第2章 锅炉本体系统及设备-2

第三节锅炉热平衡及锅炉效率§3-1锅炉热平衡ƒ表征锅炉热量的收支平衡，目的是为了有效地提高锅炉的热效率ƒ示意图ƒ表达式：1kg固体（液体）或1m3标态气体燃料为基准¾Qr送入锅炉的总热量，kJ/kg(kJ/m3)¾Q1锅炉有效利用热，kJ/kg(kJ/m3)¾Q2排烟热损失，kJ/kg(kJ/m3)¾Q3气体（化学）不完全燃烧热损失，kJ/kg(kJ/m3)¾Q4固体不完全燃烧热损失，kJ/kg(kJ/m3)¾Q5散热损失，kJ/kg(kJ/m3)¾Q6炉渣和冷却水带走的热量，kJ/kg(kJ/m3)6123456161234561100%riiiiQQQQQQQQqqqqqqq====+++++=+++++=∑∑第三节锅炉热平衡及锅炉效率ƒ入炉热量Qr¾燃料低位热值¾燃料物理显热：Mar(Qnet.v.ar/628)%计入¾外来热量：蒸汽二次风、外来热源加热空气ƒ热平衡测试¾掌握锅炉和锅炉房设备的性能、完善程度、运行工况和运行管理水平¾确定昀佳运行工况、新产品验收、改造方案的确定、节能环保措施¾执行标准《工业锅炉热工试验规范》（GB10180-88）第三节锅炉热平衡及锅炉效率§3-2锅炉热损失ƒ固体不完全燃烧热损失q4¾形成ƒ漏煤损失ƒ灰渣损失ƒ飞灰损失¾影响因素ƒ漏煤：煤的粒度、炉排结构、煤的热稳定性（焦结性）ƒ灰渣：燃料性质（灰熔点、挥发分）、负荷、操作水平（过量空气系数、煤层厚度、炉排速度、风量分配）ƒ飞灰：燃料特性（燃料粒度、水分含量）、炉子结构（炉膛容积）、负荷、燃烧方式（风力抛煤机、煤粉炉、沸腾炉）、操作水平¾取值：8~15%（20~30%）第三节锅炉热平衡及锅炉效率¾气体不完全燃烧热损失q3（2%）ƒ形成：可燃气体（CO、H2、CH4）未燃烧排出炉外ƒ影响因素¾炉子结构：H↓、停留时间短，q3↑¾燃料特性：Vd↑,着火温度高，q3↑¾负荷↑q3↑¾αl”过大→炉膛温度↓q3↑；过低→O2↓q3↑¾运行操作：二次风、煤层厚度、水分¾排烟损失q2（8~10%）ƒ形成：排烟的温度和体积大于送入炉膛空气的温度和体积ƒ影响因素：¾排烟温度θpy：12~15℃→1%，经济性，安全性（S→低温腐蚀）¾排烟体积Vpy：Vpy↑q2↑，αl”(燃烧方式、(q2+q3+q4)↓)、Mar第三节锅炉热平衡及锅炉效率¾散热损失q5（3%，查表）ƒ形成：炉墙、炉门、构架、管道附件的表面温度大于环境温度ƒ影响因素：¾炉体表面积¾炉体表面温度¾炉墙结构形式：保温层厚度、材料¾水冷壁形式：光管、膜式壁¾环境温度¾锅炉负荷：D↑q5↓¾其他热损失q5（3%）ƒ形成：冷却水、炉渣ƒ影响因素：Ad、θlz、炉排形式、燃料粒度、本体设计的合理性、运行操作水平(煤层厚度、炉排转速、炉温、αl”)第三节锅炉热平衡及锅炉效率§3-3锅炉的热效率及燃料耗量ƒ锅炉的热效率：技术经济指标，反应机组的完善程度和运行管理水平¾定义¾分类ƒ正平衡效率¾用于小锅炉的热效率测定，燃料耗量易测¾简单¾无法分析影响效率的原因ƒ反平衡效率¾复杂、适用于大型锅炉的热效率测定¾可供分析效率和提供提高效率的途径ƒ净效率ηj¾全面分析和比较锅炉机组的经济性¾毛效率扣除自用汽和电耗所相当的效率△η1100%glrQQη=×33..'''3100%,()10()10(kJ/h),(kJ/h)()10(kJ/h)glglglqgspspsgsrnetvarrglrsrsQQDiiDiiQBQQQGiiη=×=−×+−×==−×23456100glqqqqqη=−−−−−第三节锅炉热平衡及锅炉效率ƒ设计效率：重要设计参数，根据燃料、容量、参数、经验取值ƒ鉴定效率：新产品（改造）鉴定、验收，实测（设计参数）ƒ运行效率：在积灰、结构、燃料变化情况下，10%设计效率，用于锅炉房设计→保守ƒ燃料耗量¾定义：每小时燃料耗用量¾计算燃料耗量ƒ汽煤比（水煤比）：粗评估锅炉运行经济性，u=6~73()1029307.6100%zqgszjglglrDiiNbBQηηηη−×+=−Δ=−×3(kg/hm/h)glrglQBQη=或34100()(kg/hm/h)100jqBB−=或3(kg/kgkg/m)DuB=或第四节锅炉汽锅及锅炉水循环§4-1锅炉发展史ƒ生产和工艺的需求¾1765年俄罗斯→蒸汽机：圆球形¾1782年英国→产业革命：圆筒形¾复杂程度、参数、容量、效率↑¾发展历程ƒ水包火：在圆筒形锅炉内部增加受热面→火管→锅壳锅炉ƒ火包水：在圆筒形锅炉外部增加受热面→水管→水管锅炉第四节锅炉汽锅及锅炉水循环§4-2锅炉汽锅结构形式ƒ火管锅炉（锅壳锅炉）¾分类ƒ立式：立式横烟（水）管、立式竖烟（水）管、立式直（弯）水管ƒ卧式：内燃、外然；烟管、水管、烟水管；干背式、湿背式、半湿背式¾特点ƒ烟气走管内，水在火外ƒ金属耗量大，钢老虎ƒ大锅筒、承压能力有限，限制发展ƒ内燃式→炉温低、燃烧不利；纵向冲刷，传热差，θpy低，效率低，煤老虎ƒ水容量大，启动慢ƒ烟管内积灰、外结垢，难清理ƒ结构刚性大，胀口铆接处漏水ƒ结构简单、操作容易、维修方便、水质要求低，小容量¾实例：DZL2-1.3-AI型锅炉、KZL4-1.3-A型锅炉WNS4-0.8-QY型锅炉、立式横烟管锅炉第四节锅炉汽锅及锅炉水循环ƒ水管锅炉¾特点ƒ锅炉史上的飞跃ƒ锅炉容量和参数↑ƒ易于实现强化燃烧和传热的措施ƒ运行维护简单ƒ机械化自动化程度高第四节锅炉汽锅及锅炉水循环¾分类ƒ“A”型锅炉¾特点ƒ锅炉中心对称，上下布置ƒ炉膛在两侧对流受热面之间，散热损失低ƒ炉膛空间高大、对流受热面烟速易于保证ƒ占地面积小，结构紧凑ƒ便于设置轻型炉墙和组装式锅炉ƒ水容量少、启动快，反应灵敏ƒ汽压波动大；飞灰ƒ“D”型锅炉¾特点ƒ锅和炉左右布置，炉形式多样化（链条、往复、燃油、燃气）ƒ便于管束清灰和对流区烟速设计ƒ足够的燃尽室空间→燃尽、降尘ƒ燃烧效率高，结构紧凑，小容量快装ƒ单侧拨火第四节锅炉汽锅及锅炉水循环ƒ“O”型锅炉¾特点ƒ中心对称锅炉，前后布置ƒ结构紧凑、占地面积小ƒ结构设计受限ƒ上锅筒前后工作温度不同，易变形、结垢，水质要求高ƒ组装锅炉ƒ“π”（“M”）型锅炉：SHF4-1.3-S、SHS20-2.5/400-A¾特点ƒ前后布置，大容量锅炉ƒ高参数、水循环不利→辐射受热面↑、对流受热面↓ƒ水冷壁多→水质要求严格、水循环可靠，热效率高第四节锅炉汽锅及锅炉水循环ƒ热水锅炉：采暖¾与蒸汽采暖相比的优点ƒ热惰性大，舒适性好ƒ卫生条件好ƒ供热半径大，有利于实现集中供热ƒ跑冒滴漏少，热损失小ƒ系统维护简单，附件少ƒ水质要求低¾热水锅炉的特点ƒ防汽化ƒ传热温差大，强化传热的手段多（增加介质流速、逆向传热）ƒ水垢析出少，热阻低ƒ结构简单，操作方便ƒ用于采暖的热水锅炉系统水容量大，氧腐蚀突出ƒ水循环动力小第四节锅炉汽锅及锅炉水循环¾防汽化措施ƒ水温低于工作压力所对应的饱和温度-25℃ƒ系统中设计防停电措施：备用电源、柴油发电机等ƒ本体设计中防上升管过冷沸腾（管壁处介质汽化）：增加欠焓ƒ各上升管受热均匀ƒ增大循环回路高度ƒ增大下降管与上升管截面比ƒ垂直布置受热面ƒ运行时按照正确的操作顺序¾热水锅炉实例ƒ强制循环热水锅炉ƒ自然循环热水锅炉ƒDZL1.4-0.7-95-AIIƒDHL14-13.25-130/80-AII第四节锅炉汽锅及锅炉水循环¾蒸汽锅炉改热水锅炉ƒ上锅筒锅内设备：汽水分离、冷热分区、配水（引射）ƒ进水管和出水管管径ƒ省煤器并联进水+旁通ƒ调整个循环回路的上升管和下降管截面比ƒ系统昀高点设集气罐ƒ增大下降管与上升管截面比第四节锅炉汽锅及锅炉水循环§4-3锅炉附加受热面及安全附件ƒ蒸汽过热器¾作用：将来自锅筒的饱和蒸汽加热至过热蒸汽的设备¾种类ƒ传热方式：对流式、辐射式、半辐射式ƒ安装形式：立式、卧式ƒ烟气和蒸汽的流动方向：顺流式、逆流式、双逆流式、混流式¾昀佳流速ƒ烟速：10~15m/sƒ蒸汽：15~25m/s¾注意事项ƒ结垢、停炉排气疏水第四节锅炉汽锅及锅炉水循环ƒ省煤器¾作用：降低排烟温度、提高锅炉热效率¾种类ƒ材质：铸铁、钢管ƒ被加热程度：非沸腾式、沸腾式ƒ介质流动方向：顺流式、逆流式、混流式ƒ结构：可拆式、不可拆式¾铸铁省煤器的要求ƒ出口水温：30℃欠焓ƒ水下进上出ƒ水速0.3~1.0m/sƒ旁通烟道；再循环管ƒ附件设置第四节锅炉汽锅及锅炉水循环ƒ空气预热器¾作用：加热空气，改善燃烧，提高效率¾种类ƒ直热式（表面式、导热式）¾管式：钢管、玻璃管、铸铁；立式、卧式¾板式：易变形ƒ间热式（再生式、回转式）：交替流过受热面¾垂直轴、水平轴¾受热面旋转、风罩旋转¾立式钢管式空气预热器ƒ烟速10~14m/sƒ空气流速5~7m/s第四节锅炉汽锅及锅炉水循环ƒ尾部受热面的低温腐蚀¾地点¾危害：结露→氧腐蚀、酸腐蚀¾原因ƒ水蒸汽露点：30~60℃ƒ酸蒸汽露点：0.005%SO3→150℃¾影响因素ƒSO3含量：Sar、过量空气系数、燃烧温度、灰粒浓度¾措施ƒ脱硫：洗选、强磁（无机硫）；微波辐射、热分解、酸碱处理（有机硫、无机硫）ƒ提高壁温ƒ燃烧脱硫：石灰石、生石灰、白云石ƒ低氧燃烧：αl”1.05ƒ抗腐蚀受热面第四节锅炉汽锅及锅炉水循环ƒ安全附件¾作用：司炉工人的眼睛¾分类ƒ蒸汽锅炉：压力表、水位计、安全阀ƒ热水锅炉：压力表、安全阀¾压力表ƒ作用：测量和显示汽水系统工作压力ƒ要求：¾与汽空间直接连接¾设2只，校验（半年）¾表下设存水弯¾表与存水弯之间设旋塞或三通阀¾位置：省煤器进、出口，锅筒，给水管调节阀前，蒸汽过热器出口与主蒸汽阀之间第四节锅炉汽锅及锅炉水循环¾安全阀ƒ作用：控制工作压力允许工作压力ƒ分类¾工作原理分：杠杆式、弹簧式¾阀芯开启高度分：全升式、非全升式、低升式ƒ要求¾总排放量昀大连续蒸发量¾D0.5t/h，至少设2个：控制、工作；¾铅直安装在锅筒、集箱昀高点；¾安全阀和锅筒、集箱之间不得设出汽管和阀门；¾安全阀应设排汽管，排汽管应直通室外；¾排汽管底部装泄水阀，其上不许加阀门。¾压力设定：1.27MPa,P+0.02(0.04)；1.27~3.82,1.04(1.06)P¾位置：省煤器进出口、上锅筒（蒸汽过热器）第四节锅炉汽锅及锅炉水循环¾水位计ƒ作用ƒ分类扫描¾玻璃管¾平板式ƒ要求¾D=2t/h，至少设2个，设高低水位报警器；¾表上刻有昀高、昀低水位;¾汽水连接管上不设阀门;¾经常冲洗，设放水旋塞和放水管第四节锅炉汽锅及锅炉水循环§4-4锅炉水循环及汽水分离ƒ水循环基本概念¾定义：水和汽水混合物在蒸发受热面中的循环流动¾分类ƒ自然循环：利用水和汽水混合物的密度差ƒ强制循环：借助水泵¾水循环计算的目的：保证水循环可靠，连续的水膜流动¾可靠性指标ƒ循环水量ƒ循环流速ƒ循环倍率第四节锅炉汽锅及锅炉水循环ƒ锅炉自然水循环原理¾简图¾原理ƒ运动压头ƒ流动阻力ƒ有效压头¾自然水循环影响因素ƒ锅筒的工作压力ƒ上升管的受热程度ƒ循环回路高度：0.8MPa→2m；1.3MPa→3.5mƒ循环回路阻力('-)ydqqSHgρρ=xjssyxydssPPPSSP=Δ+Δ=−Δ∑第四节锅炉汽锅及锅炉水循环¾自然循环的可靠性指标ƒ循环流速¾定义：上升管介质流速¾取值：0.2~2.0m/sƒ循环倍率¾定义：K=G/D¾物理意义ƒK=1/xƒK↑w0↓,循环可靠ƒK↓w0↑,撕破水膜，水膜不连续ƒP↑汽化潜热↓，D↑，不可靠（吸热相同）ƒ受热强、H↑，K↓¾取值：供热锅炉K=50~200ƒ循环回路特性曲线¾负荷一定时，w0↑汽水混合物密度↑，Syx↓yxSxjpΔAxhω0ωyxS第四节锅炉汽锅及锅炉水循环¾自然水循环的故障ƒ停滞和倒流¾定义：Syd↓=△Pxj→△Pss=0，w0=0¾原因：并联上升管受热不均¾危害：冷却差、汽水分界面结垢→过热烧损ƒ自由水面¾原因：停滞的管子插入上锅筒汽空间¾危害：水面波动→热疲劳破坏¾措施ƒ加大下降管管径ƒ消除受热不均ƒ汽水分层¾原因：水平或微倾斜管段，w0↓→重力分层作用搅拌作用¾危害：温差应力、交变应力→疲劳裂缝