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锅炉基础知识培训2018年3月1锅炉的基本原理1.1锅炉的基本构造1.2锅炉的工作原理1.3锅炉的工作过程1.4锅炉经济指标1锅炉的基本原理1.1锅炉的基本构造什么是锅炉定义：锅炉是一种生产蒸汽或热水的换热设备，按功能包括两大部分。一部分是通过燃烧煤、油、气及其他燃料，将化学能转化为热能；另一部分是各种形式的受热面，将燃料燃烧释放出的热能通过各种传热方式，传递给炉水使之升温、汽化、过热以产生所需要的蒸汽，或加热所需要的高温热水供动力机械或其他设备使用。锅炉的组成通常燃料的燃烧过程在炉膛内进行，形成炉的概念；蒸汽或热水在锅筒、水冷壁、对流受热面等内部形成，形成锅的概念。形象理解锅：用来装要被加热的水(或其它介质)的容器；炉：加热锅的装置。炉锅锅炉几个重要概念：锅的组成部分：汽包(锅筒)、水冷壁、过热器、省煤器、空气预热器；炉的组成部分：炉膛、燃烧器。锅炉本体：炉膛、燃烧器、锅筒、水冷壁、对流受热面、钢架和炉墙等组成锅炉的主要部件，称为锅炉本体。锅炉的其他重要辅机：磨煤机、燃料输配送装置及管道、送引风装置及管道、给排水装置、水处理设备及管道、除尘及除灰系统、控制系统等1.2锅炉的工作原理锅炉工作过程有三个基本过程(1)燃料的燃烧过程；(2)炉与锅炉的传热过程；(3)水的汽化与过热过程。与之相对应的理论知识是：(1)燃烧原理；(2)传热学；(3)流体力学和工程热力学。流体力学1、什么是流体？流体是液体和气体的总称。流体力学是研究静止流体的力学规律和运动流体的能量转化及能量损失的规律的一门科学。流体的基本物理性质：流动性、惯性、压缩性、膨胀性、粘滞性在流体中液体称为不可压缩流体，气体为可压缩流体液体静压力的基本特性：1、液体的静压力总是垂直并指向作用面的2、液体内任意一点各个方向的静压力均相等工质：进行能量转换的媒介物质叫工质粘滞性：流体之间产生内摩擦力的性质叫流体的粘滞性流体的压缩性：作用在流体上的压力增加，流体的体质将缩小，这种性质叫流体的压缩性膨胀性：流体的体积虽温度变化而变化的性质叫流体的膨胀性惯性:物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质流动性：流体的一直基本特性流量：单位时间内通过管道横截面的液体数量管道的阻力损失：管道的阻力损失分为沿程阻力损失和局部阻力损失沿程阻力损失：流体运动时，由于流体质点与管壁、流体质点之间存在相对运动而产生摩擦而造成的能量损失局部阻力损失：流体流经管路及附件时，出现突然扩大或收缩时，形成涡流，产生较强烈的撞击和掺混，造成的能量损失比热容：单位质量的物质温度升高或降低1℃时所吸收或放出的热量水的加热过程水在定压下被加热时当水开始沸腾时，此时的状态为饱和状态，此时所对应的温度称为饱和温度，对应的压力称为饱和压力，在达到饱和状态后再持续定压加热，则饱和水开始不断的产生蒸汽，此时的蒸汽称为饱和蒸汽，在加热过程中气量增多，水量减少，直至完全气化，在气化过程中温度不变，不含水分的蒸汽称为干饱和蒸汽，含水分的蒸汽称为湿饱和蒸汽，在定压条件下把干饱和蒸汽持续加热，当温度超过饱和蒸汽温度时，达到过热状态，此时的蒸汽称为过热蒸汽汽化潜热：1千克的水在定压条件下加热至完全汽化成同温度下的饱和蒸汽所需的热量，称为汽化潜热节流：当流体经过突然收缩的截面而产生压力下降的现象。热交换：由于温度的不同而引起的两个物体之间或一个物体内各部分之间热力传递的过程热量传递的方式：导热、对流、热辐射导热：是指直接接触的物体各部分之间的热交换过程对流：流体留过壁面时同壁面之间产生的热量交换程对流传热或对流换热热辐射传热：热量以电磁波的形式进行的热交换过程，称为辐射换热影响热量传递的因素：冷热温差、导热系数、厚度、接触面积发热量：1千克的煤完全燃烧时所放出的热量低位发热量：1千克的煤完全燃烧而生成的水蒸汽未凝结成水时，煤所放出的热量燃烧必须具备的三个条件：可燃物质、氧量、着火热源理论空气量：单位数量的燃料完全燃烧时所需要的空气量实际空气量：实际供给燃料燃烧的空气量过剩空气系数：实际空气量与理论空气量之比称为过剩空气系数燃料燃烧的过程：着火前准备阶段燃烧阶段燃尽阶段迅速而完全燃烧的必要条件1、相当高的炉内温度2、合适的空气量3、燃料与空气的良好混合4、充足的燃烧时间1.2.1燃料的燃烧燃料在锅炉炉膛内燃烧。按燃烧方式不同，锅炉可分为：(1)室燃炉，主要用于发电等的大容量锅炉，最小容量75t/h；(2)层燃炉，主要用于生产工业用加热蒸汽或水，一般最大容量75t/h；(3)沸腾炉(循环流化床)，一般最小容量10t/h，最大容量国内做到1000t/h。室燃炉室燃炉所用燃料有煤粉、液体燃料和气体燃料，可分别称为煤粉炉、燃油炉和燃气炉。室燃炉的燃料由输送管道通过燃烧器送入炉膛中燃烧，燃烧所需要的空气由一次风管、二次风管以及三次风管分别送入。注意：可以用固体燃料、液体燃料、气体燃料。煤粉炉示意图层燃炉由手工方式或机械方式向炉膛内送煤或其他固体燃料，在炉排上形成燃料层，燃烧所需的空气由风机送入燃料层下的送风仓，透过燃烧层进行燃烧而产生高温烟气。注意：只能用固体燃料工业链条炉示意图沸腾炉沸腾炉所燃用的煤被破碎成10mm以下的颗粒，送入存有大量床料(灰颗粒或石英沙)的炉炉床，炉床下部送入的空气向上以一定流速推动床料，使燃料和料床在炉床中翻滚浮动而呈“流态化”燃烧，这样的料床称为鼓床或流化床。现在常用的为循环流化床锅炉。注意：沸腾炉的燃料也是固体燃料。循环流化床锅炉1.2.2锅与炉的传热锅炉受热面有两大部分，炉膛受热面和对流受热面。炉膛受热面炉膛受热面又称水冷壁，传热方式主要以辐射换热为主，对于小型工业锅炉，还有部分锅筒表面参与换热。炉膛内，进入炉膛的燃料与空气混合后着火燃烧产生的高温火焰和烟气，通过辐射把热量传递给四周的水冷壁管，水在冷壁管内受热蒸发产生饱和蒸汽。此传热过程，传热量的大小与炉膛受热面、进入炉膛的燃料量多少相关，会使炉膛出口烟温产生相应变化。在一定的燃料量和热空气温度下，炉膛受热面大，传热量随之增加，使炉膛的出口烟温降低；而如果炉膛受热面布置较小时，意味着炉膛出口烟温提高。在锅炉负荷发生变化时，炉膛出口烟温则随负荷的大小而升降。通常炉膛出口烟温：对大型电站煤粉炉，约为1000℃-1200℃；对中小型锅炉，炉膛出口烟温不应低于950℃，其高值按燃料的灰分变形温度为限，且不超过1100℃。如果燃用液体燃料或气体燃料时，由于无结渣问题，可选1200℃左右。炉膛受热面除起到传热作用外，还有保护炉墙的作用。注意：炉膛的换热方式主要以辐射换热为主。对流受热面电站锅炉的对流受热面包括过热器、再热器、省煤器，工业锅炉的对流受热面则包括对流管束、过热器、省煤器。对带有空气预热器的锅炉，空气预热器从传热的角度看，也可作为对流受热面。炉膛烟气出口处，通常布置数排凝渣管束，以对后面的过热管起到保护作用，防止管束外表面结渣。凝渣管束的后方布置过热器，通过对流换热和辐射热将汽包(锅筒)出来的饱和蒸汽加热至所需参数的过热蒸汽，以提高电站的热效率。再热器布置于过热器后部，烟气通过对流换热将从汽轮机高压缸抽出的蒸汽在再热器中加热，称为再热过程，以提高热力循环的热效率和保证汽轮机的排汽干度。注意：过热器的传热方式既有辐射换热又有对流换热。再热器以对流换热为主。对流受热面电站锅炉的对流受热面包括过热器、再热器、省煤器，工业锅炉的对流受热面则包括对流管束、过热器、省煤器。对带有空气预热器的锅炉，空气预热器从传热的角度看，也可作为对流受热面。炉膛烟气出口处，通常布置数排凝渣管束，以对后面的过热管起到保护作用，防止管束外表面结渣。尾部对流受热面有两部分，一是省煤器，它使给水在进入锅筒之前，预先加热到某一温度(通常低于饱和温度或达到饱和温度)；二是空气预热器，空气在进入炉膛之前被加热到一定温度，以改善炉内的燃烧过程，同时降低排烟温度，提高锅炉的热效率。注意：省煤器与空气预热器都是对流受热面。电站锅炉的对流受热面包括过热器、再热器、省煤器，工业锅炉的对流受热面则包括对流管束、过热器、省煤器。对带有空气预热器的锅炉，空气预热器从传热的角度看，也可作为对流受热面。炉膛烟气出口处，通常布置数排凝渣管束，以对后面的过热管起到保护作用，防止管束外表面结渣。凝渣管束的后方布置过热器，通过对流换热和辐射热将汽包(锅筒)出来的饱和蒸汽加热至所需参数的过热蒸汽，以提高电站的热效率。1.2.3水的受热、汽化及过热过程该过程是饱和蒸汽的生产过程。给水加热器使给水加热到145-175℃(中压锅炉)或215-240℃(高压锅炉)，由给水管道将水送到省煤器，水在省煤器中被加热到某一温度后进入锅筒，然后沿下降管下行到水冷壁进口集箱，经适当分配后注入水冷壁管，水在水冷壁管内吸收炉膛内的辐射热后形成和水和饱和蒸汽的混合物，上升进入锅筒内，由汽水分离装置分离，蒸汽由锅筒上部流入过热器，分离下来的水仍参与水冷壁管内的循环。汽水混合物的分离设备是保证蒸汽品质和过热器工作可靠的必要设备。蒸汽流入过热器后继续被加热成具有一定温度和过热度的过热蒸汽。1.3．锅炉的工作过程1.3.1锅炉的燃烧过程什么是燃烧燃烧是燃料中的可燃物质与氧进行强烈氧化化反应的过程，这是一种复杂的物理化学综合过程。它需要具有一定的温度和浓度条件、一定的时间和空间条件。燃料进入锅炉燃烧的基本过程：燃烧炉膛(或炉排)除渣设备。高温烟气水冷壁过热器（凝渣管）对流管束尾部受热面(省、空)除尘引风机烟囱烟气的基本流程是：辐射辐射+对流对流对流1.3.2工质(水)的加热和汽化过程蒸汽的产生过程给水省煤器汽包过热器用户未饱和水饱和水饱和蒸汽过热蒸汽水循环过程汽包下降管下集箱水冷壁1.4锅炉经济指标受热面蒸发率每m2蒸发受热面每小时所产生的蒸汽量，单位kg/m2·h锅炉热效率每小时送进锅炉的燃料（全部完全燃烧时）所能发出的热量中有有百分之几被用来产生蒸汽或加热水，以符号%表示。汽煤比一吨标准煤所能产生的蒸汽量。由于锅炉生产出蒸汽的参数不同，所以产生不同蒸汽参数的锅炉没有可比性。对于工业比较常用。2锅炉房设备2.1锅炉本体及其辅助设备2.2汽包2.3过热器2.4省煤器与空气预热器2.1锅炉本体及其辅助设备2.1.1锅炉本体设备包括：（1）汽锅、炉子、蒸汽过热器、省煤器和空气预热器、燃烧器、锅炉钢架；（2）锅炉附加受热面：蒸汽过热器、省煤器和空气预热器；（3）锅炉尾部受热面：省煤器和空气预热器。2.1.2锅炉房辅助设备（1）运煤、磨煤（储煤系统）、除灰系统；（2）送、引风系统；（3）水、汽系统(包括排污系统)；（4）电气、仪表。2.2汽包2.2.1汽包的做用（1）汽包是加热、蒸发、过热三个过程的连接枢纽，同时作为一个平衡器，保证水冷璧循环所需要的压头；（2）存有一定容量的水与汽，具有相当的蓄热量，当锅炉工况变化时，能起缓冲稳定汽压的作用；（3）装有汽水分离装置，保证饱和蒸汽的品质；汽包的特点（1）装有测量表计与安全附件，水位是锅炉最主要控制的参数；（2）是锅炉安装中时最重的的部件。（3）制造工艺要求高。汽包是锅炉设备中制造工艺用最严格的部件。2.2.2汽水分离装置汽包内部的蒸汽净化装置的任务是减少蒸汽中锅水带杂质溶解问题。对中压和次高压锅炉主要是将锅水从蒸汽中分离出来，对高压锅炉除机械携带外，还要控制蒸汽中溶解的硅酸，而对超高压锅炉溶盐问题更重要的是除硅酸外还有氯化钠的溶解。2.3过热器2.3.1过热器的作用过热器是用来加热提高蒸汽温度的锅炉本体设备。将饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽。2.3.2过热器的特点过热器具有如下特点:(1)过热器是锅炉中金属壁温最高的受热面，对材质要求高。过热器与再热器的高温部分一般采用耐热的合金钢，如12Cr1MoV、10CrMo910、T91等。(2)过热器的阻力不能太大。(3)高热负荷区的过热器工质流速高。一般过热蒸汽的流速可以达到50-60m/s。(4)过热器和再热器出口汽温将随锅炉负荷的改变而变化。(5)过热器和再热器布置受锅炉参数影响。(6)在锅炉点火升炉或汽轮机甩负荷时，过热器、再热器需