锅炉与锅炉房设备

锅炉与锅炉房设备04设备主要内容1.锅炉房设备的基本知识2.燃料与燃烧计算3.锅炉的热平衡4.工业锅炉的构造5.锅炉的燃烧设备6.工业锅炉的炉型及其选择7.锅炉房的燃料供应与除灰渣8.锅炉的烟气净化9.锅炉的通风10.锅炉给水处理11.锅炉房的汽水系统12.锅炉房的运行管理1.锅炉房设备的基本知识1.1概述•锅炉的定义利用燃料燃烧释放的热能（或其他热能），将工质加热到一定参数（温度和压力）的设备。•锅炉的分类锅炉按其用途通常可以分为动力锅炉和工业锅炉两种。（1）动力锅炉：用于发电和动力方面的锅炉。动力锅炉产生的蒸汽用作将热能转换为机械能的工质以产生动力，其蒸汽的温度和压力一般都很高。（2）工业锅炉：用于为工农业生产和建筑采暖及人民生活提供蒸汽或热水的锅炉，又称供热锅炉。其出口工质压力一般≤2.5MPa，蒸发量一般为0.1～65t/h。•锅炉及锅炉房设备的任务back安全、可靠、经济有效地将燃料地化学能转化为热能，进而将热能传递给水，以产生热水或蒸汽，或将燃料地化学能传递给其他工质，以产生其他高温工质。•本专业人员地任务力求节约能源消耗，以降低生产成本，提高锅炉热效率；有效地燃用地方性劣质燃料，减少烟尘及各种污染，保护自然环境；提高操作水平，减轻工人地劳动强度，改善工作环境，保证锅炉额定出力及运行效率，安全可靠地供热。1.2锅炉的分类及锅炉房设备的组成（1）锅炉的分类用途：动力锅炉、工业锅炉；输出工质（工业锅炉）：蒸汽锅炉、热水锅炉、导热油锅炉；燃料和能源：燃煤锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉、余热锅炉；燃烧方式（燃煤锅炉）：层燃炉、室燃炉、沸腾炉；锅炉本体结构：烟管锅炉、水管锅炉；锅筒放置方式：立式、卧式锅炉；出厂形式：整装（快装）、组装、散装锅炉；等等。（2）锅炉房设备的组成①锅炉本体：“锅”、“炉”•“锅”－吸热容纳水和蒸汽的受压部件，包括锅筒（汽包）、对流管束、水冷壁、集箱（联箱）、蒸汽过热器、省煤器和管道组成的一个封闭的汽水系统。•“炉”－放热锅炉中使燃料进行燃烧产生高温烟气的场所，是由煤斗、炉排、炉膛、除渣板、送风装置等组成的燃烧设备。②锅炉辅助设备燃料供应与除灰渣系统通风系统水－汽系统仪表控制系统1.3锅炉的主要性能指标（1）蒸发量或热功率蒸发量（Dt/h）：蒸汽锅炉每小时生产的额定蒸汽量。热功率（QMW）：热水锅炉（2）压力和温度锅炉的额定工作压力（P）：蒸汽锅炉出汽口处蒸汽的额定压力或热水锅炉出水口处热水的额定压力。温度（t）：蒸汽锅炉蒸汽过热器出口处的蒸汽温度或热水锅炉的额定出水口供水温度和进口回水温度。（3）受热面蒸发率或受热面发热率受热面蒸发率（D/H）：蒸汽锅炉每平方米受热面每小时所产生的蒸汽量。受热面发热率（Q/H）：热水锅炉每平方米受热面每小时所产生的热量。（4）锅炉热效率锅炉热效率是指送入锅炉的全部热量中被有效利用的百分数，也称锅炉效率（η）。（5）锅炉的金属耗率及耗电率锅炉的金属耗率：相应于锅炉每吨蒸发量所耗用金属材料的重量，也称钢水比。锅炉的耗电率：生产1t蒸汽，锅炉房设备耗用电的总度数。1.4锅炉的规格与型号我国工业锅炉产品型号由三部分组成，各部分之间用短横线相连。△△△××—××/×××－×①②③④⑤⑥①本体形式代号②燃烧设备代号③额定蒸发量（t/h）或额定热功率（MW）④额定蒸汽压力或允许工作压力（MPa）⑤过热蒸汽温度或出水温度/进水温度（℃）⑥燃料种类代号2.燃料与燃烧计算2.1工业锅炉的燃料•燃料的定义可以燃烧并能释放出热能加以利用的物质。•燃料的分类目前，世界上所用燃料可以分为两大类：核燃料、有机燃料。其中，有机燃料按用途可以分为工艺燃料、动力燃料；按物态可以分为：固体燃料、液体燃料、气体燃料。固体燃料：煤、油页岩、稻壳、甘蔗渣等。液体燃料：重油、渣油、轻柴油。气体燃料：天然气、高炉煤气、焦炉煤气、城市煤气。2.2燃料的化学成分（1）燃料的元素分析成分：C、H、O、N、S、A、Mback•碳（C）燃料中主要的可燃成分。1kg碳完全燃烧时可释放33900kJ的热量。含碳量高的煤，发热量也高。但碳的着火点也高，所以含碳量高的煤着火和燃烧均较困难。煤的含碳量随地质年代增长而增加。煤的含碳量约为可燃成分总量的30～90％之间。•氢（H）燃料中重要的可燃成分。1kg氢完全燃烧时可释放125600kJ的热量。氢极易着火燃烧，含氢量高的燃料，不仅发热量高，而且容易着火燃烧。煤中氢的含量只有2～4％左右。地质年代愈久的煤，含氢量愈少。•硫（S）固体燃料中的硫包括三种形态，即有机硫、硫化铁硫和硫酸盐硫。前两种硫能参加燃烧，称为可燃硫，后一种硫不参加燃烧，算在灰分中。可燃硫虽然能够燃烧，但其放热量很少，仅为9050kJ/kg。硫的燃烧产物二氧化硫和三氧化硫气体部分愈烟气中的水蒸气结合生成亚硫酸及硫酸，会对锅炉低温受热面产生腐蚀，另一部分随烟气排入大气中，会污染环境。所以燃料中的硫是一种有害成分。•氧（O）和氮（N）燃料中的不可燃成分。其存在使得燃料中的可燃成分相对减少，使燃烧放出的热量降低。氧的含量随燃料地质年代的增长而降低，氧在无烟煤中仅有1～3％，在泥煤中最高可达35％。氮是一种有害元素。煤燃烧时，部分氮与氧化合生成有害气体，污染大气。氮在煤中的含量占可燃成分的0.5～2.5％。天然气中含氮量较少。液体燃料氮含量通常在0.2％以下。•水分（M）燃料中的主要杂质。由于它的存在，不仅使燃料中可燃元素相对减少，发热量降低，而且燃料燃烧时水分汽化还要吸收热量，使炉膛温度降低，燃烧着火困难，排烟带走的热损失增加，同时还可能加剧尾部低温受热面的低温腐蚀和堵灰。煤中的水分由外水分和内水分两部分组成。内水分是凝聚或吸附在煤炭内部毛细孔中的水分，也称固有水分。内水分要将煤加热到105℃左右并持续一段时间才能除去。外水分是煤炭在开采、贮运过程中受外界影响而吸附或凝聚在煤炭颗粒表面的水分，它可以通过自然干燥除去。•灰分（A）灰分是燃料中不可燃的固体矿物杂质。它不仅使固体燃料的发热量降低，燃烧困难，而且增加运煤、出灰的工作量和运输费用。此外，灰分中一部分飞灰在锅炉中随烟气流动，造成受热面和引风机磨损，排入大气污染环境。若灰的熔点过低，会造成炉排和受热面结渣，影响传热和正常燃烧。固体燃料中灰分含量变化很大，一般为5～50％。液体燃料中灰分很少，在0.1％以下。气体燃料基本不含灰分。（2）燃料成分分析基准固体燃料和液体燃料的组成成分均用质量分数来表示：C+H+O+N+S+M+A=100%四种分析基：收到基、空气干燥基、干燥基、干燥无灰基•收到基用准备燃烧的燃料成分总量为基准进行分析得出的各种成分，称为收到基成分（旧标准称为应用基成分）。其组成为：Car+Har+Oar+Nar+Sar+Mar+Aar=100%•空气干燥基用经自然风干除去水分的燃料成分总量为基准进行分析得出的成分，称为空气干燥基成分（旧标准为分析基），其组成为：Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Mad+Aad=100%•干燥基以烘干除去全部水分的燃料成分总量为基准分析得出的各种成分称为干燥基成分，其组成为：Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%•干燥无灰基以除去水分和灰分的燃料成分总量为基准分析得出的成分称为干燥无灰基成分（旧标准为可燃基，其组成为：Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%干燥无灰基因无水、无灰，故其剩下的成分便不收水分、灰分的影响，是表示C、H、O、N、S成分百分数最稳定的基准，可作为燃料分类的依据。所用的基准不同，同一种燃料的同一成分的百分含量结果是不一样的。燃料的各种基准之间可以互相换算：欲求基成分＝已知基成分×换算系数（不同成分的换算系数可以通过查表求得）•2.3煤的工业分析通过煤的元素分析可以测得煤的各种元素成分含量。但进行元素分析需要比较复杂的仪器和较高的技术，一般单位没有条件进行这项工作。工业分析则比较简单，一般情况下常采用工业分析法。（1）煤的工业分析煤的工业分析是测定煤的水分（M）、挥发分（V）、固定碳（V）、和灰分（A）的含量，用以表明煤的某些燃烧特性。在煤的着火、燃烧过程中，煤中各种成分的变化情况为：将煤加热到一定温度时，首先水分（M）被蒸发出来，接着再加热，煤中的H、O、N、S及部分C所组成的有机化合物便分解，变成气体挥发出来，这些气体称为挥发分（V），挥发分析出后，剩下的是焦炭，焦炭就是固定碳（C）和灰分（A）。再将焦炭加热灼烧至其质量不发生变化时取出冷却，剩余部分即灰分（A）。（2）燃料的发热量•定义燃料的发热量是指1kg燃料（气体燃料为1m3）完全燃烧时所放出的热量，单位为kJ/kg（或kJ/Nm3）。燃料的发热量分为高位发热量和低位发热量。•高位发热量（Qgr）：燃料完全燃烧时放出的全部热量。它包含燃料燃烧时产生的水蒸气的汽化潜热，即认为烟气中的水蒸气完全凝结成水并放出汽化潜热。但是，锅炉实际运行时，烟气离开锅炉时还具有160～200℃的温度，烟气中的水蒸气不可能凝结成水而放出汽化潜热，故锅炉实际能利用的热量不包括水蒸气的汽化潜热。•低位发热量（Qnet）：从高位发热量中扣除水蒸气汽化潜热后的发热量。实际工程中常用收到基低位发热量Qar，net。•燃料发热量的测定目前，国内外均采用氧弹测热仪来测定固体和液体燃料的发热量。煤的空气干燥基高位发热量弹筒发热量有如下关系：•2.4煤的分类（1）煤的分类采用表征煤的煤化程度的参数，即干燥无灰基挥发分Vdaf作为分类依据，将煤分为无烟煤、烟煤、贫煤、褐煤四类。（2）标准煤收到基低位发热量等于29308kJ/kg（7000kcal/kg）的煤。不同情况下的锅炉耗煤量可通过下式换算成标准煤耗量：（3）折算成分引入折算成分的原因：为了比较煤中各有害成分（水分、灰分及硫分）对锅炉工作的影响，更好的鉴别煤的性质。•折算水分：•折算灰分•折算硫分2.5燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算包括：确定燃料燃烧所需的空气量及生成的烟气量。燃料燃烧所需的空气量是组织炉内燃烧，选用送风机并确定送风机管道尺寸的依据；燃烧生成的烟气量是选择引风机、确定烟道尺寸的依据。（1）燃料燃烧所需空气量•理论空气量当1kg收到基燃料中可燃成分完全燃烧，烟气中又无剩余氧存在时，这种理想情况下燃烧所需的空气量称为理论空气量。燃料燃烧所需的理论空气量等于燃料中个可燃元素完全燃烧所需空气量的总和减去燃料自身所含氧气的折算量。•实际空气量在锅炉实际运行时，由于锅炉燃烧技术条件的限制，不可能做到空气与燃料理想的混合。为使燃料尽可能的燃尽（完全燃烧），实际供给的空气量要比计算出的理论空气量多。实际空气量与理论空气量之差称为过量空气（ΔV），而实际空气量与理论空气量的比值称为过量空气系数（α），即：过量空气系数是锅炉运行的重要指标之一。其值偏低时，不能保证完全燃烧，其值偏大时，不参与燃烧的大量冷空气进入炉内吸热，并随烟气排入大气而带走热量，使热损失增大，同时使风机耗电量增加。因此，锅炉运行中应确定合理的过量空气系数，既使燃料完全燃烧，又使各项热损失最小。当锅炉计算燃料消耗量为Bj（kg/h）时，每小时锅炉燃烧所需空气量V应按下式计算：（2）燃料燃烧产生的烟气量•烟气组成成分完全燃烧：CO2、SO2、N2、O2、H2O不完全燃烧：除上述成分外，还有CO、微量的CH4和H等（可忽略）•理论烟气量（经验公式）•实际烟气量烟道中烟气流量•2.6锅炉的烟气分析（1）烟气分析•烟气分析的目的燃料燃烧所产生的烟气的成分及含量直接反映了炉内的燃烧工况，为了验证和判断锅炉实际的运行工况，需要对正在运行的锅炉进行烟气成分分析。通过计算求出烟气量和过量空气系数，借以判别燃烧工况的好坏和漏风情况，以便进行燃烧调整和采取相应的改进措施，提过锅炉运行的经济性。•烟气分析的方法烟气分析方法有多种：化学吸收法、电气测量法、色谱分析法等。目前在锅炉房现场广泛采用的是奥氏烟气分析仪，其原理是利用化学药剂对气体选择性吸收的特性。（2）烟气分析结果的应用根据烟气分析所得的结果和燃料的元素分析成分，计算锅炉的烟气量、烟气中的CO含量、