锅炉及锅炉房设备(1-6章) 20110829 - 副本

锅炉及锅炉房设备广东石油化工学院田红2020/4/221冷空气烟气烟气烟气烟囱引风机除尘器空气预热器细微灰粒飞灰（二次风）灰渣沟原煤排粉风机（一次风）烟气烟气给煤机磨煤机燃烧器炉膛水平烟道尾部烟道原煤风、粉风、粉未燃煤粒灰渣灰渣灰渣灰渣沟排渣装置冷灰斗未燃煤粒未燃煤粒煤、风、烟系统锅炉及锅炉房设备广东石油化工学院田红2020/4/222汽机主凝结水水水汽水混合物给水泵省煤器汽包汽水分离器①化学补充水汽水混合物下降管下联箱水冷壁上联箱导汽管水水水汽水混合物汽水混合物①饱和蒸汽过热蒸汽过热器汽轮机调节级汽、水系统锅炉及锅炉房设备广东石油化工学院田红2020/4/223锅炉的工作过程定义：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连续供应及灰渣和烟气的连续排放燃料的燃烧过程三、锅炉的工作过程锅炉及锅炉房设备广东石油化工学院田红2020/4/2242.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）汽水分离锅炉及锅炉房设备广东石油化工学院田红2020/4/225§1.5锅炉房设备的组成锅炉及锅炉房设备广东石油化工学院田红2020/4/226§1.5锅炉房设备的组成锅炉及锅炉房设备广东石油化工学院田红2020/4/227一、燃料的化学成分及其性质燃料（solid、liquid、gas）可燃基：高分子化合物，成分C、H、O、N、S惰性基：多种矿物质灰分燃料的成分分析：工业分析→水分(M)，固定炭，灰分，挥发分元素分析→C，H，S，O，N，A，M1．碳(C)：主要的燃烧成分，约占50~95%，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2~8%，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)：是燃料中的有害成分，约占可燃成分的0.1～8%，发热量9050kJ/kg，燃烧后的产物是120370ydwQ32866ydwQ锅炉及锅炉房设备广东石油化工学院田红2020/4/228二、燃料成分分析数据的基准及换算3）干燥基——除去全部水分后的干燥燃料作为分析基准2）空气干燥基（分析基）——在实验室条件下（室温20±1℃，相对湿度65±1%），自然干燥后的煤样作为分析基准1．燃料成分表示方法1）收到基（应用基）——以进入锅炉房准备燃烧的煤为分析基准，以质量为100%计算各组成成分的质量分数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。锅炉及锅炉房设备广东石油化工学院田红2020/4/229§2.1燃料的化学成分4）干燥无灰基（可燃基）——将变化较大，对燃烧不利的全部杂质灰分和全部水分除去后的煤作为分析基准燃料的可燃基成分不再受水分和灰分变化的影响，是一种稳定的组成成分，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Vdaf。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2-1。2．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：见表2-1换算系数已知基准成分欲求基准成分锅炉及锅炉房设备广东石油化工学院田红2020/4/2210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§2.2煤的燃烧特性煤的燃烧特性1．发热量2．挥发分3．焦结性4．灰熔点一.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放出的热量（kJ/Nm3）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)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：①H与氧的反应；②燃料中的含水量Wy锅炉及锅炉房设备广东石油化工学院田红2020/4/2211挥发分的燃烧主要在炉膛空间进行：（1）高挥发分煤的燃烧需要较高的炉膛空间以保证挥发分的充分燃烧。（2）低挥发分煤的燃烧是在炉膛底部或者炉排上，此处温度升高较快，注意受热面的布置。锅炉及锅炉房设备广东石油化工学院田红2020/4/2212三、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，即：固定碳和灰渣。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）强膨胀熔融粘结锅炉及锅炉房设备广东石油化工学院田红2020/4/22132．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①烟气流速过大，易被气流携带，形成火床火口；②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①内部固定碳难于与空气接触而燃尽；②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锅炉及锅炉房设备广东石油化工学院田红2020/4/2214灰熔点低的煤易结焦，结焦的危害：（1）结焦可能使尚未燃尽的固定碳穿上“灰衣”影响燃烧，使热损失增加；（2）结焦可能使炉排通风口被堵，阻碍空气进入炉内，使燃烧恶化；（3）结焦若发生在受热面，则使其传热受阻，排烟温度升高，热损失增大，锅炉效率降低，而且由于传热变差，使受热管内介质温差变小，流动压头降低，水循环受影响，进而会导致受热管壁温度升高，影响受热管壁温度升高，影响受热管的安全工作；（4）结焦还使烟道流通断面积减少，通风受阻，使通风机负荷增大，甚至还会引起炉膛正压，既不安全也不卫生。锅炉及锅炉房设备广东石油化工学院田红2020/4/22151、按照挥发分的含量将煤分为:无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤。2、各种煤的特性无烟煤挥发分含量最低的煤，媒质硬，表面闪亮，较难着火，含水量少，主要产地：京西、阳泉、焦作、金竹山等。贫煤Vdaf在6%～19％，也较难着火和燃烬，含水量少，主要产地山西、淄博、铜川等。烟煤Vdaf在20％～40％，较易着火、燃烬，有焦结性，含水量略高，10％左右，主要产地：开滦、大同、平塑、淮南、抚顺、阜新、义马等。褐煤Vdaf在40％～50％，含水量高，20％以上，A含量也多，发热量小，主要产于：元宝山、舒兰、扎兰诺尔、扬宗海。锅炉及锅炉房设备广东石油化工学院田红2020/4/2216§3.1锅炉热平衡及锅炉热效率锅炉热平衡：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3－1(P61)锅炉及锅炉房设备广东石油化工学院田红2020/4/2217§3.1锅炉热平衡及锅炉热效率锅炉热平衡的公式可写为：654321QQQQQQQrkJ／kg(3-la)Qr——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/kg；Q3——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锅炉及锅炉房设备广东石油化工学院田红2020/4/2218§3.2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hzQ4lmQ4fhQ404lmQ1．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。锅炉及锅炉房设备广东石油化工学院田红2020/4/2219§3.2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，如过量空气系数太低，q4会增加，而过量空气系数随稍增，则q4会有所降低。锅炉及锅炉房设备广东石油化工学院田红2020/4/2220§3.3气体不完全燃烧热损失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……锅炉及锅炉房设备广东石油化工学院田红2020/4/2221§3.4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12~15℃，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