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1、第一篇 锅炉原理 与结构 第一章 概论 1. 1锅炉的功能 锅炉是一种能量转换装置，除某 些特种锅炉外锅炉的功能是以燃烧的方式将燃 料的化学能尽可能多地转变为载热质（水/蒸汽 ）所携带的热能。 1. 2 锅炉的分类 1) 按燃料分 燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉； 2) 按输出的载热质分蒸汽锅炉、热水锅炉（有/无压)； 3) 按用途分 电站锅炉、工业锅炉（供热锅炉）； 4) 按燃烧方式分 层燃炉（链条炉）、煤粉炉、旋风炉、沸 腾炉（鼓泡流化床锅炉）、循环流化床锅炉； 5) 按工作压力分低压锅炉（2.45 MPa)、中压锅炉（2.49 4.9 MPa)、高压锅炉（ 5.9 9.8 MPa)、超高压
2、锅炉（ 11.8 14.7 MPa)、亚临界压力锅炉（ 15.7 19.6 MPa)、 超临界压力锅炉（ 22 MPa)； 6) 按传热方式分 水管锅炉、火管（锅壳）锅炉； 7) 特种锅炉 太阳能锅炉、电热锅炉（家用电热水器） 、余热锅炉； 8) 按水循环方式分自然循环锅炉（汽包/锅筒锅炉）、 1. 强制循环锅炉（直流锅炉/无汽包/锅筒锅炉）； 9) 按锅炉结构分单锅筒/汽包（纵/横置）、双锅筒/汽 包（纵/横置） 、角管型锅炉； 1. 3 几种常见锅炉的基本构造和工作过程 1) 双锅筒横置链条炉排锅炉的基本結构 燃烧方式为层燃形式，其多用于燃煤的区域 集中供热锅炉房和企业自备热电站，燃料 为
3、各类动力用煤。 2) 双锅筒横置链条炉排锅炉的工作过程 1) 燃料燃烧过程； 2) 烟气向水的传热过程； 3) 水的加热汽化过程； 3. 水在锅炉中加热汽化的热力学过程 2) 卧式三回程烟管锅炉（WNS)的基本結构 这种类型锅炉特点：结构紧凑、环保清洁 多用于高档宾馆、写字楼的供热锅炉房，其燃料为轻 油、天然气/液化气等清洁燃料。 燃烧设备多为燃油/燃气燃烧器也有在燃煤炉上配用 链条炉排的。按燃烧设备是否位于锅筒内又分为内 、外燃两种，不过国内多为内燃式。 3) 型煤粉锅炉（SG、HG等)的基本結构 这种类锅炉特点：因其燃烧热强度大故为高参数、大 容量、高效率 多用于电力部属下的纯发电/凝汽式
4、的大型火电厂； 其燃料均为各类动力用煤。 燃烧设备为直流式燃烧器/漩流式燃烧器。 4) 循环流化床锅炉（SF型系列循环流化床锅炉)的基本 結构 这种类型锅炉的特点：燃烧效率高、低污染、煤种的适 应性好，能适应烟煤、褐煤、贫煤、混煤等不同品位 的燃料，燃烧效率高达99%，尤其可燃烧含硫量较高 的燃料，通过向炉内添加石灰石，能显著降低二氧化 硫的排放，由于低温燃烧，NOx的排放量也明显降低 ，减轻了对设备的腐蚀和对环境的污染，其炉渣的综 合利用率高，可以做水泥等材料的掺合料 可用于各类火电厂和供热锅炉房；其燃料为各种动力用 煤。 燃烧设备为直流式燃烧器/漩流式燃烧器。 锅炉为自然循环，M型布置，框
5、架支吊结构， 采用带旋风分离器的循环燃烧系统，如摊位膜式水冷壁， 过热器分高、低二级布置，中间设喷水减温器， 尾部设二段胜煤气和一、二次风预热器。 锅炉按室内布置进行设计，运转层标高为7米， 锅炉的构架全部为金属结构，适用于7度地震裂度。 1. 4锅炉的主要性能参数 （1）锅炉容量 蒸汽锅炉的额定蒸发量（D）：在额定的出口蒸汽参数 和锅炉效率下，锅炉每小时能生产的蒸汽量, t / h 热水锅炉的额定供热量（Q）： MW （2）工作参数 蒸汽锅炉：过热器出口蒸汽的额定表压力(MPa)和额定温度； 热水锅炉：热水出水阀口的热水压力 (MPa) 和温度。 （3）给水温度： 蒸汽锅炉：省煤器入口处的水
6、温； 热水锅炉：进入锅筒的水温。 （4）锅炉效率：单位时间内每 kg 给水被加热成蒸汽所吸 收的热量与单位时间内燃料在炉膛内完全 燃烧所放出的热量之比。 （1）工业锅炉型号编制方法： 1. 5 锅炉的型号 锅壳锅炉总体型式代号 水管锅炉总体型式代号 燃烧设备代号 燃料种类代号 工业锅炉型号举例： WNS4.2-1/115/70-QJ 锅壳式、卧式、内燃、室燃，额定热功率为4.2MW, 额定压力为1.0 MPa，热水温度为115 oC，进水温度 为70 oC，燃用焦炉煤气的热水炉。 SHL20-25/400/105-A 双锅筒横置式、链条炉排，额定蒸发量为20 t/ h, 额定压力为25 MPa
7、，蒸汽温度为400 oC，给水温度 为105 oC，燃用烟煤的蒸汽锅炉。 （2）常压热水锅炉型号编制方法： CWNS1.4-95/70-YZ 常压锅壳式、卧式、内燃、室燃，额定热功率为 1.4 MW，额定压力为0.0 MPa，额定出水温度为 95 oC，额定进水温度为70 oC，燃用重油的热水 锅炉。 （3）电站锅炉型号编制方法： 电站锅炉型号举例： HG-2008/18.28(186)-M 哈尔滨锅炉厂制造，额定蒸发量为2008 t/ h,额定蒸 汽压力为18.28 MPa（186 kgf/cm2），原型设计的 燃煤煤粉炉。 SGL-130/3.82(39)-M 上海锅炉厂采用联合设计图纸制
8、造，额定蒸发量为 130 t/ h，额定蒸汽压力为3.82 MPa（39 kgf/cm2）， 原型设计的燃煤煤粉炉。 工业和民用燃油/气锅炉的热效率：86% 90% 新设计的环保型燃油/气锅炉的热效率：91% 93% 我国ZB98011-1988工业锅炉通用技术条件规定 的燃油/气锅炉的热效率： 1. 6 锅炉的技术指标 1. 7 锅炉房的设备组成 1) 核心设备： 锅炉本体（汽包/锅/锅筒、 炉膛（燃烧器、蒸发器）、过热器、省 煤器、空气预热器； 2) 锅炉辅助设备：給水箱及給水泵、送风 机、引风机； 3) 锅炉房辅助设备：水处理设备、燃料输 送和清除灰渣设备、环保设备（除尘器/ 脱硫装置）
9、、热工仪表和 控制设备 1.供热锅炉房 2.电站锅炉房 2.电站烟气除尘设备 烟气静电除尘器见下 图 1.锅炉房除渣设 备 3脫硫设备：干/濕法 脫硫 1.1.濕法脫硫塔见右濕法脫硫塔见右 图图 第二章 燃料与燃烧计算 1. 燃料的分类与组成 （1）锅炉用燃料： 煤、油（轻质柴油、重油 、渣油）、可燃气（天然气、液化石油气、沼 气 高炉煤气）、石油焦； （2）煤的组成元素 C（固定碳、挥发份）：20% 70%，可燃； H（挥发分）：2% 6%，可燃； O（游离氧、化合氧）：无烟煤 2% 6%，泥煤 40%， 助燃； N ：0.5% 2.5%，不可燃，NOx污染大气， S （可燃硫、不可燃硫）：
10、动力煤 5%，污染和腐蚀; A（灰分）：10% 50%，积灰、结渣、磨损、腐蚀； M（外在水分、内在水分）:少则 10% ,多则 50% 60 %, 不利于燃烧、增加烟气量、加剧腐蚀和堵灰。 （3）煤质分析（GB 483 87） 元素分析：C、H、O、N、S、A、M的含量； 工业分析：可燃质（挥发分、固定碳）、水分、灰分。 2.燃料成分分析数据的基准与换算 l燃料的分析基准： l收到基ar（应用基） CarHar+Oar+Nar+SarAar+Mar=100% l空气干燥基ad（分析基) CadHad+Oad+Nad+Sad Aad+ Mad=100% l干燥基d: 假想燃料处于无水状态 Cd
11、Hd+Od+Nd+Sd Aad=100% l干燥无灰基daf CdafHdaf+ Sdaf Odaf+Ndaf =100% ii.燃料的各分析基准之间的关系 iii.燃料的各基准之间的换算 （4）煤的发热量（ Qgw、 Qdw） 定义：单位质量的煤完全燃烧后所放出的热量。 测量方法：用氧弹测热器测出氧弹发热值，从中扣除硫 和氮燃烧生成的硫酸和硝酸的溶解热后，即 为煤的Qgw值；再扣除煤中水分和氢燃烧生成 的水蒸汽的潜热后，即为煤的Qdw值。 注意：1） 我国规定锅炉计算中采用燃料收到基的Qdw值 （Qnet,v,ar)。 2） 各种基准的Qgw值之间，可按换算系数表直接 换算；而Qdw值的换算
12、则应先换算成同基准下 的Qgw值，再按换算系数表换算成欲求基准下 的Qgw值，然后再求其Qdw值。 煤发热值的测定仪器氧弹式量热计 （5）动力煤的分类（GB 7562 87 火电燃煤锅炉用煤质量标准） 1）无烟煤： WV,daf 10%， Qdw,v,ar = 21000 32500 kJ/kg； 2）贫煤： WV,daf = 10% 20% ； 3）烟煤：WV,daf = 20% 45%，Qdw,v,ar = 20000 30000 kJ/kg； 4）褐煤：WV,daf = 40% 50%，Qdw,v,ad = 20000 30000 kJ/kg 。 （6）其它主要动力燃料 1）重油: Wc
13、= 81% 87%， WH= 11% 14%， Ws,o,N = 1% 2%，Qdw = 377 44 MJ/kg； 黏度、凝点、闪点、灰分； 2）天然气（CH4）: Qdw = 36600 54400 kJ/Nm3； 3）高炉煤气（CO ,CO2 ,N2): Qdw = 3000 4000 kJ/Nm3； 3. 锅炉热平衡 （1）热平衡方程 Qr = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 100 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6 q1 = (Q1 Qr )100 （2）各项热量分析 入炉热量：Qr = Qdw + Hf + Ha 有效热量：Q1 =
14、 D( hq hs ) 排烟热损：Q2 = B Vy Cp ( ty to ) 气体（化学）不完全燃烧热损： Q3 固体（机械）不完全燃烧热损： Q4 锅炉散热热损： Q5 灰渣物理热损： Q4 （3）热效率计算方法： 1）正平衡法 = q1 = (Q1 Qr )100 2）反平衡法 = q1 = 100 （q2 + q3 + q4 + q5 + q6） 注：适用于 80的工业锅炉。 注：适用于大容量、高效率的电站锅炉 。 4.工业锅炉的热工试验 l热工试验的目的 了解与掌握热力设备性能及运行工况、为新装 锅炉的验收、改装锅炉的鉴定以及科研提供 技术依据。 工业锅炉的热工试验主要是为了确定最佳
15、运行 工况；试验的主要内容是测定锅炉的蒸发量 、燃料消耗量、热效率以及各项热损失 4.3 锅炉的燃烧设备 1. 锅炉燃烧方式 （1）层燃燃烧： 0 40 mm （2）悬浮燃烧： 20 90 m （3）沸腾燃烧： 0 8 mm 2. 层燃燃烧设备 1）燃烧特性 燃烧过程：受热干燥 挥发分析出并着火燃烧 焦炭燃烧并燃尽 灰渣 注：预热空气温度 20 200 oC； 2）燃烧产物与炉排配风 3）炉拱 （1）基本功能 前拱（辐射拱）：加热及引燃新煤； 后拱（对流拱）：间接引燃、混合、保温促燃 （2）现有炉拱存在的问题 着火难、气体和固体（飞灰、炉渣）不完全燃烧损失 大。 （3）改进结构 双人字形炉拱
16、3. 煤粉炉悬浮燃烧设备 炉膛：组织煤粉与空气连续混合、着火燃烧直 到燃尽的空间； 制粉系统：连续、稳定、均匀地向锅炉提供合 格、经济的煤粉； 燃烧器：保证煤粉和空气进入炉膛时能充分混合，煤粉 能连续稳定地着火，强烈地燃烧和充分地燃尽 ， 并保证炉膛水冷壁不结渣。 注：有直吹式、中间储仓式两种。 1）旋流燃烧器 （1）气流结构特性 （2）旋流燃烧器的常用型式 （3）旋流燃烧器的布置 2）直流燃烧器 （1）直流射流 （2）切向燃烧的炉内空气动力场 4. 流化床燃烧设备 1）工作原理及特点 （1）临界流化速度 当床层阻力由增加到保持不变的转折点处的气 流速度。 （2）流化床燃烧的优点 燃料适应性好；燃烧过程中脱硫；低 Nox 生成率; 燃烧热强度大、换热能力强、可调性能好、总体 技术经济性能好
