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

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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。

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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，

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(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。

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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

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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。燃料型NOx的生成是由燃料中的化合氮在挥发分释放和碳燃尽时氧化形成的。煤中的氮含量一般为0.5~2%，与有机成分化合在一起。在挥发分释放过程中高的可用氧量和高的火焰温度会加强氮向NOx的转化。焦炭中剩余的氮由于在焦炭燃烧过程中可用氧量较低而转化率较低。有较高的FC / VM（固定碳比挥发分）和较高氮含量的煤会产生较高的NOx排放。

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降低NOx生成的最有效手段是在挥发分释放的关键过程中减少氧气（空气）的可用量。额外的空气必须在随后的煤焦燃尽过程中投入以保持较高的燃烧效率。

挥发分释放过程中有两种减少氧气可用性的方法。一种方法是提供燃烧空气的燃烧器设计方面，只有部分空气允许在挥发分释放时与煤粉混合，其余的空气在后边燃尽形成燃烧火焰时投入以完成充分燃烧。采用这种技术的燃烧器（低NOx燃烧器）与没有控制的相比可以降低NOx排放30~60%。

另一种减少可用氧量的方法是在燃烧的早期阶段将燃烧空气中的一部分从燃烧器中移除，并在炉膛中的其它地方将其引入。这种方法被称为空气分级燃烧。空气分级燃烧系统经常与低NOx燃烧器组合使用，以降低NOx的排放。煤粉燃烧系统在最大燃烧速率的过量空气一般为15~20%。通过空气分级燃烧来降低NOx排放的程度取决于许多因素，包括燃料特性、燃烧器设计及其氮氧化物的排放、炉膛的设计、运行工况，和燃尽风系统的设计。

另一种降低NOx排放的方法被称为二次燃烧或燃料分级燃烧，这种方法是在氮氧化物形成后将其破坏。

2.3.4 流化床燃烧

流化床燃烧是煤粉燃烧方式的一种，采用这种燃烧方式时煤在空气中的燃烧发生在流化床中，典型的是循环流化床。循环流化床最适合于燃烧低成本废弃燃料、低品质或低热值煤。将煤粒和石灰石投入到床中，石灰石在床内煅烧成石灰。流化床中主要是石灰和少量的煤，煤焦在其中循环。运行中的床温很低，只有427℃ (800℉)，在这个温度下的热力学环境有利于减少NOx的形成和捕集SO2，使之与CaO 反应生成CaSO4。对于煤燃烧，蒸汽循环可以是亚临界，也可能是超临界，它们具有相近的发电效率。循环流化床技术的最大的优点是它在床中捕捉SO2的能力和它对煤质的广泛适应性，其中包括低热值煤、高灰分煤和低挥发分煤，并且在运行中可以改变煤种。循环流化床锅炉适合与生物质共燃，最近就新建了几台燃烧褐煤的循环流化床机组。

如图2-4所示，目前最常用的流化床技术是循环流化床燃烧技术。煤和煤焦燃烧的同时，空气携带煤、煤焦、煤灰和脱硫剂通过炉膛。固体材料通过旋风分离器从烟气中分离出来，然后通过对流烟道部分，烟气把热量传给炉管以产生高压蒸汽。另一部分蒸汽是由流化床中的高温固体在返回炉膛前放出热量产生的。炉膛内固体快速运动会引起过量的磨损，因此炉膛底部不安装炉管。通过低燃烧温度和空气分级燃烧来控制NO x的生成。SO x排放通过床中石灰脱硫剂控制。这些为烟气净化节省了大笔的投资，但是低的SO x排放需要燃烧低硫分煤，并且NO x的排放受燃烧反应的限制。极低的排放需要额外的烟气净化设备，同时会增加相应

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的维护成本。

2.4系统布置和主要部件

现代锅炉具有复杂的热力—水力（蒸汽和水）受热面结构，以预热和蒸发水，产生过热

蒸汽。这些受热面是这样布置的：（1）燃料在最小污染排放的情况下完全有效地燃烧；（2）按要求产生一定流量、压力和温度的蒸汽；（3）最大限度地回收能量。一个相对简单的燃煤电站锅炉如图2－5所示。产生蒸汽和热量回收系统中的主要部件有：

（1）炉膛和对流烟道

（2）蒸汽过热器（第一级和第二级）

（3）蒸汽再热器

（4）产生蒸汽的管组（仅仅存在于工业锅炉中）

（5）省煤器

（6）汽包（或锅筒）

（7）减温器和蒸汽温度控制系统

（8）空气预热器

2.4.1炉膛

炉膛是一个四周封闭的开口大空间，燃料在其中燃烧，产生的烟气在进入对流烟道前得到冷却。离开炉膛进入管束的烟气温度过高则会导致烟尘微粒沉积在管壁上或使金属管壁超温。燃料和燃烧设备的类型对炉膛的几何形状和尺寸影响很大。在这种情况下，磨细的煤粉被送入炉膛悬浮燃烧。燃烧产物上升穿过炉膛上部。过热器、再热器和省煤器等受热面被特定布置于锅炉围墙内部的水平或垂直烟道内（对流烟道）。

在现代蒸汽发生器中，炉膛和对流烟道的炉墙是由碳钢或低合金钢的汽冷或水冷壁组成，以维持炉墙的金属温度在允许的范围内。这些管子在顶部和底部由联箱或母管连接在一起。这些联箱用来分配或收集水、蒸汽或汽水混合物。在最现代化的机组中，炉墙管道也作为主要的产生蒸汽的部件或受热面。这些管子用钢条焊接在一起，组成气密的、连续的、刚性的膜式墙。这些管道通常预制成可装运的膜板，并且板上留有燃烧器口、观察孔、吹灰器口（锅炉清洁设备）和燃气喷入口。

2.4.2 过热器和再热器

过热器和再热器被专门设计成顺列管束，用来提高饱和蒸汽的温度。一般形式下，它们是简单的单相换热器，蒸汽在管道内流动，烟气从外面经过，通常二者是交叉流动。由于其

较高的运行温度，这些关键的部件一般用合金钢制造。典型的布置通常有利于控制出口蒸汽

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的温度，保持金属温度低于其可接受的极限和控制蒸汽流动的压力损失。

过热器和再热器的主要区别是蒸汽压力。在典型的汽包锅炉中，过热器的出口压力为2700psi（186bar），而再热器的出口压力为580psi（40bar）。受热面的结构设计和布置取决于所要求的出口温度、吸热量、燃料的灰分特性和清洁设备。这些受热面可以呈水平或垂直布置。过热器和有的再热器经常被分为几段以利于控制蒸汽温度和优化热量回收。

过热器的类型

根据烟气侧的传热方式，过热器可分为两种基本类型。最初的一种是对流过热器，从烟气吸收的辐射热量很小。在这样的机组中，蒸汽温度随锅炉负荷的增加而升高，这是因为炉膛吸收单位输入热量的百分比下降。这导致过热器吸收了更多的热量。因为对流传热速率几乎与烟气流率即锅炉负荷成直线关系，因此，过热器中每磅蒸汽的总吸热量以及蒸汽的温度都会随锅炉负荷而增长（见图2-6）。过热器布置得离炉膛越远，进入过热器的烟气温度越低，这种效果越明显。

辐射式过热器主要吸收来自炉膛的辐射热，对流传热量很少。一般采用较大间距（24英寸或很大的侧边距）的屏式凝渣管或悬吊屏式过热器的型式布置于炉膛中。有时这种过热器和包墙管组合成一体。因为炉膛受热面吸热不如锅炉负荷增长快，所以随着锅炉负荷的增长辐射式过热汽温度反而下降，如图2-6所示。

某些情况下，在较大的负荷范围内，这两条变化趋势相反的曲线可由一系列联合的辐射、对流过热器叠加为平缓的过热曲线，如图2-6所示。一个单独加热的过热器也能产生平缓的过热曲线。

辐射和对流式过热器的设计需要特别注意避免因蒸汽和烟气流量分配不均而造成的管子超温。一般过热器中有100,000到1,000,000lb/hft2(136到1356kg/m2s)或更多的蒸汽质量流量。这种设置是在允许压降的范围内对管子内部进行充分的冷却。质量流量的选择取决于蒸汽的压力和温度，还有过热器的热负荷。此外，高速下的高压损会改善蒸汽侧流场分布。

2.4.3 省煤器和空气预热器

省煤器和空气预热器在提高锅炉总的热效率方面发挥着重要作用, 它们回收了排入大气前烟气中的低品位热量，也就是低温热量。烟气被省煤器或空气预热器冷却每40℉（22℃），总的锅炉效率就会被提高大约1%。省煤器吸热加热锅炉给水，空气预热器则是加热燃烧空气。热空气强化了多种燃料的燃烧，并保证了稳定的着火。

省煤器

省煤器是一种逆流布置的热交换器，在流过过热器或再热器（如果使用）的烟气中获取

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能量。它提高了汽包进水的温度。其管束布置是一种典型的平行水平蛇形管束，水在管内流动而烟气在外侧反方向（逆流）流动。管子间尽量紧密以强化传热，同时要求有足够的管子表面清洁空间和合理的烟气侧压损。根据设计，这些管子内一般不会产生蒸汽。

最普通、最可靠的省煤器设计就是光管、顺列、交叉流省煤器。煤燃烧后，飞灰就会产生一种高污垢、侵蚀的环境。相对于错列布置，这些顺列布置的光管就会尽可能减少飞灰粘附、侵蚀的可能性。这也是通过吹灰器保持清洁的最简单的几何形状。然而，这种布置的好处必须要结合它大重量、大空间以及造价进行综合评估。

为减少投资，大多数锅炉省煤器应用了各种鳍片以强化烟气侧的传热效率。鳍片是廉价的非承压物件，它可减少省煤器的总尺寸和造价。然而，成功的应用对于烟气环境是非常敏感的。表面的清洁能力是一关键因素。

省煤器设计的最终目标是以最低成本实现必要的传热。省煤器的一个关键的设计准则是最大允许烟气流速（定义为在管束间最小横截面的流速）。更高的流速提供了更好的传热并且降低了投资成本。对于清洁燃料，比如燃气和低灰分油，流速通常是由最大经济压力损失决定的。对于高灰分油和煤，烟气流速是由对飞灰的腐蚀潜力所限制的。可接受的烟气速度一般由经验决定。

对于给定的管束布置和锅炉负荷，气体速度取决于烟气比体积，而烟气体积随其在省煤器中被冷却而降低。为了保持烟气的流速，可以增大多管组设计中的较低位置管束的管径，来减小烟气流通截面。这样可以得到较好传热和降低传热面积。

空气预热器

空气预热器是利用经过省煤器的锅炉烟气携带的热量加热燃烧空气，并提供干燥煤粉的热空气。在燃煤电厂中，空气预热器的出口温度受限于磨煤机的出口温度和调温风系统容量，烟气出口温度则要考虑传热表面的污染和后面设备的腐蚀情况。

在较老的锅炉中一般采用管式或板式空预器，体积大，很难清理，而且坏损的传热表面不易替换。现代锅炉都采用回转式空预器。

与间壁式空预器相比蓄热式空气预热器最重要的特征是显著地减小了空间和漏风。传热面是由0.5mm或0.8mm的钢或者考登钢高强度的合金组成，一般是压紧后放入钢制的空间内并置于支撑结构上。从空气侧到烟气侧的空气被称为漏风。可以以每小时的漏风量（kg/s）来衡量漏风的多少，但是通常以烟气入口的百分比来表示漏风率。漏风当然不是我们想要的，这主要是因为漏风导致把空气送入燃烧区域的风机出力降低。同时漏风还导致空预器传热效能降低。

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最常见的回转式空气预热器是容克式，其特点是受热面在转子上，通过空气和烟气逆向

流动进行热交换。转子固定在一定的装置上，两端有气体流通通道。空气和烟气各自流经转子的一半通道。上下端的轴承支持和约束转子在中心轴上。转子由电机驱动由齿轮传动保持速度在1~3 rpm。垂直和水平轴设计可以适应各种电厂的空气和烟气流动方案。而其中垂直轴的设计更为常见。

诺特谬勒式回转式空气预热器受热面是固定的，而风罩是旋转的。受热面的支撑结构是静止不动的，称为定子。在定子两侧，一个共同的垂直轴上，一对双机翼型风罩同步旋转。中心轴和定子由轴承支撑，而风罩由下部的小齿轮缓慢驱动。静子包围着风罩，冷、热流体逆流流过受热面进行热量传递，一种气体在风罩内流动，另一种在风罩外流动。空气或烟气都可以在风罩内流动，由于空气在风罩内流动可以降低风机电耗，所以这种布置更常见。

2.5锅炉在线吹灰

几乎所有的燃料燃烧都会产生灰或者惰性残留物。灰聚集在烟气流经的受热面上导致传热性能降低，流动受阻，加速腐蚀和增加机械负荷。专用锅炉清洗系统被安装在锅炉及其环境控制系统来进行带负荷清灰和控制优化整体系统运行。

有效的带负荷清灰方法是用吹灰介质集中喷射堆积起来的飞灰或炉渣。吹灰介质可以是饱和蒸汽，过热蒸汽，压缩空气或水。经证实，吹灰介质也可以是水和其它介质，比如说蒸汽或者空气的组合，但是会导致锅炉受热面损坏。

过热蒸汽作为使用最广泛的介质有几个原因。锅炉产生蒸汽所以避免了空压机的成本及维护。因为它通常是从高压蒸汽出口导出并通过调节阀降低压力，所以蒸汽吹灰可以更灵活。一般建议采用过热蒸汽而不是饱和蒸汽是为了避免在吹灰过程中的凝结，防止锅炉受热面的腐蚀或者热应力裂纹的产生。

(1) 应用蒸汽或空气的炉膛吹灰器

按照要求，短伸缩式吹灰器在吹扫炉膛壁面时向前旋转推进，同时打开空气或蒸汽。其总的行程大约200-250mm。根据设计要求，吹灰枪可以在120°范围内摆动或者在限位开关下做整圈的运动，直到吹灰枪缩回。这种吹灰器的吹扫半径为1.5-2m。

炉膛的吹扫介质也可以用水，但实际中很少应用。水通常用来在低速下清除炉膛内顽固的熔融的渣。用变速马达来保证喷水在受热面上有相同的停留时间。

(2) 长伸缩式吹灰器

长伸缩式吹灰器用来吹扫过热器、再热器有时还有省煤器。当吹灰器启动时，吹灰枪向前

移动，同时旋转来保证对冲的射流形成螺旋状的运动。当利用喷口吹扫炉墙时，就打开吹灰

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介质使其流向喷口。

当吹灰枪行程达到最大时，吹灰枪旋转90度角，这样在返回时与进入的吹灰部分错开。没有支撑的吹灰枪长度可达16.75m，因此锅炉炉宽可以设计到33.5m。

(3) 直线型吹灰器

该吹灰器常用于吹扫空气预热器的。它包含了一个小凸起，所以是不能完全伸缩的。虽然这种吹灰器布置在炉外，但是与完全伸缩式吹灰器相似。沿着吹灰枪的长度安置了六个喷嘴，当空气预热器旋转时，可以提供了五个清洗带。当吹灰器被启动后，喷枪慢慢伸入并且退回，同时每个喷嘴在空气预热器表面形成一个一个的螺旋型清洗路径。一般情况下，清洗过程只存在于伸入过程中。吹灰控制系统直接控制气动执行装置打开或者关闭提升阀。另一种类型的空气预热器吹灰器是摆臂式吹灰器，通常作为空气预热器的一部分由制造商提供。

(4)声波吹灰器

声波吹灰器在电站锅炉不同位置进行了试验。这个装置是个压缩空气驱动的低频(20Hz)发声器，产生共振频率波，可以吹扫4900m3的空间。试验结果是个综合效果，因此预言声波吹灰器的应用范围还为时过早。

目前为止，一直采用蒸汽吹灰，空气吹灰的首次应用是在美国。

空气吹灰有以下优点：

在任何负荷下都可以得到有效的吹灰。

由于没有凝结水、热冲击和对吹灰枪、喷嘴等部件的磨蚀，吹灰器的维护费用大大降低。

对空气管件不需要预热，并且相对于蒸汽吹灰，凝结水的排放大大减小。

管件不需要保温。

由于炉管磨蚀造成的故障和停炉减少了50%或更多。

空气吹灰可以使空气预热器的受热面寿命增加一倍。

相对于包括蒸汽减压站的蒸汽吹灰系统，空气压缩机和吹灰器及系统的维护费用大大降低。

抛开以上优点，空气吹灰也有其他的一些附加初始费用，如空压机、马达、开关设备、电缆和压缩机房。但是，从500MW锅炉的运行数据上来看，两种吹灰系统的能耗相当。

2.6 能量守恒

由热力学第一定律，蒸汽发生器系统的能量平衡如下所述：

进入系统的能量- 离开系统的能量= 系统内部能量的积累

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12因为蒸汽发生器应在稳态下检测，这样积累的能量就为0，其方程为：

进入系统的能量 = 离开系统的能量

进入系统的能量就是进入系统的质量流所携带的能量，以及辅助设备的驱动能量。离开系统的能量就是离开系统的质量流所携带的能量，以及通过蒸汽发生器表面传递给环境的能量。

效率为输出能量和输入能量的比值，以百分数的形式表示：

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Input

Output EF = (2-1) 当输入能量定义为燃料释放的所有能量时，所得的效率通常称为燃料效率。 效率-输入-输出法（正平衡法） 根据输入-输出法计算的效率是基于测定燃料量和计算输出能量所必需的锅炉汽水侧参数。该方法计算的效率的不确定度直接与燃料测量、样本燃料分析和锅炉输出能量求取等的不确定度成正比。所以，要获得可靠的结果，在精确测量上述各项时必须格外谨慎。 效率-能量平衡法（反平衡法）

在能量平衡法中，采用能量损失和外来热量来计算效率。能量平衡法是确定效率的首选方法。因为测量误差仅影响着各项损失而不影响总能量，所以它一般情况下比输入－输出法更精确。例如：如总损失占总输入能量的10%，则1%的测量误差仅会导致0.1%的效率误差，而在测量燃料流量中1%的误差将会导致效率的1%的误差。能量平衡法的另一个优点就是可以确认两次效率测试结果不同的原因，另外，对于诸如燃料分析数据等试验条件的变化，该方法可以容易的将效率修正到基准工况或保证工况。