锅炉原理考试复习重点

锅炉原理复习BOILERS郭丽霞一、锅炉简介锅炉是一种动力设备。如果要给锅炉下一个科学的定义，那么应该表述为：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。现代大型自然循环高压锅炉所具有的主要部件及其作用如下：（1）炉膛。保证燃料燃尽并使出口烟气温度冷却到对流受热面能安全工作的数值。（2）燃烧设备。将燃料和燃烧所需空气送入炉膛并使燃料着火稳定，燃烧良好。（3）锅筒。自然循环锅炉各受热面的闭合件，将锅炉各受热面联结在一起，并和水冷壁，下降管等组成水循环回路。锅筒内储存汽水，可适应负荷变化，内部设有汽水分离装置等以保证汽水品质，直流锅炉无锅筒。（4）水冷壁。是锅炉的主要辐射受热面、吸收炉膛辐射热加热工质,并用以保护炉墙。后水冷壁管的拉稀部分称为凝渣管用以防止过热器结渣。（5）过热器。将饱和蒸汽加热到额定过热蒸汽温度。生产饱和蒸汽的蒸汽锅炉和热水锅炉无过热器。（6）再热器。将汽轮机高压缸排汽加热到较高温度，然后再送到汽轮机中压缸膨胀作功。用于大型电站锅炉以提高电站热效率。（7）省煤器。利用锅炉尾部烟气的热量加热给水，以降低排烟温度，节约燃料。（8）空气预热器。加热燃烧用的空气，以加强着火和燃烧；吸收烟气余热，降低排烟温度，提高锅炉效率；为煤粉锅炉制粉系统提供干燥剂。（9）炉墙。是锅炉的保护外壳，起密封和保温作用。小型锅炉中的重型炉墙也可起支承锅炉部件的作用。（10）构架。支承和固定锅炉各部件，并保持其相对位置。锅炉的分类1按锅炉用途分类电站锅炉(发电)、工业锅炉(工业生产工艺用汽或供暖)、热水锅炉(民用采暖或供热)。2按锅炉容量分类按时代和技术进步，锅炉机组容量以大、中、小的排序和分类在不断演变，目前300MW以上的机组配置的锅炉为大容量锅炉。二、锅炉的分类方法锅炉的分类3按蒸汽参数（压力）分类低压(P2.5ＭPa)、中压(P3.9ＭPa)、高压(P10.8ＭPa)、超高压(P14.7ＭPa)、亚临界压力(P15.7～19.6ＭPa)、超临界（超过22.1MPa）及超超临界压力(P25～40ＭPa)。4按排渣方式分类固态排渣锅炉、液态排渣锅炉。5按炉膛压力分类负压（微负压）锅炉、正压（微正压）锅炉、增压锅炉。锅炉的分类6按燃烧方式分类①火床炉、②煤粉炉、③旋风炉、④流化床锅炉。7按蒸发受热面循环方式分类①自然循环、②控制循环、③直流锅炉、④低倍率或复合循环锅炉8按所用燃料或能源分为固体燃料锅炉、液体燃料锅炉、气体燃料锅炉、余热锅炉、原子能锅炉和废料锅炉。9按排渣方式分为固态排渣锅炉和液态排渣锅炉。10按锅筒数目分为单锅筒和双锅筒锅炉。11按整体外形（本体布置型式）分为倒U型（Π形布置）、塔型、箱型、T型、U型、N型、L型、D型、A型等。三、锅炉的描述产生蒸汽的锅炉需要用如下四个参数来描述：（1）蒸发量，t/h,kg/s（2）出口蒸汽压力，MPa（3）出口蒸汽温度，℃（4）给水温度，℃我国电站锅炉型号由三部分组成。锅炉的容量、参数和型号锅炉的技术经济指标通常用经济性、可靠性及机动性3项指标来表示。锅炉的性能指标（1）经济性锅炉的经济性主要指热效率、成本、煤耗和厂用电量等。（2）锅炉可靠性锅炉可靠性常用连续运行时间，事故率以及可用率来表示。(3)机动性要求锅炉运行有更大的灵活性和可调性。在电站负荷方面，除基本负荷、调峰负荷外，还应具有承担最低负荷的能力。1、煤的元素分析C+H+O+N+S+A+M=100%四、煤的成分分析2、煤的工业分析在实验室条件下的煤样，通过分析得出水分、挥发分、固定碳和灰分这四种成分的质量百分数称为工业分析。图3-1煤的成分图解元素分析成分和工业分析成分的关系3、煤的成分的计算基准根据煤存在的条件和根据需要而规定的“成分组合”称为分析基准，常用下列四种基准来表示：(1)收到基以收到状态的燃料为基准计算燃料中全部成分的组合称为收到基。以下角标ar表示。(2)空气干燥基煤样在实验室一定温度条件下，自然干燥失去外在水分，其余的成分组合便是空气干燥基。以下角标ad表示。(3)干燥基以假想无水状态的燃料为基准，以下角标d表示。(4)干燥无灰基以假想无水、无灰状态的煤为基准以下角标daf表示。0xxK换算公式为：式中0Kxx——按新基准计算的同一成分的质量百分数，%；——按原基准计算的某一成分的质量百分数，%；——换算系数4、煤的发热量煤的发热量是指单位质量的煤在完全燃烧时放出的全部热量。煤的发热量常用三种规定值表示：弹筒发热量；高位发热量；低位发热量。按照规定，收到基低位发热量为29310KJ/kg的煤为标准煤。规定把相对于每4187kJ(即1000kcal)发热量所含的收到基水分、灰分和硫分，分别称为折算水分、折算灰分和折算硫分。5、煤灰的熔融性煤燃烧后残存的煤灰不是一种纯净的物质，它没有固定的熔点，即没有固态和液态共存的界限温度。当它受热时，由固态逐渐向液态转化，没有明显的界限温度，这种转化的特性就是熔融性。五、煤的分类我国煤的分类方法是采用表征煤化程度的干燥无灰基挥发分Vdaf作为分类指标并将煤分为：褐煤、烟煤、贫煤和无烟煤。一般Vdaf≤10%的煤为无烟煤，Vdaf37%为褐煤，10%Vdaf20%是贫煤，20%≤Vdaf≤37%为烟煤。煤的热重分析：通过热重分析法测定的煤的微分热重曲线DTG也称为燃烧分布曲线，它表示煤样失重率（燃烧速度）随温度变化的规律，是对煤的着火、燃烧性能进行综合判别的依据。不同的煤种当燃烧分布曲线相似时，它们在锅炉中燃烧时的情况也基本相似。下图为几种煤的燃烧分布曲线。图中曲线从左到右的第一小峰B是水分析出峰，第二峰D是燃烧峰。燃烧峰所围的面积对应于煤的可燃质份额。当峰值偏向低温区而且峰值较高，说明煤的反应能强，并容易着火燃烧。而燃烧峰的后段越陡燃尽性能越好。六、燃料燃烧计算1kg固体及液体燃料完全燃烧并且燃烧产物(烟气)中无自由氧存在时，所需要的空气量(指干空气)称为理论空气需要量，简称理论空气量，并以标准状态下(m3／kg)或(kg／kg)来表示。理论空气量=①+②+③－燃料自身所含氧量的折算量按空气中氧的容积成分为21%计算，则1kg燃料燃烧所需的理论空气量V0为kgNmOHOHSCOSHCVararararararararararar/,100265.0R0889.00333.0265.0375.00889.01007.01007.010055.5100866.121.0130在锅炉的实际运行中，为使燃料燃尽，实际供给的空气量总是要大于理论空气量，超过的部分称为过量空气量。实际空气量Vk与理论空V0之比，即称为过量空气系数（用于烟气量计算，用于空气量计算）。0()kVV或当只供给理论空气量时，燃料完全燃烧后产生的烟气量称为理论烟气量。00031.8660.70.80.7910010010011.11.241.611.24,/100100arararyararkwCSNVVHMdVWhNmkg完全燃烧时：实际烟气量=理论烟气量+过量空气量+随同过量空气带入的水蒸气量此式称为不完全燃烧方程式COROO0.605CORO21222系数β称为燃料的特性系数，它只取决于燃料中C、H、O、N、S，而与M和A无关。完全燃烧时，CO＝0要进行锅炉受热面的传热计算，必须知道如何计算空气和烟气的焓。在这里空气和烟气的焓是指在定压条件下，将1kg燃料所需的空气量或所产生的烟气量从0℃加热到t℃（空气）或℃（烟气）时所需的热量，单位为kJ/kg。yharfhfhfhcAhh100为：飞灰焓实际燃烧产物是多种气体的混合物，其焓值等于理论烟气焓、过量空气焓和飞灰焓之和：fhkyyhhhh001飞灰焓相对较小，只有当才考虑。64190,netararfhQAa七、锅炉的热平衡锅炉热平衡是指在稳定运行状态下，锅炉输入热量与输出热量及各项热损失之间的热量平衡。热平衡是以1kg固体或液体燃料为基础进行计算的。通过热平衡可知锅炉的有效利用热量、各项热损失，从而计算锅炉热效率和燃料消耗量。热平衡方程式：KgKJQQQQQQQr/654321rQ1Q2Q3Q4Q5Q6Q–—锅炉输入热量；–—锅炉有效利用的热量；–—排烟热损失；–—化学不完全燃烧热损失；–—固体不完全燃烧热损失；–—锅炉散热损失；–—其他热损失。123456100%qqqqqq锅炉有效利用热是指水和蒸汽流经各受热面时吸收的热量。'''''11zrzrzrgsgrgriiDiiDBQgspwgszyzyiiDiiD'、从锅炉范围以外输入锅炉的热量，不包括锅炉范围内循环的热量，通常有如下几项：zqwrrnetarrQQiQQ,炉膛出口过量空气系数对q2、q3、q4有直接的影响。当αl″增加时，q2+q3+q4先减少后增加，有一个最小值，与此最小值对应的炉膛出口过量空气系数称为最佳过量空气系数。%100baaRx和分别表示留在筛子上和通过筛孔的煤粉质量。筛余量越大，越大，则煤粉越粗，上式中角标x表示筛子的编号或筛孔的尺寸。abaxR八、煤粉制备及系统在实际运行中，应选择使机械不完全燃烧热损失和制粉能耗之和最小的煤粉细度，即最佳煤粉细度或经济煤粉细度。发电厂使用的磨煤机大致分为以下三种。1、低速磨煤机：转动速度为15～25r/min，目前常用的是双进双出的钢球筒式磨煤机、单进单出的钢球筒式磨煤机。2、中速磨煤机：转动速度为50～300r/min，目前常用的是MPS中速磨煤机、RP（或HP）中速磨煤机、MBF中速磨煤机。3、高速磨煤机：工作转速高达750～1500r/min，目前常用的是风扇式磨煤机。各种磨煤机的性能比较制粉系统可以分为直吹式系统和中间储仓式系统两大类。直吹式制粉系统：磨煤机中磨成煤粉后直接将气粉混合物送入锅炉去燃烧的制粉系统。中间储仓式制粉系统：将磨制成的煤粉储存在煤粉仓中，再用排粉机送入锅炉去燃烧，这样的系统，称为中间储仓式制粉系统。中间储仓式和直吹式制粉系统的优缺点：中间储仓式制粉系统需要有煤粉仓、细粉分离器、排粉风机、给粉机等设备，系统复杂庞大，因而建设初投资大。由于系统的设备多，管道长，容易在系统中产生煤粉沉积，增加了煤粉爆炸的危险性。系统中需设置许多防爆装置。系统中负压较大，漏风量大，致使输粉电耗增大，锅炉效率降低。在直吹式制粉系统中，磨煤机磨制的煤粉全部直接送入炉膛内燃烧。因此具有系统简单、设备部件少、输粉管道阻力小、运行电耗低、钢材消耗省、占有空间小、投资少和爆炸危险性小等优点。当锅炉负荷变动或燃烧器所需煤粉增减时，储仓式系统只要调节给粉机就可以适应需要，既方便又灵敏。而直吹式系统要从改变给煤量开始，经过整个系统才能改变煤粉量，因而惰性较大。此外，直吹式系统的一次风管是在分离器之后分支通往各个燃烧器的，燃料量和空气量的调节手段都设置在磨煤机之前，同一台磨煤机供给煤粉的各个燃烧器之间，容易出现风粉不均现象。储仓式制粉系统中，因为锅炉和磨煤机之间有煤粉仓，所以磨煤机的运行出力不必与锅炉随时配合，即磨煤机出力不受锅炉负荷变动的影响，磨煤机可以一直维持在经济工况下运行。即使磨煤设备发生故障，煤粉仓内积存的煤粉仍可供应锅炉需要，同时，可以经过螺旋输粉机调运其它制粉系统的煤粉到发生事故的煤粉仓去，使锅炉继续运行，提高了系统的可靠性。在直吹式系统中，磨煤机的工作直接影响锅炉的运行工况，锅炉机组的可靠性相对低些。负压直吹式系统中，燃烧需要的全部煤粉都要经过排粉机，因此它磨损较快，发生振动和需要检修的可能性就大。而在储仓式系统中，只有少量细煤粉的乏气流经排粉机，所以它磨损较轻，工作比较安全。直吹式制粉系统：中速磨煤机直吹式制粉系统双进双出磨煤机直吹式制粉系统风扇磨煤机直吹式系统：风扇磨煤机适用于水分较高的褐煤，常用热风和高温炉烟混合物作干燥剂