[工程科技]燃气锅炉

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1、1第4章 燃气锅炉 n4.1 燃气锅炉类型及结构n4.2 燃气锅炉特点n4.3 冷凝式燃气锅炉24.1 燃气锅炉类型及结构中小型n中小容量的卧式内燃火管锅炉n锅壳纵向轴平行于地面且燃烧室包含在本体里面的火 管锅炉。n小型立式锅炉n锅壳纵向轴垂直于地面的锅炉n较大容量的水管锅炉n水、汽或汽水混合物在管内流动，而火焰或烟气在管 外燃烧和流动的锅炉。n锅炉容量较大（30t/h）、工作压压力较较高时时，火管 锅锅炉的容量和参数受结结构限制只能用水管锅锅炉。34.1.1 锅炉结构n锅n定义：是容纳水和蒸汽的受压部件。n组成：锅筒（汽包）或锅壳、受热面、集箱（联箱 ）、管道等，组成完整的水/汽系统。n锅内

2、过程：水的加热和汽化、水和蒸汽的流动、汽 水分离等。n炉n定义：是燃料燃烧的场所。n组成：燃烧设备和燃烧室（炉膛）。n广义的炉：指燃料、烟气这一侧的全部空间。4n火管锅炉受压元件n锅壳：火管锅炉中盛水n封头n火管（烟管）：无缝钢管、 焊接钢管、螺纹管管板5n炉胆n火管锅炉炉胆=燃烧室+辐射受热面n分类：直炉胆、波形炉胆n波形炉胆：n增强烟气扰动，促进燃料在炉膛内的燃烧 n增大了辐射传热面积，强化了传热效果n增加了炉胆刚度，有效减弱了炉胆热应力6n水管锅炉受压元件n锅筒：水管锅炉中盛水（汽包）；不兼作锅炉外壳，其内部也不布置受热面。n水冷壁：布在炉膛内，是主要的辐射受热面。n锅炉管束：对流受热面

3、，分下降管和上升管。n集箱：汇集或分配多根水管的容器水冷壁7n炉膛（炉胆）燃烧室容积n取决于燃烧和传热n完全燃烧强化燃烧，减小炉膛容积；烟气在炉膛有足够停留时间-有一定炉膛容积n传热效果好足够受热面、炉膛出口烟温合适（1300），炉膛容积热负荷高，减小炉膛容积。n最终由热负荷确定n容积热负荷：中小型燃气锅炉11501800kW/m3油气两用炉6001150kW/m38n燃烧器主要技术性能n燃烧效率高：在燃气额定压力、额定流量下完全、充分燃烧，达到额定热负荷；n合理配风：保证燃气完全、稳定燃烧，风阻小；n火焰：与炉膛结构相适应；n热负荷调节：满足锅炉负荷的需要；n运行：安全、可靠，噪声小；n结构

4、：简单、紧凑、轻巧；n操作：方便，易实现燃烧的自动控制。9n安全、防爆装置n爆炸地点：炉膛或烟道内n爆炸原因：爆炸极限范围内的爆炸性混合气体，遇明 火或炉膛高温被引燃、发生事故。n爆炸时间：点火过程中、运行中熄火时n防爆方法：n点火前仔细吹扫炉膛、烟道；n炉内无明火时，防止燃气进入炉膛；n保证良好燃烧n配置必要的自控装置：控制、检测、保护装置。n设置防爆门：设在燃气易集聚的部位；面积足够大104.1.2 卧式内燃火管锅炉WNS燃烧室（炉胆 ）回 燃 室n工作流程：燃烧器喷嘴置于炉胆 前部, 燃烧产生的高温烟 气（10001100）延伸 到后部, 离开炉胆后在回 燃室折返，再进入烟管。 一般折返

5、次数不超过四次 ,最常见的是三回程锅炉 。11n分类n据回燃室的结构型式分n干背式锅炉：回燃室由 耐火材料围成；火管和 烟管易检查和维护；耐 火材料需常更换；后部 管板直接受高温冲刷。n全湿背式锅炉：回燃室 由浸在水中的金属组成 ；回燃室提高了传热效 率；结构复杂，炉胆和 烟管检修困难；适合微 正压燃烧。12n据炉胆布置分n对称型：炉胆布置在锅壳对称中心线上。n非对称型：炉胆偏心布置。n结构特点n合理的炉膛空间充分燃烧、充分换热n波形炉胆结构接收燃烧时产生的膨胀应力、使燃烧 形成强制扰动，大大提高了炉膛传热效果。n先进的螺纹烟管保证足够受热面积的同时，大大提 高对流传热系数，使对流换热充分、排

6、烟温度低。n纯烟管结构对水质要求相对较低，爆管可能性小。13n技术限制n锅壳、炉胆圆筒形元件,有足够的强度和钢度。 n工作压力一般都不超过2.0MPa；n锅炉出力单炉胆锅炉一般不超过15t/h；双炉胆锅炉一般不超过30t/h。n特点、适用场合n一般为小容量、低参数锅炉, 热效率低, 但结构简单, 水质要求低, 运行维修方便。锅壳D太大, 不经济。 炉胆2122mm，不安全144.1.3 水管锅炉n三种主要型式n共同特点: 卧式纵置布置, 燃烧器一般在前部水平安装 , 操作检修方便, 宽、高尺寸较小, 长度伸缩性较大, 适合于锅筒系列化生产。nD型双锅筒, 右(左) 侧为水冷壁, 左(右) 是锅

7、筒 间的对流管束。可在需要的位置布置过热器或省煤器。nA型单锅筒, 炉膛和对流管束均由上锅筒和两侧下 集箱之间的管子构成。nO型双锅筒, 上锅筒长, 下锅筒短, 前部炉膛两侧 的水冷壁管在下部弯向对方并与其下集箱相连。15nSZS型水 管锅炉nD型布置：上下锅筒纵向布置，右侧为炉膛，主要由水 冷壁包围吸收热量，左侧为对流管束。 n微正压燃烧：强化燃烧，消除漏风，降低排烟热损失n水冷壁：直接与上下锅筒连接，省去了集箱和下降管， 减小了水循环阻力。n热效率高, 但对水质和运行水平的要求也较高。n可以制成小容量、低参数锅炉和大容量、高参数锅炉。164.1.4 小型立式锅炉n立式无管锅炉：n燃烧器一般

8、布置在炉顶。中心是 一个炉胆, 烟气在炉底折返向上 流动, 冲刷翘片管形成的夹套， 夹套中的水被加热, 在上部分离 出蒸汽；n立式火管锅炉（结构与右图相似）：n燃烧器可布置在下部侧面, 在炉 胆中燃烧后向上冲刷烟管, 水在 烟管外、锅壳里被加热。n适合场合：n受到高度、受热面积等因素的限 制，一般额定蒸发量小于2th。 174.1.5 直流锅炉n定义靠给水泵压力 ，使给水顺序通过 省煤器、蒸发受热 面(水冷壁)、过热 器并全部变为过热 水蒸气的锅炉。18n特点n连续受热水的状态在各受热面无固定分界点，随 锅炉负荷变动而变动n没有汽包加工制造方便，金属消耗量小；水冷壁 布置比较自由，不受水循环限

9、制；n可用于一切压力特别是在临界压力及以上压力范 围内广泛应用。n调节反应快，负荷变化灵活；最低负荷通常低于汽包 锅炉；启、停迅速；n对给水品质和自动调节要求高；n汽水系统阻力大，给水泵的耗电量较大。 19逆流布置受热热面对流受 热面辐射受 热面n克雷顿锅炉小型立式直流锅炉蒸汽发生器n主要受压元件：盘管、汽水分离器n受热面：由单根逆流布置的螺旋盘管 组成，包括上部多层盘管组 成的错排对流受热面和下部 盘管围成的辐射受热面。20n特点n“心”形火焰设计，燃烧效率高；总热效率很高。n受热面设计独特有效排烟温度低，热效率高；n水与烟气逆流布置，排烟温度大为降低。n盘管管径沿汽水流向逐渐增大，以适应汽

10、水受热膨 胀，减缓汽水流速，增加传热时间；n上部多层盘管管圈间距沿烟气流向逐渐变小。由于 烟气冷却、体积缩小，适当缩小流通截面以控制烟 气以较稳定的速度流动，并起到对盘管冲刷清灰的 作用，有助于传热效率的提高。n水容量小，启动升压快；即使爆管，其威力也很小， 安全性好。21n盘管受热面能自由膨胀，启、停炉等引起的热应力小。n燃烧器位于锅炉底部，维修不便。n对水质(特别是含氧量和硬度两个指标)要求高，对其配套的水处理设备和药剂有依赖性，水处理运行费高。n锅炉水泵不间断给水，耗电量较大。n自控系统采用先进的模块结构，并有自检功能。n水处理设备、水箱与本体一起布置，结构紧凑，占地面积小，安装极为方便

11、。224.2 燃气锅炉特点n系统结构简单、紧凑：无须排渣设施, 不需除尘器 等辅机设施；小型锅炉本体及其通风、给水、控制与辅 助设备均设置在一个底盘上,大中型的也可组装出厂。n热效率高、环保：燃料清洁，且采用环保技术，燃烧 效率和排烟温度等与大容量工业锅炉基本相同，排烟污 染极少。n必须采用自动化控制：点火时、运行熄火时容易发 生爆炸。234.3 冷凝式燃气锅炉n工作原理n目前小型燃气锅炉排烟温度较高（制约因素：出水温度 、烟速、对流换热面积）n蒸汽、热水锅炉：200250、 150180之间n常规省煤器：将烟温降到130；n排烟中水蒸气带热损失占整个排烟热损失5575n排烟温度60，其中的水

12、蒸气潜热才能回收。排烟（ 利用）温度愈低，回收热量愈多。n总热效率提高1015以上：降至露点前，显热回收 可提高锅炉热效率25；烟气冷却到露点温度以下 ，潜热的回收，热效率又可提高。24n分类n按冷凝换热器类型分n直接接触换热型：水通过喷嘴以逆流方式流入热烟气中，水蒸发吸 热，同时冷却烟气，但被加热的水被污染喷淋冷凝式。n间接换热型：烟气与被加热介质不直接接触。被加热介质不被 污染脉冲冷凝式n同时带接触和间壁型254.3.1 接触式换热器的冷凝式锅炉n喷淋冷凝式n结构冷凝换热器：喷淋式n工作原理喷淋式热交换器中，喷淋水 阶梯式下落并穿过小孔与烟 气逆向流动。烟气和水直接 接触，因而既有热交换又

13、有 质交换。26n特点：n烟气与喷淋水直接接触，水充分吸收烟气排热或 工业余热；n利于环境保护：冷凝换热器既是废热回收设备， 又是高效除尘器、消声器n换热器与酸性喷淋水长期接触：腐蚀严重，使用 寿命较短；一般用铸铁、铝合金或不锈钢制作。27n高效节能天然气锅炉n结构n燃烧器喷头：安在沿燃烧室内 壁切线方向处。n冷凝换热器：在锅炉壳体上方 外侧，与排烟管连接。面对烟 气通入侧，换热器内的进水管 径向设多排喷水小孔。n工作原理n当锅炉工作时，进水和烟气直 接进行热质交换。n特点n结构简单、制造容易、生产成本低，n排烟温度降至2575间，热效率（低热）10028n脉冲冷凝锅炉n工作原理燃气与空气通过

14、各自阀门 进入燃烧室被点燃，燃烧产生 膨胀压力使进气阀关闭。产生 的烟气在脉冲管内高速流动并 放热冷却（40-45），燃烧 室里形成负压，进气阀开启， 新的空气、燃气被吸入。同时由于换热器尾部结构 原因使高温烟气运动受阻，压 力急剧升高产生反射波，折回 燃烧室，使燃烧室中混合气体 自燃。如此反复。4.3.2 间接换热器的冷凝式锅炉29空气燃气燃气空气30nGasunie冷凝锅炉n结构n主换热器：烟气以大约 120150的温度离 开，n冷凝换热器：离开的烟 温大约为40-50 。 （锅炉回水温度较低）n风机：布在烟道出口， 将烟气从锅炉中抽出n特点n在烟温最低区域引入锅炉回水，以获得最大凝结热n

15、烟气、凝结水同向流动冷凝热效率高。n冷凝换热器材料必须抗腐蚀。两个换热器可使用不 同的材料。n必须安装风机排除烟气。31n英国Remeha冷凝锅炉n主换热器：普通铸铁n副换热器：铝制光管和肋片管n集水箱：相当于锅筒nTricentrol冷凝锅炉n一种独特的铸铝换热器，热 烟气在管内向上流动，而被 冷凝的烟气在管外向下流动 。32n间接式冷凝锅炉特点n只能冷凝大部分水蒸气，热效率低于直接式的；n冷凝换热器、烟道、烟囱防腐；n冷凝水中和处理、排除；n增加换热器使烟气侧流阻增加，需配排烟风机。33n冷凝式锅炉热效率主要影响因素小容量供热锅炉：直接向低温热网供暖，其效率主要 取决于回水温度（影响冷凝换

16、热器热效率）。回水温度应比烟气露点温度稍低以回收潜热。回水温度：一般供热系统：4550；大机组系统：60冷凝换热+热泵。n适用场合适合于供水温度较低的低温供暖或地板辐射供暖。4.3.3 冷凝式锅炉供热系统34n防腐问题n腐蚀原因n水蒸气露点：60结露可能性小n酸露点（烟气露点）：150（烟气中含0.005% 的SO3）当金属壁面温 度低于酸露点时，易产生 低温腐蚀。n酸性冷凝水：腐蚀换热器露点温度，硫酸蒸汽含量，%水蒸汽含量，%35n 防低温腐蚀措施n低氧燃烧：1.1，烟气露点 就会急剧下降避免或减轻低温 腐蚀因酸的凝结速度下降。n用添加剂：白云石、镁石、氨气 、氯化镁的水溶液效果较好。n提高受热面壁温：提高空预器入 口空气温度热风再循环（图6- 5）、暖风器（图6-6）。n抗腐蚀材料：铝、铝合金，铜