热动专业英语第二章译文_第四版

第二章锅炉2.1 简介锅炉利用热量使水转变成蒸汽以进行各种利用，其中主要是发电和工业供热。

由于蒸汽具有有利的参数和无毒特性，因此蒸汽作为一种关键的工质（资源）被广泛地应用。

蒸汽流量和运行参数的变化范围很大：从某单一过程的1000lb/h（0.1kg/s）到大型电厂超过107lb/h （1260kg/s），从一些供热应用的大约14.7psi（1.0135bar）、212℉（100℃）到先进循环电厂的4500psi（310bar）、1100℉（593℃）。

现代锅炉可根据不同的标准分类。

根据最终用途分为：热水锅炉，工业锅炉和电站锅炉。

根据燃烧方式分为：旋风炉，流化床锅炉和煤粉炉。

根据运行压力分为：低压锅炉，中压锅炉，高压锅炉，亚临界压力锅炉和超临界压力锅炉。

根据燃料分为：燃气锅炉，燃油锅炉，燃煤锅炉，核燃料锅炉，高炉排烟余热锅炉，太阳能锅炉。

根据循环方式分为：自然循环锅炉，控制循环锅炉和直流锅炉。

大型中心电站的电站锅炉主要用来发电，在最高可能利用性情况下，需优化设计而达到最高的整体热效率。

2.2 燃料及制粉系统2.2.1 燃料大部分锅炉以煤、天然气和石油作为燃料。

然而，在过去的几十年里，至少在发电领域核能开始扮演一个主要角色。

同样，不断增加的各种生物质和工业副产品也成为产生蒸汽的热源。

这些包括泥煤、木材及木材废弃物、麦秆、咖啡渣、玉米秆、煤矿废弃物（煤屑）、炼钢炉（高炉）余热甚至太阳能。

现代美国中心电站以煤作为主要燃料，不管是烟煤、次烟煤还是褐煤。

虽然天然气和燃油也许是未来化石燃料电厂的燃料选择，但对于带基本负荷的新电站，煤仍将是主要的锅炉燃料。

由于煤是一种不均匀的物质，且其组成和特性变动很大，所以建立煤的分类系统是很必要的。

典型的煤的分类以煤阶进行。

这表现为煤化程度的大小：从褐煤到贫煤、烟煤以及无1烟煤。

煤阶表明了煤的地质历史和主要特性。

几种典型的中国煤的性质如表2-1所示。

现在美国应用的煤分类标准是由美国材料试验学会（ASTM）建立的。

其分类是通过煤的工业分析所确定的挥发分和固定碳的含量以及煤的发热量作为分类标准。

这种煤的分类系统有助于确定煤的商业使用价值，并提供关于煤燃烧特性的基本信息。

2.2.2 磨煤机煤粉制备与煤粉燃烧技术的发展是同步的。

为了使煤在炉膛中有效燃烧，煤在离开燃烧器时必须被粉碎到一定的大小，这样才能迅速燃烧，这就意味着煤必须被加工成小颗粒，才能被迅速加热到着火温度并和空气良好混合。

磨煤机的工作就是把煤磨碎到符合上述要求的合适的大小。

低速磨筒式钢球磨是现在仍在使用的最早的磨煤机。

它是一个卧式的筒，里面装有小直径的钢球(如图2-1所示)。

筒体内衬耐磨材料以加强球的滚动，球占筒体总容积的25%到30%。

筒的转速取离心力可以克服重力速度的80%，这样可以使钢球贴在筒体的内壁上。

通过筒体转动时钢球的碰撞来实现煤粉的磨制。

筒式钢球磨有单进单出和双进双出两种。

对于单进单出型，空气和煤从一端进入磨煤机而从另一端流出。

双进双出型磨煤机是空气和原煤从两端进入磨煤机，磨好的干燥的煤粉从两端流出。

对于这两种类型，粗粉分离器都位于磨煤机的外部，粒径过大的粗粉被送回到磨煤机与原煤混合。

筒式钢球磨不具有类似立式磨的流化床特点，同时由于空气和煤粉的混合不均匀限制了干燥能力。

如果筒式钢球磨要磨的煤中水分高于20%，就必须使用辅助的干燥装置，比如破碎干燥机。

对新建锅炉来说，中速磨已经大量的取代了筒式钢球磨。

相对于中速磨，筒式钢球磨往往需要较大的建筑空间和较高的能耗。

同时，筒式钢球磨难于控制且有较高的磨损速度。

但是，筒式钢球磨能很好的适应极端磨损性的、低水分的难磨燃料，比如石油焦。

煤在其中较长的停留时间可以实现有效的磨制。

中速磨磨辊在一层耐磨层上滚动，通过移动的磨盘把煤压碎。

磨辊的运动引起煤粒间的相互运动同时磨辊的压力在煤粒间形成压力负荷。

一定压力下在煤粒层上的运动引起摩擦（煤粒依靠摩擦力破碎），这就是（中速）磨煤机的工作原理。

耐磨层具有缓冲作用，虽然降低了磨制的效率，但也大大降低了磨辊的磨损。

随着磨煤的进行，为了防止过度磨制和降低能耗及磨损，磨好的煤粉从磨煤机中排出。

2图2-2是MPS型中速磨的示意图，显示了中速磨煤机的基本组成。

在磨煤机下部有一个转动的台面（磨盘），称为辊胎的辊子在磨盘上滚动。

原煤由上部的磨煤机给入，然后在磨辊和转动的磨盘间经过，磨辊下的煤就被磨碎了。

离心力加上磨辊对煤层的沉降力共同作用，将部分磨好的煤粉挤出磨盘边缘，由上升的空气流流化并携带这些煤粉。

空气进入点一般称为进风环，喷嘴环或者喉部。

上升的空气流与煤粒混合在进风环上面产生流化的颗粒床。

空气的流速很低，以至于只能携带少部分的煤粒通过床层过滤。

空气和煤粒离开流化床形成了第一步的分离。

预热的空气同时干燥煤粉以保证煤粉的有效燃烧。

立式中速磨是有效的干燥装置。

即使煤中水分（高达）40%也能在中速磨中很好地得到干燥，干燥水分再高些的煤粉也是可能的，但是需要的一次风温度（较高）则要求使用特殊材料，并且增加了磨煤机着火的可能。

实际运行的水分最大值是40%（质量比），此时要求一次风温高达750℉。

空气煤粉向上流动时，由于流动面积增大使流动速度降低，大粒径的煤粒就会回落到磨盘上。

最后的煤粉分离采用磨煤机上部的粗粉分离器，粗粉分离器是利用离心力的分离装置。

风粉混合物以一定角度进入，从而发生旋转并产生离心力。

粗一点的煤粉冲击到分离器的周边，不再保持悬浮状态而回落到磨盘上。

风粉混合物中的细煤粉颗粒保持悬浮状态，并最终上升进入煤粉管。

2.2.3制粉系统磨煤机只是庞大的制粉系统的一部分，制粉系统一般有直吹式和中储式两种。

较早的制粉系统使用筒式球磨机磨煤粉，并且在燃烧前利用储仓暂时储存煤粉。

如果对该技术进行改进，去掉中间储仓而将从磨煤机出来的煤粉直接送去燃烧，就会对磨煤机的可靠性有很高的要求。

中速磨可以满足以上要求。

目前在美国运行的中速磨大约有1000台，其中99%以上的用于直吹式制粉系统。

目前生产蒸汽的过程中很少采用中储式制粉系统，但是很多特殊的场合仍然需要，比如煤气化和高炉投煤。

直吹式制粉系统的主要部件有：(1) 给煤机，调节通过煤仓进入磨煤机的给煤量，(2) 热源，用来预热干燥煤粉的一次风，(3) 一次风机，典型的情况是作为鼓风机布置于磨煤机之前（正压系统），或作为排粉风机位于磨煤机之后（负压系统），(4) 磨煤机，作为正压系统或负压系统的主体部分，(5) 管路，把煤和一次风从磨煤机输送到燃烧器，3(6) 燃烧器，混合煤粉和平衡燃烧空气，(7) 控制和调节装置。

根据工程的经济性，以上部件可以按照不同的形式布置。

在正压系统中，需要做出选择，是采用热一次风风机（每个磨一个风机），还是采用冷风风机（布置在特定的空气加热器前面）。

热风输送系统初始投资费用较低，因为不需要特定的空气加热器。

对大型机组而言，冷风风机系统具有较低的运行费用，可以补偿较高的初始投资。

图2-3为冷一次风机直吹式制粉系统示意图。

正压磨煤机的一个缺点是它必须完全由空气密封以避免煤粉泄露到大气中。

相对来说，负压磨煤机的密封标准并不需要这样高，但也不允许漏入过多空气，因为冷空气难以干燥湿煤。

这种方式泄露的空气量也无法测量，如果达到高的空/煤比，遇到明火则可能发生爆炸。

2.3 燃烧器和燃烧系统2.3.1 燃烧器煤粉燃烧适用于大多数类型的煤。

它的通用性，使其成为世界上最为广泛使用的燃煤发电方式。

大多数的煤粉燃烧系统包含位于炉膛下部的燃烧器。

墙式燃烧系统的燃烧器布置在一面炉墙上或两个相对着的炉墙上。

另一种常见的燃烧器布置方式是把燃烧器布置在炉膛下面的角部，称为四角切圆燃烧。

煤粉由54~93℃的一次风以一定的速率直接输送到燃烧器中，送风速率是根据由燃烧控制的蒸汽量决定的。

二次风通常被预热到约316℃后由送风机提供，最终所有的或大部分的二次风送到包含燃烧器的二次风箱。

一部分二次风可能从燃烧器转移到燃尽风（OFA）口来控制NOx的形成。

供给燃烧器的二次风与燃烧器喉部的煤粉混合，使煤粉易点燃和燃烧。

燃烧器是有效的燃烧系统设计的核心要素，该系统还包括燃料制备、风煤分配、炉膛的设计和燃烧控制。

燃烧器可以大致分为预混和喉部混合两大类。

预混合燃烧器将二次风和燃料在的进入燃烧室前混合。

喉部混合燃烧器，基本上包括所有的煤粉燃烧器，它是在炉膛入口处的燃烧器喉部将二次风引入。

二次风的供给方式为，引入风煤混合物，提供稳定的着火，产生稳定的火焰。

空气和燃料的混合率直接影响火焰的稳定性，火焰形状和污染物的排放。

2.3.2 燃烧系统天然气燃烧系统天然气曾经作为电厂的主要燃料。

然而近年来，没有太多的天然气可供电厂使用，并且人们没有正视这样的事实，即天然气作为一种优质燃料总会重新得到应用，不管用量多少。

丙烷常常作为一种点火剂，广泛地应用于燃油锅炉和燃煤锅炉中的油燃烧器。

4油燃烧系统所有的电站锅炉都燃用油，在燃煤锅炉中点燃煤粉，在煤进入炉膛之前加热炉膛并升压，而在燃油锅炉中则作为主要负荷燃料。

一般地，燃油都是粘度在3500 sec到6500sec的残渣燃料油。

为了有效的燃烧，这些油必须被加热到120~130℃并被良好地分散或雾化成很小的油滴。

燃用渣油，要比一般的馏分油（柴油，汽油等）便宜，但又带来一些问题：酸性污染物和粉尘的排放。

酸性污染问题是由石油中的硫产生的，硫分的含量有时可高达3%。

在20世纪60年代早期，人们对油燃烧器设计进行了深入研究和开发，目的在于解决燃油的排放问题。

由此诞生了一种油燃烧器——“标准燃烧器”，它可以在非常低的过量空气系数下减少碳排放。

为保证锅炉中每个燃烧器获得同样多的空气也做了大量的工作。

目前油燃烧过量空气系数运行水平为2%。

煤燃烧系统煤燃烧器的发展模式同油燃烧器类似，而且重点放在准确控制每只燃烧器的煤和油的供给量。

实际中所有的燃煤锅炉都是燃烧煤粉的（由磨煤机生产），这些煤粉经过很好的粉碎，然后由空气流（一次风）送入燃烧器。

同以前相比，在流动平衡上的设计成果现在已能使锅炉在较低的过量空气水平下运行，并在不增加飞灰含碳量水平的情况下提高了总的效率。

煤燃烧系统部件的布置必须根据经济因素和煤的性质来确定。

作为整个燃烧系统设计的性能参数，煤粉细度、磨煤机出口温度、空煤比等都必须达到要求。

2.3.3低NO燃烧系统X氮氧化物是化石燃料燃烧产生的一个非期望的副产品，它的排放量在美国和世界其他许多地区都受到监管。

有很多可控制和减少锅炉氮氧化物排放量的方法，其中最有效的往往与低NOx燃烧技术有关，低NOx燃烧可以单独使用或与其他技术相结合。

煤粉燃烧的NOx控制技术的有效性主要取决于燃料特性和燃烧系统的设计。

常规煤粉燃烧中大约75%的NOx为燃料型NOx，其余的为热力型NOx。

因此，最有效的燃烧对策是那些限制燃料型NOx形成的方法。