锅炉及锅炉房设备ppt.ppt

供热锅炉,供热锅炉,第一章基本知识,第二章燃料及燃烧计算,第三章锅炉热平衡,第四章燃烧原理及燃烧设备,,,退出,锅炉及锅炉房设备1～5章,,,,,,,第五章锅炉水循环及汽水分离,1.1概述,1.2锅炉的基本结构及其工作过程,1.3锅炉基本特性,1.4锅炉房设备的组成,1.5锅炉发展简史,返回,第一章基本知识,,,,,,,1.1概述,锅炉部分示意图,第一章,,1.1概述,,一、什么是锅炉生产蒸汽或热水的换热设备任务燃料（煤、油、天然气等）的化学能转化为热能二、锅炉的重要性1．锅炉及锅炉房是供热系统中热源产生的主要设备2．锅炉是化工、石化、冶金、轻纺、造纸等工矿企业主要动力及供热设备3．锅炉是能源工业发展的主要组成部分火力发电站三大主机之一,第一章,1.1概述,,4．锅炉及锅炉房设备在节能、环保等科技改造及研究方面具有重要地位三、锅炉的分类1．根据用途的不同分为电站锅炉在火电厂，蒸汽驱动汽轮机组发电工业锅炉用于工业及采暖动力锅炉驱动蒸汽动力装置2．按载热工质的不同分为蒸汽锅炉热水锅炉,第一章,1.1概述,,3．按能源分为燃煤锅炉燃油锅炉燃气锅炉废热锅炉太阳能锅炉4．按燃烧方式分；5．按出口介质压力分；6．按锅炉容量大小分；7．按介质流动方式分；8．按组装方式分；9．按换热方式分四、锅炉工业的研究方向及本专业的学习重点节能降耗，提高效率防止和降低环境污染，开发新的洁净燃烧技术合理有效地利用地方燃料,提高机械化、自动化水平重点在于基本原理的理解和学习，方法的应用,第一章,1.2锅炉的基本结构及其工作过程,,,一、基本结构1.锅炉本体构成锅炉的基本组成部分称为锅炉本体，由汽锅、炉子及安全附件组成。1）汽锅锅炉本体中汽水系统，高温燃烧产物烟气通过受热面将热量传递给汽锅内温度较低的水，水被加热，沸腾汽化，生成蒸汽。2）炉子锅炉本体中燃烧设备，燃烧将燃料的化学能转化为热能3）安全附件水位计、压力表、安全阀2．锅炉金属钢架及平台楼梯二、锅炉的工作过程1.燃料的燃烧过程,第一章,1.2锅炉的基本结构及其工作过程,,,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供应机灰渣和烟气的排放,,,,,,第一章,1.2锅炉的基本结构及其工作过程,,,2.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,,,,,,,,,,,,,,,,第一章,1.3锅炉基本特性,,,一、锅炉容量1．蒸发量（产热量）锅炉每小时所产生的蒸汽（热水）流量2．额定蒸发量（产热量）锅炉在额定参数压力、温度_和保证一定热效率下，每小时最大连续蒸发量产热量，符号DQ，单位t/h（kJ/h，MW）。二、蒸汽热水参数1．蒸汽参数锅炉出口处蒸汽的额定压力表压和温度，符号pt；单位MPa,℃。2．热水参数锅炉出口处热水的额定压力表压和温度及回水温度。,第一章,1.3锅炉基本特性,,,三、受热面蒸发率、受热面发热率1．受热面蒸发率每m2蒸发受热面每小时所产生的蒸汽量，符号D/H；单位kg/m2h2．受热面发热率每m2受热面每小时所产生的热水热量，符号Q/H；单位kJ/m2h四、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，以符号或表示。,第一章,1.3锅炉基本特性,,,五、锅炉型号表示方法锅炉型号由三部分组成，各部分之间用短横线相连。,第一部分表示锅炉型式，燃烧方式和蒸发量，共分三段第一段用两个汉语拼音字母代表锅炉本体型式；第二段用一个汉语拼音代表燃烧方式；第三段用阿拉伯数字表示蒸发量。,第一章,1.3锅炉基本特性,,,第二部分表示蒸汽或热水参数，共分两段，中间一斜线分开。第一段用阿拉伯数字表示额定蒸汽压力或允许工作压力；第二段用阿拉伯数字表示过热蒸汽或热水温度，饱和蒸汽二段第三部分表示燃料种类，以拼音字母和罗马字分别代表燃料类别和分类。举例双锅筒横置式链条炉排锅炉，额定蒸发量为10t/h，额定压力为1.25MPa，出口过热蒸汽温度为饱和温度，燃用Ⅱ类烟煤。强制循环室燃锅炉，额定热功率为120MW，允许工作压力为0.8MPa，出水温度130℃，进水温度为80℃，燃料为油。,第一章,1.4锅炉房设备的组成,,一、锅炉房设备包括锅炉本体及其辅助设备。锅炉本体设备包括汽锅、炉子、蒸汽过热器、省煤器和空气预热器。锅炉附加受热面蒸汽过热器、省煤器和空气预热器锅炉尾部受热面省煤器和空气预热器二、锅炉房辅助设备1．运煤、除灰系统2．送引风系统3．水、汽系统包括排污系统4．仪表控制系统,第一章,1.4锅炉房设备的组成,,第一章,1.5锅炉发展简史,,锅炉沿着两个方向发展a在锅筒内部增加受热面，形成烟管锅炉系列；b在锅筒外部发展受热面，形成水管锅炉系列。锅炉发展的一大飞跃一、烟管锅炉二、水管锅炉三、快装锅炉,第一章,2.1燃料的化学成分及其性质,2.2煤的燃烧特性,2.3锅炉燃料,2.4燃料的燃烧计算,返回,第二章燃料及燃烧计算,,,,,,,2.5锅炉运行时烟气分析及其应用,2.1燃料的化学成分及其性质,第二章,,一、燃料的化学成分及其性质燃料（s、l、g）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1．碳C主要的燃烧成分，约占5095，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28，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～8，kJ/kg，燃烧后的产物是,,2.1燃料的化学成分及其性质,,SO2、SO3，与水蒸汽相遇会生成亚硫酸和硫酸。1）SO2、SO3排放造成大气污染2）锅炉尾部受热面造成低温腐蚀4．氧和氮氧和氮是不可燃成分。约占40，含氧量随煤化程度增高而明显减少。氮主要以有机氮形态存在，约占0.52。高温燃烧生成NOx，有害。,第二章,2.1燃料的化学成分及其性质,,5．水分Water、Moisture燃料中的主要杂质，约占560。1）水分进入炉内吸热汽化成水蒸汽，对燃烧不利；2）在烟气露点时，水蒸气与SO2、SO3生成亚硫酸和硫酸，造成低温腐蚀；3）6．灰分Ash燃料中主要不可燃的矿物杂质成分，与成煤条件、开采方式、运输条件1）可燃物减少，，着火困难，灰渣量增加，运行操作繁重；2），炉内易结渣，使受热面传热恶化，3）,第二章,2.1燃料的化学成分及其性质,,二、燃料成分分析数据的基准及换算1．燃料成分表示方法1）应用基以进入锅炉房准备燃烧的煤为分析基准，以次为100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。2）分析基在实验室条件下（室温20℃，相对湿度60），风干后的煤样作为分析基准3）干燥基除去全部水分后的煤作为分析基准4）可燃基将变化较大，对燃烧不利的杂质灰分和水分除去后的煤作为分析基准aaa,第二章,2.1燃料的化学成分及其性质,,4）可燃基将变化较大，对燃烧不利的杂质灰分和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Vr。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2-12．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见平衡4表2-13．全水分计算方法全水分是分析基水分和应用基风干水分之和，由于其基准不同，需换算或,第二章,2.2煤的燃烧特性,,煤的燃烧特性一、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．灰渣的形成二、煤的工业分析1.水分Wy内在水分外在水分2．挥发分Vr失去水分的干燥煤样，在隔绝空气的条件下，加热到一定温度时，析出的气态物质的百分含量。1）挥发分主要有C-H化合物、H2、CO、H2S等可燃气体和少量O2、CO2和N2组成；2挥发分时煤分类的主要依据℃,第二章,2.2煤的燃烧特性,,3煤中挥发分逸出后，如与空气混合不良，在高温缺氧条件下易化合成难以燃烧的高分子复合烃，产生碳黑，造成大量黑烟，3．灰分Ag焦炭燃烧后的残留物质4．固定碳Cgd焦炭中的可燃物质，焦炭燃烧主要是固定碳的燃烧,第二章,2.2煤的燃烧特性,,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。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,第二章,2.2煤的燃烧特性,,2．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,第二章,2.2煤的燃烧特性,,t1变形温度测试角锥开始变园或弯曲时的温度1.t2软化温度灰锥顶弯曲道平盘上或呈半球形时的温度t3流动温度灰锥熔融倒在平盘上，并开始流动时的温度,,易熔性灰分2.可熔性灰分难熔性灰分3．为避免炉膛出口结渣，要求锅炉设计或运行时，℃,,第二章,2.2煤的燃烧特性,,五、煤的可磨性衡量煤的机械强度的特性可磨性系数以风干状态下的硬质标准煤（一般以难磨的无烟煤Kkm1为基准）与待磨煤在相同颗粒度的情况下，磨制成相同细度的煤粉，各自电耗量之比。为易磨煤为难磨煤六、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发出的热量（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,第二章,2.2煤的燃烧特性,,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Wy4．各成分分析的高、低位发热量间的关系1）2）3）4）5．发热量的测定采用氧弹测热仪p16图2-26．发热量的计算,kJ/kg,kJ/kg,kJ/kg,kJ/kg,第二章,2.2煤的燃烧特性,,1门捷列夫经验计算公式kJ/kg2）煤碳科学研究院（p16式2-12）3）计算值与实测值的误差当时，kJ/kg当时，kJ/kg7．标准煤国际上法定的能量折算单位，即kJ/kgkg/h8．折算灰分和折算水分在讨论杂质水分、灰分对锅炉工作的影响时,使用其折算值更合理,第二章,2.2煤的燃烧特性,,,1）折算水分煤低位应用基发热量中每4186.8kJ热量所对应的水分。；为高水分燃料2）折算灰分煤低位应用基发热量中每4186.8kJ热量所对应的灰分；为高灰分燃料3）折算硫分煤低位应用基发热量中每4186.8kJ热量所对应的硫分；为高硫分燃料,第二章,2.2煤的燃烧特性,,,9．发热量作为煤种细分类的依据之一挥发分和应用基低位发热量,第二章,2.3锅炉燃料,,二、燃料油锅炉燃用的液体燃料主要是重油和渣油。重油是石油提炼汽油、煤油和柴油后的剩余物，渣油是进一步提炼后的剩余物。1．重油重油的成分与煤一样，也是由碳、氢、氧、氮、硫和灰分、水分组成。它的主要元素成分是碳和氢，其含量甚高Cr8187，Hr1114，而灰分、水分的含量很少，其发热量高而稳定,通常,一、煤炭分类见2.2，介绍各种煤的特性1.褐煤2.烟煤3.贫煤4.无烟煤,第二章,2.3锅炉燃料,,4060043100kJ/kg。特点1氢含量多，发热量高，极易着火与燃烧，2可以方便地实现管道输送，便于运行调节，贮存和管理都较简便。3由于重油的灰含量甚低，既不需装置除渣设备，锅炉受热面也很少积灰和腐损。4由于重油中氢含量高，燃烧后会生成大量水蒸汽，容易在尾部受热面的低温部位凝结，这样使重油中所含硫分要比煤中含等量硫分对锅炉受热面的低温腐蚀更为有害。5在贮存和燃用重油时，必须重视防火、防爆，避免意外事故。2．燃料油的特性指标1）粘度,第二章,2.3锅炉燃料,,,,粘度是液体对其自身流动具有的阻力，是表征流动性能的特性指标。粘度大，流动性能差，在管内输送时阻力就大，装卸和雾化都会发生困难。恩氏粘度是以200ml试验重油在温度为t℃时，从恩氏粘度计中流出的时间与200ml温度为20℃的蒸馏水从同一粘度计中流出的时间之比，即式中为粘度计常数或K值，51ls。1重油的粘度和它的成分、温度、压力有关。加热温度愈高，重油的粘度愈小。因此，重油在运输、装卸和燃用时都需要预热。2通常要求油喷嘴前的重油温度在100C以上，粘度不大于42）闪点和燃点闪点在大气压下，重油表面油气和空气的混合物在标准条件下接触明火时，发生短暂的闪光一闪即灭现象的最低油温。,第二章,2.3锅炉燃料,,燃点当油面上的油气与空气的混合物遇明火能着火持续燃烧持续时间不少于5s的最低油温。重油的上闪点为80130℃，燃点比闪点高10～30℃。闪点是防止油发生火灾的一个重要指标，因此燃料油的预热温度必须低于闪点。对于敞口容器中的油温至少应比闪点低10℃，对于封闭的压力容器和管道内的油温则可不受此限。3）凝固点重油在倾斜45的试管中，经过1min不发生流动变化的最低温度。重油凝固点与所含石蜡含量有关,含蜡量越高,油的凝固点越高。三、气体燃料1．气体燃料的种类,第二章,2.3锅炉燃料,,第二章,2.3锅炉燃料,,2．气体燃料的主要成分1）天然气甲烷约占8098，其次是烷属重碳氧化合物和H2S，还含有少量N2、CO2、H2O和矿物杂质，发热量很高，3349037680kJ/Nm3。天然气是一种优质燃料，也是优质的重要化工原料。2）高炉煤气是炼铁的副产品，产量大。可燃气体CO约占2030，H2约占515；惰性气体CO2约占515，N2约占4555，42006300kJ/Nm3。含量高达6080g/Nm3；通常作为工业炉或锅炉掺加燃料。3）焦炉煤气是冶金企业炼焦的副产品，H2月占4661，CH42130，N278，CO223,1630017200kJ/Nm3。,第二章,2.3锅炉燃料,,4）液化石油气3．气体燃料的发热量kJ/Nm3式中等为气体成分低位发热量，见表2-9（p24）,第二章,2.4燃料的燃烧计算,,基本假设1.空气、烟气均为理想气体，每kmol体积等于22.4Nm3；2.空气中只有O2和N2成分，其容积比为；3.每kg燃料都是在完全燃烧的条件下计算。,一、理论空气量及过量空气系数1.理论空气量的计算,第二章,2.4燃料的燃烧计算,,理论空气量的经验计算公式pp262．过量空气系数、实际空气量和漏风系数,,1）过量空气系数燃烧时实际供给空气量与理论空气量之比。炉膛出口处过量空气系数为平均值，与燃烧设备、燃料种类、燃烧方式等有关。层燃炉；室燃炉,2）实际空气量Nm3/kg,3）漏风系数锅炉运行时，炉中处于负压工作状态，炉外冷空气从炉墙、门孔几个受热面贯穿墙处漏入炉内，使炉内过量空气系数烟烟气流程逐,第二章,2.4燃料的燃烧计算,,渐增大，其值为,各受热面漏风量Nm3/kg,二、燃烧生成烟气量完全燃烧时烟气成分是CO2、SO2、H2O、O2、N2,1．理论烟气量的计算α1不含有O2,Nm3/kg,Nm3/kg（四个来源）,Nm3/kg,第二章,2.4燃料的燃烧计算,,理论烟气量的经验计算公式pp.2728,2．实际烟气量的计算α1含有过量O2,1）过量空气中氧容积Nm3/kg,2）过量空气中氮容积Nm3/kg,3）过量空气中水蒸汽容积Nm3/kg,4）实际烟气量理论烟气量与过量空气之和,Nm3/kg,三、空气和烟气的焓,第二章,2.4燃料的燃烧计算,,1．理论空气的焓每kg固体液体燃料燃烧时所需理论空气量，在等压下，从0℃加热到℃所需要的热量，单位kJ/kg,kJ/kg（查表2－10）,2．理论烟气的焓每kg固体液体燃料燃烧后所生成理论烟气量，在等压下，从0℃加热到℃所需要的热量，单位kJ/kg,kJ/kg,式中等由表2-10查取（pp.29）,3．实际烟气焓,1）烟气中过量空气的焓kJ/kg,,2）实际烟气的焓kJ/kg,第二章,2.4燃料的燃烧计算,,,afh入炉燃料灰分随烟气带出的灰分重量比，称飞灰份额，层燃炉afh＝0.20.3，煤粉炉afh＝0.850.9。只有当燃料中灰分很大时，才需加以考虑，即,例题作业2，3，5,第二章,2.5锅炉运行时烟气分析及其应用,,一、烟气分析的目的,在锅炉运行时，通过烟气取样分析，计算出CO、、，从而了解和掌握锅炉实际燃烧情况，便于制定合理的燃烧调整及燃烧设备的改进方案，从而提高燃烧效率和锅炉热效率。炉膛出口过量空气系数有一最佳值,qminq2q3q4,二、理论上烟气分析成分,1．每kg燃料完全燃烧时产生的烟气成分RO2、N2、H2O；,第二章,2.5锅炉运行时烟气分析及其应用,,2．燃料完全燃烧时产生的烟气成分RO2、N2、H2O、O2；,3．燃料不完全燃烧时产生的烟气成分RO2、N2、H2O、O2、CO；,三、烟气分析仪器及测定1．烟气分析仪,1）奥氏分析仪KOH或NaOH溶液吸收RO2，焦性没食子酸的苛性钾溶液吸收O2及RO2，（）氯化亚铜氨溶液吸收CO及O2，（）,,,,,第二章,2.5锅炉运行时烟气分析及其应用,,,2）色谱层析仪3）红外线烟气分析仪,2．测定（由锅炉实验完成）,四、烟气成分测定的计算,1.；2.3.；4.,五、烟气分析结果的应用1．烟气量的计算,第二章,2.5锅炉运行时烟气分析及其应用,,Nm3/kg,2．烟气中CO含量的计算,1）燃料特性系数只与燃料的可燃成分有关，与燃料的水分、灰分无关，也不随应用基、分析基、干燥基即可燃基等而变化。,2）不完全燃烧方程式,3）CO含量的计算,,第二章,2.5锅炉运行时烟气分析及其应用,,4）不完全燃烧RO2的计算,,5）完全燃烧方程式,,6）在理论空气下完全燃烧时，，，则,3．过量空气系数的计算1）不完全燃烧时α的计算,第二章,2.5锅炉运行时烟气分析及其应用,,2）完全燃烧时α的计算,3）完全燃烧时α的近似计算在锅炉实际运行时，CO的含量一般都不高，可是为完全燃烧，而干烟气中的氮气接近79，即N279，则,在锅炉实际运行中，常采用O2和RO2表监控,第二章,2.5锅炉运行时烟气分析及其应用,,习题课1.成分分析基准2.燃烧计算3.温焓表作业7，8,第二章,3.1锅炉热平衡及锅炉热效率,3.2固体不完全燃烧热损失,3.3气体不完全燃烧热损失,3.4排烟热损失,返回,第三章锅炉热平衡,,,,,,,3.5散热损失,,3.6其它热损失,,3.1锅炉热平衡及锅炉热效率,第三章,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锅炉热平衡及锅炉热效率,锅炉热平衡的公式可写为,kJ／kg3-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。,第三章,,3.1锅炉热平衡及锅炉热效率,如果在等式3-la两边分别除以Qr，则锅炉热平衡就以带入热量的百分数来表示，即,2．燃料带入锅炉的热量Qr它由以下几个部分组成,1）燃料的物理显热ir,2）蒸汽带入热Qzq当用蒸汽雾化重油或喷入锅炉蒸汽时考虑,式中2500排烟中蒸汽焓近似值，kJ/kg,第三章,,3.1锅炉热平衡及锅炉热效率,3）外来热量Qwl当用锅炉范围以外的废气、废热等来预热空气时考虑,一般情况下,二、锅炉热效率1．锅炉正平衡热效率,1）锅炉有效利用热量Qgl,2）锅炉每小时有效利用热量Qgl,kJ/kg,kJ/h,（1）饱和蒸汽焓,（2）热水锅炉每小时有效利用热量Qgl,kJ/h,第三章,3.1锅炉热平衡及锅炉热效率,1）锅炉有效利用热量Qgl,2）锅炉每小时有效利用热量Qgl,kJ/kg,kJ/h,（1）饱和蒸汽焓,kJ/h,,式中igs，ips锅炉给水和排污水焓，kJ/kg；干饱和蒸汽的焓，kJ/kg；i1，i2锅炉进、出热水的焓，kJ/kg；所以，,锅炉正平衡只能求得锅炉的热效率，不能据此研究和分析影响锅炉热效率的种种因素，以寻求提高热效率的途径。而反平衡则是依据对各种热损失的测定来计算其锅炉热效率。对小型锅炉而言，一般以正平衡为主，反平衡为辅。对于大型锅炉，由于不易准确测定燃料消耗量，其锅炉热平衡主要靠反平衡求得。,第三章,3.1锅炉热平衡及锅炉热效率,,热平衡试验在精度上有一定要求1只进行正平衡试验，要求应进行两次测试偏差在4以内2同时进行正、反平衡实验时，两种方法测试偏差应在5以内3只以反平衡法进行测定时，两次测试偏差应在6以内,3．锅炉的毛效率及净效率锅炉的毛效率通常所指的锅炉效率都是毛效率锅炉的净效率是在毛效率基础上扣除锅炉自用汽和电能消耗后的效率。,式中自用汽和自用电能消耗所相当的锅炉效率降低值Dz自用汽消耗量，t/h；Nz自用电耗量，kWh/hb生产每度电的标准煤，kg/kWh，取0.407kg/kWh,第三章,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,二、影响因素,1．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。,第三章,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，如太低，q4会增加，而随稍增，则q4会有所降低。,第三章,3.2固体不完全燃烧热损失,,三、固体不完全燃烧热损失的测定和计算1．测定数据在锅炉正常运行工况下，定时收集、、（kg/h）取样分析1可燃物百分数Rhz、Rlm、Rfh；2可燃物的发热量（kJ/kg）,第三章,3.2固体不完全燃烧热损失,,3．灰平衡方程热平衡试验中，飞灰量很难准确测定，一般通过灰平衡方法解决灰平衡进入炉内燃料的总灰量应等于灰渣、漏煤及飞灰之和,上式两边分别乘以,第三章,3.2固体不完全燃烧热损失,,,第三章,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,第三章,3.3气体不完全燃烧热损失q3,,式中，Nm3/kg燃料是考虑固体不完全燃烧的修正；实际燃烧的燃料量CO2、H2、CH4干烟气中CO、H2、CH4的容积百分数，由热平衡试验通过验器分析仪测得。由于实际运行中，烟气中H2、CH4的含量极少，可忽略不计，计算简化,第三章,3.3气体不完全燃烧热损失q3,,3．缺少元素成分资料时,第三章,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1215℃，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，排烟温度相应要高一些。,因此必须根据燃料与金属耗量进行技术经济比较来合理确定排烟温度。供热锅炉的排烟温度在150200℃范围内。,第三章,3.4排烟热损失,,2．排烟容积影响排烟容积大小的因素有炉膛出口过量空气系数，烟道各处漏风量及燃料所含水分。如炉墙及烟道漏风严重，过量空气系数大，燃料水分高，则排烟容积就大，排烟损失就增加。为了减少排烟损失，必须尽力设法减少炉墙烟道各处的漏风，在锅炉安装施工时应重视炉墙，烟道等砌筑的严密性。,3．锅炉最佳过量空气系数的确定炉膛出口过量空气系数的大小，应注意到它不仅与q2有关，还与q3、q4有关。减小出口过量空气系数，q2可以降低，但q3、q4会增加。所以合理的值应使q2、q3、q4三项热损失的总和最小，即所对应的出口过量空气系数,第三章,3.4排烟热损失,,经验公式,第三章,3.5散热损失,,一、形成1炉墙砌制质量及保温材料的性能2层燃炉操作情况，如拨火、观火、清炉、投煤等,二、影响因素炉体表面积炉体表面温度炉墙结构形式（光管式比水膜式大）炉墙保温层性能周围环境温度锅炉负荷大小,第三章,3.5散热损失,,三、计算公式1．计算,式中锅炉散热表面积，m2；锅炉散热表面的放热系数，W/m2℃锅炉散热表面的温度，℃,2．查图当锅炉实际蒸发量与额定量相差超过25时，实际散热损失为其中查图值，D、D’锅炉的额定蒸发量和实际蒸发量，t/h,3．推荐值p101表2-20,第三章,3.5散热损失,,四、保温系数保温系数表示烟气在烟道中的放热量有多少被烟道中的受热面所吸收，也就是说烟气在烟道中的放热量和保温系数的乘积等于烟道受热面的吸热量。,第三章,3.6其它热损失,,一、组成,二、灰渣物理显热损失,由于锅炉中排出的灰渣及漏煤的温度一般在600800℃造成的热损失。层燃炉℃；煤粉炉固态排渣当，℃，液态排渣；沸腾炉℃kJ/kg,第三章,3.6其它热损失,,三、冷却热损失,是锅炉冷却部件所用的冷却水未进入锅炉汽水系统时造成的热损失。式中Hlq面向炉膛的水冷面积；m2；116103无测定数据时，假定每m2水冷面积所吸收的热量，W/m2Qgl锅炉每小时有效吸热量，W。,第三章,第四章燃烧原理及燃烧设备,4.1燃料燃烧的基本概念,4.2手烧炉、链条炉、抛煤机链条炉及其燃烧特点,4.3煤粉炉,4.4煤气燃烧原理,返回,,,,,,,4.5重油燃烧原理,,4.6流化床及循环流化床燃烧技术,4.1燃料燃烧的基本概念,,第四章,锅炉燃烧是个复杂的化学物理过程，其影响因素很多。,一、燃烧设备的分类,1.层燃炉固体燃料被层铺在炉排上进行层状燃烧的炉子，如手烧炉、链条炉、抛煤机炉等；2.室燃炉燃料呈雾状细颗粒随空气喷入炉内呈悬浮状燃烧的炉子，如煤粉炉、油炉、气炉等；3.沸腾炉燃料被气流托起携带呈上下翻滚沸腾状燃烧的炉如流化床、鼓泡床、循环流化床、增压流化床等；,二、固体燃料的燃烧过程1.燃料燃烧的几个阶段,4.1燃料燃烧的基本概念,,着火前的热力准备阶段；挥发份着火与焦炭的燃烧阶段；灰渣形成及燃尽阶段。,二、固体燃料的燃烧过程1.燃料燃烧的几个阶段,,2.燃料完全燃烧的必备条件,,保持一定的高温环境；供给足够而适度的空气量，并确保燃料与空气有良好的接触和充分混合的氛围；燃料要有一定的燃烧时间及燃烧空间；及时排出低温燃烧产物（如低温烟气和灰渣）。,第四章,4.1燃料燃烧的基本概念,,三、燃料的燃烧反应速度锅炉燃烧过程是个复杂的化学物理过程，燃烧速度取决于化学条件和物理条件。,反应速度单位时间内、单位体积中反应物消耗或产物生成的摩尔数，mol/m3s。燃烧技术中常采用炉膛容积热强度qv和面积热强度qf来表征燃烧反应速度。,1.化学条件燃料氧化反应的化学反应速度，其影响因素有温度、反应物质的浓度及反应空间的压力等；在锅炉燃烧技术中，其影响因素主要是温度。,2.物理条件燃烧空气与燃料的相对速度，气流扩散速度及热量传递速度等；在锅炉燃烧技术中，起主要作用的是气流扩散速度，包括氧气向碳粒表面的扩散和燃烧产物的反向扩散。,单相反应；多相反应（异相反应）对单相反应，反应速度为,第四章,4.1燃料燃烧的基本概念,,影响反应速度的因素反应物质（燃料）的特性，E降低，反应速度提高；温度，温度提高，分子平均动能增加，碰撞机会增加。浓度提高，碰撞机会增加压力提高，单位体积分子数增加，碰撞机会增加l其中温度是最重要的燃烧反应影响因素，,,1.温度对燃烧速度的影响遵循阿累尼乌斯定律,式中K表征化学反应速度的常数；K0频率因子；R通用气体常数，R＝8.314kJ/mol.K；E化学反应活化能，T─绝对温度，K。,第四章,4.1燃料燃烧的基本概念,,2.气流扩散能力对燃烧速度的影响气流扩散能力决定于氧气浓度，遵循如下关系式,M表征气流扩散速度的量；Dk扩散速度常数，主要取决于气流速度；Cql，Cjt、气流和焦炭表面的氧气浓度。温度和气流扩散速度在燃料燃烧不同区段有着不同的影响。由此燃料的燃烧过程可以分成三种不同的燃烧区域,燃烧速度取决于温度亦即取决于化学反应速度的工况，动力燃烧工况所在的燃烧区域为动力燃烧区,动力燃烧区,扩散燃烧区,过渡燃烧区,燃烧速度取决于气流的扩散速度的工况，扩散燃烧工况所在的燃烧区域为扩散燃烧区,动力燃烧区及扩散燃烧区之间的区域为过度燃烧区,,第四章,4.1燃料燃烧的基本概念,层燃炉燃烧d＝15～25mm的煤块时，温度只需达到1000～1100℃左右，燃烧即处于扩散燃烧区，在保证火床稳定的情况下，必须加强送风，提高空气与焦炭颗粒之间的相对速度即可。煤粉炉，由于煤粉颗粒很小d＝100μm，温度达到1700℃以上，燃烧才能进入扩散燃烧区。只有在燃烧中心区的粗颗粒煤粉才能处于扩散燃烧区，在燃烧中心以外，特别是在炉膛出口处，煤粉均处于过度燃烧区甚至动力燃烧区中燃烧。所以，强化燃烧必须同时提高炉膛温度和加强燃料与空气的混合。,第四章,4.1燃料燃烧的基本概念,,四、着火1.链式着火是由于燃烧链锁反应的分支，使活化中心浓度迅速增加，导致反应速度急剧加速2.热力着火是指由于系统内热量积聚，引起化学反应速度按阿累尼乌斯指数函数关系迅速猛增。,在实际燃烧过程中，不可能有单纯的支链着火或热力着火，往往是两种同时存在，并相互促进。一般说来，在高温下，热力着火是引起着火的主要因素；而在低温时，支链着火则起主导作用。,五、混合扩散;自由射流;平行射流;相交射流;旋转射流;一次风和二次风,第四章,4.1燃料燃烧的基本概念,,六、燃烧设备特性的主要参数,1.层燃炉⑴炉排面积可见热强度单位面积的炉排，在单位时间内所燃烧的煤的放热量,⑵炉膛容积可见热强度单位面积的炉膛，在单位时间内所燃烧的煤的放热量,kw/m2,kw/m2,2.室燃炉⑴炉膛截面可见热强度kw/m2⑵炉膛容积可见热强度kw/m2,第四章,4.1燃料燃烧的基本概念,,3.炉膛设计步骤,（1）根据给定参数（D、T、P和燃料种类），估计燃料消耗量（2）查表选取qv,qR（3）利用公式计算炉排面R和炉膛体积V（4）根据炉排面积，设具体情况选定炉子宽度和深度（5）确定炉膛高度（6）对室燃炉相应计算,第四章,4.2手烧炉、链条炉、抛煤机链条炉及其燃烧特点,,一、手烧炉加煤、拨火和除渣由人工完成1t/h,二、手烧炉燃烧特性,1、双面引火2、周期性变化,三、双层炉排结构,第四章,4.2手烧炉、链条炉、抛煤机链条炉及其燃烧特点,,一、链条炉1．链条炉的构造,1）链条炉排有效长度煤闸门到除渣板的炉排长度，实际参与燃烧的炉排有效面积的深度。2）防焦箱纵向安装在炉膛两侧，一般嵌入炉墙，一般贴近运动着的炉排，主要作用有,第四章,4.2手烧炉、链条炉、抛煤机链条炉及其燃烧特点,,2.链条炉排结构1）炉排通风截面比炉排通风孔隙总截面积与炉排有效面积的百分比。2）结构型式,鳞片式p58链带式p59,3.链条炉燃烧层结构及其特性,1煤在链条炉排层面上，燃料燃烧层的各个燃烧阶段分界面与炉排面有一定的倾斜角。,2煤在排层面上的