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第一章锅炉概述及基础知识
第一节锅炉组成及工作过程
锅炉是利用燃料燃烧所放出的热量加热工质生产具有一定压力和温度的蒸汽设备，又称为蒸汽锅炉。

锅炉设备包括锅炉本体设备和锅炉辅助设备。

锅炉本体设备主要由燃烧设备、蒸发设备、对流受热面、锅炉墙体构成的烟道和钢架构件等组成。

锅炉的燃烧设备包括燃烧室、燃烧器和点火装置。

蒸发设备主要有汽包、下降管和水冷壁等组成。

对流受热面是指布置在锅炉对流烟道内的过热器、省煤器和空气预热器。

锅炉的辅助设备主要包括通风设备、给水设备、燃料运输设备、除尘设备、除灰设备、锅炉辅件等，如给水泵、送风机、吸风机、给煤机、除尘器、烟囱、安全门、水位计等，都属于锅炉的辅助设备。

（加图）工作过程：煤斗中的煤通过给煤机送入炉膛燃烧，空气由进风道引入送风机，经过送风机升压后送入空气预热器，被加热成热空气，送至炉膛于煤混合燃烧。

煤于空气在燃烧室内燃烧放热，燃烧产生的高温火焰和烟气先在燃烧室内加热水冷壁管中的水，然后高温烟气依次流过过热器、省煤器和空气预热器，加热这些受热面内的工质（如汽、水和空气），在传热过程中烟气的温度逐渐降低。

此后利用除尘器清除烟气中携带的大部分飞灰。

最后由引风机将烟气送入烟囱，排入大气。

燃料燃烧后生成的灰渣，一部分（较粗的灰渣）落入燃烧室下部的灰渣斗中，另一部分（较细的飞灰）被烟气带走，在除尘器中大部分飞灰被分离出来，落入除尘器下部分的灰斗中，然后由除灰装置将灰渣和细灰送往储灰场。

给水由给水泵送到锅炉房来，先引入省煤器，在省煤器中加热提高温度后，进入汽包，然后沿着下降管流至水冷壁下联箱，再进入水冷壁管，在水冷壁管内水吸收燃烧室中高温火焰和烟气的辐射热，一部分水汽化为蒸汽，在水冷壁管内成为蒸汽与水的混合物，汽水混合物沿水冷壁管上升又进入汽包。

在汽包中利用汽水分离设备对汽水混合物进行汽水分离，分离出来的水又沿着下降管进入水冷壁管中继续吸热，如此循环。

分离出来的蒸汽从汽包顶部的饱和蒸气引出管引至过热器，在过热器中饱和蒸气被加热成为过热蒸汽，然后经主蒸汽管道送至汽轮机做功。

第二节典型燃烧方式
燃料在炉内的燃烧方式主要有层状燃烧、悬浮燃烧、旋风燃烧和流化燃烧四种。

一层状燃烧：特点是燃料的全部燃烧过程主要在炉篦上进行，称链条炉。

如图所示以链条炉为例简单介绍其燃烧过程、工作原理和特点：固体燃料由煤斗落到炉篦上，然后跟随炉篦一起由前向后运动。

空气则由下向上穿过煤层。

煤与空气混合在炉篦上燃烧之至燃尽。

燃烧产物烟气则向上运动。

燃料在炉篦中后部燃尽变成灰渣落到冷灰斗中排出。

优点是燃料层能保持相当大的热量，燃烧比较稳定，不易灭火。

缺点是只能燃用固体块状燃料，空气是从底部向上由煤块的间隙穿过，混合条件差。

因此适用于小容量锅炉
二悬浮燃烧：是在一个没有炉篦的由四面炉墙所组成的炉膛内燃烧。

燃
料随空气一起运动，燃烧的各个阶段均在悬浮状态下进行，悬浮燃烧的锅炉由称室燃炉（煤粉炉）。

特点是燃料在炉内的停留时间短，一般不超过2－3秒，燃料与空气的接触面积大，燃烧速度快，燃烧效率高，适用于大容量锅炉，广泛应用。

三旋风燃烧：空气和燃料沿切线方向进入旋风燃烧室，在这个较小的空
间内燃烧。

特点是燃烧温度高、燃烧稳定、强烈而且燃烧完全，燃烧效率高。

缺点是燃烧设备的结构复杂，通风消耗的能量多。

四流化燃烧：流化燃烧是在20世纪60年代才发展起来的一种新型锅炉。

是一种介于层状燃烧和悬浮燃烧之间的一种燃烧方式。

所谓流化燃烧，被制成具有一定颗粒度的煤粒在炉床上保持一定的煤层厚度，而空气以适当的速度从底部通过炉床，将煤粒吹起，使煤粒悬浮于床层上一定高度范围内，煤粒与煤粒之间形成空气层，煤粒与空气混合一体，就好像具有了像液体那样的流动性。

就像煮开的水一样，燃烧非常剧烈，采用流化燃烧的锅炉称为流化床锅炉。

在燃烧室没有燃尽的碳粒和飞灰粒子随高温烟气进入高温旋风分离器内分离出来，经过特定管道送回燃烧室重新燃烧，这种燃烧方式的锅炉就称为循环流化床锅炉。

这种将没有燃尽的碳粒重新送回锅炉的燃烧方式，大大地提高了锅炉效率，最高可达90％以上。

循环流化床锅炉是一种很有发展前途的锅炉，在我国很多地方都已投入运行。

主要优缺点：
优点：1燃料适应性广流化床锅炉几乎可以燃烧各种煤，并能达到很高的燃烧效率，由其现在能源供应开始紧张的情况下，应用循环流化床燃烧方式可以充分利用劣质的燃料，节约能源，意义重大。

2有利于环境保护向循环流化床内直接加入石灰石等脱硫剂，可以脱去燃料在燃烧过程中生成的SO2。

根据燃料中含硫量的大小确定加入的脱硫剂量，可以达到90％的脱硫效率，另外，循环流化床锅炉燃烧温度一般控制在800－950℃的范围内，这不仅有利于脱硫，而且可以抑制氮氧化物的形成。

因此循环流化床燃烧是一种经济、有效、低污染的燃烧技术。

3负荷调节性能好煤粉炉负荷调节范围通常在70％－110％，而循环流化床锅炉负荷调节幅度比煤粉炉大得多，一般在30％－110％。

即使在20％负荷情况下，有的循环流化床锅炉也能保持燃烧稳定，甚至还可以压火备用，这以特点对于调峰电厂或热负荷变化较大的热电厂来说，选用循环流化床锅炉作为动力锅炉非常有利。

4燃烧热强度大循环流化床锅炉燃烧热强度比常规锅炉高的多，其炉膛容积热负荷为1.5－2MW/（m3.h），是煤粉炉的8－11倍，所以循环流化床锅炉可以减小炉膛体积，降低金属消耗。

5炉内传热能力强循环流化床炉内传热主要是上升的热烟气和流动的物料
与受热面的对流传热和辐射传热，炉膛内气－固两相混合物对水冷壁的传热系数比煤粉炉炉膛的辐射传热系数大得多，一般在50－450W/（m2.k）。

如果床内（炉膛内或炉膛外）布置埋管，可以更大幅度的节省受热面金属耗量，为循环流化床锅炉大型化提供了可能。

6灰渣综合利用性能好循环流化床锅炉燃烧温度低，灰渣不会软化和粘结，活性较好。

循环流化床锅炉的灰渣可以用于制造水泥的掺和料或其他建筑材料的原料，有利于灰渣的综合利用。

缺点：1大型化的问题尽管循环流化床锅炉发展很快，已投入运行的单炉容量已大于500t/h，更大容量的锅炉正在研制中，但由于受技术和辅助设备的限制，容量超过1000 t/h的锅炉很难实现。

2自动化水平要求高由于循环流化床锅炉风烟系统和灰渣系统比常规锅炉复杂，各炉型燃烧调整方式不同，控制点比较多，所以采用计算机自动控制要比常规锅炉难的多。

3磨损问题循环流化床锅炉的燃料粒径较大，并且炉膛内物料浓度是煤粉炉的十至十几倍。

虽然采取了许多防磨措施，但在实际运行中循环流化床锅炉受热面的磨损速度仍比常规锅炉大得多。

4理论和技术问题循环流化床燃烧技术在国内仍处于研制阶段，尽管投入运行的锅炉不少，但仍有许多基础理论和设计制造技术问题没有根本解决。

运行方面，还没有成熟的经验，更缺少统一的标准，这就给电厂设备改造和运行调试带来了诸多困难。

第二章燃料
燃料是指在燃烧过程中能放出热量的物质。

燃料按物态可分成固体燃料、气体燃料和液体燃料三种。

目前我国火力发电厂的主要燃料是煤。

本章以介绍固体燃料煤为主。

第一节煤成分及其性质
分析煤的组成及其成分，一般采用元素分析和工业分析两种方法。

一煤元素分析成分
煤的元素分析成分，即煤的化学组成成分。

煤的元素分析成分包括碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、水分（M）和灰分（A）。

其中碳、氢、硫是可燃成分，其余均是不可燃成分。

煤中各成分的基本性质介绍如下：
1碳是煤中最主要的可燃元素，也是煤中最基本的成分，其含量约占40％－85％。

碳的燃烧特点是：不易着火，燃烧缓慢，碳本身在比较高的温度下才能燃烧。

2氢是煤中发热量最高的元素，但其含量不多。

特点是：氢极易燃烧，燃烧速度快。

3氧是煤中的杂质，不能燃烧。

含量不多。

4氮是煤中的杂质，其含量很少，对锅炉工作影响不大。

但是在高温下，氮和氧反应形成氮氧化合物，是一种有害元素，会污染大气。

5硫是煤中的可燃、有害元素，它的燃烧产物二氧化硫和三氧化硫与烟气中的
水蒸汽结合时生成硫酸蒸汽，导致锅炉尾部受热面的酸性腐蚀。

另外，二氧化硫和三氧化硫气体，会污染大气。

6水分也是煤中的杂质。

煤中的水分是由表面水分和固有水分所组成。

水分多的煤引燃困难，燃烧时间延长，降低燃烧室的温度，使锅炉效率降低。

7灰分煤中含有的不能燃烧的矿物质在煤燃烧后形成灰分。

是煤中的主要杂质。

煤中的灰分含量越多，煤中的可燃成分越少，则煤的发热量越低。

综上所述，碳是煤中最主要的可燃元素；氢是煤中单位发热量最高的元素；硫是煤中可燃而又有害的元素；氮、氧、水分和灰分则是煤中的杂质。

二煤工业分析成分
煤的工业分析成分包括水分（M）、挥发分（V）、固定碳（FC）和灰分（A）。

第二节煤主要特性
一发热量
是指1kg煤完全燃烧时所放出的热量。

通常用Q表示，单位为千焦每公斤（kj/kg）。

煤的发热量分为低位发热量和高位发热量两种。

所谓高位发热量是指1kg煤完全燃烧而生成的水蒸气凝结成水时，煤所放出的热量。

而当1kg煤完全燃烧而生成的水蒸气未凝结成水时，煤所放出的热量，称为低位发热量。

在锅炉运行中，由于排烟温度通常总是高于100℃，烟气中的水蒸气分压力又低，故烟气中的水蒸气一般不会凝结，因此，实际能被锅炉所利用的只是煤的低位发热量。

我国锅炉技术有关计算中均采用低位发热量。

二挥发分
煤在锅炉内燃烧时首先是水分蒸发，随着温度的升高，燃料中的一些挥发性物质不断挥发出来。

挥发分中含有可燃气体和不可燃气体。

挥发分不是燃料中的固有物质，而是在特定条件下，燃料加热分解的产物。

在燃料燃烧时，挥发分首先析出，并与空气混合着火，放出的热量加热未燃烧的焦炭，使其迅速着火燃烧。

同时，挥发分逸出后，煤会变得比较松散，孔隙较多，这就增大了煤的燃烧面积，加速了煤的燃烧过程。

因此，含挥发分多的煤容易着火，燃烧速度快。

三焦结性
煤在隔绝空气的情况下加热，水分蒸发，挥发分析出后剩余的焦炭可以结成不同硬度焦块的性质，称为煤的焦结性。

煤的焦结性与煤种有关，通常情况下，除烟煤外，其余几乎都不焦结。

四灰熔融性
煤灰的熔融性就是指煤中灰分熔点的高低。

常用三个温度来表示：变形温度DT、软化温度ST、熔化温度FT。

将灰样用模子压制成锥体，然后把灰锥放入温度可以调节的电炉中逐步加热，随着炉温的升高，灰锥形状将发生变化，从而定出了三个特征温度。

如图所示，当
角锥尖端开始变圆或弯曲时的温度为变形温度DT；当灰锥尖端由于弯曲而触及锥底平面或整个锥体变成球状时的温度称为软化温度ST；当灰锥完全熔融成液态并能流动时的温度称为熔化温度FT。

不同的煤具有不同的灰熔点。

当炉内温度达到或高于灰分的熔点时，固态的灰分将逐渐变成熔融状态，熔融状态的灰与受热面接触时，就会粘在受热面上造成结渣，使传热恶化，影响正常的水循环，严重时将威胁锅炉的安全、经济运行。

因此，一般要求控制炉膛出口烟气温度比软化温度ST低50－100℃。

灰的熔点是确定炉膛出口烟温的主要依据。

第三节煤分类
由于地壳的不断运动，古代植物被埋于地层深处，在隔绝空气和高温高压的条件下，产生着一系列复杂的分解和化合作用，逐渐形成了煤。

在锅炉技术上常以煤的挥发分含量为主要依据来进行分类，大致划分为：无烟煤、烟煤和褐煤。

一无烟煤
埋藏年代最久，碳化程度最深，因而含碳量最高，而挥发分含量最低，一般10％。

无烟煤不易点燃，燃烧缓慢，燃烧时没有烟，只有很短的蓝色火焰，水分、灰分较少，发热量较高。

二烟煤
烟煤的碳化程度次于无烟煤，含碳量也较高，挥发分含量为10％－40％，发热量高，大多数容易点燃，燃烧火焰长，生成的烟气量多。

由于烟煤的挥发分含量范围较广，为了合理的组织燃烧工况，在烟煤中又特地分出了贫煤和劣质烟煤。

三褐煤
褐煤的碳化程度较低，挥发分含量高，大于40％，灰分和水分含量较高，发热量低，易点燃，并容易着火。

第三章燃烧原理及热平衡
第一节燃料燃烧
所谓燃烧，不论是煤或油的燃烧，都是指燃料中的可燃质同空气中的氧激烈进行的放热和发光的化学反应过程。

在锅炉技术中，研究燃烧的目的，就是要尽可能地使燃料在锅炉的炉膛内迅速而又良好地燃烧，以求将化学能最迅速而又最大限度地转化为热能。

燃烧时，如果可燃物质与氧化剂能够充分化合，把热量全部释放出来，这种情况叫做完全燃烧。

反之，可燃物质与氧化剂因各种原因不能充分化合，在燃烧产物中还会有部分可燃物质，则称为不完全燃烧。

发生燃烧必须同时具备三个条件，即：可燃物质、氧化剂和着火热源。

（1可燃物质主要包括：碳（C）、氢（H）和硫（S）
（2氧化剂就是我们周围的空气
（3着火热源对于锅炉来讲就是一、二次热风
第二节燃烧过程
一煤在炉内的燃烧过程，大致可划分为着火前的准备阶段（干燥、挥发阶段）、燃烧阶段和燃尽阶段三个阶段。

1着火前准备阶段
煤进入炉膛至着火前的这一阶段为着火前的准备阶段。

在次阶段内，主要是对煤加热，使其尽快达到着火温度。

煤被加热后，煤中的水分要蒸发，挥发分要逸出，煤颗粒的温度也要逐渐升高到着火温度。

在煤被加热的过程中，随温度不断升高，氧化作用也逐渐加剧。

当达到某一温度时，将引起煤的剧烈氧化并发光和放热，使煤着火燃烧。

这个使煤开始发生剧烈氧化的温度称为着火温度或着火点。

不同的燃料具有不同的着火温度。

煤的着火温度决定于此种煤挥发分的成分和含量，一般含挥发分越多的煤，
当煤升高到着火温度，即开始着火燃烧，进入燃烧阶段。

首先是挥发分着火燃烧，并放出大量热对焦炭直接加热，使焦炭也迅速燃烧起来。

燃烧阶段是一个强烈的放热阶段。

这一阶段进行的快慢（燃烧速度的大小），主要决定于煤与氧的化学反应速度和空气的接触速度。

当炉内温度很高、供应充足而又与煤混合强烈和均匀时，燃烧速度就快；反之，则燃烧速度慢。

3燃尽阶段
在燃烧阶段中，未燃尽而被灰包围的少量固定碳在此阶段继续燃烧，直到燃尽。

在此阶段中，由于氧气供应不足，气、煤混合较弱，炉内温度较低，这一阶段需要的时间较长。

二迅速而完全燃烧的必要条件
煤在炉内达到迅速而完全的燃烧，必须具备下述基本条件：
1相当高的炉内温度
炉温越高，燃烧越快。

着火区周围的温度高，可以促使煤很快着火。

温度过低会有部分焦炭燃烧不完全而造成损失。

2合适的空气量
燃烧的好坏与送入炉内的空气量有很大关系。

如果按理论空气量供给空气，由于在炉膛中不能保证每一个可燃质分子与氧分子都充分接触，因此将造成不完全燃烧损失；如果送入的实际空气量大于理论空气量过多，又会使排烟量增大，造成排烟热损失增加，甚至可能降低炉膛温度，影响正常燃烧。

因此，为保证燃料的完全燃烧，炉膛内应保持最佳的过剩空气系数，即保持最合适的空气量。

3煤与空气的良好混合
送入炉膛的空气要与煤充分混合，必须使氧气与煤有足够的接触机会，提高氧向碳粒表面的扩散速度，以强化燃烧反应。

煤与空气的良好混合可以形成强烈的扰动，从而大大提高扩散速度，使燃烧速度加快。

4充足的燃烧时间
煤的燃烧需要一定的时间，时间短会造成不完全燃烧损失，也就是烧不透。

第三节锅炉热平衡
一热平衡概念
从能量平衡的观点出发，锅炉在正常工作时，输入锅炉的热量与从锅炉输出的热量相平衡，这就是锅炉的热平衡。

输入锅炉的热量，一般可以简单地认为是燃料燃烧所放出的热量。

从锅炉输出的热量则可以分为两部分，一部分是使水变成过热蒸汽所吸收的热量，这部分热量通常称为锅炉的有效利用热量；另一部分就是锅炉在生产中由于各种原因不可避免地要损失掉的热量。

如果把燃料燃烧所放出的热量（即输入锅炉的热量）看作是100％，锅炉有效利用热量和各项热损失加起来同样是100％，这样就可以建立起以百分数表示的锅炉热平衡方程式：q1＋q2＋q3＋q4＋q5＋q6＝100％
式中
q1――有效利用热量占输入热量的百分数，％；
q2――排烟热损失占输入热量的百分数，％；
q3――化学不完全燃烧热损失占输入热量的百分数，％；
q4――机械不完全燃烧热损失占输入热量的百分数，％；
q5――锅炉炉体的散热损失占输入热量的百分数，％；
q6――灰渣物理热损失占输入热量的百分数，％。

研究热平衡的目的，就在于弄清燃料中热量有多少被有效利用，有多少损失掉了，以及损失到哪些方面去了，以便寻求提高锅炉热经济性的各种途径。

二影响锅炉热效率的因素分析
为了尽量提高锅炉热效率，节约燃料，增加锅炉工作的热经济性，必须对影响锅炉热效率的各项因素进行分析。

从热平衡效率公式可知，影响热效率的因素有：排烟热损失、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。

下面就这几项热损失加以分析：
1排烟热损失q1
在锅炉的各项热损失中，排烟热损失是其中最大的一项，约为4％－8％。

影响排烟热损失大小的主要因素是排烟容积和排烟温度。

降低排烟温度，可以降低排烟热损失。

但是将排烟温度降的过低是不合理的，也是不允许的。

因为降低排烟温度，势必增加锅炉尾部受热面积，这不但增加了钢材耗量，同时也增加了排烟侧的流动阻力，运行中要多耗电能。

另外，为减轻尾部受热面的低温腐蚀，特别是当燃用含硫量较大的燃料时，排烟温度应保持高些。

所以，合理的排烟温度应通过技术经济比较来确定。

对于近代大中型锅炉，排烟温度通常为110－160℃。

另外，降低炉内过量空气系数，可以减小排烟容积，从而减少排烟热损失。

在运行中，漏风会使排烟容积增大，并使漏风处以后所有受热面的传热减弱，而炉膛下部的漏风还会使排烟温度升高，从而增加排烟热损失。

因此，应尽量减少炉膛及烟道各部的漏风，以降低排烟热损失。

2 化学不完全燃烧热损失
影响化学不完全燃烧热损失大小的主要因素有过量空气系数、挥发分含量、炉膛温度及炉内空气动力工况等。

在运行中，保持适当的过量空气系数和较高的炉内温度以及稳定的负荷，并组织好炉内空气动力工况，使燃料与空气实现充分混合，就会减小化学不完全燃烧热损失。

3 机械不完全燃烧热损失
影响机械不完全燃烧热损失的主要因素有燃烧方式、燃料性质、炉膛结构、锅炉负荷以及运行工况、操作水平等。

4 散热损失
影响散热损失的主要因素有锅炉容量及炉体的外表面积、水冷壁和炉墙结构、周围空气温度和空气流动状况、锅炉负荷变化等。

一般来说，锅炉容量越大，因而散热损失绝对值就越大。

若水冷壁和炉墙结构严密紧凑，保温良好，锅炉周围空气温度及流动缓慢，则散热损失小。

5 灰渣物理热损失
影响灰渣物理热损失的因素主要有燃料中的灰分含量、炉渣占总灰分的份额和排渣方式等。

第四章锅炉本体与辅机
第一节锅炉本体设备
锅炉本体设备主要由燃烧设备、蒸发设备、对流受热面、锅炉墙体构成的烟道和钢架构件等组成。

一燃烧设备
循环流化床锅炉的燃烧设备主要由燃烧室、点火装置、布风板和风帽以及物料循环系统等组成。

1燃烧室结构形式
循环流化床锅炉燃烧室与煤粉炉不同，燃烧室底部有炉篦（布风板）把炉膛封住，防止炉内床料从下部漏掉。

循环流化床锅炉燃烧室完全由耐火砖砌成，内衬耐热防磨耐火材料。

这种结构的燃烧室主要为了防止炉内水冷壁受热面的磨损。

燃料进入炉内燃烧室燃烧后生成的物料和烟气经高温分离器分离后，循环物料也返回燃烧室内再次燃烧。

燃烧室上部为炉膛，炉膛四周由水冷壁围成。

为了防止烟气和物料向外泄露，一般采用膜式水冷壁。

这种结构常常与风室、布风板连成一体悬吊在锅炉钢架上，可以上下自由膨胀。

这种结构的燃烧室和炉膛的优点是密封性好，锅炉体积相对较小，锅炉启动速度快。

2 布风板与风帽
（1布风板
流化床锅炉燃烧室下部的炉篦被称为布风板。

布风板的主要作用有两个：一是支承炉内物料，二是合理分配一次风，使通过布风板及风帽的一次风流化物料，使之达到良好的流化状态。

布风板一般分为水冷式布风板和非水冷式布风板两种。

水冷式布风板采用膜式水冷壁形式，在管与管之间的鳍片上开孔布置风帽。

非水冷式布风板为一定厚度的钢板，钢板按布风要求和风帽形式开设一定数量的圆孔。

（2风帽。