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1 第九章鍋爐 第一節(jié)鍋爐概述一 鍋爐的構(gòu)成及工作過程 一 鍋爐的作用 鍋爐是利用礦物燃料燃燒產(chǎn)生的熱能或工業(yè)生產(chǎn)中的余熱 將工質(zhì)加熱到一定溫度和壓力的換熱設(shè)備 鍋爐就是生產(chǎn)具有一定壓力 溫度的蒸汽的設(shè)備 電站鍋爐 是火電廠三大主機(jī)之一 又稱為蒸汽發(fā)生器 工業(yè)鍋爐 產(chǎn)生的蒸汽 或熱水 直接供給工業(yè)生產(chǎn)過程和人民生活所需要的熱能 或通過蒸汽動(dòng)力機(jī)械轉(zhuǎn)換為機(jī)械能 2 火力發(fā)電廠能量轉(zhuǎn)換的基本過程鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)燃料的化學(xué)能蒸汽的熱能轉(zhuǎn)軸的機(jī)械能電能在鍋爐內(nèi)實(shí)現(xiàn)下敘過程燃燒熱交換燃料的化學(xué)能煙氣的熱能蒸汽 或熱水 的熱能 3 4 二 電站煤粉鍋爐機(jī)組組成 鍋 爐 鍋爐本體 輔助設(shè)備 鍋爐機(jī)組 鍋爐汽水系統(tǒng)由汽包 下降管 聯(lián)箱 導(dǎo)管及各換熱設(shè)備 水冷壁 過熱器 再熱器 省煤汽等 組成 完成由水變成蒸汽的吸熱過程 鍋爐燃燒系統(tǒng)由爐膛 燃燒器 煙道 爐墻構(gòu)架等部件組成 完成煤的燃燒過程 由送風(fēng)機(jī) 引風(fēng)機(jī) 燃料供應(yīng)及制粉 除灰 除渣 測(cè)量控制等組成 5 6 三 電站煤粉鍋爐機(jī)組示意圖 7 四 鍋爐熱交換受熱面 水冷壁布置在爐膛內(nèi)壁的蒸發(fā)受熱面 主要吸收爐膛的輻射熱 過熱器主要布置在爐膛出口及水平煙道 大型鍋爐還可布置在爐膛的上部和尾部煙道 吸收爐膛的輻射熱和對(duì)流熱將飽和蒸汽加熱至具有一定 P t 的過熱蒸汽 再熱器主要布置在爐膛的水平煙道和尾部煙道 大型鍋爐還可布置在爐膛上部的內(nèi)壁 吸收對(duì)流熱 對(duì)于后者還吸收爐膛的輻射熱將汽機(jī)中作過功的蒸汽再加熱 省煤器布置在鍋爐尾部煙道 吸收煙氣的對(duì)流熱加熱鍋爐給水 空氣預(yù)熱器布置在鍋爐尾部煙道或鍋爐外 吸收煙氣的對(duì)流熱 用于加熱燃料燃燒所需的空氣 8 冷空氣煙氣煙氣煙氣煙囪引風(fēng)機(jī)除塵器空氣預(yù)熱器細(xì)微灰粒飛灰 二次風(fēng) 灰渣溝原煤排粉風(fēng)機(jī) 一次風(fēng) 煙氣煙氣給煤機(jī)磨煤機(jī)燃燒器爐膛水平煙道尾部煙道原煤風(fēng) 粉風(fēng) 粉未燃煤?；以以以以鼫吓旁b置冷灰斗未燃煤粒未燃煤粒 五 煤 風(fēng) 煙系統(tǒng)及流程 9 汽機(jī)主凝結(jié)水水水汽水混合物給水泵省煤器汽包汽水分離器 化學(xué)補(bǔ)充水汽水混合物下降管下聯(lián)箱水冷壁上聯(lián)箱導(dǎo)汽管水水水汽水混合物汽水混合物 飽和蒸汽過熱蒸汽過熱器汽輪機(jī) 六 汽 水系統(tǒng)及流程 10 一 鍋爐參數(shù) 額定蒸發(fā)量在額定蒸汽參數(shù) 額定給水溫度和使用設(shè)計(jì)燃料 保證熱效率時(shí)所規(guī)定的蒸發(fā)量 單位為t h 或kg s 最大連續(xù)蒸發(fā)量 對(duì)大型鍋爐 在額定蒸汽參數(shù) 額定給水溫度和使用設(shè)計(jì)燃料 長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行時(shí)所能達(dá)到的最大蒸發(fā)量 單位為t h 或kg s 供熱量 工業(yè)熱水鍋爐 單位為kW 或kcal h 蒸汽鍋爐額定蒸汽參數(shù)在規(guī)定負(fù)荷范圍內(nèi)長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行應(yīng)能保證的出口蒸汽參數(shù) 包括額定蒸汽壓力 對(duì)應(yīng)規(guī)定的給水壓力 單位是Mpa 額定蒸汽溫度 對(duì)應(yīng)額定蒸汽壓力和額定給水溫度 單位是0C 工業(yè)熱水鍋爐的額定參數(shù)鍋爐出口熱水的壓力和溫度 單位分別是MPa和0C 二 鍋爐的特性 11 二 電站鍋爐型號(hào) 例HG 670 13 72 M哈爾濱鍋爐廠制造 額定蒸發(fā)量670t h 額定蒸汽壓力13 7Mpa燃煤鍋爐SG 1000 16 66 YM2上海鍋爐廠制造 額定蒸發(fā)量1000t h 額定蒸汽壓力16 66Mpa燃用煙煤鍋爐 第二次設(shè)計(jì) 12 工業(yè)鍋爐型號(hào) 例SHL20 2 45 400 A雙鍋筒橫置式鏈條爐排 額定蒸發(fā)為20t h 蒸汽壓力為2 45MPa 過熱蒸汽溫度為400C0 燃用煙煤 原型設(shè)計(jì)的蒸汽鍋爐 13 三 鍋爐類型 按用途分 電站鍋爐 用于發(fā)電 參數(shù)高 容量大 工業(yè)鍋爐 用于工業(yè)生產(chǎn)和供熱 參數(shù)低 容量小 其中 又有蒸汽鍋爐和熱水鍋爐 按鍋爐參數(shù)分 低壓 表壓 2 4MPa 中壓 表壓2 9 4 9MPa 高壓 表壓7 84 10 8MPa 超高壓 表壓11 8 14 7MPa 亞臨界壓力 表壓15 7 19 6MPa 超臨界壓力 超過臨界壓力22 1MPa 超超臨界壓力鍋爐 14 按鍋爐燃燒方式分 有層燃爐 室染爐 流化床爐 15 其中 層燃爐 煤塊在爐排上燃燒 燃燒所需空氣從爐排低下送入 爐排在旋轉(zhuǎn) 室燃爐 燃料以粉狀 霧狀或氣態(tài)隨空氣噴入爐膛 懸浮燃燒 而煤粉爐又分固態(tài)排渣煤粉爐和液態(tài)排渣煤粉爐 流化床爐 固體燃料在高速氣流作用下 在布風(fēng)板上的床料層上下翻滾 呈流化狀態(tài)燃燒 另外還有旋風(fēng)爐 燃料和空氣在高溫旋風(fēng)筒內(nèi)高速旋轉(zhuǎn) 細(xì)小的燃料顆粒在其中懸浮燃燒 較大的顆粒被拋向筒壁液態(tài)渣膜上進(jìn)行燃燒 16 按鍋爐蒸發(fā)受熱面中工質(zhì)流動(dòng)方式分 有自然循環(huán)汽包鍋爐和強(qiáng)制循環(huán)汽包鍋爐 1 自然循環(huán)汽包鍋爐具有汽包 利用下降管和上升管 水冷壁 中工質(zhì)密度差產(chǎn)生工質(zhì)循環(huán) 循環(huán)倍率約為4 10 是亞臨界壓力以下鍋爐的主要形式 循環(huán)倍率 上升管進(jìn)口水量和上升管出口蒸汽量之比 17 2 強(qiáng)制循環(huán)汽包鍋爐具有汽包和循環(huán)泵 利用循環(huán)回路中工質(zhì)密度差和循環(huán)泵壓頭使工質(zhì)循環(huán) 循環(huán)倍率約為3 5 只能在臨界壓力以下應(yīng)用 18 直流鍋爐無汽包 給水靠給水泵壓頭一次通過各受熱面產(chǎn)生蒸汽 循環(huán)倍率約為1 可在高壓以上任何壓力下應(yīng)用 另外 還有直流鍋爐和低倍率循環(huán)鍋爐 19 低倍率循環(huán)鍋爐無汽包 具有汽水分離器和再循環(huán)泵 靠再循環(huán)泵實(shí)現(xiàn)工質(zhì)再循環(huán) 循環(huán)倍率約為1 2 2 多用于亞臨界壓力 20 表9 1我國電站鍋爐參數(shù) 容量系列 21 三 鍋爐安全 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) 一 鍋爐運(yùn)行安全性指標(biāo)鍋爐連續(xù)運(yùn)行小時(shí)數(shù)鍋爐在兩次檢修之間的運(yùn)行小時(shí)數(shù) 5000h 2 鍋爐可用率 總運(yùn)行小時(shí)數(shù) 總備用小時(shí)數(shù) 統(tǒng)計(jì)期間總小時(shí)數(shù) 一年 約90 3 鍋爐的事故率鍋爐總事故停爐小時(shí)數(shù) 總運(yùn)行小時(shí)數(shù) 事故停爐小時(shí)數(shù) 約1 22 二 鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) 鍋爐熱效率式中Q1 鍋爐有效利用熱Qr 鍋爐在單位時(shí)間內(nèi)所消耗燃料的輸入熱量 大容量電站鍋爐大于90 工業(yè)鍋爐約60 80 鍋爐有害物質(zhì)排放物鍋爐燃燒產(chǎn)生的污染物主要有 煙霧 粉塵 溫室氣體 23 作業(yè)題與思考題 1 敘述電站燃煤鍋爐的主要系統(tǒng) 主要部件的作用 2 敘述電站燃煤鍋爐的工作過程 3 敘述鍋爐運(yùn)行的安全性指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) 4 敘述鍋爐的類型 24 第二節(jié)鍋爐燃料及熱平衡 燃料 核燃料 有機(jī)燃料 主要成分 碳 氫 硫 氧 氮 水份 灰份 固體燃料 液體燃料 氣體燃料 天然木材 煤 油頁巖 人工焦炭 煤磚 煤粉 天然石油 人工汽油 煤油 重油 渣油 酒精 天然天然氣 人工高爐煤氣 發(fā)生爐煤氣 煉焦?fàn)t煤氣 地下氣化煤氣 我國鍋爐燃料以燃煤為主 而且主要是燃燒劣質(zhì)煤 25 一 煤的組成成分 煤的成分分析一般有化學(xué)元素分析和工業(yè)分析法 煤的化學(xué)元素分析成分碳 C 氫 H 硫 S 氧 0 氮 N 煤的工業(yè)分析成分水分 M 灰分 A 揮發(fā)分 V 固定碳 FC 一 煤的成分及特性 26 二 煤的成分特性可燃元素C H S1 碳C元素 包括固定碳和揮發(fā)分 CH4 H2C2及CO等 中的C 在煤中含量最多 50 90 發(fā)熱量為32700kj kg 碳化程度越深 固定碳含量越高 含碳量高 不易著火 2 氫H元素 以化合物狀態(tài)存在 發(fā)熱量高 達(dá)120000kj kg 碳化程度越深 氫的含量越少 氫易著火燃燒 在煤中含量為 1 6 3 硫S元素 包括可燃硫 Sr 和硫酸鹽硫 Sly 可燃硫燃燒后生成有害物質(zhì) 造成環(huán)境污染 導(dǎo)致尾部煙道腐蝕 堵灰 27 不可燃元素O N 雜質(zhì)煤中的氧 O 含量在 1 40 碳化程度越深 氧的含量越少 氧能助燃 但會(huì)使煤中可燃元素含量減少 降低煤的發(fā)熱量 煤中的氮 N 含量少 約 0 5 2 5 燃燒產(chǎn)生有害物質(zhì)NOx 污染環(huán)境 氮的含量會(huì)使可燃元素含量減少 雜質(zhì) 水份 M 內(nèi)部水份和外部水份 煤中水的含量在 5 60 灰份 A 是礦物質(zhì)燃燒生成物 煤中灰份的含量在 5 45 多的可達(dá) 60 70 影響燃燒 造成積灰 結(jié)渣 堵塞和磨損 揮發(fā)份 可燃?xì)怏w 煤中的氫 氧 氮 硫與部分碳所組成的有機(jī)化合物加熱后分解形成 碳化程度越淺的煤 揮發(fā)份含量越高 揮發(fā)份易著火燃燒 揮發(fā)份是煤的重要特性 28 三 煤的成分基準(zhǔn) 1 收到基 ar 舊稱應(yīng)用基 y 以進(jìn)入鍋爐煤 包括煤的全部成分 為基準(zhǔn)2 空氣干燥基 ad 舊稱分析基 f 以風(fēng)干狀態(tài)煤 除去外部水分 為基準(zhǔn) 煤的成分分析一般用百分比表示 通常有以下四種基準(zhǔn) 29 3 干燥基 d 舊稱干燥基 g 以去掉全部水分煤為基準(zhǔn)4 干燥無灰基 daf 舊稱可燃基 r 以去掉全部水分及灰分煤為基準(zhǔn) 在煤質(zhì)分析中 常采用空氣干燥基和干燥無灰基 在鍋爐設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí) 必需知道煤的收到基 不同基準(zhǔn)之間的換算關(guān)系為 X K式中 按原基準(zhǔn)計(jì)算的某成分的質(zhì)量百分比 K 換算系數(shù) 表9 4 X 按新基準(zhǔn)計(jì)算的某成分的質(zhì)量百分比 30 31 四 煤的發(fā)熱量 1 煤的發(fā)熱量 kJ kg 單位質(zhì)量的煤在完全燃燒時(shí)所釋放的熱量 高位發(fā)熱量 包含燃燒產(chǎn)物中全部水蒸汽凝結(jié)時(shí)放出的汽化潛熱 低位發(fā)熱量 不考慮水份的汽化潛熱的發(fā)熱量 通常鍋爐排煙溫度一般為110 180 煙氣中的水蒸汽不會(huì)凝結(jié) 所以在熱力計(jì)算中是用低位發(fā)熱量 2 高 低位發(fā)熱量之間的關(guān)系為 二者之差別就是汽化潛熱r 2510kJ kg標(biāo)準(zhǔn)煤 為了進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較 規(guī)定以收到基低位發(fā)熱量為29270kJ kg 7000kCal kg 的煤為標(biāo)準(zhǔn)煤 則各種煤的消耗量可以通過其收到基低位發(fā)熱量折算成標(biāo)準(zhǔn)煤 32 五 煤的灰分特性及分類 煤的灰分特性 灰熔點(diǎn) 煤的灰分在熔融狀態(tài)下會(huì)粘結(jié)在鍋爐受熱面上造成結(jié)渣 結(jié)焦 影響鍋爐的安全性和經(jīng)濟(jì)性 這一特性與灰的成分及含量有關(guān) 煤的灰分特性可用灰的三個(gè)特征溫度表示 灰的變形溫度DT 舊稱 灰的軟化溫度ST 舊稱 灰的熔化溫度FT 舊稱 33 2 煤的分類按煤中揮發(fā)分含量高低依次可分為褐煤 煙煤 貧煤 無煙煤 揮發(fā)分低的煤 含碳量高 通常水分或灰分較低 揮發(fā)分高的燃料容易著火 燃燒與燃盡 含碳量高發(fā)熱量高 固定碳不易著火 燃燒 水分 灰分高發(fā)熱量低 爐膛溫度下降 燃料著火 燃燒越困難 受熱面腐蝕 堵灰 結(jié)渣及磨損加重 34 無煙煤 碳化程度高 含碳量高 發(fā)熱量一般為25000 32500KJ kg 揮發(fā)分含量低 10 燃燒困難 不易著火 燃盡 煙煤 含碳量較高 發(fā)熱量一般為20000 30000KJ kg 揮發(fā)分含量 10 45 容易著火 燃燒 而劣質(zhì)煙煤中揮發(fā)分中等 但水分 灰分量高 發(fā)熱量低 所以 著火 燃燒較困難 貧煤 碳化程度最高 揮發(fā)分含量低 10 20 性能接近無煙煤 褐煤 碳化程度最低 揮發(fā)分含量很高 可達(dá)37 易于著火 但水分 灰分量高 發(fā)熱量低 一般小于16750KJ kg 二 液體燃料 略 35 三 煤的燃燒計(jì)算 煤的燃燒計(jì)算是進(jìn)行鍋爐設(shè)計(jì)的基礎(chǔ) 通過燃燒計(jì)算以確定燃燒所需空氣量 爐膛出口及煙道各處煙氣的容積 焓值 以便進(jìn)行鍋爐熱平衡計(jì)算 對(duì)流受熱面的傳熱計(jì)算 煤的燃燒反應(yīng)煤中可燃元素的燃燒反應(yīng)是燃燒計(jì)算的基礎(chǔ) 1kg收到基煤包括 36 如碳完全燃燒反應(yīng)方程式C O2 CO212kgC 22 41Nm3O2 22 41Nm3CO2由上式可得1kgC和H S完全燃燒所需O及生成物方程式1kgC 1 866Nm O2 1 866Nm CO21kgH 5 56Nm O2 11 1Nm H2O1kgS 0 7Nm O2 0 7Nm SO2 37 一 燃燒所需空氣量 1 理論空氣量V0 Nm3 kg 1kg燃料完全燃燒時(shí)所需要的最小空氣量 可通過燃料中可燃元素 C H S 的燃燒化學(xué)反應(yīng)方程式求得 即則1kgC完全燃燒最少需要22 41 12 1 866的 并產(chǎn)生1 866的 1kgC 1 866Nm O2 1 866Nm CO2 38 而1kg收到基燃料包括有 100kg的碳 100kg的氫 100kg的硫和 100kg的氧氣 故1kg收到基燃料燃燒所需要的理論空氣量等于各可燃元素完全燃燒所需空氣量之和再減去燃料本身的含氧量 而空氣中含氧量的容積百分?jǐn)?shù)21 則理論空氣量為 2 實(shí)際空氣量V 由于空氣和燃料不可能完全混合 為了使煤燃盡 實(shí)際送入爐膛的空氣量應(yīng)大于理論空氣量 這里 用過?？諝饬肯禂?shù)說明 39 3 過?？諝庀禂?shù) 實(shí)際空氣量V與理論空氣量之比稱為過?？諝庀禂?shù) 即過?？諝庀禂?shù) 是鍋爐運(yùn)行的重要參數(shù) 通常用爐膛出口處的過剩空氣系數(shù)來描述空氣量對(duì)燃燒過程的影響 大 增加排煙損失 使?fàn)t膛溫度降低 增加風(fēng)機(jī)功率 反之 會(huì)增大不完全燃燒 對(duì)于負(fù)壓鍋爐 空氣可通過爐墻 煙道等處漏入 使得煙氣中過?？諝庠黾?爐膛后任意一煙道截面處的過?？諝庀禂?shù)為式中 漏風(fēng)系數(shù) 為漏入空氣量與理論空氣量之比 即 40 二 燃燒產(chǎn)物 煙氣 容積 1 煙氣容積 煤燃燒后生成煙氣 煙氣中含有和 理論煙氣容積 煤完全燃燒 1 時(shí)煙氣具有的容積為理論煙氣容積 實(shí)際煙氣容積 當(dāng) 1 完全燃燒時(shí)煙氣具有的容積為實(shí)際煙氣容積 除了那四種生成物外還有剩余的 因此 理論煙氣容積為 實(shí)際煙氣容積為 41 1 二氧化碳和二氧化硫的容積 2 理論氮?dú)馊莘e氮?dú)鈦碓从诳諝夂腿剂?42 3 理論水蒸汽容積 包括燃料中氫燃燒生成的水蒸汽容積 燃料中的水份 隨空氣進(jìn)入的水蒸汽容積 即式中 為1kg空氣的含濕量 通常 10g kg 1 293和0 804是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干空氣和水的密度 43 過量空氣中的氮?dú)馊莘e 氧氣容積及帶進(jìn)的水蒸汽容積 綜合起來 燃料完全燃燒時(shí)所生成的實(shí)際煙氣容積為 44 2 煙氣的焓值 空氣和煙氣的焓值 是指在等壓條件下 將1kg燃料燃燒所需要的理論空氣和生成煙氣量從0加熱到 所需的熱量 用和表示 單位為KJ kg 煙氣為混合物 其焓值為 其中 理論煙氣焓值 1 為理論空氣焓值為飛灰的焓值為 以上各式中1kg飛灰 1空氣及煙汽等在溫度 時(shí)的焓值查表9 5 煙氣各成分的焓值 45 四 鍋爐的熱平衡鍋爐的熱平衡是指輸入鍋爐的熱量與其輸出熱量的平衡 其中 輸出熱量包括蒸汽 熱水的有效熱和各種熱損失 見圖9 5 一 鍋爐熱平衡方程式鍋爐熱平衡方程式式中 輸入熱量有效利用熱排煙損失化學(xué)不完全燃燒熱損失機(jī)械不完全燃燒熱損失散熱損失其他熱損失 46 二 輸入鍋爐熱量 輸入鍋爐的熱量包括 式中 燃料收到基低位發(fā)熱量 燃料的物理顯熱 外來熱源加熱空氣時(shí)帶來的熱量 霧化燃油帶來的熱量 對(duì)于燃煤鍋爐 如果燃料和空氣都沒用外界熱量 且燃煤水份滿足 47 三 鍋爐的各項(xiàng)損失 鍋爐損失包括燃料未完全燃燒及未被充分利用熱量?jī)刹糠?1 機(jī)械不完全燃燒損失 機(jī)械不完全燃燒損失是指灰渣 飛灰中的未燃燒 未燃盡的固體可燃物 碳 被排出爐外所造成的熱損失 這是燃煤鍋爐的主要熱損失 對(duì)于固態(tài)排渣爐 取0 5 5 火床爐取7 15 氣體 液體燃料爐取零 2 化學(xué)不完全燃燒損失 化學(xué)不完全燃燒損失是指未完全燃燒的可燃?xì)怏w 隨煙氣排放到大氣所造成的熱損失 對(duì)于煤粉爐 取0 氣體 液體燃料爐取0 5 火床爐取 0 5 1 0 影響燃料未完全燃燒的因素 燃料性質(zhì) 燃燒方式 燃燒設(shè)備的結(jié)構(gòu)與布置 爐膛溫度 過剩空氣系數(shù) 48 3 排煙損失 排煙損失是指排煙物理顯熱造成的損失 為排煙焓與進(jìn)入鍋爐冷空氣焓之差 即式中 排煙焓 進(jìn)入鍋爐冷空氣焓 排煙處的過?？諝庀禂?shù) 是鍋爐最大的一項(xiàng)熱損失 一般為5 12 影響排煙損失的主要因素 排煙溫度和排煙處的過?？諝庀禂?shù) 每增加10 20 排煙損失增加1 過低 會(huì)造成尾部受熱面腐蝕和堵灰 一般為110以上 降低過剩空氣系數(shù)可降低排煙損失 49 4 散熱損失 散熱損失是由于爐墻 金屬結(jié)構(gòu) 汽水管道 煙風(fēng)管道等的溫度高于周圍環(huán)境溫度所造成的 散熱損失可插表圖9 6表 一般鍋爐越大 散熱損失越小 當(dāng)容量 900t h 取0 2 影響散熱的主要因素 鍋爐外表面積的大小 溫度 爐墻結(jié)構(gòu)及保溫性能 環(huán)境溫度 5 其他熱損失 其他熱損失主要是指灰渣排出時(shí)的物理顯熱所造成的損失 對(duì)于固態(tài)排渣煤粉爐 只有當(dāng)燃料中的灰份時(shí)才計(jì)及灰渣物理顯熱損失 式中 灰渣的焓 按灰渣溫度 600 800 查表9 6 50 四 鍋爐有效利用熱 鍋爐有效利用熱是指將給水加熱至過熱蒸汽 或飽和汽或熱水 所需的總熱量 對(duì)于熱水爐 有 對(duì)于飽和蒸汽爐 有 對(duì)電站鍋爐 則 51 式中 Q 受熱面中工質(zhì) 水 蒸汽 的總吸熱量 kJ sB 燃料消耗量 kg s r 汽化潛熱 W 蒸汽帶水量 過熱蒸汽量 再熱蒸汽量 排污量 飽和蒸汽量 熱水量 kg s 過熱蒸汽焓 給水焓 飽和水焓 kJ kg 再熱蒸汽出口和進(jìn)口焓 熱水出口 進(jìn)口焓 kJ kg 52 五 鍋爐熱效率與燃料消耗量 熱效率 鍋爐熱效率為鍋爐有效利用熱與鍋爐送入熱量之比 即 9 30 或 燃燒效率 反映燃料燃燒的完全程度 取決于不完全燃燒損失大小 即 鍋爐燃料消耗量 根據(jù)前面 9 27 9 30 式可求得 計(jì)算燃料消耗量 考慮了不完全燃燒損失后 實(shí)際燃料消耗量為 9 34 53 作業(yè)題與思考題 1 煤的元素分析成分和工業(yè)分析成分是什么 2 煤的揮發(fā)分 水分 灰分和硫?qū)﹀仩t工作有何況影響 3 解釋專業(yè)名詞 揮發(fā)分 煤的高位發(fā)熱量 低位發(fā)熱量 理輪空氣量 實(shí)際空氣量 過?？諝庀禂?shù) 漏氣系數(shù) 鍋爐熱平衡 4 敘述鍋爐運(yùn)行時(shí)的各項(xiàng)損失及產(chǎn)生原因 54 第三節(jié)燃料燃燒及燃燒設(shè)備 一 燃燒基本概念1 燃燒 燃料的燃燒是一種發(fā)光放熱的高速化學(xué)反應(yīng) 反應(yīng)速度與溫度 濃度等有關(guān) 當(dāng)反應(yīng)系統(tǒng)溫度或濃度升高時(shí) 化學(xué)反應(yīng)速度顯著增大 1 均相燃燒燃料和氧化劑物態(tài)相同 如氣體燃料在空氣中燃燒 2 多相燃燒燃料和氧化劑物態(tài)不同 如固體燃料在空氣中燃燒 55 2 煤燃燒過程的四個(gè)階段 大 中型煤粉鍋爐是將煤粉用燃燒器將煤粉噴入爐膛作懸浮燃燒 固態(tài)燃料的燃燒過程一般有四個(gè)階段 1 預(yù)熱干燥階段 加熱 析出水分 大量吸熱 2 揮發(fā)份析出階段 CmHn CO H2等可燃?xì)怏w析出 少量吸熱 3 著火 燃燒階段 揮發(fā)份首先燃燒 造成高溫促使碳著火燃燒 大量放熱 4 燃盡階段 碳粒燃盡形成灰渣 少量放熱 56 3 燃燒化學(xué)反應(yīng)速度 主要取決于化學(xué)反應(yīng)的溫度及活化能的大小 其相互關(guān)系為其中 R 氣體常數(shù) T 反應(yīng)溫度 K E 活化能 為發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所需的最低能量 取決于反應(yīng)物的種類 無煙煤活化能數(shù)值較大 化學(xué)反應(yīng)需要在較高的溫度下進(jìn)行 上式表明 化學(xué)反應(yīng)速度與溫度成指數(shù)函數(shù)關(guān)系 當(dāng)反應(yīng)溫度T升高時(shí) 化學(xué)反應(yīng)速度顯著增大 如圖9 7所示 4 完全燃燒的條件 1 保證足夠的爐膛溫度 2 供應(yīng)適量的空氣 3 促進(jìn)燃料與空氣充分混合 4 保證足夠的燃燒空間和時(shí)間 57 一 煤粉制備將煤磨成粉后 表面面積增大 與空氣接觸面增大 反應(yīng)速度增快 提高燃燒效率 另外 煤粉很細(xì) 流動(dòng)性好 便于管到氣力輸送 1 煤粉細(xì)度 煤粉顆粒的粗細(xì)用煤粉細(xì)度Rx表示 煤粉細(xì)度用一組標(biāo)準(zhǔn)篩子進(jìn)行篩分測(cè)定的 取一定量的煤粉試樣 篩子上煤粉的剩余量占煤樣總重量的質(zhì)量百分比稱為煤粉細(xì)度Rx 顯然Rx越小 煤粉越細(xì) 最佳的煤粉細(xì)度應(yīng)保證燃燒充分且制粉能耗小 2 煤粉制備系統(tǒng) 煤粉制備系統(tǒng)由磨煤機(jī)及輔助設(shè)備組成 二 煤粉爐的燃燒設(shè)備 磨煤機(jī)低速磨 16 25 r min中速磨 50 300 r min高速磨 500 1500 r min 制粉系統(tǒng)中間儲(chǔ)倉式系統(tǒng)直吹式系統(tǒng) 58 A 磨煤機(jī)磨煤機(jī)是制粉系統(tǒng)的主要設(shè)備 按其轉(zhuǎn)速不同 分為低速磨 中速磨 高速磨 1 低速磨 低速磨主要有普通筒式鋼球磨 雙進(jìn)雙出筒式鋼球磨 筒式鋼球磨的圓筒由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)低速轉(zhuǎn)動(dòng) 燃料和干燥劑 熱空氣 從磨的一端的空心軸進(jìn)入圓筒 在圓筒內(nèi)煤被干燥 并經(jīng)筒內(nèi)裝有的大量鋼球打碎 研磨成粉 隨后被干燥劑從磨的另一端帶出 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 工作可靠 噪音大 對(duì)鍋爐負(fù)荷適應(yīng)性較差 一般用于中間儲(chǔ)倉制粉系統(tǒng) 雙進(jìn)雙出筒式鋼球磨是近期引進(jìn)的新型低速磨 其結(jié)構(gòu)與普通筒式鋼球磨相似 兩端的空心軸內(nèi)有空心圓管 圓管外有螺旋輸送裝置 空心圓管進(jìn)熱風(fēng)和原煤 而螺旋輸送把煤粉混合物送出 59 60 61 雙進(jìn)雙出筒式鋼球磨 是近期引進(jìn)的新型低速磨 其結(jié)構(gòu)與普通筒式鋼球磨相似 兩端的空心軸內(nèi)有空心圓管 圓管外有螺旋輸送裝置 空心圓管進(jìn)熱風(fēng)和原煤 而螺旋輸送把煤粉混合物送出 62 2 中速磨中速磨有盤式磨 輥 盤式 碗式磨 輥 碗式 環(huán)式磨 輥 環(huán)式 球 環(huán)式 原煤經(jīng)落煤管進(jìn)入兩組相對(duì)運(yùn)動(dòng)碾磨之間 在壓緊力的作用下被擠壓 研磨成粉 熱風(fēng)經(jīng)四周風(fēng)環(huán)進(jìn)入磨煤機(jī) 對(duì)被甩至此處的煤粉進(jìn)行干燥并將煤粉帶入粗粉分離器進(jìn)行分離 不合格的煤粉返回磨煤機(jī)重磨 細(xì)粉則送出磨外 63 圖9 11平盤中速磨1 減速齒輪 2 磨盤 3 磨輥 4 加壓彈簧 5 落煤管 6 分離器 7 風(fēng)環(huán) 8 煤粉出口 64 3 高速磨 風(fēng)扇磨 高速磨由葉輪 帶有護(hù)甲的蝸殼和粗粉分離器組成 裝有沖擊板的葉輪由電機(jī)帶動(dòng)高速旋轉(zhuǎn) 原煤和干燥劑一起被吸入磨煤機(jī)內(nèi) 煤被轉(zhuǎn)動(dòng)的沖擊板打碎 甩到護(hù)甲上再次被撞擊成煤粉 煤粉借助風(fēng)扇產(chǎn)生的壓頭由干燥劑攜帶經(jīng)粗粉分離器帶出 高速磨和中速磨通常配直吹式制粉系統(tǒng) 圖9 12風(fēng)扇磨煤機(jī) 65 B 制粉系統(tǒng)1 鋼球磨中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)鋼球磨中間儲(chǔ)倉式制粉系統(tǒng)經(jīng)磨煤機(jī)磨好的煤粉先儲(chǔ)藏在煤粉倉內(nèi) 然后根據(jù)鍋爐負(fù)荷的需要將煤粉送入爐膛 圖9 6中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng) 熱風(fēng)送粉系統(tǒng) 1 原煤倉 2 給煤機(jī) 3 磨煤機(jī)4 粗粉分離器 5 細(xì)粉分離器6 煤粉倉 7 給粉機(jī) 8 混合器 9 燃燒器 10 空氣預(yù)熱器 11 排粉機(jī) 12 一次風(fēng)機(jī) 13 送風(fēng)機(jī) 煤1 2 3 4 5 6 7 8 9風(fēng)13 1013 10 12 13 10 95 11 9 一次風(fēng) 二次風(fēng) 磨煤乏氣 三次風(fēng) 66 鋼球磨中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng) 67 在鋼球磨中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)中的 風(fēng) 一次風(fēng)攜帶煤粉進(jìn)入爐膛 供應(yīng)燃燒初期的空氣 二次風(fēng)供應(yīng)燃料繼續(xù)燃燒所需空氣 對(duì)爐膛氣流進(jìn)行擾動(dòng) 促進(jìn)燃料與空氣的混合 三次風(fēng)細(xì)粉分離器出口含有10 左右煤粉的氣流 68 69 中速磨直吹式制粉系統(tǒng) 70 二 燃燒器及其布置 1 直流燃燒器一 二 三次風(fēng)分別由垂直布置的一組圓形或矩形的噴口 以直流自由射流的形式噴入爐膛 煤粉氣流著火的熱量 來自直流射流外邊界卷吸爐內(nèi)高溫?zé)煔獾臒崃?直流燃燒器出口直流射流射程長(zhǎng) 卷吸量小 適合于無煙煤 劣質(zhì)煤使用 在煤粉爐中 是用燃燒器將煤粉和風(fēng)噴入爐膛的 煤粉在其中作懸浮燃燒 爐膛的結(jié)構(gòu)應(yīng)能合理地布置受熱面和燃燒器 以形成良好的空氣動(dòng)力場(chǎng) 保證完全燃燒而又不結(jié)渣 作用 燃燒器是煤粉鍋爐的主要燃燒設(shè)備 保證煤粉氣流及時(shí)穩(wěn)定著火 一 二次風(fēng)適時(shí)混合 擾動(dòng)強(qiáng)烈 具有良好的調(diào)節(jié)性 以適應(yīng)燃料 負(fù)荷變化 減少Nox的生成 保護(hù)環(huán)境 在爐膛下部的燃燒器內(nèi)具備重油噴嘴 作為點(diǎn)火和低負(fù)荷穩(wěn)燃之用 一般有直流燃燒器 旋流燃燒器 71 1 直流燃燒器及其布置 由于燃燒器中一 二次風(fēng)口布置不同 直流燃燒器可分為均等配風(fēng)和分級(jí)配風(fēng)兩種形式 均等配風(fēng) 煙煤型 一 二次風(fēng)相間布置 即在二個(gè)一次風(fēng)口之間均等布置一個(gè)或二個(gè)二次風(fēng)口 一 二次風(fēng)口距離較近 有利于混合 著火和燃燒 72 分級(jí)配風(fēng) 無煙煤型 一次風(fēng)相對(duì)集中布置 而二次風(fēng)口與一次風(fēng)口則保持一定的距離 二次風(fēng)分階段送入燃燒的煤粉氣流中 促使已著火煤粉的燃燒過程繼續(xù)擴(kuò)展 強(qiáng)化混合擾動(dòng) 有利于燃盡 一次風(fēng)口集中布置可以增大煤粉濃度 使火焰中心溫度升高 這些都有利于無煙煤 劣質(zhì)煤的著火 燃燒 直流燃燒器最高層的上二次風(fēng) 供上排煤粉燃燒的空氣 補(bǔ)充爐內(nèi)未燃盡碳所需空氣 最下層的下二次風(fēng) 能托起從煤粉氣流分離出的煤粉 使之燃燒 減少機(jī)械不完全燃燒損失 三次風(fēng)口通常布置在燃燒器最上部 73 直流燃燒器布置方式 為了保證揮發(fā)份低的煤種穩(wěn)定著火 直流燃燒器多采用四角布置切圓燃燒方式 圖9 13 燃燒器布置在爐膛的四角 燃燒器的軸線與爐膛中心的假想圓相切 切圓越大 鄰角火炬高溫火焰更容易到達(dá)下角射流的根部 有利于煤粉氣流的著火 燃盡 74 75 2 旋流燃燒器及其布置 旋流燃燒器出口氣流是一股繞燃燒器軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)射流 煤粉氣流著火熱量 來源于旋轉(zhuǎn)射流內(nèi) 外邊界同時(shí)卷吸爐內(nèi)高溫?zé)煔獾臒崃?卷吸量較大但射程短 適合煙煤使用 根據(jù)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)射流的旋流器型式的不同 旋流燃燒器主要有 1 蝸殼式旋流燃燒器蝸殼式旋流燃燒器又分直流蝸殼式 雙蝸殼式兩種 直流蝸殼式旋流燃燒器的二次風(fēng)經(jīng)渦殼旋流器產(chǎn)生旋轉(zhuǎn) 一次風(fēng)為直流 出口出裝有擴(kuò)流錐 可調(diào)節(jié)一次風(fēng)氣流的擴(kuò)展角 擴(kuò)流錐尾跡內(nèi)回流區(qū)有利于煤粉氣流的著火 雙蝸殼式旋流燃燒器的一 二次風(fēng)均旋轉(zhuǎn) 有利于混合 76 圖9 15直流渦殼旋流燃燒器1 擴(kuò)流錐 2 一次風(fēng)擴(kuò)散管 3 一次風(fēng)管 4 二次風(fēng)渦殼 5 一次風(fēng)連接管 8 點(diǎn)火噴嘴孔 77 圖9 15雙蝸殼式旋流燃燒器 78 2 軸向可動(dòng)葉輪旋流燃燒器軸向可動(dòng)葉輪旋流燃燒器 一次風(fēng)氣流為直流或靠擋板產(chǎn)生弱旋轉(zhuǎn)射流 出口裝有擴(kuò)流錐 二次風(fēng)通過軸向葉片產(chǎn)生旋轉(zhuǎn) 葉輪可沿軸向移動(dòng) 調(diào)節(jié)性能好 旋流燃燒器出口煤粉氣流是靠旋轉(zhuǎn)射流內(nèi)外同時(shí)卷吸高溫?zé)煔舛嫉?卷吸量大 但射程短 適用于揮發(fā)份較高的煤種 79 80 旋流燃燒器的布置方式 旋流燃燒器常采用前墻布置 兩面墻對(duì)沖或交錯(cuò)布置 圖9 16 81 82 第四節(jié)鍋爐受熱面 鍋爐受熱面 是吸收爐內(nèi)熱量來加熱工質(zhì)的表面式換熱器 主要包括蒸發(fā)受熱面 水冷壁 過熱器 再熱器 省煤器及空氣預(yù)熱器 以完成水的加熱 蒸發(fā)和過熱 蒸汽的再熱及空氣的預(yù)熱 一 蒸發(fā)受熱面 水冷壁 一 蒸發(fā)受熱面的作用與結(jié)構(gòu) 蒸發(fā)受熱面是指工質(zhì)在其中吸熱 汽化的受熱面 主要是指敷設(shè)在爐膛四周爐墻上的水冷壁 用以吸收爐膛中的輻射熱 為了降低爐膛出口溫度 保護(hù)爐墻 防止?fàn)t壁結(jié)渣 還要將后墻水冷壁拉稀成凝渣管束 現(xiàn)代大型鍋爐的水冷壁已成為鍋爐的主要受熱面 因?yàn)闋t內(nèi)溫度高 水冷壁吸收輻射熱的能力很強(qiáng) 這樣可減少受熱面積 節(jié)約鋼材 同時(shí)可降低高溫 保護(hù)爐墻和防止結(jié)渣 83 1 水冷壁與自然循環(huán) 1 水冷壁自然循環(huán)鍋爐的水冷壁通常用無縫鋼管制成 水冷壁通常垂直布置在爐膛四周 上部與汽包或上聯(lián)箱相連接 并固定在鋼架上 下部與下聯(lián)箱相連接 可自由膨脹 水冷壁布置疏密程度用相對(duì)節(jié)距s d s為管間節(jié)距 d為管徑 表示 如下圖所示 中 小型鍋爐常采用光管水冷壁 中 大型鍋爐常采用膜式水冷壁 膜式壁爐膛氣密性好 可減少漏風(fēng) 降低熱損失 提高鍋爐效率 并可降低受熱面金屬耗量和爐墻重量 便于采用懸吊結(jié)構(gòu) 圖9 25 84 85 2 循環(huán)回路為減少并列管之間的熱偏差 水冷壁分為若干個(gè)獨(dú)立的循環(huán)回路 自然循環(huán)鍋爐的循環(huán)回路包括若干根不受熱的下降管 接受爐內(nèi)輻射熱的水冷壁管 上部與汽包連接 并固定在鋼架上 下部與下聯(lián)箱連接 可自由膨脹 汽包中的爐水自下降管經(jīng)下聯(lián)箱引入水冷壁 爐水在水冷壁中接受爐內(nèi)高溫?zé)煔獾妮椛錈嵋孕纬善旌衔?由于工質(zhì)密度差造成的動(dòng)力循環(huán) 汽水混合物并沿水冷壁上升到汽包 以形成自然保護(hù)循環(huán)回路 圖9 26 86 3 汽包 汽包是自然循環(huán)鍋爐和強(qiáng)制循環(huán)鍋爐的重要受壓部件 其作用主要是 1 汽包是工質(zhì)加熱 蒸發(fā) 過熱三個(gè)過程的連接樞紐 保證鍋爐水循環(huán) 2 汽包內(nèi)裝有汽水分離器 連續(xù)排污裝置等 用以汽水分離 保證蒸汽品質(zhì) 3 汽包內(nèi)保持一定水量 具有一定儲(chǔ)熱能力 有利于運(yùn)行調(diào)節(jié) 4 汽包筒體上安裝有壓力表 水位表 事故防水閥 安全閥等 以控制汽包壓力 監(jiān)視汽包水位 保證鍋爐安全工作 87 88 4 運(yùn)動(dòng)壓頭Syd如右下圖所示 在穩(wěn)定流動(dòng)時(shí) 下連箱兩側(cè)的壓力應(yīng)相等 即式中 xj ss H p分別為下降管與上升管中工質(zhì)密度及循環(huán)回路高度及汽包壓力 為下降管與上升管流動(dòng)阻力損失 89 經(jīng)整理 有所以 為了維持回路自然循環(huán)的動(dòng)力 運(yùn)動(dòng)壓頭在數(shù)值上等于下降管與上升管中工質(zhì)柱重之差顯然 H和密度差越大 運(yùn)動(dòng)壓頭越大 自然循環(huán)可靠性越高 反之越差 隨著鍋爐容量增大 壓力增大 使密度差減小 則水循環(huán)的動(dòng)力壓頭減小 到一定時(shí) 必須放棄自然保護(hù)循環(huán)而采用強(qiáng)制循環(huán) 90 5 循環(huán)倍率K 循環(huán)回路中水流量 G 與回路中的蒸汽量 D 之比 即1kg水全部變成蒸汽 需在回路中循環(huán)多少次上式中 X為上升管出口汽水混合物的含汽率 循環(huán)倍率是標(biāo)致鍋爐水循環(huán)安全的一個(gè)重要指標(biāo) 當(dāng)K增大 X減小 時(shí) 則上升管出口汽水混合物中水的分量增大 管壁水膜穩(wěn)定 管子可充分冷卻 避免超溫 但K過大 會(huì)使減小 運(yùn)動(dòng)壓頭減小 循環(huán)減慢 對(duì)水循環(huán)不利 當(dāng)K減小 X增大 時(shí) 則上升管出口汽水混合物中汽的分量增大 上升管工質(zhì)密度減小 循環(huán)回路運(yùn)動(dòng)壓頭增大 循環(huán)流速增大 水循環(huán)安全 但X過大 會(huì)使管中阻力增大過快 導(dǎo)致循環(huán)流速降低 自補(bǔ)償能力喪失 界限循環(huán)倍率鍋爐具有自補(bǔ)償能力的最小循環(huán)倍率 表9 7 表9 7 91 二 結(jié)渣及其危害 1 結(jié)渣的產(chǎn)生在固態(tài)排渣煤粉爐 由于煤燃燒時(shí)溫度高 1400 1600 灰渣呈溶融狀態(tài) 液態(tài)的渣粒在凝固之前沖刷到水冷壁或爐墻上 就形成結(jié)渣 結(jié)渣是一個(gè)自動(dòng)加劇過程 一旦開始結(jié)渣 便越結(jié)越多 2 結(jié)渣的危害結(jié)渣會(huì)使受熱面吸熱減少 造成水冷壁高溫腐蝕 爐膛出口煙溫及排煙溫度升高 過熱器超溫爆管 熱損失增加 降低鍋爐出力和熱效率 大塊渣團(tuán)掉落可能砸壞冷灰斗的水冷壁管 3 結(jié)渣的預(yù)防選擇適當(dāng)?shù)臓t型 避免爐內(nèi)溫度過高 避免火焰偏斜 貼壁沖墻 避免鍋爐超負(fù)荷運(yùn)行 92 93 二 過熱器與再熱器 一 過熱器與再熱器的型式及特點(diǎn) 過熱器 再熱器是鍋爐的重要部件 對(duì)于再熱機(jī)組 才具有再熱器 過熱器的作用 是將飽和蒸汽加熱成過熱蒸汽 再熱器的作用 是將汽機(jī)高壓缸排汽加熱到和新蒸汽相同溫度的再熱蒸汽 過熱器 再熱器一般布置在高溫區(qū) 管外煙氣及管內(nèi)工質(zhì)溫度高 蒸汽的放熱系數(shù)小 冷卻能力差 其壁溫是鍋爐受熱面中最高的 易發(fā)生管壁超溫 管間工質(zhì)熱偏差及高溫腐蝕 工作條件惡劣 94 過熱器 再熱器的布置型式 有 對(duì)流式 半輻射式和輻射式 大型電站鍋爐的過熱器 圖9 25 有 對(duì)流式 半輻射式和輻射式 以滿足參數(shù)提高使過熱蒸汽吸熱量增加的要求 另外 在水平煙道和尾部煙道也布置有 包墻管過熱器 圖9 25過熱器 再熱器的布置型式1 汽包 2 頂棚過熱器 3 立式對(duì)流過熱器 4 屏式過熱器 5 輻射式過熱器 12 臥式過熱器 95 1 對(duì)流式過熱器和再熱器 由蛇形管及進(jìn)出口聯(lián)箱組成 布置在對(duì)流煙道 吸收高溫?zé)煔獾膶?duì)流熱 按受熱面布置方式分立式 臥式 立式不易積灰 支吊方便 但不易疏水 排氣 在鍋爐啟 停時(shí)容易造成腐蝕和超溫 臥式與之相反 根據(jù)管內(nèi)蒸汽和煙氣相對(duì)流動(dòng)方向又分順流 逆流 和混合流式 順流式對(duì)流受熱面壁溫最低 但傳熱最差 逆流式對(duì)流受熱面與之相反 壁溫最高 但傳熱最好 混合式對(duì)流受熱面為折衷方式 蛇形管排列有順列和錯(cuò)列兩種方式 96 2 半輻射 輻射式過熱器與再熱器 半輻射 輻射式過熱器 再熱器布置在爐膛上部或爐膛出口出 同時(shí)吸收輻射熱和對(duì)流熱 半輻射式過熱器 再熱器做成掛屏形式 屏式過熱器 屏式再熱器 由U型 W型管及進(jìn)出口聯(lián)箱構(gòu)成 輻射式過熱器 再熱器布置在爐膛上部的前墻和兩側(cè)的前半部 或布置在爐膛頂部或懸掛在爐膛上部靠近前墻處 分別稱為墻式 頂棚式和前屏 分隔屏 受熱面 吸收爐膛輻射熱 97 二 熱偏差過熱器并列管沿?zé)煹榔叫信帕?管子結(jié)構(gòu) 尺寸和阻力不相同 煙氣的溫度場(chǎng) 速度場(chǎng)不均勻 就會(huì)造成過熱器并列管間吸熱不均勻 流場(chǎng)不均勻 造成過熱器并列管中的焓增不同 稱之為過熱器的熱偏差 用熱偏差系數(shù) 表示 定義為式中 管組平均焓增 偏差管焓增 由于熱偏差的存在 可能造成某些管子壁溫高而產(chǎn)生超溫破壞 減輕熱偏差的主要措施 從設(shè)計(jì) 運(yùn)行上保證鍋爐良好的空氣動(dòng)力場(chǎng) 過熱器分段 分級(jí)布置 各級(jí)過熱器出口工質(zhì)在聯(lián)箱管中混合 98 三 蒸汽溫度的調(diào)節(jié) 鍋爐在運(yùn)行中隨著負(fù)荷 燃料性質(zhì) 給水溫度 爐膛過剩空氣系數(shù)的變化 過熱器 再熱器的溫度會(huì)發(fā)生較大的波動(dòng) 不能保證汽輪機(jī)安全 穩(wěn)定運(yùn)行 因此 要進(jìn)行溫度調(diào)節(jié) 即在一定的負(fù)荷變化范圍內(nèi) 使蒸汽溫度偏離額定值的波動(dòng)不能超過 10 5 汽溫調(diào)節(jié)方法 汽側(cè)調(diào)節(jié) 多用于過熱蒸汽調(diào)溫 煙氣側(cè)調(diào)節(jié) 多用于再熱蒸汽調(diào)溫 噴水減溫器 表面式減溫器 煙氣再循環(huán) 分隔煙道擋板 搖動(dòng)燃燒器 99 1 噴水減溫器 1 噴水減溫器工作原理 將水直接噴入過熱蒸汽中以降低汽溫 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 調(diào)節(jié)靈敏 可靠性高 2 噴水減溫器的主要形式 圖9 32 水室式減溫器 文邱利式 減溫水從環(huán)型水室噴水孔噴入 水滴汽化使蒸汽溫度降低 旋渦式減溫器 噴嘴為旋渦噴嘴 霧化效果好 多孔噴管式減溫器 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 霧化效果差 圖9 32 100 2 表面式減溫器 管 殼式熱交換器 表面式減溫器工作原理 冷卻水在管內(nèi)流動(dòng) 過熱蒸汽在管外空間流動(dòng) 調(diào)節(jié)性能較差 但不影響水質(zhì) 101 3 煙氣再循環(huán) 采用再循環(huán)風(fēng)機(jī)從鍋爐尾部低溫?zé)煹乐?一般為省煤器后 抽出一部分溫度為250 350OC的煙氣 從爐膛底部 如冷灰斗下部 送回到爐膛 用以改變鍋爐內(nèi)輻射和對(duì)流受熱面吸熱量的比例 從而達(dá)到調(diào)節(jié)汽溫的目的 圖9 33煙氣再循環(huán)系統(tǒng) 102 4 分隔煙道擋板 用擋板將尾部煙道分隔成兩個(gè)并列煙道 其一布置再熱器 另一側(cè)布置過熱器 調(diào)節(jié)布置在受熱面后的煙氣擋板開度 可改變流經(jīng)兩煙道的煙氣量 達(dá)到調(diào)節(jié)再熱汽溫的目的 分隔煙道擋板 103 5 擺動(dòng)燃燒器 通過調(diào)節(jié)擺動(dòng)燃燒器噴嘴上下傾角 改變爐內(nèi)高溫火焰中心位置 從而改變爐膛出口煙溫的方法來調(diào)節(jié)蒸汽溫度 一般燃燒器擺動(dòng)200 300 爐膛出口煙溫變化約1100C 1400C 調(diào)溫幅度可達(dá)40 600C 104 三 尾部受熱面 省煤器和空氣預(yù)熱器 省煤器和空氣預(yù)熱器布置在對(duì)流煙道最后的低煙溫區(qū) 利用煙氣的余熱加熱給水和燃料燃燒所需的空氣 尾部受熱面受熱工質(zhì)和煙氣溫度均較低 金屬工作條件雖不像過熱器那樣惡劣 但易造成低溫腐蝕 磨損與積灰 105 一 省煤器 省煤器的作用 利用鍋爐尾部煙道熱量加熱給水 降低排煙溫度 提高鍋爐熱效率 節(jié)約燃料 分類 按材料分有鑄鐵式省煤器和鋼管式省煤器 按出口工質(zhì)分沸騰式和非沸騰式省煤器 鑄鐵式省煤器耐磨損和耐腐蝕 但不能承受高壓和水沖擊 常作為低壓非沸騰式省煤器 而沸騰式可滿足較低壓力下工質(zhì)汽化吸熱份額增大導(dǎo)致蒸發(fā)受熱面增多的需要 鋼管式省煤器體積小 重量輕 價(jià)格便宜 不易泄漏 鋼蛇形管在煙道中的布置可以垂直于前墻 也可以與前墻平行 前者管子支吊簡(jiǎn)單 水速較小 但對(duì)于倒U型鍋爐 所有蛇形管靠近后墻部分磨損嚴(yán)重 后者只有后墻附近幾根蛇形管磨損較大 但水速較高 阻力較大 106 二 空氣預(yù)熱器 1 管式空氣預(yù)熱器立方形箱體由多根平行錯(cuò)列鋼管焊在上 下管板上構(gòu)成立方形箱體 煙氣在管內(nèi)由上而下縱向流動(dòng) 空氣從管外橫向流過 兩者成 熱量連續(xù)地由煙氣通過管壁傳給空氣 預(yù)熱器的作用 利用煙氣熱量加熱空氣 以利于燃燒 降低排煙溫度 提高鍋爐效率 圖9 36 107 2 回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器是一種蓄熱式預(yù)熱器 它利用煙氣和空氣交替地通過金屬受熱面來加熱空氣 回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器有受熱面轉(zhuǎn)動(dòng)和風(fēng)罩轉(zhuǎn)動(dòng)兩種 回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器與管式相比結(jié)構(gòu)緊湊 外形小 重量輕 不易腐蝕 但結(jié)構(gòu)復(fù)雜 漏風(fēng)量較前者大 如右圖 轉(zhuǎn)子內(nèi)裝滿金屬元件 傳熱元件 外殼分成煙氣通流區(qū) 空氣通流區(qū) 分別與相應(yīng)管口連接 當(dāng)轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周 金屬元件就經(jīng)一次蓄熱和放熱過程 將煙氣的熱量傳給了空氣 圖8 29受熱面轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器 108 109 110 1 飛灰磨損溫度較低的尾部煙道具有一定硬度和速度的灰粒對(duì)管壁產(chǎn)生磨損 磨損嚴(yán)重部位鍋爐尾部煙道靠近后墻部分蛇形管 減輕磨損措施合理選擇煙氣流速 降低煙氣中的飛灰濃度 在磨損嚴(yán)重的部位加裝防磨裝置 2 低溫腐蝕受熱面壁溫接近或低于煙氣露點(diǎn)時(shí) 煙氣中的硫酸蒸汽凝結(jié)并對(duì)壁面產(chǎn)生的腐蝕 低溫腐蝕危害造成管子穿孔 爐內(nèi)送風(fēng)不足 鍋爐效率降低 加重?zé)煹蓝禄?低溫腐蝕多發(fā)生在空預(yù)器冷段 減輕低溫腐蝕措施提高空氣預(yù)熱器受熱面的壁溫 空預(yù)器冷段受熱面采用耐腐蝕材料 采用低氧運(yùn)行 減少煙氣中硫酸蒸汽量等 三 受熱面飛灰磨損與低溫腐蝕 111 作業(yè)題與思考題 1 敘述鍋爐中水冷壁 汽包 過熱器 再熱器 省煤器 空氣預(yù)熱器的作用 2 在什么情況下鍋爐必需采用強(qiáng)制循環(huán)或直流形式 3 在鍋爐中 蒸汽溫度調(diào)節(jié)有哪些方法 4 如何減輕鍋爐尾部受熱面的磨損 低溫腐蝕問題