吉林大学热能与动力工程第4章 锅炉

烟煤：干燥无灰基挥发分的质量分数=20~45%；
c war 40 ~ 60% ；灰分不定；
发热量：20000~30000kJ/kg； 特点：易着火和燃尽，但灰分高时相反。
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贫煤：挥发分质量分数=10~20%；
干燥无灰基挥发分的质量分数: wV 14% ~ 20% daf
特点：燃烧特性优于无烟煤，但反应性能较差。
第四章 锅炉及换热器
前两章：热能动力机械—内燃机、涡轮机—能量
转换原理及特点; 本章节——热装置：两大类 —热发生装置，即锅炉（蒸汽发生器）：通过 燃烧反应，产生蒸汽或热水； —热量传递装置，即换热器：流体与流体之间， 或流体与固体之间的单一的热量传递。

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第一节 锅炉概述 锅炉的作用： 燃烧燃料加热水产生过热蒸汽或热水。 锅炉火力发电系统图：各系统功能

火床种类：固定炉排炉——淘汰 链条炉排炉; 抛煤机翻转炉排炉;
抛煤机倒转炉排炉;
振动炉排炉
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1. 链条炉排炉
特点：层燃炉，燃烧效率高，环 境污染小， 机械化程度较高.
1）基本结构及工作原理 a）基本结构： 送煤部分:由煤斗、炉排、链条 、主从动轮等组成。炉排下部布 置风室 b）原理：燃料靠自重从煤斗落 到炉排上，链条带动炉排移动。 煤进入炉膛后，经干燥、水分蒸 发、挥发分析出、着火燃烧燃尽 、灰渣落入炉排后灰渣斗中。
3．形式 ：锅炉的结构形式，一般因汽水循环
方式和燃烧方式的不同，有很大的差别。
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1）汽水的流动方式：

自然循环锅炉：汽水靠水和蒸汽的密度差产生的 压头而循环流动，工作压力越低，密度差越大循 环越可靠。 强制循环锅炉：下降管上设有循环泵，用泵压头 使汽水循环流动。 直流锅炉：无锅筒。给水从省煤器进入锅炉，经 蒸发受热面、过热器——过热蒸汽。
干燥区：高温火焰 和前后拱的作用之下
焦碳着火燃烧区：
燃烧过程的主要阶段; 下层氧化层，上层还原层 。
挥发分析出燃烧区
灰渣燃尽区
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b) 燃烧特性：指着火特性及气体成分分布特性

燃料着火所需热能：来自炉膛中高温烟气的对流 传热和高温烟气与炉拱的辐射热。 影响因素：炉拱结构，炉内的空气流动。图4-10

不可燃物：灰分——影响发热量，及燃料挥发分 的析出和着火燃烧。
受热面积积灰、结渣、磨损、腐蚀；大气污染。

水分：影响燃烧室温度、燃料的着火性； 加剧低温腐蚀和堵灰。
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2、煤的成分及特性的分析方法： 煤的燃烧特性与煤的成分及组成有关。 煤的元素分析：各成分的分析 煤的组成工业分析：除灰分/水分外，将可燃质部 分分成挥发分（V）和固定碳（FC）两部分分析 发热量Q。 煤的元素分析和工业分析的基准：国家标准 收到基（ar）：以入炉煤为基准； 空气干燥基（ad）：以风干状态煤为基准； 干燥基（d）：以去除全部水分的煤为基准； 干燥无灰基(daf)：以去除水分、灰分为基准。 四种基准之间的关系，表4-5。 1
由锅筒上部过热 器过热蒸汽
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三、锅炉分类与形式
1．分类 按用途分类：工业锅炉 电站锅炉 船舶锅炉 机车锅炉 按锅炉出口压力分类： 低压锅炉：压力≤1.3MPa； 中压锅炉：1.3MPa<p≤3.9MPa ; 高压锅炉：p=9.8Mpa； 超高压锅炉：13.8Mpa； 亚临界压力锅炉：16.8~18.2Mpa； 超临界压力锅炉：>22.19Mpa.
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换热器
过热器：由d=30~50mm的蛇形管组成，屏式过热
器和对流过热器；
作用：吸收烟气的热量水蒸汽过热，
省煤器：由d=25~38mm的平行蛇形管构成；
作用：加热进入锅筒之前的水达到一设定温度。
空气预热器：由许多管组成，
作用：加热进入炉膛的空气到一定温度改善炉 内燃烧过程，降低排烟温度，提高锅炉效率。

褐煤：形成年代较短，煤质松、带褐色。
wV 40% ~ 50% 干燥无灰基挥发分的质量分数: daf
M 收到基水分质量分数： ~ 40% war 10
A 收到基灰分的质量分数 ：40% war
发热量：10000~20000kJ/kg。 特点：挥发分析出温度低，易着火和燃烧。
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二、燃烧计算与热平衡计算
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2）输入锅炉的热量：
Qr Qnet,V , ar Qrx Qwl Qwh
Qnet,V , ar：燃料收到基低位发热值；
Qrx ：燃料物理显热； Qwl ：外来热源加热空气带入的热量；
Qwh ：燃料雾化蒸汽带入的热量。
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3）锅炉有效利用的热：对有过热器、再热器的锅炉，
过热器中的吸热
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灰渣斗
c) 燃烧用空气：空气预热器加热到一定温度后， 由各风室从炉排下方分别送入，经炉排穿入煤 层参加燃烧。 d) 烟气：通过炉膛的辐射换热和对流管束、省煤 器、空气预热器降温后，由引风机送入烟囱排 气。
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e) 不同炉排形式 倾斜往复式
水平往复式
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2）链条炉排上的燃烧过程及特性
a) 链条炉的燃烧过程：自前向后分四个区段进行。
1．燃烧过程：
煤的供给：输煤带煤斗给煤机磨煤机煤粉 粗细分离器煤粉仓给粉机分配到各煤粉管道 由热空气（一次）携带进入燃烧器喷口喷入燃烧；
空气的供给：送风机预热器二次风喷口喷入 炉膛。
燃烧产物：热烟气向水冷壁放热过热器省 煤器空气预热器除尘器引风机烟囱大气；
qm, hz ：灰渣量； qm, fh ：飞灰量；m,lm ：漏煤量 q
wC hz wC fh wC lm
：灰渣中C的质量分数； ：飞灰中C的质量分数； ：漏煤中C的质量分数。
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由灰平衡基本原理： 各项热损失计算公式，表4-8
第三节 锅炉燃烧设备
一、火床燃烧设备 火床燃烧：燃料在火床（炉排）上完成燃烧的全 过程的燃烧方式。燃料按一定厚度均匀地铺在炉排 上燃烧。


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三种锅炉结构特点：
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2）燃烧方式：因燃料不同、锅炉容量不同而有差异

气体、液体燃料：采用火室燃烧

固体燃料（煤）：
容量小时，采用火床燃烧；
容量大时，煤磨成煤粉火室燃烧。
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四、锅炉的污染及控制 1）煤灰：碳黑和飞灰 碳黑：未完全燃烧产物，沉积在锅炉受热面和烟 道壁，影响传热能力下降； 碳黑吸附能力强，与烟气中的硫化物、水、酸 结合形成有害物； 飞灰：微粒，悬浮于烟气中；影响受热面传热； 流动中使受热面磨损；排入大气，污染环境。 控制方法：合理的燃烧方式及调节，使燃料完全 燃烧； 采用优良的除尘设备。
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按燃料和能源分类：燃煤锅炉； 燃油锅炉；
燃气锅炉；
废热锅炉；
余热锅炉。
按燃烧方式分类：火床燃烧锅炉； 火室燃烧锅炉； 沸腾燃烧锅炉； 旋风炉。
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按汽水循环方式分类：自然循环锅炉； 强制循环锅炉； 直流锅炉。 按排渣方式分类：固态排渣 液态排渣。 2．锅炉的主要参数：
锅炉容量、蒸汽压力、蒸汽温度、给水温度质量完全燃烧时所放出的热量——煤 的发热量。
高发热量：燃烧后产生的水蒸气汽化潜热计 入在内； 低发热量：不计汽化潜热


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4、煤的分类
根据挥发分以及水分、灰分分为四种；

无烟煤：干燥无灰基挥发分的质量分数<10%；
C的质量分数>40%；发热量:21000~32500kJ/kg 特点：挥发分析出温度高、着火和燃尽困难。
1. 燃烧计算：主要确定燃料燃烧所需要的空气量、 烟气产物、烟气量及其焓；公式表4-6、7 2. 热平衡计算：确定锅炉的各项热损失、锅炉效率、 燃料消耗量。 1）热平衡原理 热平衡方程式： Qr Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6
其中，Qr：锅炉输入的热量；Q1：锅炉有效利用热；

“L”形炉拱
“a”形炉拱
前后拱合理搭配炉内汽流在前拱区形成大回流利于燃 料的加热和烟气中焦碳颗粒的分离，改善着火条件，提高 锅炉效率。
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气体分布特性：图4-11
干燥区和燃尽区: O2浓度过剩；
分级送风; 即,两端送风量少，中 间燃烧区送风量多
焦碳燃烧区： O2浓度不足
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2. 抛煤机炉
悬浮式燃烧与火床燃烧同时进行模式：大颗粒燃料在 炉排火床燃烧；小颗粒烟气托起炉膛空间悬浮燃烧。 1）抛煤机的三种类型： 风力抛煤机：用高速汽流的能量播撒燃料； 煤层特点：粗颗粒近，细颗粒远。 机械抛煤机：利用机械运动的能量播撒燃料； 煤层特点：粗颗粒远，细颗粒近。 机械-风力抛煤机：机械抛煤为主，风力抛煤为辅。 煤层特点：粗颗粒远，细颗粒近； 但可避免近处细粒堆积的问题。

锅炉
发电系统
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一、锅炉的基本结构 1．主要部件 由d=50~76mm钢管弯制的水冷壁、锅筒、集
箱、和炉墙构架组成；炉膛四墙布置燃烧器
锅筒
水冷壁
炉膛：空间 锅筒：内设汽水分离 装置；将各受热面连接 在一起；与水冷壁、下 降管组成汽水循环回路 加热、蒸发、过热过 程的连接点。 水冷壁：主要辐射受 热面，钢管结构，将进 口集箱水分配到水冷壁 管，吸收炉膛辐射的热 量；保护炉墙。
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2）硫化物：SO2、SO3、H2S等有毒气体，腐蚀性。 控制措施：排烟脱硫装置，吸收烟气中的SO2。
3）NOx：NO、NO2。破坏臭氧层；与HC一起在光 的照射下形成光化学烟雾。 控制措施：排烟脱硝装置，经化学方法分离或 除去NOx；或采用还元装置。
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第二节 锅炉燃料与热平衡
一、 燃料的组成与分类 1．燃料：主要有固体、液体、气体燃料；
锅炉构架：支撑锅炉的锅筒、水冷壁、对流受热面
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2．辅助装置： 燃料供给系统：煤输送带、煤斗
煤粉制备：磨煤机
送（引）风机：送风机—排粉风机—送煤粉；