锅炉及锅炉房设备

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蓝字：粗略看看红字：结合教材和PPT详细看看第一章锅炉及锅炉房设备的基本知识锅炉的基本构造和工作过程：最根本的组成是汽锅和炉子两大部分。燃料在炉子里燃烧，将它的化学能转化为热能，高温的燃烧产物——烟气，则通过汽锅受热面把热量传递给汽锅中温度较低的水，水被加热或进而沸腾汽化，产生蒸汽。基本构造：汽锅：锅筒、管束、水冷壁、集箱和下降管等组成，它是一个封闭的汽水系统。炉子：煤斗、炉排、炉膛、除渣板、送风装置等组成，是燃烧设备。其他：安全阀、水位表、高低水位报警器、压力表、主汽阀、排污阀、止回阀等，保证安全正常运行；另外还有吹灰器，以提高锅炉运行的经济性。工作过程：（1）燃烧过程：将燃料的化学能转变为高温烟气的热能保证良好燃烧需具备的条件：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（2）传热过程：将高温烟气的热能转变为工质热能（3）水的受热和汽化过程：这是蒸汽产生的过程，包括水循环和汽水分离过程。最终目的：锅炉工作的最终目的是使工质达到给定的参数锅炉的基本特性蒸发量D：蒸汽锅炉每小时所产生的额定蒸汽量，用以表征锅炉容量的大小单位t/h额定热功率Q：供热锅炉也可用额定热功率来表征单位MW锅炉的蒸汽（或热水）参数：指锅炉出口处的蒸汽压力（表压力）P（MPa）和蒸汽温度t（℃和K）。生产饱和蒸汽蒸汽的锅炉，一般只需标注其压力；生产过热蒸汽或热水的锅炉必须同时标明其压力和温度。工业锅炉的铭牌由三部分组成第一部分：分三段。表示锅炉本体形式、燃烧设备形式或燃烧方式、锅炉容量第二部分：蒸汽锅炉分两段，斜线相连。表示额定蒸汽压力MPa、过热蒸汽温度℃（饱和则无）热水锅炉分三段，斜线相连。表示额定出水压力MPa、额定出水温度，额定进水温度 第三部分：燃料种类代号教材举例：SHL10-1.25/350-WII：双锅筒横置式链条炉排锅炉，额定蒸发量10t/h，额定工作压力1.25MPa，出口过热蒸汽额温度350℃，燃用II类无烟煤的蒸汽锅炉。QXW2.8-1.25/95/70-AII：强制循环往复炉排锅炉，额定热功率为2.8MW，额定出水压力为1.25MPa，额定出水温度为95℃，额定进水温度为70℃，燃用II类烟煤的热水锅炉。LDR0.5-0.4：立式电加热锅炉，额定蒸发量为0.5t/h，额定工作压力为0.4MPa的蒸汽锅炉。课件举例：DZL4-1.25-ASHP20-3.9/450-PWNS2.8-1.25/70/130-YCQXW1.4-0.7/90/120-W锅炉房设备的组成：（1）锅炉本体：汽锅、炉子、蒸汽过热器、省煤器、空气预热器。后三者统称锅炉附加受热面，其中省煤器和空气预热器又称为尾部受热面。（2）锅炉房的辅助设备：给水设备、通风设备、燃料供应及排渣除尘设备、检测仪表和自动控制设备。第二章燃料与燃烧计算无论是固体、液体或气体燃料，它们都是由可燃质——高分子有机化合物和惰性质——多种矿物质两部分混合而成。燃料的化学成分及含量，通常是通过元素分析法测定求得，其主要组成元素有碳、氢、氧、氮、硫五种，此外还包含有一定数量的灰分（A）和水分（M）。燃料的上述组成成分，称为元素分析成分。对于固体燃料，组成成分还可以通过工业分析法测定，工业分析成分有水分、挥发分（V）、固定碳（）和灰分。燃料的元素分析成分碳：决定煤的发热量的主要元素，煤的碳含量愈高，其发热量也愈高。但纯碳不易着火，含碳量高的煤，无论着火和燃烧均较困难。燃料中的碳不是以单质形状存在，而是与氢、硫、氧、氮等结合成高分子有机化合物。氢：氢是燃料的另一重要可燃元素。其发热量比碳高，且十分容易着火燃烧，是燃料中最有利的元素。但在燃烧过程中容易析出炭黑而冒黑烟，造成大气污染。氧及氮：氧和氮是燃料中的不可燃成分。硫：是燃料中的有害元素。当与烟气中水蒸气相遇会生成亚硫酸和硫酸，对锅炉尾部受热面将产生严重腐蚀；如果将它们排入大气，会污染环境。灰分： 煤中灰分含量多，可燃成分相对减少，着火和燃烧都会发生困难，而且，受热面也容易积灰，如提高烟速则又将加剧受热面的磨损。水分：固体燃料的水分由外在水分和内在水分组成。燃料成分分析数据的基准与换算收到基（ar）：以收到状态的煤为分析基准，也即对进厂原煤或炉前应用燃料取样，以它的质量作为100%计算其各组成成分的质量百分数含量。这种分析数据，称为收到基成分。空气干燥基（ad）：在实验室的条件（温度20±1℃相对湿度65±1%）下进行自然干燥（除去外在水分）后的燃料的基准。干燥基（d）：干燥基是假想无水状态的煤为基准。干燥无灰基（daf）：干燥无灰基是除去全部水分和灰分的燃料作为分析基准。发热量计算P23挥发分：挥发物不是以现成存在状态存在于燃料中的，而是在燃料加热中形成的。煤的挥发分大小，大致代表着煤的煤化程度。焦结性：焦结性是煤的又一重要的燃烧特性，它对煤在炉内的燃烧过程和燃烧效率有着很大影响。譬如，在层燃炉的炉排上燃用焦结性很弱的的煤，因焦呈粉末，极易被穿过炉层的气流携带飞走，使燃烧不完全，还可能从炉排通风空隙中漏落，遭成漏落损失。如果燃用焦结性很强的煤，焦成块状，焦炭内的质点难于与空气接触，使燃烧困难；同时，层炉也会因焦结而粘连成片失去多孔性，既增大阻力，又使燃烧恶化。所以，层燃炉一般不宜燃用不粘结或强粘结的煤。灰熔点：对锅炉工作有较大的影响。灰熔点低，容易引起受热面结渣。熔化的灰渣会把未燃尽的焦炭裹住而妨碍继续燃烧，甚至会堵塞炉排的通风孔隙而使燃烧恶化。煤的分类：按干燥无灰基挥发分多少，也即接近于按煤的煤化程度对煤进行分类，煤被划分为褐煤、烟煤、贫煤和无烟煤四类。液体燃料密度：一般来说，燃料油的密度越小，其含氢量越多，含碳量越小，相应的发热量则越高。黏度：黏度是流体黏性的度量，它是一个表征流体流动性能的特性指标。它的大小表示燃料油的易流动性、易泵送性和易雾化性的好坏。粘度大，流动性能差，在管内运输时阻力就大，燃料油的装卸和雾化都将会发生困难。目前，我国锅炉常用的燃料油和重油两大类。柴油一般用于中、小型供热锅炉、生活锅炉以及大型锅炉的点火和稳定燃烧；重油则大多用于电站锅炉。气体燃料按获得的方式分：有天然气体燃料和人工气体燃料两大类。天然气体燃料：有气田气、油田气和煤田气三种。由自然界中直接开采和收集的、不需加工即可燃用的气体燃料人工气体燃料：锅炉使用的主要由以下几种，即气化炉煤气、焦炉煤气、高炉煤气、油质气、液化石油气和沼气等。气体燃料特点（优越性） （1）基本无公害，有利保护环境。硫分和灰分含量少，燃烧后硫、氮的氧化物含量极低。（2）运输方便，使用性能优良。燃烧过程热损失少，提高了锅炉热效率。（3）易于燃烧调节。热值易于调节缺点：其中一些组分具有一定毒性；泄漏量达到一定浓度会引起爆炸。第一章：锅炉的热平衡锅炉的热平衡是基于能量守恒和质量不灭的规律，研究在稳定工况下锅炉的输入热量和输出热量及各项热损失之间的平衡关系。研究的目的，在于掌握和弄清楚锅炉燃料的热量在锅炉中的利用情况，有多少被有效利用，有多少变成了热量损失；这些损失的热量体现在哪些方面以及产生的原因。通过热平衡不但可以求出锅炉的热效率和燃料消耗量、更重要的是可以寻求提高锅炉热效率的途径。1kg燃料的锅炉热平衡方程如下：kJ/kg：锅炉的输入热量，kJ/kg：锅炉的输出热量，即锅炉有效利用热量：排烟损失热量，即排出烟气所带走的热量：气体不完全燃烧损失热量：固体不完全燃烧损失热量：锅炉散热损失热量，由炉体和管道等热表面散热损失掉的热量，称为锅炉散热损失掉的热量：灰渣物理热损失热量锅炉效率：%锅炉热效率正平衡法：锅炉效率为输出热量即有效利用热量占燃料输入锅炉热量的份额。反平衡法：在实际试验过程中，往往测出锅炉的各项热损失，用上式来计算锅炉热效率。固体不完全燃烧热损失：是由于进入炉膛的燃料中，有一部分没有参与燃烧或未燃尽而被排出炉外引起的热损失。对层燃炉而言，主要由灰渣、漏煤、烟道灰和飞灰四项组成。固体不完全燃烧热损失是燃用固体燃料的锅炉热损失中的一个主要项目。影响固体不完全燃烧热损失的因素：有燃料特性、燃烧方式、炉膛结构及运行情况等。气体不完全燃烧热损失是由于烟气中残留有诸如，，等可燃气体成分而未释放出燃烧热就随烟气排出所造成的热损失。气体不完全燃烧热损失的大小与炉子的结构、燃料、燃烧过程的组织以及运行操作水平等因素有关。排烟热损失：由于技术经济条件的限制，烟气离开锅炉排入大气时，烟气温度比进入锅炉的空气温度要高很多，排烟所带走的热量损失简称为排烟热损失。 影响排烟热损失的主要因素是排烟温度和排烟体积。散热损失：在锅炉运行中，锅炉炉墙、金属构架及锅炉范围的汽水管道、集箱和烟风道等的表面温度均较周围环境的空气温度为高，这样不可避免地将部分热量散失于大气，形成了锅炉的散热损失。影响因素：散热损失的大小主要决定于锅炉散热表面积的大小、表面温度及周围空气温度等因素，它与水冷壁和炉墙的结构、保温层的性能和厚度有关。第四章：燃烧设备按照燃烧方式的不同，它们可划分为如下三类：层燃炉、流化床炉、室燃炉层燃炉煤的燃烧过程划分为如下三个阶段（按教材）燃烧过程：在燃烧过程中，把从氧和燃料可燃物质的混合、扩散至发光放热的剧烈氧化反应完成的整个过程，称为燃烧过程。1.着火前的热力准备阶段。煤进入炉内被除去水分，预热干燥直至烘干。2.挥发物与焦炭的燃烧阶段。着火，煤进一步被加热，挥发分放出并被点燃。3.灰渣形成阶段。燃尽，灰渣逐渐加厚形成灰壳，燃烧速度显着减缓。机械化层燃炉：加煤、拔火和除渣三项主要操作部分或全部由机械代替人工操作的层燃炉。风力抛煤机：借助于告诉气流来播撒燃料，播煤特点为近细远粗；应当采用炉排自前向后的转向机械抛煤机：借助于叶桨的击打来播撒燃料，播煤特点为近粗远细；应当采用炉排自后向前的转向机械-风力抛煤机：先借助于叶桨击打，再借助高速气流来散播燃料，播煤特点近粗远细。应当采用炉排自后向前的转向链条炉排炉P89往复推饲炉排炉燃烧及应用特点：1煤层翻滚，双面引燃，有自破焦、自破渣的能力。2风室高度不受限制，易于实现风室横向的均匀配风。3活动炉排片的头部及高温区炉排易烧损，所以不适用与高热值煤种，而适用与高灰分煤种。4侧密封较困难。5可象链条炉一样，使用炉拱和二次风技术。6适用于较小容量的锅炉。振动炉排炉燃烧及应用特点：（1）微跳跃造成煤粒飞扬，属于双面引燃，同时有拔火作用，不易结焦和结渣，床层中的粒子与空气接触好，燃烧旺盛。煤种适应性较强。（2）飞灰份额大，q4热损失较高。 （3）漏煤严重——共振状态下炉排有筛分作用。（4）炉膛内可以象链条炉一样，使用炉拱或二次风。流化床炉及其特性：流化床燃烧是一种介于层状燃烧与悬浮燃烧之间的燃烧方式，分为两种燃烧阶段。第一阶段称为固定床：当空气以较低气流速度通过料层时，煤粒在布风板上静止不动，料层厚度不变。第二阶段称为流化床：如气流速度继续增大，煤粒间的空隙加大，料层膨胀增高，所有的煤粒、灰渣纷乱混杂，上下翻腾不已，颗粒和气流之间的相对运动十分强烈。鼓泡流化床炉特点：（1）燃料适应性广：适应燃用几乎所有的劣质燃料。（2）燃烧反应强烈：颗粒相对运动十分激烈，与空气混合也很好，粒子不易被吹出炉膛。（3）强化了传热：床内温度均匀，颗粒与管壁碰撞强烈。（4）有利于环境保护：实现脱硫，降低硫氧化物排放。分级送风低温燃烧抑制氮氧化物生成。煤粉炉：煤粉炉和燃油炉及燃气炉，统称为室燃炉。与层燃炉相比，无论在炉子的结构上，还是燃料的燃烧方式上，室燃炉都有自己的特点。第一，他没有炉排，燃料是随空气流进入炉内，燃料燃烧的各个阶段都是在悬浮状态下进行和完成的，其容量的提高不再受炉排面的制造和布置的限制。第二，燃料的燃烧反应面积很大，与空气混合十分良好，可以采用较小的过量空气系数，燃烧速度和效率比层燃炉高。第三，由于燃料在室燃炉中停留时间一般都很短促，为保证燃烧充分完全，炉膛体积较大。第四，燃料适应性广，可以燃用固体、液体和气体燃料。第五，燃烧调节和运行、管理易于实现机械化和自动化。最佳煤粉细度：原则是：找出煤粉细度与制粉电耗以及（q4+q2）热损失之间的关系，再根据煤-电比价折算，使得总和最小的煤粉细度即为最佳煤粉细度。调整的初始数值可以在经验关系=4.0+0.5周围展开。:燃烧器：燃烧器是煤粉炉的重要组成部分，其作用是将煤粉炉和空气送入炉膛，并使它们良好地混合，迅速而稳定地着火燃烧和尽可能地充满整个炉膛空间。目前，在小型煤粉炉上用的较多的燃烧器有直流式和旋流式两种。煤粉炉的炉膛结构 ：煤粉炉的炉膛体积大，有合理的几何形状，炉膛要便于布置水冷壁，从燃烧器到炉膛出口要有足够行程。燃油炉油的雾化：油的雾化质量对燃烧速度和燃烧的完全度起着重要作用。雾化的目的就是提高油的总表面积。油的雾化过程是一个复杂的物理过程，需要消耗能量。按消耗的能量来源，雾化方法分为两类，即依靠诸如蒸汽和空气等雾化介质消耗的能量（如蒸汽雾化油喷嘴）和由机械能提升的油自身的压力，如机械离心式雾化油喷嘴和转杯式雾化油喷嘴。改善燃油炉燃烧的措施：低氧燃烧、分级燃烧燃气炉气体燃料的着火方法有两类：一类是将燃气和空气混合物预先加热，达到某一温度时便着火，称热自燃；另一类是用电火花、灼热物体等高温热源靠近可燃混合气而着火、燃烧，称为点燃或点火。事实上，这两种起因不同的着火现象有时是无法分割的。改善燃气炉燃烧的措施（1）改善气流相遇的条件（2）加强混合、扰动（3）预热燃气和空气（4）旋转和循环气流（5）烟气再循环燃烧设备的选型燃烧设备的选型，主要取决于燃料的物理化学特性（水分、灰分、挥发分、发热量、颗粒度、灰熔点等）、锅炉的蒸发量及负荷特性、环境保护的要求等、同时也必须考虑和兼顾它在制造、安装、运行、维护诸方面的耗钢、耗煤、耗电等技术经济指标。第五章供热锅炉锅炉循着两个方向发展第一个方向，是在锅筒内部增加受热面，形成了烟管锅炉系列。其共同特点是高温烟气在火筒或烟管内流动放热，低温工质——水则在火筒或烟管外侧吸热、升温和汽化。烟管锅炉的特点优点：结构简单，维修方便，容量大，能较好适应负荷变化，水质要求低。缺点：燃烧条件差，传热效果也差，热效率低。锅筒直径大，既不宜提高蒸汽压力，又增加耗钢量，蒸发量也受到了限制第二个方向，是在锅筒外部发展受热面，形成水管锅炉系列。特点是高温烟气在管外冲刷流动而放出热量，汽、水在管内流动而吸热和蒸发。 蒸汽锅炉按其烟气与受热面的相对位置，分烟管锅炉、烟管水管组合锅炉和水管锅炉三类。烟管锅炉的特点是烟气在火筒和为数众多的烟管内流动换热；水管锅炉是水在管内流动，烟气在管外流动而进行换热；烟管水管组合锅炉，则是两者兼而有之，介于烟管锅炉和水管锅炉之间的一种锅炉。热水锅炉优点供热平稳，易于调温。热能利用率高，节约燃料。运行安全，维修费用低。热水采暖供暖半径大。辅助受热面蒸汽过热器根据布置位置和传热方式，过热器可分为对流式、半辐射式和辐射式三种型式。对流式过热器位于对流烟道，吸收对流放热；半辐射式（屏式）过热器位于炉膛出口，呈挂壁型，吸收对流放热和辐射放热；辐射式（墙式）过热器位于炉膛上，吸收辐射放热。供热锅炉采用的都为对流式过热器。省煤器分类原理PPT空气预热器分类原理PPT尾部受热面烟气侧的腐蚀水蒸气在受热面上冷凝会引起氧腐蚀，硫酸蒸汽的凝结液与金属接触则发生酸腐蚀，这两种腐蚀称为低温腐蚀。锅炉三大安全附件：压力表、安全阀、水位表第五章锅炉水循环及汽水分类水和汽水混合物在锅炉蒸发受热面回路中的循环流动，称为锅炉的水循环。由于水的密度比汽水混合物的大，利用这种密度差所产生的水和汽水混合物的循环流动，叫做自然循环；借助水泵的压头使工质流动循环的叫强制循环。在供热锅炉中，除热水锅炉外，蒸汽锅炉几乎都采用自然循环。自然循环基本概念：水自锅筒进入不受热的下降管，然后经下集箱进入布置于炉内的上升管；在上升管中受热后部分水汽化，汽水混合物则由于密度较小向上流动输回锅筒，如此形成了水的自燃循环流动。任何一台蒸汽锅炉的蒸发受热面，都是由这样的若干个自然循环回路组成。实际上，由锅筒进入下降管的水不一定达到饱和温度，也即锅水尚具有一定的欠焓，或叫欠热，所以上升管下端这一区段加热水总是存在的。自然循环锅炉的水循环故障：循环的停滞和倒流的原因停滞：如果个别上升管受热情况非常不良，则会因受热微弱产生的有效运动压头不足以克服公共下降管的阻力，以致可能该上升管的循环流速趋近于零，这种现象称为循环停滞。 倒流：如果接入锅筒水空间的某根上升管受热极差，其运动压头小于共同下降管阻力时，将会发生循环倒流现象措施：为防止循环的停滞和倒流，常采用加大下降管截面积和引出管截面积的办法，以减少循环回路的阻力。汽水分层：在水平或微倾斜的上升管段，由于水、汽的密度不同，当流速低时会出现汽水分层流动。汽水分层的程度取决于流动工况，是否会造成危害则要看这管段的受热情况。发生汽水分离的可能性，随着蒸汽压力的升高和蒸发部分管子直径的增大而增加。下降管带汽：如果下降管入口阻力较大，产生压降，水则可能汽化造成下降管带汽，从而使其平均体积流量增大，阻力增加，对水循环不利。造成下降管带汽的另一个原因，是下降管管口距锅筒水位面太近，上方水面形成漩涡斗而将蒸汽吸入下降管。蒸汽带水：由锅筒引出的蒸汽中含有细微水滴的现象蒸汽带水的微细水滴来源：当上升管引入锅筒水空间时，蒸汽泡上升逸出水面，破裂并形成飞溅的水滴当上升管引入锅筒汽空间时，向锅筒中心汇集的汽水流冲击水面或几股平行的汽水流互相撞击而形成水滴锅筒水位的波动、振荡也会激起水滴。汽水分离装置的任务：使饱和蒸汽中带的水有效地分离出来，提高蒸汽干度，以保证锅炉运行的可靠和满足用户的需要。第八章锅炉设备的通风计算自然通风：仅利用烟囱中热烟气和外界冷空气的密度差来克服锅炉通风流动阻力。机械通风：借助于风机所产生的压头去克服烟、风道的流动阻力。采用机械通风的目的：克服阻力压头，将烟气排放到更高的大气中以保护环境。机械通风的三种方式：负压通风、平衡通风、正压通风通风计算原理：P237在锅炉通风计算中，烟、风道阻力分为沿程摩擦阻力和局部阻力第十章供热锅炉水处理自然界中的水中的杂质按其颗粒大小的不同可分为三类：颗粒最大的称为悬浮物；其次是胶体；颗粒最小的是离子和分子，即溶解物质。天然水中的溶解物质，诸如主要是钙、镁、钾、钠等盐类。 水中溶解的盐类，主要是钙、镁盐类在加热过程中，由于溶解度随温度的升高而降低，使锅水成为某些盐类的饱和溶液，从而产生固相沉淀，粘附在锅炉受热面的内壁成为水垢。水垢的存在使受热面的传热情况显着变坏，从而使锅炉的排烟温度升高，降低了锅炉的出力和效率。锅炉水管内壁结垢后，使管内流通截面减小，水循环的流动阻力增大，影响循环回路正常工作；结垢严重时甚至会堵塞水管，导致管子烧毁。水中融有的氧和二氧化碳，会对锅炉的受热面产生化学腐蚀。金属在电解质中会产生电化学腐蚀作用。供热锅炉水处理主要任务是：降低水中钙、镁盐类的含量（俗称软化），防止锅炉内结垢现象；减少水中的溶解气体（俗称除氧），以减轻对受热面的腐蚀。酸碱性水中氢离子浓度的负对数，表示酸碱性PH<7对金属产生酸性腐蚀给水要求PH>7PH>13溶解金属表面的锅水要求106t/h的锅炉房宜用输煤栈桥等机械 除渣方式的选择1)锅炉房干灰渣排放量C<1t/h，宜采用半机械或机械化除渣，螺旋、马丁、斜轮式等2)锅炉房干灰渣排放量C=1~2t/h，宜采用建议机械化、机械化或低压水力除渣3)锅炉房干灰渣排放量C>2t/h，宜采用机械化或低压水力冲渣锅炉大气污染物排放标准锅炉排烟中的烟尘由两部分组成，一部分是煤烟即炭黑，它是煤受热分解析出的一些微小炭粒，在炉膛中不能完全燃烧。另一部分是“尘”，尘是高温烟气带出的飞灰和一部分未燃尽的焦炭细粒。锅炉烟尘的防治1.提高燃烧技术，完善燃烧过程2.装设除尘设备选配除尘器应考虑的因素PPT1.烟气量2.排烟的含尘浓度3.烟尘的分散度