锅炉及锅炉房设备的基

第一章锅炉及锅炉房设备的基本知识第一节概述供热系统组成热源、热网和用户动力锅炉将锅炉产生的蒸汽所具有的热能转变为机械能用于发电或直接驱动设备工业锅炉产生的热能直接用于采暖、生产工艺等第二节锅炉的基本构造和工作过程锅炉的基本构成：汽锅(drum)和炉子（furnace）炉子（以SHL型锅炉为例）：包括煤斗、炉排、炉膛、除渣板、送风装置等汽锅：包括锅筒（汽包）、管束、集箱、和下降管等组成的一个封闭汽水系统。锅炉的工作过程燃料的燃烧过程加煤斗——炉排表面——腹中风仓——除渣板烟气向水（汽）的传热过程炉膛四周墙面上的水冷壁管——烟窗处防渣管——蒸汽过热器——对流管束——省煤器——空气预热器水的受热和汽化过程水循环汽水分离锅炉给水——水处理（除硬、除碱、除氧）——水泵加压——省煤器——锅筒水循环回路（两类）锅筒——下降管——下集箱——水冷壁——锅筒受热弱的对流管束——下集箱或下锅筒——受热强的对流管束——上集箱或上锅筒——受热弱的对流管束汽水分离汽水分离设备锅筒自身空间的重力分离作用汽水分离的作用水循环保证烟气侧的金属受热面不会烧坏保证蒸汽品质、过热汽少积盐碱第三节锅炉基本特性的表示一、蒸发量、热功率蒸汽锅炉采用额定蒸发量表示，常用符号：D，单位是：t/h。供热锅炉可用额定热功率表示，常用符号：Q，单位是：MW。热功率与蒸发量之间的关系，可表示为：对于热水锅炉：)(000278.0gsqiiDQ)'(000278.0rsrsiiGQ二、蒸汽（或热水）参数蒸汽锅炉：锅炉出口处，蒸汽的额定压力（表压）和温度标准系列热水锅炉：热水锅炉的允许工作压力和额定出水温度标准系列三、受热面蒸发率、受热面发热率受热面蒸发率——每m2受热面每小时所产生的蒸汽量，用D/H(kg/m2.h)表示。受热面发热率——每m2受热面每小时所产生的热量，用Q/H(kJ/m2.h,或MW/m2)表示。对于一般供热锅炉D/H30~40Kg/m2.h，热水锅炉Q/H23.25KW/m2D/H,Q/H表示锅炉工作强度，该指标大，表明金属耗量少，结构紧凑。四、锅炉的热效率锅炉热效率=载热体或工质吸收热量/燃料完全燃烧所放出的热量一般供热锅炉为60~90%五、衡量锅炉经济性的三个指标锅炉热效率锅炉的金属材料耗量锅炉运行的耗电量金属耗率：相应于锅炉每吨蒸发量所耗用的金属材料的重量，一般为2-6t/t耗电率：每产生1t蒸汽所耗用电的度数，一般为10kw.h/t左右。包括锅炉本体配套辅机，如风机、链条炉排驱动，破碎机、筛煤机，煤粉炉的磨煤机等的耗电量等。六、锅炉型号的表示方法第四节锅炉房设备的组成锅炉房设备包括：锅炉本体和锅炉房辅助设备一、锅炉本体包括：汽锅、炉子、蒸汽过热器、省煤器和空气预热器，后三者为附加受热面，后两者为尾部受热面。过热汽在工业锅炉中较少应用，省煤器在1t/h以上容量的锅炉中一般都有应用，空预器一般在10t/h锅炉上应用。二、锅炉房的辅助设备1.运煤除灰系统煤由皮带运输机送入煤仓，通过炉前小煤斗落入炉排上。灰渣由煤斗放入灰车送出2.送引风系统给炉子送入燃烧所需要空气和从锅炉引出烟气，并使烟气以必需的流速冲刷受热面。通风设备包括送风机、引风机和烟囱减少烟尘污染：除尘器和灰车3.水、汽系统（包括排污系统）水处理设备——除硬（Ca+,Mg+）除氧，水箱给水泵分汽缸排污水——排污降温池或扩容器4.仪表控制系统按锅炉需要监测的参数及重要性不同，可分为四类：1类主要仪表，监测重要参数监测为安全、经济运行或仅为安全运行而必须监测的参数，缺少其中任意参数的仪表，都不允许锅炉投入运行给水压力饱和蒸汽压力过热蒸汽压力及温度汽包水位炉膛负压Ⅱ类重要仪表监测次要参数监测为经济分析或核收费用而必须测量的参数二次风压烟汽含氧量给水温度、流量热风温度排烟温度过热蒸汽温度Ⅲ类辅助仪表监测辅助参数用以帮助分析上述两类参数中的问题送风机出口风压、引风机入口负压过热器管壁温度烟道烟气温度蒸汽含盐量炉水导电度Ⅳ类启动仪表监测起停过程中特别需要监视的参数，如汽包壁温锅炉自动调节系统设置锅炉给水的自动调节系统使给水量跟踪锅炉蒸发量并维持汽包中的水位在工艺允许的范围内一汽包水位为主调节信号，一给水流量为补充信号设置锅炉燃烧的自动调节系统使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要，同时耗要保证经济燃烧和锅炉的安全运行，具体任务包括：汽压调节或热负荷调节保持锅炉燃烧的经济性（燃烧效率最高）维持炉膛负压在一定范围内第二章燃料与燃烧计算第一节燃料的成分分析及换算煤、石油、天然气都是有机的炭化物或碳氢化合物与多种矿物质的混合物。煤是经过不同程度化学改变的分层密集的植物遗体，其中杂有少量无机物质，有时还有动物经细菌降解的产物，此外多少含有一些游离水分泥煤（peat）—褐煤（browncoal）—烟煤(softcoal)（含贫煤）—无烟煤(hardcoal)石油是由古代动植物遗体经过非常复杂的变化而形成的一种粘稠状液体主要有各种烷烃、环烷烃和芳香烃所组成的汇合物燃料的化学成分燃料的种类和特性与锅炉造型、运行操作以及锅炉工作的安全性和经济性有着密切的关系。燃料的化学成分及含量，通常是通过匀速分析法测定求得，主要元素有：碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)和硫(S)，还包括一定数量的灰分(A)和水分(W)对于固体燃料，组成成分还可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（Cgd）和灰分一、燃料的元素分析成分1.碳C(Carbon)燃料的主要可燃元素，约占可燃成分总量的50~95%1kg碳完全燃烧产生33704KJ的热量，是决定煤发热量的主要元素含碳量与煤形成的年代有关，时间越长，含碳量越高。无烟煤最高。煤中的碳不是以单质形态存在的，而是与H、S、O、N等组成高分子有机化合物。碳元素属于难燃物质，含碳量约多的煤，如无烟煤，着火点约稿，不易点燃，需预热，引燃且燃烧时间长。液体燃料含碳量变化范围小，碳构成有机化合物。气体燃料中，碳构成各种烷烃和烯烃类2.氢H(Hydrogen)1Kg氢完全燃烧释放出125600KJ的热量，是燃料中单位发热量最高的元素，且易着火。煤中氢占可燃成分的2~6%，美化程度越高，氢含量越少。液体燃料的氢含量较高，约占10~14%。氢含量高的燃料，容易引高温缺氧而析出碳黑，冒黑烟。3氧O(Oxygen)不可燃，助燃。由于氧占有一定的质量百分比，使单位质量燃料的发热量减少。一部分是以CO2、H2O等化合态存在，一部分是游离态氧，可助燃。煤中氧含量变化很大，随煤化程度的加深而减少。无烟煤只有1~2%，泥煤最高可达可燃成分的35%。液体和气体燃料氧含量很小，液体0.1~1.0%,气体0~1.2%4.氮N(Nitrogen)煤中氮含量仅为可燃成分的0.3~2.5%，液体燃料中氮含量通常在0.2%以下。天然气中氮气含量较少，高炉煤其中最多，高的可达55%左右。在高温下燃烧时，形成氮氧化物NOx(NO、NO2)，是一种有害物质。5.硫S(Sulphur)燃料中的有害元素硫的存在形态：有机硫（与C、H、O等结合成复杂有机化合物）无机硫（硫铁矿硫（FeS2）和硫酸盐硫(CaSO4.2H20FeSO4.7H2O)）有机物硫和硫铁矿硫能参与燃烧，合称为可燃硫。硫酸盐硫不能参与燃烧而转化为灰分，我国硫酸盐硫含量很少，因此一般所说的全硫含量即为可燃硫含量煤中硫含量为克然成分的0.1~8.0%(南方地区的劣质烟煤)。液体燃料以元素硫、硫化氢存在，0.1~8.0%。气体燃料中硫含量很少，主要是H2S。1Kg硫完全燃烧产生9050KJ热量，生成SO2、SO3SO2、SO3与烟气中水蒸气化合生成亚硫酸和硫酸，会造成锅炉尾部受热面的腐蚀。SO2、SO3会对人体和动植物带来危害。1952年伦敦大雾，1972年日本四日市…6水分W(Water)燃料的主要杂质水分在煤中存在的形式外水分（Ww）j机械附着和润湿在燃料颗粒表面及大毛细孔中的水分内水分（Wn）吸附和凝聚在颗粒内部的毛细孔中的水分，又称固有水分。外水分和内水分的总和称为固体燃料的全水分。结晶水（化合物形态）CaSO4.2H2OAl2O3.2SiO2.2H2O煤的水分含量差别很大，一般随煤化成大的增高而减少，低者仅为2~5%，高者可达50~60%（云南昭通褐煤）液体燃料为1~3%，气体燃料中一般含有很微量的水蒸气煤中水分的危害降低可燃成分的比例，减少了煤的发热量]水分气化吸收热量，降低炉膛温度，使燃料着火困难，延长燃烧时间由于水蒸气的存在，烟气容积增大，使烟气带走更多的热量，锅炉热效率降低加剧尾部受热面的低温腐蚀和堵灰好处但对粉末状煤加水，可减少灰损失，楼煤损失，防止产生火口。水分蒸发后，在煤层中会形成孔隙，加大燃料和空气接触面积，有利于燃烧完全。燃料油中水分的危害引起管道和设备的腐蚀增加排烟热损失和输送能耗不均匀的水分含量会导致炉内火焰脉动，甚至熄火燃料油需要进行脱水处理7灰分A(Ash)夹杂在燃料中的不可燃的矿物质，也是燃料的主要杂质煤中灰分含量在10%直至大于50%灰分的危害灰分越多，煤的发热量就降低，着火和燃烧都会发生困难灰熔化后会造成裹碳，造成不完全燃烧损失如果灰的熔点较低，炉排和炉内受热面上还能引起结渣，破坏锅炉正常燃烧和恶化传热过程。灰积沉在管束，影响通风，影响传热灰随烟气流动冲刷受热面，会造成机械磨损随烟气排入大气，污染环境灰分的优点：对于层燃炉，灰分有保护炉排作用，灰分不应小于10%。二、煤的工业分析按煤的燃烧过程进行成分分析，用以判断煤在锅炉中燃烧的特性，据此采取相应的技术措施预热干燥—挥发物溢出—焦炭燃烧—燃尽煤的工业分析成分包括：W(水分)、V(挥发分)、Cgd(固定碳)、A(灰分)1.挥发分（Volatile）在试验室中，失去水分的干燥煤样在隔绝空气下加热至900℃±10℃,约7min煤样所析出的气态物质为挥发物，其百分数含量为挥发分。挥发分的组成可燃气体CO、H2、气态烃类（由C、H元素组成的有机化合物）、少量酚醛CO2水蒸气煤粒被送入炉膛后，由于受热而很快蒸发出水分，变成干燥的煤。然后开始热分解析出挥发分。达一定温度（一般在500℃以上）且与空气城一定比例混合，挥发分钟的气态烃就会首先达到着火条件而燃烧，煤粒周围气温迅速升高，然后引燃煤碳，残留的挥发物继续析出。挥发分析出的速率随时间按指数规律下降煤的挥发分是表征煤的燃烧特性的重要指标，锅炉的炉膛结构和锅炉运行方法都与其含量有关对炉内着火和燃烧影响很大挥发分越多，煤的着火点就越低挥发分逸出后，形成多孔疏松的焦炭，氧气较易渗入焦炭内部，容易燃烧影响炉膛空间大小高挥发分的煤需要有较大的炉膛空间根据煤中挥发分占可燃成分的多少(Crgd+Vr=100%)，可以把煤分为（表征煤的煤化程度）：泥炭70%，褐煤〉40%，烟煤〉20%，贫煤10~20%，无烟煤〈10%2.焦炭和煤的焦结性各种煤的焦炭物理性质、外观差异很大，有的松散成粉状，有的则成为是分坚硬的焦块，焦炭的这种不同焦结性状，成为煤的焦结性按粘结程度分为：1.粉状，2粘着，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煤的焦结性对煤在炉内的燃烧过程和燃烧效率的影响层燃炉不易燃用焦结性很弱、很强的煤。焦呈粉状，密实层状不透风，不能完全燃烧。如层薄，则容易造成火口，大量灌风，影响炉膛温度。部分被吹走或从炉排通风空隙中漏落的焦末，，不再燃烧，造成不完全燃烧热损失焦呈块状，焦炭内的质点难于与空气接触，使燃烧困难。同时，炉层也会因焦结而失去多孔性，即增大阻力又使燃烧恶化。3.灰熔点灰分是燃烧后剩下的杂质，主要成分是：SiO2(223