燃煤锅炉原理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,燃料与燃烧,燃 料,液体燃料,石油及其制品,轻油、柴油、重油,煤气,城市煤气、高炉煤气、焦炉煤气,油页岩,锅炉燃料,气体燃料,固体燃料,煤,无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤、泥煤等,木材，生物质,沼气,天然气、液化石油气,我国常用燃料的特性,(,一,),煤的分类简介,煤的种类繁多，分类方法也各有不同。新的煤炭分类国家标准按煤的煤化程度由高到低分为无烟煤、烟煤和褐煤，分为,14,大类和,17,小类。,(,二,),我国工业锅炉用煤分类及具代表煤种,工业锅炉用煤的分类是根据煤的挥发分、水分、灰分及发热量分为无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤和石煤煤矸石,5,大类,12,小类 。,燃料的成分和成分分析,组成煤的有机物的元素主要是碳，其次是氢，还有氧、氮和硫等元素，煤中无机物元素主要是硅、铝、铁、钙、镁等。,煤的成分分析,煤的元素分析,碳、氢、氧、氮、硫、灰分、水分,煤的工业分析,水分、挥发分、固定碳、灰分,煤的成分表示,收到基,A,C,H,O,N,S,b,M,ad,M,f,空气干燥基,干燥基,干燥无灰基,焦炭,挥发分,水分,灰分,固定碳,1,、收到基,as received basis,（入炉煤）,下标,ar,2,、空气干燥基,(,空干基,)air-dried basis,下标,ad,3,、干燥基,dry basis,下标,d,4,、干燥无灰基,dry ash-free basis,下标,daf,同一煤矿、煤层所采煤的可燃质成分变化很小，而水分、灰分变化会很大,S,P,工业分析,Proximate Analysis,按照煤的着火、燃烧过程中各成分的变化，分析煤中水分、挥发分、固定碳、灰分这四种成分的质量百分数，即煤的工业分析,自然干燥,外部水分,加热干燥至,145,内部水分,隔绝空气加热至,920,挥发分,焦炭,燃烧,灰分余下的,固定碳燃烧掉的,1,）水分,Moisture,(M),外部水分：自然干燥失去,(,free moisture),内部水分：须加热干燥失去（也称分析水分）,外部水分,(M,f,),内部水分,(M,ad,),全水分,(M,ar,),外部水分容易受季节、湿度的影响,含量一般在,130%,，多在,10%,左右,将失去水分的煤，隔绝空气，加热至,920,，使燃料中的有机物分解而释放出的气体,主要成份：,C,m,H,n,、,H,2,、,CO,、,H,2,S,等可燃气体；,O,2,、,CO,2,、,N,2,等不可燃气体,挥发分一般用,干燥无灰基,表示,V,daf,失去水分、挥发分后所余即焦炭（固定碳灰分）,2,）,挥发分,Volatile,(V),3,）灰分,Ash (A),来源于：形成煤的植物本身的矿物质和成煤过程中进入的外来矿物质；开采、运输过程中掺杂进来的杂质,大多数煤的灰分含量,7%,40%,灰分,内在灰分,外在灰分,产生于开采、运输、贮藏过程中,一次灰分,成煤前植物中含有的矿物质，均匀分布在可燃质中,二次灰分,在煤形成过程中，外界带入的杂质，呈粒状分布,常用煤种,烟煤分类：一类、二类、三类,挥发分,水分,灰分,发热量,类,20%,7,15%,25,11000,15500,类,20%,715%,25,40,15500,19700,类,20%,7,15%,40,19700,设计煤种：二类烟煤,A,煤的发热量,燃料的发热量是指单位物量的燃料完全燃烧时放出的热量。,高位发热量：高位发热量是指燃料完全燃烧后其烟气中的水蒸气以凝结水状态存在时所放出的热量，用,Q,gr,，表示。,低位发热量：低位发热量是指燃料完全燃烧后其烟气中的水仍保持蒸汽状态时所放出的热量，用,Q,net,表示。,燃烧就是指可燃物质与氧进行激烈化合并伴有放热和发光的物理化学过程。,在工程实际中，往往采取下列措施来实现燃烧过程：,(1),向燃料中供入足量的空气，并使之充分均匀地混合。,(2),有点火源，利用外部能源，使燃料空气混合物中的一小部分达到着火温度而开始燃烧。,(3),具有发展燃烧过程的条件，包括维持稳定的高温区和一定的停留空间，保证燃烧反应顺利进行。,本质是一种特殊的化学反应,燃烧基本概念,1,）预热、干燥,(,吸热,),2,）挥发分析出,(,热解,),，并着火,3,）燃烧,(,挥发分、焦炭,)(,保证,O,2,、足够温度,),4,）燃尽,(,残余焦炭,灰渣,),锅炉内煤炭的燃烧，四个阶段往往交错进行。,燃烧过程,锅炉原理,分类,民用炉,工业炉,层燃方式,链条炉,电站锅炉,(,煤,-,劣质煤、重油、天然气、垃圾,),悬浮燃烧方式,室燃炉,沸腾燃烧方式流化床锅炉,按锅炉的用途分类,固定式锅炉按其用途可分为,:,(1),电站锅炉,产生的蒸汽主要用于发电的锅炉。,(2),工业锅炉,蒸汽主要用于工业企业生产工艺过程以及采暖和生活用的锅炉。,(3),热水锅炉,用以产生热水供采暖,制冷和生活用的锅炉。,按锅炉容量分类,按锅炉容量的大小,锅炉有大、中、小型之分,但它们之间没有固定,明确的分界。,中低压,(3.8MPa),高压,9.8MPa,超高压,13.7MPa,亚临界,(16.7MPa),临界点,(374.15,，,22.129Mpa),超临界机组,SC supercritical,超超临界机组,USC ultra-supercritical,按锅炉的,蒸汽压力,分类,按照,锅炉出口额定蒸汽压力,300MW,的锅炉,一般是,亚临界压力,600MW,的大多为超临界压力,按燃烧方式,1,层燃燃烧 层燃燃烧就是将煤放置在炉排上燃烧，煤的燃烧包括在煤层中的燃烧和煤层析出的可燃气体在煤层上方炉膛内的燃烧两部分。,2,煤粉燃烧,在煤粉炉中燃料是在炉膛空间内呈悬浮燃烧，属悬浮燃烧方式。,3,流化床燃烧 流化床燃烧是一种介于炉排燃烧和煤粉燃烧之间的一种燃烧方式。,按锅炉蒸发受热面内工质的流动方式分类,自然循环锅炉,:,蒸发受热面内的工质,依靠下降管中的水与上升管中的汽水混合物之间的密度差所产生的压力差进行循环的锅炉。,强制循环锅炉,:,蒸发受热面内的工质除了依靠水与汽水混合物的密度差之外,主要依靠锅水循环泵的压头进行循环的锅炉。,直流锅炉,:,只依靠给水泵的压头,一次通过锅炉各受热面产生蒸汽的锅炉,称为直流锅炉。,复合循环锅炉,:,由直流锅炉和强制循环锅炉综合发展来的,也可以说是对直流锅炉的一种改进。,(,二,),锅炉的参数系列和技术经济指标,1,锅炉的参数系列,锅炉容量即锅炉的蒸发量,是指锅炉每小时所产生的蒸汽量,单位是,t/h(,或,kg/s),锅炉的,额定蒸发量,是指在额定参数,额定给水温度和使用设计燃料,并保证热效率时所规定的蒸发量,.,锅炉,最大连续蒸发量,是指在额定参数,额定给水温度和使用设计燃料,长期连续运行时所能达到的最大蒸发量,.,蒸汽锅炉的额定蒸汽参数是指额定蒸汽压力和额定蒸汽温度,.,额定蒸汽压力,是指蒸汽锅炉在规定的给水压力和规定的负荷范围内,长期连续运行时应予保证的出口蒸汽压力,单位是,MPa.,额定蒸汽温度,是指蒸汽锅炉在规定的负荷范围,额定蒸汽压力和额定的给水温度 长期连续运行所必须保证的出口蒸汽温度,单位是,o,C,给水温度,是指进入省煤器的水温，对无省煤器的锅炉则指进入锅筒的水温。,2,工业锅炉的型号表示 由三部分代码表示。,第一部分中，锅炉总体形式代号用两个汉语拼音字母表示含义，额定蒸发量或额定热功率用阿拉伯数字代表,t,h,或,MW,。,第二部分表示锅炉出口蒸汽,(,或热水,),的参数，共分两段中间用斜线相连。第一段用阿拉伯数字表示额定蒸汽压力或允许的工作压力,(MPa),；第二段用阿拉伯数字表示过热蒸汽温度或出水和进水温度,(),。,第三部分表示燃料种类,，,汉语拼音字母代表燃料类别，附以罗马数字代表燃料品种分类。,锅炉的技术经济指标,热效率 送入锅炉的热量,(,燃料的热值,),中被有效利用的百分数；如果将锅炉的辅助设备如风机、水泵、吹灰器等的消耗功率及蒸汽列入，则称净效率。,锅炉的工作原理,锅炉的基本构造,锅炉设备的任务是使燃料通过燃烧将化学能转变为热能，并以此热能加热水，使其成为一定数量和质量的高温热水或者水蒸汽。,锅炉的工作过程,煤的流程,输煤除灰除渣,燃料输送,碎煤机除铁器给煤机送入炉内燃烧烟气、灰、渣,风烟系统,送风机,引风机,烟气,汽水系统,省煤器,锅筒水冷壁主蒸汽管道分汽包,/,管网,锅炉的组成,(,炉内、锅内,),锅炉虽是一个整体，但从功能上可分成“炉侧”、“锅侧”,炉,锅,煤、空气、烟,水、汽,给煤系统,燃烧系统,风烟系统,汽水系统,本体与辅机,本体：炉膛、烟道、汽水系统（包括受热面、汽包、联箱和连接管道）、炉墙和构架等；,辅助设备：送风机、引风机、给煤系统、给水设备和除灰除尘设备。,锅炉的工作原理,1,燃烧过程 燃料在锅炉炉膛内燃烧。,2,传热过程 锅炉受热面有两大部分，炉膛受热面和对流受热面。,3,水的受热和汽化过程 该过程是饱和蒸汽的生产过程。,链条炉的加煤是从炉前由煤斗靠煤的自重下落于链条炉排上，炉排缓缓自前向后移动。煤层在炉排上随之移动依次完成燃烧的不同阶段。燃尽的灰渣由装置在炉排末端的除渣板,(,老鹰铁,),铲落于灰渣斗。由于其加煤、清渣、除灰等主要操作都由机械完成，且运行可靠稳定，因此在我国得到普遍使用。,煤层的厚度由煤斗上的煤闸门控制，链条的运动速度由调速箱调节。调节煤层厚度和链条运动速度可实现链条炉的给煤量控制，从而改变锅炉的负荷。通常，煤层的厚度由燃料种类、成分和颗粒度确定。一般，高挥发分煤，采用薄煤层、快送煤的方式，以减少煤层上方气体成分沿炉排长度分布的不均匀性；对低挥发分煤，采用厚煤层、慢送煤的方式，防止产生前部断火，后部跑火的现象；对高水分及高灰分的劣质煤，也采用厚煤层、慢送煤的方式，保证前端着火稳定、后部燃尽良好。,燃煤随链条炉排运动，其燃烧过程呈现沿炉排长度分区的特点，由前至后的燃烧规律依次有如下特征：,(1),热力准备阶段处于炉排前部，燃料自煤斗下落后，一面随炉排缓慢移动，一面受炉内烟气从炉墙的辐射加热，水分逐渐蒸发后挥发分析出。对挥发分低的燃料，着火不容易，这一阶段时间较长，会占有较长的炉排长度区域；相反，对很容易着火的煤，又会出现烧煤闸的情况。这一阶段的空气量需求很小。,(2),炉排中部附近为焦炭猛烈燃烧区域，是链条炉燃烧的主要区段，温度可达,1200,1340,，调节合理的链条炉，灰中可燃物可降至,15,以下。此阶段应供给大量的空气，以保证燃烧的需要，减少还原反应量。,(3),炉排的后部区域为燃尽区段，炉排上的燃料已基本燃尽并形成灰渣，随炉排运动而落入灰渣坑。在燃尽阶段的燃料层，上部受热最强，温度高，容易燃尽并最早形成灰渣，下层燃料空气供给充分，也容易燃尽而较早形成灰渣，只有中间层未燃尽的焦炭被上下灰渣所夹，使机械不完全燃烧损失增大。由于只剩下少量的可燃物，空气量的需求随之减少。但燃尽过程需要较长的时间，所以燃尽区的炉排长度相应较长。,由上特征，链条炉燃烧的合理工况可以通过调节各区段的空气供给量来实现，称之为分区配风。从燃烧需要看，原则性的配风量特征是前后两端少，中间多。炉排前后端送风量的减少可有效降低炉膛中总的过量空气系数，保证炉膛内的平均烟气温度，减少排烟损失；中间区段增大送风量，可强化燃烧。,由于燃烧过程沿炉排长度分区段进行，造成炉膛内气流沿长度方向的分片流动，前部气体成分中有数量相当的可燃气体，中间部分有还原气体，为能让这些成分燃尽，应加强炉膛内的空气扰动及混合；另外，燃料的着火比较困难，要设法采取适当的引燃措施，提高着火区的温度。因此，炉膛的没计应采用合理的炉拱、水冷壁面积。,炉拱分前拱和后拱。炉拱的作用是加强炉内气流的混合以及辐射传热，合理的炉拱设计可以帮助烟气内的可燃成分在炉膛内燃尽，燃料及时而稳定着火，从而提高锅炉的热效率。燃料特性不同时，所设计炉拱的作用有所不同：着火比较困难的低挥发分无烟煤，拱的作用应该保证及时着火，易燃的高挥发分烟煤，拱的主要作用是增强气流的混合，使可燃气体有更多的机会与氧混合而完全燃烧。,前拱：前拱位于炉排的前端，可加快新燃料的引燃过程，所以又称引燃拱。前拱设置目的是提高新燃料区的温度，其引燃机理是将来自火焰和高温烟气的热量通过辐射方式传递给新燃料，同时通过引导来自后部的高温烟气进入前拱区并停留尽可能多的时间以增强对流传热。,后拱：后拱位于炉排的后部，其作用是将炉排上方高温烟气输送到前拱区，大幅度增补那里的热量，以加速新燃料的引燃过程。后拱的引燃作用是与前拱相配合的，它还有一个直接引燃的作用，就是在输送高温烟气的同时，烟气也将炽热的炭粒夹带到前部，并散落到新燃料层上，形成炽热的炭粒层覆盖。,炉膛内设置的水冷壁面积大小必须考虑炉膛平均烟温的高低，过多的面积，会使炉膛内烟温过低，这对燃烧过程不利。若以炉膛出口烟温衡量，则温度条件应保证烟气内的可燃气体能够燃尽。通常，链条炉，炉膛出口烟温不应低于,950,。,二次风。在燃料层的上方由喷嘴送人高速气流，以进一步强化炉膛内的气流扰动和混合，使可燃气体充分燃烧；同时，悬浮于烟气中的细颗粒能在炉膛内延长停留时间，以利燃尽。,如果二次风布置合理，还可使炉膛内的火焰充满度提高，减少炉膛死角涡流区，防止炉内局部积灰积渣，保证锅炉的正常运行。,锅炉的热平衡,锅炉的热平衡组成及热效率,锅炉的热平衡是指：锅炉工作中所有热量的收入项和支出项之间的平衡。,通常可简单地认为锅炉热量的收入项即为,燃料的低位发热量,，其支出项包括产生蒸汽所利用了的热量和未加利用而损失掉的热量。,其中,：,Q,1,：锅炉所有效利用了的热量；,Q,2,、,Q,3,、,Q,4,、,Q,5,和,Q,6,分别,表示排烟损失、化学不完全燃烧热损失、机械不完全燃烧热损失、散热损失以及灰渣物理热损失,。,热平衡方程,锅炉的热效率 锅炉热效率可以从两个角度考察：若以锅炉的有效利用热,Q,1,为基准，则称为,正平衡效率,，定义为 若以各项热损失为基准，则称,反平衡效率,100,(q,2,十,q,3,十,q,4,十,q,5,十,q,6,),带入锅炉的热量,Qr,带入锅炉的热量指每,kg,煤炭带入锅炉的热量,Qr,，包含煤炭拥有的化学热和物理热，燃烧所需空气拥有的热量以及锅炉,外部热源,带入炉内的热量等。计算锅炉热平衡时从空气预热器中接受的热量不计算在内。,锅炉的有效利用热,Q,1,Q,1,指与每,kg(,或标准状态,1m,3,),燃料对应的锅炉工质所吸收的热量,(kJ,kg),。,锅炉的热损失机械不完全燃烧热损失,q,4,q,4,是由于固体可燃物在炉内燃烧不彻底或根本未曾燃烧所造成的。通常由三部分组成：炉渣损失,(,炉渣中未燃尽的碳粒,),、漏煤损失,(,燃料经由炉排落入灰坑,),及飞灰损失,(,未燃尽的碳粒随烟气排出炉膛,),影响,q,4,的主要因素有：燃料品质、煤粉细度、炉内燃烧条件工作性能以及运行情况等。,固体不完全燃烧热损失一般在,0.5,5 %,工业锅炉要求炉渣中未燃尽的固定碳含量不大于,12%,化学不完全燃烧热损失,q,3,是由于烟气中所含的,CO,（有时也含少量的氢和甲烷等可燃气体）最终未能发生燃烧而造成的。,q,3,主要取决于炉膛内的过量空气量,排烟损失,q,2,排烟热损失是现代锅炉热损失中最大的一项热损失，排烟热损失通常可达,5,8,主要影响因素是排烟温度和过剩空气量。,一般排烟温度每增高,10,15,，,q,2,约增大,1,。,降低排烟温度，但会减小尾部烟道传热平均温压，需要增加尾部受热面面积，因而相应增加锅炉的金属消耗量。况且，低温受热面的壁面可能达到露点温度，导致低温腐蚀。,排烟温度一般,150,180,左右,炉膛过剩空气系数,1.20,1.40,炉膛负压,20,30Pa,过量空气系数与漏风系数,在计算排烟热损失,Q,2,时，排烟过量空气系数,a,是指烟气离开锅炉本体处，即最下级空气预热器烟气出口处的过量空气系数。,炉膛出口过量空气系数不仅与鼓风机送入炉膛的风量有关，还与炉膛的漏风系数有关。烟道至引风机前也会有一部分空气漏入烟气侧 。,散热损失,q,5,q,5,是由于锅炉本体外表面的温度高于环境温度，通过对流和辐射的方式向外散热而引起的。,一般，容量越大的锅炉，相对于每千克燃料耗量来说，其表面积反而愈小。,灰渣带走的物理热损失,q,6,此项热损失主要取决于炉子的排渣方式和煤中灰分的高低。,锅炉热平衡测试,目的：测定锅炉的蒸发量、燃料消耗量、热效率以及各项热损失。同时，也可测定蒸汽品质和有关的辅机参数及工作特性等，以此了解和掌握锅炉性能及运行工况，确定最佳运行工况，为新装锅炉的验收、改装锅炉的鉴定等提供必要的技术依据。,锅炉热平衡试验有两种方法：正平衡和反平衡法。,正平衡,方法直接测定锅炉的输入热量,(,燃料带人的热量,),和输出热量,(,锅炉的有效利用热量和各项热损失,),，从而确定锅炉热效率。,反平衡,测试需要测量锅炉的各项热损失,Q,2,Q,6,，需要有燃料分析、烟气分析、飞灰和炉渣化验等数据。反平衡提供的数据不仅可以计算锅炉的热效率，而且对锅炉运行工况的改进以及制造、设计和研究等工作都有借鉴价值。,锅炉受热面的结构布置,水必须经过预热、蒸发等过程。,对流受热面：省煤器、对流管束、空气预热器,辐射受热面：水冷壁,省煤器、水冷壁、对流管束以及空气预热器构成锅炉的主要受热面。水冷壁一般布置在炉膛四周的炉墙上，对流管束、省煤器和空气预热器则依次设在尾部烟道内。,辐射受热面的结构及布置,由于水冷壁的辐射换热强度比对流受热面的对流换热强度大得多，所以它对降低锅炉的金属消耗量是有重要意义的。,水冷壁的结构及布置,水冷壁由水循环回路的上升管组成。大、中型锅炉，水冷壁是其主要辐射受热面；小型锅炉，同样也布置一定的水冷壁受热面。水冷壁同时也具有保护和减轻炉墙的功能。,光管水冷壁 膜式水冷壁。,炉膛形状与尺寸的确定,炉膛设计时需要考虑的因素有：燃料的燃烧完全、炉墙和受热面的结渣、水循环的安全可靠、受热面的布置合理、炉体容积紧凑以及制造与检修等。,炉膛尺寸和容积大小由炉膛容积热负荷与炉膛断面热负荷确定。,单位炉排有效面积上燃料在单位时间内的放热量称,炉排面热负荷,。,炉排面热负荷的大小表示燃烧的强烈程度，该值必须保持有一个合理值，取值过大，炉排面积就太小，造成空气流经燃料层时流速过大，燃料的燃烧时间过短，这导致飞走的细小煤粒量增加，燃烧不完全。,通常炉排面热负荷取值范围：,链条炉排，,580,1050kW,m2,对流受热面的结构及布置,锅炉对流受热面指锅炉管束、对流过热器、省煤器及空气预热器等受热面。省煤器和空气预热器又称尾部受热面。,锅炉管束是指小型锅炉中的对流蒸发受热面。管束通常胀接或焊接在上下锅筒之间或锅筒和下集箱管之间由于工作压力低，蒸汽的汽化热比较大，仅靠炉膛内的辐射热不能满足汽化热的需要，因此，在炉膛出口后面布置对流蒸发受热面。为使对流传热系数维持较高，一般应将烟气流通截面分隔成几个流程，同时各流程的烟气流通截面应该随烟气温度的下降逐程缩小，以保证足够高的流速。小型锅炉一般采用,512.5mm,的管子作锅炉管束。,尾部受热面的结构及布置,尾部受热面有省煤器和空气预热器。,省煤器,1,）、降低烟气温度,2,）、减少蒸发受热面（辐射受热面）：以价格较低的省煤器代替价格较高的水冷壁；换热好,(,低温、强制流动、逆流布置,),3,）、减少给水与汽包壁的温差，降低热应力,省煤器按水在其中的加热程度可分为沸腾式及非沸腾式省煤器；按制造时所用的材料可分为钢管式和铸铁式省煤器。,低压小容量锅炉，省煤器的工作不够安全，故采用非沸腾式。它与锅筒之间的连接管道上一般设有截止阀，并且有水和烟气的旁通。考虑到锅炉点火升压时不向锅筒供水，以及省煤器检修需要，常设置省煤器烟道和水路旁通，以切断省煤器和锅筒的通道，水直接由旁路进入锅筒，烟气由旁通烟道通过。,在使用沸腾式省煤器的系统中，省煤器和锅简直接由管路连接，不设水和烟气的旁通，有利于省煤器中生成的蒸汽进入锅筒。,非沸腾式和沸腾式省煤器在系统结构上相同。采用沸腾式或非沸腾式省煤器只是由蒸汽参数和燃料特性确定。,沸腾式省煤器的沸腾度一般不超过,20,，否则省煤器的流动阻力大幅增大，影响锅炉经济性。,省煤器分类,1,、钢管式、铸铁式,2,、非沸腾式、沸腾式,3,、错列,减少积灰、换热强、磨损大,顺列,利于吹灰、换热弱、磨损小,错列：,管间扰动大,顺列：,第一排管承受了冲击,省煤器布置,省煤器通常安装在烟气的下行烟井中。,这样有利于排水和排除空气；有助于吹灰；可保持烟气和水的逆流；便于支吊。,空气预热器,利用锅炉尾部烟气热量加热燃烧用空气的换热器。,空气预热器能够吸收烟气中的热量降低排烟温度，从而提高锅炉的热效率。由于空气的预热，可以改善燃料着火和燃烧过程，减少燃料的不完全燃烧损失，进一步提高锅炉效率。,给水温度提高以后高（中间加热），省煤器无法将烟气冷却到合乎经济要求的温度，因此，空气预热器就显得更为必要。,尾部受热面,低温腐蚀,的原因及防止方法,低温腐蚀是指尾部低温受热面壁温低于烟气露点温度时，烟气中硫酸蒸汽冷凝，并在受热面上结露所引起的硫酸腐蚀。,烟气露点是指燃料中的硫燃烧生成二氧化硫，其中一小部分继续氧化生成三氧化硫，烟气中的三氧化硫和水蒸气处于平衡状态时形成硫酸蒸汽，在一定温度时冷凝，这个温度称为烟气露点，又称酸露点或简称露点。,锅炉水动力,水动力学的基本概念,锅炉的水动力系统和锅炉形式,锅炉的水动力系统是指水从进入锅炉到离开锅炉的流动系统。两种基本类型：,自然循环锅炉,水冷壁中汽水混合物的流动靠汽、水密度不同而产生的压差来实现,强制流动锅炉,水冷壁中汽水混合物的流动靠水泵所产生的推力来实现,强制循环锅炉、控制循环锅炉,直流锅炉,自然循环的蒸发系统由锅筒、下降管、下集箱、上升管、上集箱及汽水引出管构成。上升管就是炉膛内的水冷壁管，管内的水吸收炉膛内的辐射热量后，产生一部分蒸汽，形成汽水混合物。由于汽水混合物的密度小于下降管内水的密度，依靠这个密度差，使水沿着下降管向下流动，汽水混合物沿上升管流入上集箱后进入锅筒。这样的系统就叫自然循环系统。由自然循环产生蒸汽的锅炉称自然循环锅炉。,汽包,下降管,上升管,烟气,下联箱,自然循环工作原理示意图,自然循环回路和水动力特性,回路中，管内工质的质量流量称循环流量，循环流量与回路中各区段问的静压差的关系称,水动力特性,。,整个回路中工质的流动阻力是由密度差产生的,运动压头,所克服的。回路中的运动压头越大，所能克服的循环阻力越大，也就是循环水的流量越大。运动压头减去上升管阻力，用于克服下降管的阻力，称为,有效压头,影响自然循环可靠性的因素,热负荷的不均匀性,受热强,传热恶化（,DNB,）膜态沸腾,受热弱,循环故障,汽水分层 （蒸气的冷却能力）,下降管带汽与自汽化,循环倍率 （低于,10MPa, k=8-10,）,不稳定工况,锅炉房及辅机系统,锅炉房位置的选择,(1),靠近供热中心地区或靠近供热量最大的区域。,(2),交通方便，便于人流物流的分开；有较好的朝向，有利自然通风；地质条件较好的地区。,(3),符合环保卫生防火要求和有关规定。避免烟尘对周围环境的污染。,(4),应考虑将来发展的余地。,锅炉选择,供热介质和参数的选择,工业锅炉供热系统热介质,蒸汽为供热介质（饱和蒸汽和过热蒸汽）,热水为供热介质两种（低温热水和高温热水）,以蒸汽为介质有如下优点：,(1),可以同时满足蒸汽用户和热水用户需要。,(2),输送过程中，不需要增压设备，不耗电能，靠自身压力就能达到输送需要。,(3),在使用和输送过程中，不考虑静压，不需要定压系统。,(4),可采用热电联产供热方案，提高供热的经济效益。,以蒸汽为供热介质有如下缺点：,（,1,）单纯供热锅炉能源效率低。,（,2,）输送需要压力高，比热水输送距离短，一般为,3,5km,，最大不能超过,7km,（,3,）因冷凝水回收困难，热损大，水量损失也大，软化水损失大。,（,4,）输送过程中热损失大。,以热水为供热介质有如下特点：,(1),热水蓄热能力强，热稳定性好。,(2),供热负荷调节灵活，可根据室外温度调节供水温度。,(3),输送距离长，一般为,5-l0km,，甚至,l0km,以上也是可以。,(4),热损失小。,(5),国内己普遍采用热水管直埋敷没，而蒸汽管道一般需架空或管沟敷设。直埋敷设占地面积小，不影响市容。,以热水为热介质的缺点是输送过程中耗电能大。,选择供热介质的原则,(1),凡以生产工艺供热为主的系统，应选择以蒸汽为介质，热水供应从热交换或蒸汽喷射取得。,(2),凡以生活用热为主的系统，可选高温水为介质。,(3),既有较高压力的生产工艺用蒸汽，又有较大量的生活供热，需经过技术经济比较，可选以蒸汽为介质或选蒸汽、热水两种锅炉。,锅炉辅机系统,风机选择原则,(1),锅炉鼓、引风机宜单炉配置，,采用单炉配置时，系统简单，漏风量少,，不同的机炉之间气流不会互相干扰，便于实现自动控制，运行比较安全可靠。,(2),单炉配置鼓、引风机时，,风量的富裕量宜为,10,，风压的富裕量宜为,20,。,(3),选择风机时应尽量使风机常年在较高效率范围内运行。同时必须按当地大气压和实际运行温度，对于厂家配套的或从风机样本中选用的风机风量、风压及功率进行校核计算，根据汁算结果来选择风机。,(4),从节能和有利于运行调节考虑，在技术经济合理前提下，应采用电动机凋速装置代替风机入口节流装置,(,常用的如调节门，转动挡板或导向器,),调节风、烟气量。,烟囱,烟囱高度的确定,锅炉烟囱高度应满足国家,“,环境空气质量标准,”,和,“,锅炉大气污染物排放标准,”,，若当地有锅炉排放地方标准时还应予满足。,烟尘排放浓度：,200mg/m,3,二氧化硫排放浓度：,900mg/m,3,烟囱出口直径,确定烟囱出口直径,(,内径,),先要恰当地选定烟囱出口的烟气流速，使烟囱在锅炉全负荷运行时不致因,阻力太大,，在最低负荷运行时不致因外界风力影响造成,空气倒灌,，烟气排不出去。,选用烟囱流速时还应根据锅炉房扩建或锅炉房增容改造的可能性取适当的数值 。,圆形烟囱出口内径一般不宜小于,0.8m,，当直径较小时可做成方形，以便于施工，金属烟囱不受其限制。,锅炉给水处理,锅炉水质标准,蒸汽锅炉,导电率,PH,溶解氧 硬度碱度溶解固形物,采用锅外水处理自然循环蒸汽锅炉水质标准,项目,给水,锅水,运行压力（,Mpa,）,1.0,1.0,p1.6,1.0,1.0,p1.6,总硬度（,mmol/l,）,0.03,0.03,-,-,总碱度（,mmol/l,）,-,-,6,26,6,24,PH,值（,25,）,7,9,7,9,10,12,10,12,电导率,(S/cm),-,550,-,-,溶解氧（,mg/l,）,0.1,0.1,-,-,溶解固形物,（,mg/l,）,-,-,4000,3500,锅外水处理,钠离子交换软化,原水通过钠离子交换剂时，水中的,Ca,2+,、,Mg,2+,被交换剂中的,Na,+,所代替，使易结垢的钙镁化合物转变为不形成水垢的易溶性钠化合物使水得到软化。,通过钠离子交换后的软化水，原水中的碳酸盐硬度变成碳酸氢钠，即水的,碱度不变。,由于,Na,的摩尔质量比,1/2 Ca,2+,和,1/2Mg,2+,的摩尔质量大，所以软化水的,含盐量,(,与溶解固形物近似相等,),比原水略有提高 。,设备及系统,设备：钠离子交换软水设备种类较多，有固定床、浮动床、流动床等。浮动床、流动床离子交换设备适用于原水水质稳定，软化水出力变化不大，连续不间断运行。,固定床离子交换,设备无须上述要求，是工业锅炉房的常用软化水设备。,固定床离子交换设备按再生方式可分为顺流再生和逆流再生两种。逆流再生与顺流再生相比较具有相对原水硬度适应范围大且出水质量好，,再生盐,耗低,(20%),，自用水率即水耗低,(30,-40,),，故被广泛采用。,固定床逆流再生钠离子交换器，进水总硬度一般小于,6.5mmol,L,，最高进水总硬度小于,l0mmol,L,，单级出水即可达到锅炉水质标准的要求,(0.03mmol,L),。,再生液制备系统,再生液的制备包括再生剂的贮存、溶解、计量，输送等功能，阳离子交换剂常用固体再生剂有氯化钠,(,食盐,),，常用液体再生剂有硫酸、盐酸。,1,氯化钠,(,食盐,),溶液制备系统,2,硫酸，盐酸溶液的制备系统,给水除氧系统,热力除氧,为防止热力设备及其管道腐蚀，必须除去在锅炉给水中的溶解氧和其他气体，热力除氧是根据,亨利定律和道尔顿定律,的基本原理。即在一定的压力下，,水温越高，气体在水中的溶解度越低,。热力除氧就是利用蒸汽把水加热到相应压力下的饱和温度时，蒸汽分压力将接近水面上的全压力，溶解于水中各种气体的,分压力接近于零,，这时溶解于水中的气体被析出。,热力除氧的特点,(1),不增加给水的含盐量又能除去水中的,氧,和其他气体,(,如,C0,2,、,N,2,，,NH,3,等,),。,(2),提高给水温度可充分利用余热加热给水，如二次汽、排汽、疏水等，即减少热损失提高,热效率,。,(3),易调节控制，较其他方法除氧稳定可靠，被广泛应用。,热力除氧的分类,按压力大小可分为大气式和压力式两种：大气式除氧器在工业锅炉上运用最广。压力式除氧器又分高压、中压两种。,热力除氧器按进水形式分为全补给水和部分补给水,(,另部分为凝结水或疏水,),，按除氧头结构又分为淋水盘式、膜式和喷雾式等，按除氧头与贮水箱联接形式又分为立式和卧式，按运行方式又可分为定压与滑压两种。,真空除氧,真空除氧是低温水除氧，具有少用蒸汽和不用蒸汽的特点，常用的真空除氧系统有蒸汽喷射和水喷射两种：,其工作压力低于,0,0588MPa,，一般最好使水加热到,40,60,。为保持水始终沸腾，但由于真空系统难以做到系统的密闭性，故应用不广泛。,化学除氧,1,药剂除氧 药剂除氧是在给水中加入化学还原药剂，如亚硫酸钠,(Na,2,S0,3,),、亚硫酸氢钠,(NaHSO,3,),，联胺,(N,2,H,4,),等，使其与氧反应生成无腐蚀性的稳定化合物，将水中的熔解氧固定，借锅炉排污熔将化合物排出炉外。,2,钢屑除氧 钢屑除氧是将一定温度的水，流经装有钢屑,(,或多孔海绵铁柱,),的除氧器，铁屑被水中的氧氧化达到除氧目的。,解析除氧,根据亨利定律，氧在水中的溶解度与水所接触的气体中氧的分压力成正比，而气体中氧的分压力又与气体中氧的含量成正比，因此将含氧的水,与已脱氧的气体强烈混合降低氧的分压力,，则溶于水中的氧即大量扩散到气体中，含氧气体在反应器内与,500,600,的灼热木炭相遇，反应成无氧气体,(C0,2,),，循环使用。,锅炉排污系统,从锅炉蒸发段排出含杂质的炉水，经扩容器回收部分工质的热量后排放，称谓锅炉排污系统。,炉水杂质,(,溶解盐类和泥渣,),是由给水带入炉内，在蒸发段中蒸发部分杂质被蒸汽带走，大部分留在炉水中，使炉水含盐浓度不断提高，影响蒸汽品质，将锅筒水位附近含盐分高的水连续不断地排出炉外，使炉水盐分稳定在一定的水平上。,连续排污系统,但是连续排污不能将炉水中泥渣完全排出，泥渣集中在锅内最低处，因此每隔一段时间需对锅内,低处,进行一次定期排污，,定期排污系统,。,当炉水含盐量要求一定时，给水含盐量高，排污率就增大。,排污率的增大意味着水量和热量损失,增加，所以对排污率有一定限制。,以化学软水为补给水的工业锅炉：排污率,P10,定期排污,工业锅炉定期排污应在锅炉,低负荷时进行,，且应做到一次,少排、勤排、快排,。,炉外水处理，视水质情况，一次排污时间,0.51min,。,锅炉给水系统,锅炉给水泵,锅炉给水泵的选择,1.,锅炉给水泵的流量,2.,锅炉给水泵的扬程,3.,离心式给水泵的变工况换算,4.,离心式给水泵的电动机功率,水泵的汽蚀和汽蚀余量,(1),水泵的汽蚀会造成水泵性能恶化，产生噪声和振动以及造成水泵部件的腐蚀和疲劳。,(2),为保证水泵在设计最大流量时和进水容器液面处于最低时不发生汽蚀现象，需计算水泵的吸上安装高度和灌注安装高度。,锅炉给水泵的配置,采用,母管制,的给水系统全厂应设置一台备用给水泵，给水泵的总容量和台数，应保证在任何一台给水泵停用时，其余给水泵总出力仍能满足全部锅炉额定蒸发量的,110,。,锅炉房燃料贮运系统,燃煤锅炉房的贮运煤系统,(,一,),燃煤运输量,(,二,),燃煤存贮设施,(,三,),贮煤场的装卸机械设施,(,四,),锅炉房内的燃料机械输送设备选择,输煤机械种类很多，锅炉常用的有人工手推车、炉前卷扬翻斗、电动葫芦吊煤罐、埋刮板、斗提机、胶带运煤机等。,灰渣贮运系统,除灰渣系统的选择,锅炉房内部除灰系统，一般可分为气力除灰系统，水力除灰渣系统，机械除灰渣系统和水力、气力、机械混合除灰渣系统等四大类。,目前锅炉房常用的机械排渣装置和输送机械有马丁式除渣机、圆盘式除渣机、螺旋除渣机、斗式输送机、刮板输送机、埋刮板输送机和胶带输送机等。,灰渣贮运,灰渣场,灰渣场的贮存量应根据运输条件和综合利用的情况来决定。,锅 炉 烟 气 净 化,有关锅炉烟气排放的标准和规定,锅炉大气污染物排放标准,锅炉大气污染物排放量和排放浓度,锅炉烟气净化系统要点,(1),排入大气的有害物,(,粉尘、二氧化硫、氮氧化物等,),浓度必须符合国家和地方排放标准的规定。,(2),烟气净化设备,(,如干式或湿式脱硫除尘器，静电除尘器等,),的选择，应根据锅炉在额定出力下的出口烟尘浓度、燃料含硫量和烟气净化设备对负荷的适应性等因素，在高效、低阻、低钢耗和低运行费等方面经技术经济比较后择优选用。,（,3,）烟气净化设备及其附属设施应有防腐蚀和防磨损的措施，以便延长设备和管路的使用。,(4),烟气净化设备的废弃物,(,如干灰、脱水后的污泥等,),应设置密闭运输设备及时运走，防止扬尘，造成二次污染。,(5),采用湿式净化设备时，应采用闭式循环系统，必须保证水压稳定并设置不易堵塞的灰、水分离装置（沉灰池）。要采取措施防止造成净化设备管路的堵塞、腐蚀等问题发生。,常见除尘器种类,1,、机械式除尘器,(,如重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器,),2,、湿式除尘器,(,如：冲击水淋式除尘器、泡沫除尘器、文丘里麻石水膜除尘器、喷雾式除尘器。,3,、过滤式除尘器,(,如袋式除尘器、颗粒层除尘器,),4,、静电除尘器,高效率，低阻力，低钢耗，耐磨损、耐腐蚀,锅炉的烟尘排放浓度测定,锅炉烟尘排放有两方面的限定，烟尘浓度和烟气浓度。,烟尘排放浓度采用烟尘浓度测定仪测定，用,等速取样法,在排放的烟气中取样，分析其中的含尘量。,烟气排放浓度是根据烟尘的颜色确定，利用光线的透过率测定，常用标准林格曼烟气浓度表为基准作对比的方法确定，称,林格曼黑度,。,锅炉气态污染物治理技术,1),在有条件的地区采用低硫煤或对燃煤经过脱硫处理的型煤。,2),采用以石灰、碱性物质或碱性废水作为吸收剂的脱硫装置。,3,）多采用湿法烟气脱硫,SO,2,二氧化硫的生成机理,煤中的硫是以有机硫和无机硫形态存在，还有极少量的单质硫。,在燃料燃烧过程中，除煤中有少部分硫分残留在灰渣中外，其他大部分硫都与氧化合生成,S0,2,随烟气排入大气。生成的,S0,2,在高温下，当有氧原子存在或有催化剂,(Fe,2,03,、,V,2,0,5,等,),存在时，其中一部分会,转化为,S0,3,。,硫（,S,）：含量少，有害物质。,低温腐蚀、高温腐蚀、大气污染,酸雨,有机硫,30-40%,、无机硫,60-70%,（黄铁矿、硫酸盐硫）、单质硫（少）,黄铁矿,是煤中主要的硫成分。,硫化铁,全硫,硫酸盐,不燃烧，含量很少，并入灰分,可燃硫（挥发硫），燃烧生成,SO2,有机硫,氮氧化物的生成机理,氮的氧化物,NOx,，是,NO,、,N0,2,、,N,2,0,和,N,2,0,5,等的统称。,燃料燃烧时,NOx,产生的途径主要有两种：一是燃烧时空气中的氮在高温下被氧化而生成氮氧化物，称为,温度型,NOx,。二是燃料中的含氮化合物在高温下分解出的氮被氧化为氮氧化物，称为,燃料型,NOx,，在燃料中含氮率一定的情况下，过量空气越多时，燃料型,NOx,的转化率就越高。,当前锅炉低,NOx,燃烧是热点！,