分离第一章第8页/共154页1.3锅炉基本特性锅炉基本特性一、锅炉容量1蒸发量（产热量）：锅炉每小时所产生的蒸汽（热水）流量2额定蒸发量（产热量）：锅炉在额定参数(压力、温度_和保

5、证一定热效率下，每小时最大连续蒸发量(产热量)，符号D(Q)，单位t/h（kJ/h，MW）。二、蒸汽(热水)参数1蒸汽参数锅炉出口处蒸汽的额定压力(表压)和温度，符号p(t)；单位MPa,。2热水参数锅炉出口处热水的额定压力(表压)和温度及回水温度。第一章第9页/共154页1.3锅炉基本特性锅炉基本特性三、受热面蒸发率、受热面发热率1受热面蒸发率每m2蒸发受热面每小时所产生的蒸汽量，符号D/H；单位kg/m2h2受热面发热率每m2受热面每小时所产生的(热水)热量，符号Q/H；单位kJ/m2h四、锅炉热效率每小时送进锅炉的燃料（全部完全燃烧时）所能发出的热量中有有百分之几被用来产生蒸汽或加热水，

6、以符号或表示。第一章第10页/共154页1.3锅炉基本特性锅炉基本特性五、锅炉型号表示方法 锅炉型号由三部分组成，各部分之间用短横线相连。第一部分：表示锅炉型式，燃烧方式和蒸发量，共分三段：第一段用两个汉语拼音字母代表锅炉本体型式；第二段用一个汉语拼音代表燃烧方式；第三段用阿拉伯数字表示蒸发量。第一章第11页/共154页1.3锅炉基本特性锅炉基本特性第二部分：表示蒸汽(或热水)参数，共分两段，中间一斜线分开。第一段用阿拉伯数字表示额定蒸汽压力或允许工作压力；第二段用阿拉伯数字表示过热蒸汽(或热水)温度，饱和蒸汽二段第三部分：表示燃料种类，以拼音字母和罗马字分别代表燃料 类别和分类。举例：:双锅

7、筒横置式链条炉排锅炉，额定蒸发量为10t/h，额定 压力为1.25MPa，出口过热蒸汽温度为饱和温度，燃用类烟煤。:强制循环室燃锅炉，额定热功率为120MW，允许工作压力为0.8MPa，出水温度130，进水温度为80，燃料为油。第一章第12页/共154页1.4 锅炉房设备的组成锅炉房设备的组成 一、锅炉房设备包括锅炉本体及其辅助设备。锅炉本体设备包括：汽锅、炉子、蒸汽过热器、省煤器和空气预热器。锅炉附加受热面：蒸汽过热器、省煤器和空气预热器锅炉尾部受热面：省煤器和空气预热器二、锅炉房辅助设备1运煤、除灰系统2送引风系统3水、汽系统(包括排污系统)4仪表控制系统第一章第13页/共154页1.4

8、锅炉房设备的组成锅炉房设备的组成第一章第14页/共154页1.5 锅炉发展简史锅炉发展简史 锅炉沿着两个方向发展：a)在锅筒内部增加受热面，形成烟管锅炉系列；b)在锅筒外部发展受热面，形成水管锅炉系列。锅炉发展的一大飞跃 一、烟管锅炉 二、水管锅炉 三、快装锅炉第一章第15页/共154页2.1燃料的化学成分及其性质2.2煤的燃烧特性2.3锅炉燃料2.4燃料的燃烧计算返回第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算2.5 锅炉运行时烟气分析及其应用第16页/共154页2.1 燃料的化学成分及其性燃料的化学成分及其性质质第二章一、燃料的化学成分及其性质燃料（s、l、g）可燃基：高分子化合物，成分C、

9、H、O、N、S 惰性基：多种矿物质灰分1碳(C)：主要的燃烧成分，约占5095%，kJ/kg。纯碳燃点高，燃烧缓慢。燃料中的碳多以化合物形式存在2氢(H)：重要的燃烧成分，煤中约占28%，kJ/kg。十分容易着火，燃烧迅速，易爆。液体和气体燃料氢含量较高约占从百分之十几到几十不等，燃烧室易析出碳黑而冒黑烟。3硫(S)S)：是燃料中的有害成分，约占可燃成分的8%，kJ/kg，燃烧后的产物是 第17页/共154页2.1 燃料的化学成分及其性燃料的化学成分及其性质质SO2、SO3，与水蒸汽相遇会生成亚硫酸和硫酸。1）SO2、SO3排放造成大气污染2）锅炉尾部受热面造成低温腐蚀4氧和氮氧和氮是不可燃成

10、分。约占40%，含氧量随煤化程度增高而明显减少。氮主要以有机氮形态存在，约占0.52%。高温燃烧生成NOx，有害。第二章第18页/共154页2.1 燃料的化学成分及其性燃料的化学成分及其性质质5水分(Water、Moisture)：燃料中的主要杂质，约占560%。1）水分进入炉内吸热汽化成水蒸汽，对燃烧不利；2）在烟气露点时，水蒸气与SO2、SO3生成亚硫酸和硫酸，造成低温腐蚀；3）6灰分(Ash)燃料中主要不可燃的矿物杂质成分，与成煤条件、开采方式、运输条件1）可燃物减少，着火困难，灰渣量增加，运行操作繁重；2），炉内易结渣，使受热面传热恶化，3）第二章第19页/共154页2.1 燃料的化学

11、成分及其性燃料的化学成分及其性质质二、燃料成分分析数据的基准及换算1燃料成分表示方法1）应用基以进入锅炉房准备燃烧的煤为分析基准，以次为100%燃料的应用基成分是锅炉燃用燃料的实际应用成分，用于锅炉的燃烧、传热、通风和热工试验的计算。2）分析基在实验室条件下（室温20，相对湿度60%），风干后的煤样作为分析基准3）干燥基除去全部水分后的煤作为分析基准4）可燃基将变化较大，对燃烧不利的杂质灰分和水分除去后的煤作为分析基准 aaa第二章第20页/共154页2.1 燃料的化学成分及其性燃料的化学成分及其性质质4）可燃基将变化较大，对燃烧不利的杂质灰分和水分除去后的煤作为分析基准燃料的可燃基成分不再受

12、水分和灰分变化的影响，是种稳定的组成成分，常用于判断煤的燃烧特性和进行煤的分类的依据，如可燃基挥发分Vr。煤矿提供的煤质成分，通常也是可燃基各组成成分。上述基准的换算关系如图2-12燃料成分各种表示方法之间的换算1）换算方法2）换算系数k：见平衡4表2-13全水分计算方法全水分是分析基水分和应用基风干水分之和，由于其基准不同，需换算：%或%第二章第21页/共154页2.2 煤的燃烧特性煤的燃烧特性煤的燃烧特性一、煤在炉内加热燃烧过程1预热和干燥 2挥发物的逸出3焦炭的形成 4灰渣的形成二、煤的工业分析1.水分(Wy)内在水分 外在水分2挥发分(Vr)失去水分的干燥煤样，在隔绝空气的条件下，加热

13、到一定温度时，析出的气态物质的百分含量。1 1）挥发分主要有C-H化合物、H2、CO、H2S等可燃气体和少 量 O2、CO2和N2组成；2)2)挥发分时煤分类的主要依据第二章第22页/共154页2.2 煤的燃烧特性煤的燃烧特性煤种Vr逸出温度（）着火温度（）褐煤40130170250450烟煤2040170320400500贫煤1020370390600700无烟煤7003)煤中挥发分逸出后，如与空气混合不良，在高温缺氧条件下 易化合成难以燃烧的高分子复合烃，产生碳黑，造成大量黑烟，3灰分(Ag)焦炭燃烧后的残留物质4固定碳(Cgd)焦炭中的可燃物质，焦炭燃烧主要是固定碳的燃烧第二章第23页/

14、共154页2.2 煤的燃烧特性煤的燃烧特性三、焦炭的性质焦结性焦炭煤在隔绝空气加热时，水分蒸发、挥发分析出后固体残余物质。焦结性由于煤种不同，焦炭的物理性质、外观等各不相同焦结性状1焦炭结构特征1）粉状2）粘结3）弱粘结4）不熔融粘结5）不膨胀熔融粘结6）微膨胀熔融粘结7）膨胀熔融粘结8）强膨胀熔融粘结第二章第24页/共154页2.2 2.2 煤的燃烧特性煤的燃烧特性2焦结性对层燃炉燃烧过程的影响1）粉状焦炭堆积紧密，妨碍空气流动 烟气流速过大，易被气流携带，形成火床火口；烟气流速过小，燃烧通风不畅，易从通风孔隙中漏入灰坑2）强焦结性煤挥发分逸出后，焦炭呈熔融状态，粘结成片 内部固定碳难于空气

15、接触而燃尽；燃烧层通风不畅四、灰分的熔融特性灰熔点灰分：焦炭燃烧后的残留物质。灰分的组成：SiO2、Al2O3、各种氧化铁、CaO、MgO、K2O、Na2O等，不是单一物质，无固定熔点，采用角锥法测定特征温度第二章第25页/共154页2.2 2.2 煤的燃烧特性煤的燃烧特性 t1变形温度：测试角锥开始变园或弯曲时的温度1.t2软化温度：灰锥顶弯曲道平盘上或呈半球形时的温度 t3流动温度：灰锥熔融倒在平盘上，并开始流动时的温度 易熔性灰分 2.2.可熔性灰分 难熔性灰分3为避免炉膛出口结渣，要求锅炉设计或运行时，第二章第26页/共154页2.2 2.2 煤的燃烧特性煤的燃烧特性五、煤的可磨性衡量

16、煤的机械强度的特性可磨性系数：以风干状态下的硬质标准煤（一般以难磨的无烟煤Kkm=1为基准）与待磨煤在相同颗粒度的情况下，磨制成相同细度的煤粉，各自电耗量之比。为易磨煤 为难磨煤六、发热量1燃料的发热量Q：单位质量的固体、液体燃料，在完全燃烧时所放出的热量(kJ/kg)；单位容积的气体燃料在完全燃烧时所发出的热量（kJ/Nm3）2 2高位发热量 ：每公斤燃料完全燃烧后所放出的热量，含所生产水蒸汽汽化潜热，(kJ/kg)第二章第27页/共154页2.2 2.2 煤的燃烧特性煤的燃烧特性3低位发热量 ：每公斤燃料完全燃烧后所放出的热量，扣除随烟气带走的水蒸汽的汽化潜热的热量，(kJ/kg)水分来自

17、：H与氧的反应；燃料中的含水量Wy4各成分分析的高、低位发热量间的关系1）2）3）4）5发热量的测定采用氧弹测热仪p16图2-26发热量的计算kJ/kgkJ/kgkJ/kgkJ/kg第二章第28页/共154页2.2 2.2 煤的燃烧特性煤的燃烧特性 1)1)门捷列夫经验计算公式kJ/kg2）煤碳科学研究院（p16式2-12）3 3）计算值与实测值的误差 当时，kJ/kg当时，kJ/kg7标准煤国际上法定的能量折算单位，即 kJ/kgkg/h8折算灰分和折算水分在讨论杂质(水分、灰分)对锅炉工作的影响时,使用其折算值更合理第二章第29页/共154页2.2 2.2 煤的燃烧特性煤的燃烧特性 1）折

18、算水分煤低位应用基发热量中每4186.8kJ热量所对应的水分。%；为高水分燃料2）折算灰分煤低位应用基发热量中每4186.8kJ热量所对应的灰分%；为高灰分燃料3）折算硫分煤低位应用基发热量中每4186.8kJ热量所对应的硫分%；为高硫分燃料第二章第30页/共154页2.2 2.2 煤的燃烧特性煤的燃烧特性 9发热量作为煤种细分类的依据之一挥发分和应用基低位发热量第二章第31页/共154页2.3 2.3 锅炉燃料锅炉燃料二、燃料油锅炉燃用的液体燃料主要是重油和渣油。重油是石油提炼汽油、煤油和柴油后的剩余物，渣油是进一步提炼后的剩余物。1重油 重油的成分与煤一样，也是由碳、氢、氧、氮、硫和灰分、

19、水分组成。它的主要元素成分是碳和氢，其含量甚高(Cr=8187%，Hr=1114%)，而灰分、水分的含量很少，其发热量高而稳定,通常一、煤炭分类见2.2，介绍各种煤的特性1.褐煤 2.烟煤3.贫煤 4.无烟煤第二章第32页/共154页2.3 2.3 锅炉燃料锅炉燃料=4060043100kJ/kg。特点：1)氢含量多，发热量高，极易着火与燃烧，2)可以方便地实现管道输送，便于运行调节，贮存和管理都较简便。3)由于重油的灰含量甚低，既不需装置除渣设备，锅炉受热面也很少积灰和腐损。4)由于重油中氢含量高，燃烧后会生成大量水蒸汽，容易在尾部受热面的低温部位凝结，这样使重油中所含硫分要比煤中含等量硫分

20、对锅炉受热面的低温腐蚀更为有害。5)在贮存和燃用重油时，必须重视防火、防爆，避免意外事故。2 2燃料油的特性指标 1 1）粘度 第二章第33页/共154页2.3 2.3 锅炉燃料锅炉燃料 粘度是液体对其自身流动具有的阻力，是表征流动性能的特性指标。粘度大，流动性能差，在管内输送时阻力就大，装卸和雾化都会发生困难。恩氏粘度是以200ml试验重油在温度为t时，从恩氏粘度计中流出的时间与200ml温度为20的蒸馏水从同一粘度计中流出的时间之比，即 式中为粘度计常数或K值，=51ls。(1)重油的粘度和它的成分、温度、压力有关。加热温度愈高，重油的粘度愈小。因此，重油在运输、装卸和燃用时都需要预热。(

21、2)通常要求油喷嘴前的重油温度在100C以上，粘度不大于42）闪点和燃点 闪点在大气压下，重油表面油气和空气的混合物在标准条件下接触明火时，发生短暂的闪光(一闪即灭)现象的最低油温。第二章第34页/共154页2.3 2.3 锅炉燃料锅炉燃料 燃点当油面上的油气与空气的混合物遇明火能着火持续燃烧(持续时间不少于5s)的最低油温。重油的上闪点为80130，燃点比闪点高1030。闪点是防止油发生火灾的一个重要指标，因此燃料油的预热温度必须低于闪点。对于敞口容器中的油温至少应比闪点低10，对于封闭的压力容器和管道内的油温则可不受此限。3）凝固点重油在倾斜45的试管中，经过1min不发生流动变化的最低温

22、度。重油凝固点与所含石蜡含量有关,含蜡量越高,油的凝固点越高。三、气体燃料1气体燃料的种类第二章第35页/共154页2.3 2.3 锅炉燃料锅炉燃料第二章第36页/共154页2.3 2.3 锅炉燃料锅炉燃料2气体燃料的主要成分1）天然气 甲烷约占8098%，其次是烷属重碳氧化合物和H2S，还含有少量N2、CO2、H2O和矿物杂质，发热量很高，=3349037680kJ/Nm3。天然气是一种优质燃料，也是优质的重要化工原料。2）高炉煤气是炼铁的副产品，产量大。可燃气体CO约占2030%，H2约占515%；惰性气体CO2约占515%，N2约占4555%，=42006300 kJ/Nm3。含量高达6

23、080g/Nm3；通常作为工业炉或锅炉掺加燃料。3）焦炉煤气 是冶金企业炼焦的副产品，H2月占4661%，CH4=2130%，N2=78%，CO2=23%,=1630017200 kJ/Nm3。第二章第37页/共154页2.3 2.3 锅炉燃料锅炉燃料4）液化石油气3气体燃料的发热量kJ/Nm3式中等为气体成分低位发热量，见表2-9（p24）第二章第38页/共154页2.4 2.4 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算基本假设：1.空气、烟气均为理想气体，每kmol体积等于22.4Nm3；2.空气中只有O2和N2成分，其容积比为：；3.每kg燃料都是在完全燃烧的条件下计算。一 、理论空气量及过量空气系

24、数1.理论空气量 的计算第二章第39页/共154页2.4 2.4 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算 理论空气量的经验计算公式：pp262过量空气系数、实际空气量和漏风系数1）过量空气系数燃烧时实际供给空气量与理论空气量之比 。炉膛出口处过量空气系数 为平均值，与燃烧设备、燃料种类、燃烧方式等有关。层燃炉 ；室燃炉2）实际空气量：Nm3/kg3）漏风系数锅炉运行时，炉中处于负压工作状态，炉外冷空气从炉墙、门孔几个受热面贯穿墙处漏入炉内，使炉内过量空气系数烟烟气流程逐第二章第40页/共154页2.4 2.4 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算 渐增大，其值为：各受热面漏风量：Nm3/kg二、燃烧生成烟气量完

25、全燃烧时烟气成分是：CO2、SO2、H2O、O2、N21理论烟气量的计算(=1)不含有O2Nm3/kgNm3/kg（四个来源）Nm3/kg第二章第41页/共154页2.4 2.4 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算 理论烟气量的经验计算公式：pp.27282实际烟气量的计算(1)含有过量O21）过量空气中氧容积：Nm3/kg2）过量空气中氮容积：Nm3/kg3）过量空气中水蒸汽容积：Nm3/kg4）实际烟气量理论烟气量与过量空气之和Nm3/kg三、空气和烟气的焓第二章第42页/共154页2.4 2.4 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算1理论空气的焓每kg固体(液体)燃料燃烧时所需理论空气量，在等压下，从

26、0加热到所需要的热量，单位kJ/kgkJ/kg（查表210）2理论烟气的焓每kg固体(液体)燃料燃烧后所生成理论烟气量，在等压下，从0加热到 所需要的热量，单位kJ/kgkJ/kg式中等由表2-10查取（pp.29）3实际烟气焓1）烟气中过量空气的焓：kJ/kg2）实际烟气的焓：kJ/kg第二章第43页/共154页2.4 2.4 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算afh入炉燃料灰分随烟气带出的灰分重量比，称飞灰份额，层燃炉afh0.20.3，煤粉炉afh0.850.9。只有当燃料中灰分很大时，才需加以考虑，即：例题：作业：2，3，5第二章第44页/共154页2.5 2.5 锅炉运行时烟气分析及锅炉运

27、行时烟气分析及其应用其应用 一、烟气分析的目的 在锅炉运行时，通过烟气取样分析，计算出CO、，从而了解和掌握锅炉实际燃烧情况，便于制定合理的燃烧调整及燃烧设备的改进方案，从而提高燃烧效率和锅炉热效率。炉膛出口过量空气系数 有一最佳值：qmin=q2+q3+q4二、理论上烟气分析成分1 每kg燃料完全燃烧时产生的烟气成分：RO2、N2、H2O；第二章第45页/共154页2.5 2.5 锅炉运行时烟气分析及锅炉运行时烟气分析及其应用其应用 2 燃料完全燃烧时产生的烟气成分：RO2、N2、H2O、O2；3 燃料不完全燃烧时产生的烟气成分：RO2、N2、H2O、O2、CO；三、烟气分析仪器及测定1烟气

28、分析仪1）奥氏分析仪KOH或NaOH溶液吸收RO2，(%)焦性没食子酸的苛性钾溶液吸收O2及RO2，（%）氯化亚铜氨溶液吸收CO及O2，（%）第二章第46页/共154页2.5 2.5 锅炉运行时烟气分析及锅炉运行时烟气分析及其应用其应用 2）色谱层析仪3）红外线烟气分析仪2测定：（由锅炉实验完成）四、烟气成分测定的计算1.；2.3.；4.五、烟气分析结果的应用1烟气量的计算第二章第47页/共154页2.5 2.5 锅炉运行时烟气分析及锅炉运行时烟气分析及其应用其应用 Nm3/kg2烟气中CO含量的计算1）燃料特性系数只与燃料的可燃成分有关，与燃料的水分、灰分无关，也不随应用基、分析基、干燥基即

29、可燃基等而变化。2）不完全燃烧方程式3）CO含量的计算%第二章第48页/共154页2.5 2.5 锅炉运行时烟气分析及锅炉运行时烟气分析及其应用其应用 4）不完全燃烧RO2的计算%5）完全燃烧方程式6）在理论空气下完全燃烧时，则%3过量空气系数的计算1）不完全燃烧时的计算第二章第49页/共154页2.5 2.5 锅炉运行时烟气分析及锅炉运行时烟气分析及其应用其应用 2）完全燃烧时的计算3）完全燃烧时的近似计算在锅炉实际运行时，CO的含量一般都不高，可是为完全燃烧，而干烟气中的氮气接近79%，即N2=79%，则：在锅炉实际运行中，常采用O2和RO2表监控第二章第50页/共154页2.5 2.5

30、锅炉运行时烟气分析及锅炉运行时烟气分析及其应用其应用 习题课：1.成分分析基准2.燃烧计算3.温焓表作业：7，8第二章第51页/共154页3.1锅炉热平衡及锅炉热效率3.2固体不完全燃烧热损失3.3气体不完全燃烧热损失3.4排烟热损失返回第三章第三章 锅炉热平衡锅炉热平衡3.5 散热损失3.6.6 其它热损失第52页/共154页3.1 3.1 锅炉热平衡及锅炉热效锅炉热平衡及锅炉热效率率 第三章锅炉热平衡是研究燃料的热量在锅炉中利用的情况，有多少被有效利用，有多少变成了热量损失，这些损失又表现在哪些方面以及它们产生的原因。研究的目的是为了有效地提高锅炉热效率热效率是锅炉的重要技术经济指标，它表

31、明锅炉设备的完善程度和运行管理的水平。提高锅炉热效率以节约燃料，是锅炉运行管理的一个重要方面。为了全面评定锅炉的工作状况，必须对锅炉进行测试，这种试验称为锅炉的热平衡(或热效率)试验。通过测试进行分析概括了解锅炉热效率的影响因素得出较先进的运行经验数据，作为设计锅炉和改进运行的可靠依据。一、锅炉热平衡1锅炉热平衡方程式锅炉热平衡是以lkg固体燃料或液体燃料(气体燃料以1Nm3)为单位组成热量平衡的。1kg燃料带入炉内的热量及锅炉有效利用热量和损失热量之间的关系可参考图第53页/共154页3.1 3.1 锅炉热平衡及锅炉热效锅炉热平衡及锅炉热效率率 锅炉热平衡的公式可写为：kJkg(3-la)Q

32、r每公斤燃料带入锅炉的热量，kJ/kg；Q1锅炉有效利用热量kJ/kg；Q2排出烟气带走的热量，称为锅炉排烟热损失，kJ/kgQ3未燃完可燃气体所带走的热量，称为气体不完全燃烧热损失（化学不完全烧热损失），kJ/kg；Q4未燃完的固体燃料所带走的热量，称为固体不完全燃烧热损失（机械不完全燃烧热损失），kJ/kg；Q5锅炉散热损失，kJ/kg；Q6灰渣物理热损失及其他热损失，kJ/kg。QrQ5Q2Q6Q3Q4Q1第三章第54页/共154页3.1 3.1 锅炉热平衡及锅炉热效锅炉热平衡及锅炉热效率率 如果在等式(3-la)两边分别除以Qr，则锅炉热平衡就以带入热量的百分数来表示，即：2燃料带入锅

33、炉的热量Qr它由以下几个部分组成：1）燃料的物理显热ir（1）固体燃料应用基比热：kJ/kg（2）液体燃料应用基比热：kJ/kg2）蒸汽带入热Qzq当用蒸汽雾化重油或喷入锅炉蒸汽时考虑式中2500排烟中蒸汽焓近似值，kJ/kg第三章第55页/共154页3.1 3.1 锅炉热平衡及锅炉热效锅炉热平衡及锅炉热效率率 3）外来热量Qwl当用锅炉范围以外的废气、废热等来预热空气时考虑一般情况下：二、锅炉热效率1锅炉正平衡热效率1）锅炉有效利用热量Qgl2）锅炉每小时有效利用热量QglkJ/kgkJ/h（1）饱和蒸汽焓：（2）热水锅炉每小时有效利用热量Qglr-汽化潜热，kJ/kgW-蒸汽湿度kJ/h第

34、三章第56页/共154页3.1 3.1 锅炉热平衡及锅炉热效锅炉热平衡及锅炉热效率率 1）锅炉有效利用热量Qgl2）锅炉每小时有效利用热量QglkJ/kgkJ/h（1）饱和蒸汽焓：r-汽化潜热，kJ/kgW-蒸汽湿度kJ/h式中igs，ips锅炉给水和排污水焓，kJ/kg；干饱和蒸汽的焓，kJ/kg；i1，i2锅炉进、出热水的焓，kJ/kg；所以，2锅炉反平衡热效率%锅炉正平衡只能求得锅炉的热效率，不能据此研究和分析影响锅炉热效率的种种因素，以寻求提高热效率的途径。而反平衡则是依据对各种热损失的测定来计算其锅炉热效率。对小型锅炉而言，一般以正平衡为主，反平衡为辅。对于大型锅炉，由于不易准确测定

35、燃料消耗量，其锅炉热平衡主要靠反平衡求得。第三章第57页/共154页3.1 3.1 锅炉热平衡及锅炉热效锅炉热平衡及锅炉热效率率 r-汽化潜热，kJ/kgW-蒸汽湿度热平衡试验在精度上有一定要求：(1)只进行正平衡试验，要求应进行两次测试偏差在4%以内(2)同时进行正、反平衡实验时，两种方法测试偏差应在5%以内(3)只以反平衡法进行测定时，两次测试偏差应在6%以内3锅炉的毛效率及净效率锅炉的毛效率通常所指的锅炉效率都是毛效率锅炉的净效率 是在毛效率基础上扣除锅炉自用汽和电能消耗后的效率。式中自用汽和自用电能消耗所相当的锅炉效率降低值Dz自用汽消耗量，t/h；Nz自用电耗量，kWh/hb生产每度

36、电的标准煤，kg/kWh，取0.407kg/kWh第三章第58页/共154页3.2 3.2 固体不完全燃烧热损失固体不完全燃烧热损失 一、形成灰渣损失 ：未参与燃烧或未燃尽的碳粒与灰渣一同落入灰斗所造成的损失。漏煤损失 ：部分燃料经炉排落入灰坑造成的损失。对于煤粉炉，则飞灰损失 ：未燃尽的碳粒随烟气带走所造成的损失二、影响因素1燃料特性对q4的影响 当燃用灰分含量高和灰分熔点低的煤时，它的固态可燃物被灰包裹，难以燃尽，灰渣损失大。当燃用挥发物低而焦结性强的煤时，燃烧过程主要集中在炉排上，燃烧层温度高，较易形成熔渣，阻碍通风，既加重司炉拨火的工作量，又增加灰渣损失。当燃用水分低，焦结性弱而细末又

37、多的煤时，特别是在提高燃烧强度而增强通风的情况下，飞灰损失就增加。第三章第59页/共154页3.2 3.2 固体不完全燃烧热损失固体不完全燃烧热损失 2燃烧方式对q4的影响：不同燃烧方式的q4数值差别很大，如机械威风力抛煤机炉的飞灰损失就较链条炉大。煤粉炉没有漏煤损失，但它的飞灰损失却比层燃炉大得多。沸腾炉在燃用石煤或煤矸石时，飞灰损失将更大。3炉子结构对q4的影响 层燃炉的炉拱，二次风以及炉排的大小，长短和通风孔隙的大小等对燃烧都有影响。如炉排的通风孔隙较大面又燃用细末多的燃料时，漏煤损失就会有较大的增加。煤粉炉炉膛的高低、燃烧器布置的位置等也对燃烧有影响。如炉膛尺寸过小，烟气在炉内的流程及

38、停留时间过短，燃料来不及燃尽而被烟气带走，使飞灰损失增大。4锅炉运行工况对q4的影响 运行时锅炉负荷增加，相应地穿过燃料层和炉膛的气流速度迅速增加，以致飞灰损失也加大。此外，层燃炉运行时的煤层厚度、链条炉炉排速度以及风量分配，煤粉炉运行时的煤粉细度及配风操作等对q4也有影响。过量空气系数对q4也有影响，如 太低，q4会增加，而随稍增，则q4会有所降低。第三章第60页/共154页3.2 3.2 固体不完全燃烧热损失固体不完全燃烧热损失 三、固体不完全燃烧热损失的测定和计算1测定数据在锅炉正常运行工况下，定时收集：、（kg/h）取样分析：(1)可燃物百分数：Rhz、Rlm、Rfh(%)；(2)可燃

39、物的发热量：（kJ/kg）2计算公式（kJ/kg）%（kJ/kg）（kJ/kg）（kJ/kg）第三章第61页/共154页3.2 3.2 固体不完全燃烧热损失固体不完全燃烧热损失 3灰平衡方程热平衡试验中，飞灰量很难准确测定，一般通过灰平衡方法解决灰平衡：进入炉内燃料的总灰量应等于灰渣、漏煤及飞灰之和令：,则：灰平衡方程为：上式两边分别乘以第三章第62页/共154页3.2 3.2 固体不完全燃烧热损失固体不完全燃烧热损失%第三章第63页/共154页3.3 3.3 气体不完全燃烧热损气体不完全燃烧热损失失q3 q3 一、气体不完全燃烧热损失的形成 q3是由于部分CO、H2、CH4等可燃气体未燃烧放

40、热就随烟气排出所造成的。二、影响因素1炉子结构的影响炉膛高度不够或炉膛体积太小，烟气流程过短，使烟气中一些可燃气体未能燃尽而离开炉子，增大q3损失。当炉内水冷壁布置过多时，会使炉膛温度过低，不利于燃烧反应，也会增大q3损失。2燃料特性的影响一般挥发份高的燃料，在其它条件相同时，q3损失相对要大一些。3燃烧方式的影响炉子的过量空气系数、二次风的引入和分布以及炉内气流的混合与扰动等都影响q3的大小。a取得过小；a取得过大；层燃炉燃料层过厚；当负荷增加时第三章第64页/共154页3.3 3.3 气体不完全燃烧热损气体不完全燃烧热损失失q3 q3 三、气体不完全燃烧热损失的测定及计算1测定用烟气分析方

41、法测出 （Nm3/kg燃料）2计算公式%式中：，Nm3/kg燃料：是考虑固体不完全燃烧的修正；实际燃烧的燃料量CO2、H2、CH4：干烟气中CO、H2、CH4的容积百分数，由热平衡试验通过验器分析仪测得。由于实际运行中，烟气中H2、CH4的含量极少，可忽略不计，计算简化：第三章第65页/共154页3.3 3.3 气体不完全燃烧热损气体不完全燃烧热损失失q3 q3 3缺少元素成分资料时第三章第66页/共154页3.4 3.4 排烟热损失排烟热损失 排烟热损失：是指由排烟所带走的热量损失，烟气离开锅炉排入大气时，其温度比进入锅炉的空气温度高很多。一、形成及其影响因素 影响排烟热损失的主要因素是排烟

42、温度和排烟容积1排烟温度排烟温度越高，排烟热损失越大。一般排烟温度每提高1215，q2将提高1%。排烟温度过低经济上是不合理的，甚至技术上是不允许的。（1）因尾部受热面处于低温烟道，烟气与工质的传热温差小，传热较弱，若排烟温度降得过低，传热温差也就更小，换热所需金属受热面就大大增加。（2）为了避免尾部受热面的腐蚀，排烟温度也不宜过低。当然用含硫分较高的燃料时，排烟温度相应要高一些。因此必须根据燃料与金属耗量进行技术经济比较来合理确定排烟温度。供热锅炉的排烟温度在150200范围内。第三章第67页/共154页3.4 3.4 排烟热损失排烟热损失 2排烟容积影响排烟容积大小的因素有炉膛出口过量空气

43、系数，烟道各处漏风量及燃料所含水分。如炉墙及烟道漏风严重，过量空气系数大，燃料水分高，则排烟容积就大，排烟损失就增加。为了减少排烟损失，必须尽力设法减少炉墙烟道各处的漏风，在锅炉安装施工时应重视炉墙，烟道等砌筑的严密性。3锅炉最佳过量空气系数的确定炉膛出口过量空气系数的大小，应注意到它不仅与q2有关，还与q3、q4有关。减小出口过量空气系数，q2可以降低，但q3、q4会增加。所以合理的值应使q2、q3、q4三项热损失的总和最小，即：所对应的出口过量空气系数第三章第68页/共154页3.4 3.4 排烟热损失排烟热损失 经验公式：%二、计算公式%第三章第69页/共154页3.5 3.5 散热损失

44、散热损失 一、形成(1)炉墙砌制质量及保温材料的性能(2)层燃炉操作情况，如拨火、观火、清炉、投煤等二、影响因素(1)炉体表面积(2)炉体表面温度(3)炉墙结构形式（光管式比水膜式大）(4)炉墙保温层性能(5)周围环境温度(6)锅炉负荷大小第三章第70页/共154页3.5 3.5 散热损失散热损失 三、计算公式1计算式中：锅炉散热表面积，m2；锅炉散热表面的放热系数，W/m2锅炉散热表面的温度，2查图当锅炉实际蒸发量与额定量相差超过25%时，实际散热损失为：%其中：查图值，%D、D锅炉的额定蒸发量和实际蒸发量，t/h3推荐值p101表2-20第三章第71页/共154页3.5 3.5 散热损失散

45、热损失 四、保温系数保温系数表示烟气在烟道中的放热量有多少被烟道中的受热面所吸收，也就是说烟气在烟道中的放热量和保温系数的乘积等于烟道受热面的吸热量。第三章第72页/共154页3.6 3.6 其它热损失其它热损失 一、组成%二、灰渣物理显热损失由于锅炉中排出的灰渣及漏煤的温度一般在600800造成的热损失。层燃炉：；煤粉炉：固态排渣当，液态排渣：；沸腾炉：kJ/kg%第三章第73页/共154页3.6 3.6 其它热损失其它热损失 三、冷却热损失是锅炉冷却部件所用的冷却水未进入锅炉汽水系统时造成的热损失。%式中：Hlq：面向炉膛的水冷面积；m2；116103：无测定数据时，假定每m2水冷面积所吸

46、收的热量，W/m2Qgl：锅炉每小时有效吸热量，W。第三章第74页/共154页第四章第四章 燃烧原理及燃烧设备燃烧原理及燃烧设备4.1燃料燃烧的基本概念4.2手烧炉、链条炉、抛煤机链条炉及其燃烧特点4.3煤粉炉4.4煤气燃烧原理返回4.5 重油燃烧原理4.6.6 流化床及循环流化床燃烧技术第75页/共154页4.1 4.1 燃料燃烧的基本概念燃料燃烧的基本概念 第四章锅炉燃烧是个复杂的化学物理过程，其影响因素很多。一、燃烧设备的分类1.层燃炉固体燃料被层铺在炉排上进行层状燃烧的炉子，如：手烧炉、链条炉、抛煤机炉等；2.室燃炉燃料呈雾状细颗粒随空气喷入炉内呈悬浮状燃烧的炉子，如：煤粉炉、油炉、气

47、炉等；3.沸腾炉燃料被气流托起携带呈上下翻滚沸腾状燃烧的炉如：流化床、鼓泡床、循环流化床、增压流化床等；二、固体燃料的燃烧过程1.燃料燃烧的几个阶段：第76页/共154页4.1 4.1 燃料燃烧的基本概念燃料燃烧的基本概念 着火前的热力准备阶段；挥发份着火与焦炭的燃烧阶段；灰渣形成及燃尽阶段。二、固体燃料的燃烧过程1.燃料燃烧的几个阶段：2.燃料完全燃烧的必备条件保持一定的高温环境；供给足够而适度的空气量，并确保燃料与空气有良好的接触和充分混合的氛围；燃料要有一定的燃烧时间及燃烧空间；及时排出低温燃烧产物（如：低温烟气和灰渣）。第四章第77页/共154页4.1 4.1 燃料燃烧的基本概念燃料燃

48、烧的基本概念 三、燃料的燃烧反应速度锅炉燃烧过程是个复杂的化学物理过程，燃烧速度取决于化学条件和物理条件。反应速度单位时间内、单位体积中反应物消耗或产物生成的摩尔数，mol/(m3s)。燃烧技术中常采用炉膛容积热强度qv和面积热强度qf来表征燃烧反应速度。1.化学条件：燃料氧化反应的化学反应速度，其影响因素有：温度、反应物质的浓度及反应空间的压力等；在锅炉燃烧技术中，其影响因素主要是温度。2.物理条件：燃烧空气与燃料的相对速度，气流扩散速度及热量传递速度等；在锅炉燃烧技术中，起主要作用的是气流扩散速度，包括氧气向碳粒表面的扩散和燃烧产物的反向扩散。单相反应；多相反应（异相反应）对单相反应，反应

49、速度为：第四章第78页/共154页4.1 4.1 燃料燃烧的基本概念燃料燃烧的基本概念 影响反应速度的因素：反应物质（燃料）的特性，E降低，反应速度提高；温度，温度提高，分子平均动能增加，碰撞机会增加。浓度：提高，碰撞机会增加压力：提高，单位体积分子数增加，碰撞机会增加l其中温度是最重要的燃烧反应影响因素，1.温度对燃烧速度的影响遵循阿累尼乌斯定律：式中：K表征化学反应速度的常数；K0频率因子；R通用气体常数，R8.314kJ/(mol.K)；E化学反应活化能，T绝对温度，K。第四章第79页/共154页4.1 4.1 燃料燃烧的基本概念燃料燃烧的基本概念 2.气流扩散能力对燃烧速度的影响气流扩

50、散能力决定于氧气浓度，遵循如下关系式：M表征气流扩散速度的量；Dk扩散速度常数，主要取决于气流速度；Cql，Cjt、气流和焦炭表面的氧气浓度。温度和气流扩散速度在燃料燃烧不同区段有着不同的影响。由此燃料的燃烧过程可以分成三种不同的燃烧区域：燃烧速度取决于温度亦即取决于化学反应速度的工况，动力燃烧工况所在的燃烧区域为动力燃烧区动力燃烧区：扩散燃烧区：过渡燃烧区：燃烧速度取决于气流的扩散速度的工况，扩散燃烧工况所在的燃烧区域为扩散燃烧区动力燃烧区及扩散燃烧区之间的区域为过度燃烧区第四章第80页/共154页4.1 4.1 燃料燃烧的基本概念燃料燃烧的基本概念 层燃炉燃烧d1525mm的煤块时，温度只