锅炉原理.ppt

二、锅炉的工作原理
（一）、锅炉的基本构造
锅炉设备的任务是使燃料通过燃烧将化学
能转变为热能，并以此热能加热水，使其成为
一定数量和质量的高温热水或者水蒸汽。
锅炉的组成(炉内、锅内)
锅炉虽是一个整体，但从功能上可分成“炉侧”、“锅侧”
炉
煤、空气、烟 制 粉 系 统 燃 烧 系 统 风 烟 系 统
锅
水、汽 汽 水 系 统
沸腾炉的主要缺点： (1)锅炉热效率低，通常在54 ％—68％之间，主要原因是飞 灰量大并且其中的炭因处于低 温燃烧，反应受到限制而难于 燃尽。 (2)埋管磨损快。 (3)电耗量大，主要用于送风、 碎煤等，大约是一般煤粉炉耗 电量的2倍左右。
循环流化床锅炉与鼓泡床锅炉的不同点在于 炉内气流速度较高(3—7m／s)，燃料颗粒尺寸 较细(最大粒径约5mm)，一次风从布风板下送 入，约占总风量的40％—70％，二次风在炉膛 给煤口高度附近从几个二次风口送人，炉膛上 部烟气小口直接与气固分离器相接，被带出炉 膛的灰、燃料和脱硫剂颗粒经此分离器分离下 来后，通过返料装置循环返回燃烧室，其中未 燃尽的燃料和脱硫剂被重复利用。从分离器排 出的烟气通过对流受热面、除尘装置、引风机， 由烟囱排入大气。
(六)循环流化床炉
沸腾炉的主要优点为： (1)可以燃用低热值、低挥发分、高灰分的劣质燃料。 (2)燃烧热负荷与埋管的传热系数都非常高，所以炉膛 尺寸为同容量其他形锅炉的一半左右。 (3)低温燃烧可以燃用灰熔点低的燃料，燃烧后烟气中 的NOx等污染物含量较少，可以在燃料中加入添加剂 (如石灰石、白云石等)，使燃料脱硫，减少大气污染、 受热面的低温腐蚀和高温腐蚀。 (4)灰渣在低温下烧透，便于综合利用。 (5)负荷凋节性好，在25％—110％负荷范围内能正常 工作。
第二节 锅炉的热平衡
一、锅炉的热平衡组成及热效率 • 锅炉的热平衡是指：锅炉工作中所有热 量的收入项和支出项之间的平衡。 • 通常可简单地认为锅炉热量的收入项即 为燃料的低位发热量，其支出项包括产 生蒸汽所利用了的热量和未加利用而损 失掉的热量。
(一)热平衡方程
y
QDW Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6
面产生蒸汽的锅炉,称为直流锅炉。
–复合循环锅炉: 由直流锅炉和强制循环锅炉综合发展来 的,也可以说是对直流锅炉的一种改进。
自然循环锅炉
强制循环锅炉
控制循环锅炉
直流锅炉
(二)锅炉的参数系列和技术经济指标
1．锅炉的参数系列
锅炉容量即锅炉的蒸发量,是指锅炉每小时所产生的 蒸汽量,单位是t/h(或kg/s) 锅炉的额定蒸发量是指在额定参数,额定给水温度和 使用设计燃料,并保证热效率时所规定的蒸发量. 锅炉最大连续蒸发量是指在额定参数,额定给水温度 和使用设计燃料,长期连续运行时所能达到的最大 蒸发量.
4．燃烧器结构
(1)煤粉燃烧器。
单蜗壳
扩锥型
(5)与双蜗壳相比：一次风阻力小； (1)二次风 蜗壳，一次风不旋转； (3)可调节扩流锥的位置(前后移动)，改变气流的扩散角 (2)扩锥作用： 使一次风扩散，促进回流区产生 (4)二次风动量大，带动一次风一起旋转； 回流区的大小； 混合相对较晚适合燃用较差的煤。
循环流化床锅炉的优点：
(1)燃烧效率高。循环流化床炉内因气流速度较高， 未燃尽的焦炭经分离器从烟气中分离出后进行多次循环 燃烧，燃烧效率可达99％以上，锅炉热效率与煤粉炉接 近。 (2)脱硫剂的利用率高。由于脱硫剂的循环利用，与 烟气接触时间长，脱硫效果显著；低温燃烧，可以有效 降低氮氧化物的生成浓度，烟气排放一般可以满足环保 要求。 (3)无埋管快速磨损问题，通常循环流化床锅炉的密 相区内不布置埋管受热面。 (4)有很好的负荷调节性能。只要简单地调节给煤量、 空气量及进入外置式沸腾床换热器的飞灰量，即可达到 灵活调节负荷的目的，负荷调节比可以达到1：4。 (5)向炉内进料方便、简单。燃料和脱硫剂(石灰石) 可采用气力输送或机械方式分别加入炉内。
2．燃烧器分类 燃用煤粉、油、气多种燃料的燃烧器，按出 口射流的流动方式分为直流式和旋流式两大类。 其中油、气燃烧器为适应低氧燃烧，近期在直 流式中发展了一种平流式燃烧器。
3．燃烧器在炉膛内的布置 旋流式燃烧器通常布置有前墙、前后墙或两 侧墙方式，可以适用煤、油或气体燃料；直流 式燃烧器常布置于四角或各墙，同样可以用三 种燃料；平流式燃烧器除前墙、前后墙及四角 布置外，还可以布置于炉底，但只燃用油和气 体燃料。
本体与辅机
本体：炉膛、烟道、汽水系统（包括受热 面、汽包、联箱和连接管道）、炉墙和构 架等； 辅助设备：送风机、引风机、制粉系统、 给水设备和除灰除尘设备。
(二)锅炉的工作原理
1．燃烧过程 燃料在锅炉炉膛内燃烧。 2．传热过程 锅炉受热面有两大部分，炉 膛受热面和对流受热面。 3．水的受热和汽化过程 该过程是饱和蒸 汽的生产过程。
第二章 锅炉原理
第一节 概 一、锅炉的类型和分类 (一)锅炉的类型 述
• 按锅炉的用途分类 固定式锅炉按其用途可分为: (1)电站锅炉 产生的蒸汽主要用于发电的锅炉。 (2)工业锅炉 蒸汽主要用于工业企业生产工艺过 程以及采暖和生活用的锅炉。 (3)热水锅炉 用以产生热水供采暖,制冷和生活用 的锅炉。 • 按锅炉容量分类 按锅炉容量的大小,锅炉有大、中、小型之分,但 它们之间没有固定,明确的分界。
3. 旋风燃烧方式和旋风炉
燃料和空气在高温的旋风筒内高速旋转,细小的燃料颗粒在 旋风筒内悬浮燃烧,而较大的燃烧颗粒被甩在筒壁液态渣膜上 进行燃烧的方式称为旋风燃烧方式.用旋风燃烧方式来组织燃 烧的锅炉称为旋风炉。 4. 流化床燃烧方式和流化床锅炉 流化床燃烧方式的气体动力学基础是固体燃料的流态化.所 谓固体燃料的流态化,是指在固体颗粒在与流动着的流体混合 后,能像流体那样自由流动的现象.流化床燃烧方式就是燃料 颗粒在大于临界风速的空气流速作用下,在流化床上呈流化状 态的燃烧方式,采用流化床燃烧方式的锅炉称为流化床锅炉。
(五)室燃炉
1．燃料的燃烧 燃料处于悬浮状态下燃烧。 (1)煤粉的燃烧。煤粉的燃烧条件是很好的，机械不完全 燃烧损火远小于层燃炉。 (2)燃油的燃烧。燃油先通过雾化器雾化成细滴后再燃烧， 油滴在炉膛内处于悬浮状态下快速蒸发成气体并以气 体的形式燃烧直至油滴完全被蒸发。气相反应速度很 快，所以油的燃尽条件比较优越。但相对于燃烧反应 速度，油滴的蒸发速度或气体的扩散速度限制了它的 燃烧速度。 (3)气体的燃烧。气体燃烧按照燃气和空气的顶混情况分 为三种，即有焰(扩散)燃烧、无焰(动力)燃烧和半无焰 燃烧。
Q1 100% Qr
Байду номын сангаас
若以各项热损失为基准，则称反平衡效率
η＝100—(q2十q3十q4十q5十q6)
二、带入锅炉的热量Qr
带入锅炉的热量指每kg燃料带入锅炉的热 量Qr，包含燃料拥有的化学热和物理热，燃烧 所需空气拥有的热量以及锅炉外部热源加热空 气带入炉内的热量和雾化燃油的蒸汽带入炉内 的热量等。计算锅炉热平衡时从空气预热器中 接受的热量不计算在内。 Qr =Qar,net,p+Qrx+Qwl+Qwh
电站锅炉型号 HG – 2008 / 18.2 - HM3
制造厂 蒸发量t/h 额定压力MPa SG DG WG 220 50MW 410 100MW 670 200MW 高压 高压 超高压 煤种 褐煤 烟煤 无烟煤
国外 1000 300MW 亚临界
3．锅炉的技术经济指标
(1)热效率 送入锅炉的热量(燃料的热值)中 被有效利用的百分数；如果将锅炉的辅助设备 如风机、水泵、吹灰器等的消耗功率及蒸汽列 入，则称净效率。 (2)锅炉成本。锅炉制造成本由材料价格、 劳动生产率、工资和技术开发成本等构成。由 于钢材是整台锅炉的主要成本，所以从设计制 造角度以锅炉每生产1t蒸汽所需要的金属材料 重量作指标，称钢材消耗量(t钢／t汽)。
• 给水温度是指进入省煤器的水温，对无省煤器的锅炉 则指进入锅筒的水温。
2．工业锅炉的型号表示 由三部分代码表示。 第一部分中，锅炉总体形式代号用两个汉语拼音 字母表示含义，额定蒸发量或额定热功率用阿拉伯数 字代表t／h或MW。 第二部分表示锅炉出口蒸汽(或热水)的参数，共 分两段中间用斜线相连。第一段用阿拉伯数字表示额 定蒸汽压力或允许的工作压力(MPa)；第二段用阿拉伯 数字表示过热蒸汽温度或出水和进水温度(℃)。 第三部分表示燃料种类，汉语拼音字母代表燃料类 别，附以罗马数字代表燃料品种分类。
(四)层燃锅炉
1．煤的燃烧过程 煤的燃烧过程按习惯分为三个阶段： 热力准备阶段、挥发分和焦炭的燃烧阶段及燃尽阶段。 2．链条炉 链条炉的加煤是从炉前由煤斗靠煤的自重下 落于链条炉排上，炉排缓缓自前向后移动。 3．抛煤机链条炉 抛煤机按撒播煤的方式有三种：风力 抛煤机、机械抛煤机和机械－风力抛煤机。 4．往复推动炉排炉 锅炉炉排在炉膛内作往复运动。
• 按锅炉蒸发受热面内工质的流动方式分类
–自然循环锅炉: 蒸发受热面内的工质,依靠下降管中的 水与上升管中的汽水混合物之间的密度差所产生的压力 差进行循环的锅炉。 –强制循环锅炉: 蒸发受热面内的工质除了依靠水与汽水 混合物的密度差之外,主要依靠锅水循环泵的压头进行循 环的锅炉。 –直流锅炉: 只依靠给水泵的压头,一次通过锅炉各受热
锅炉炉膛（炉膛）
锅炉的工作过程
制粉系统
燃料输送碎煤机除铁器磨煤机
由一次风送入炉内
风烟系统
送风机 引风机 一、二次风
汽水系统
省煤器汽包水冷壁过热器
(三)锅炉的燃烧分类
固体、液体和气体燃料的燃烧特性相 差很大，同时，锅炉的容量、参数各异， 所以，为适应和满足各种锅炉的需要， 燃烧设备有多种形式。
• 按锅炉的蒸汽压力分类 按照锅炉出口蒸汽压力,可将锅炉分为低压锅炉, 中压锅炉,高压锅炉,超高压锅炉,亚临界锅炉,超临 界压力锅炉。 • 按锅炉的燃烧方式分类 1. 火床燃烧方式和火床炉 固体燃料以一定的厚度分布在炉排上进行燃烧的 方式称为火床燃烧方式。用火床燃烧方式来组织燃 烧的锅炉称为火床炉。 2. 火室燃烧方式和室燃炉 燃料以粉状,雾状或气态随同空气喷入炉膛中进行 燃烧的方式称为火室燃烧方式,用这个方式来组织燃 烧的锅炉称为室燃炉。
其中：Q1：锅炉所有效利用了的热量； Q2、 Q3、 Q4、 Q5和 Q6 分别表示排烟损失、 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。
100% q1 q2 q3 q4 q5 q6
(二)锅炉的热效率 锅炉热效率可以从两个角度考察：若以锅炉的 有效利用热Q1为基准，则称为正平衡效率，定义 为
• 蒸汽锅炉的额定蒸汽参数是指额定蒸汽压力和额定蒸 汽温度.
– 额定蒸汽压力是指蒸汽锅炉在规定的给水压力和规
定的负荷范围内,长期连续运行时应予保证的出口 蒸汽压力,单位是MPa. – 额定蒸汽温度是指蒸汽锅炉在规定的负荷范围,额 定蒸汽压力和额定的给水温度 长期连续运行所必
须保证的出口蒸汽温度,单位是oC
双蜗壳式
一、二次风转向相同 混合早且强烈适于烟煤、褐煤。
轴向叶片式
叶片展开图
(1)叶片垂直于柱面，与轴成一定角度(参见展开图)； (3)通过叶轮的前后移动可调节旋转强度 n ； (4)回流区较小，适于高挥发分煤。 (2)叶片可固定，或可调； 风从轴向流入。
切向叶片式
(1)叶片切于柱面，平行于轴；风从切向流入。 (3) 适用于烟煤。 (2)叶片可动 改变角度 旋转强度；
(2)油燃烧器
油燃烧器由调风器和喷油嘴组成，调风器是 将助燃空气很好地与良好雾化的油相混合的装 置；油喷嘴的作用是将燃油雾化成微滴，以增 大油滴和空气的接触面积并使油雾保持较佳雾 化角和流量密度分布，促进油雾和空气混合， 强化燃烧，提高燃烧效率。油喷嘴按雾化方式 分为压力雾化式油喷嘴、旋转式油喷嘴和双流 体油喷嘴。
旋流燃烧器布置
2、前后墙对冲 (或侧墙) 1、前墙布置：用于小容量锅炉 3、两面墙交错布置：充满度更好 最大缺点：主气流上下均有停滞旋涡区。 仅在冷灰斗附近形成小停滞区，一般多层布置。
直流燃烧器的布置方式
四角布置的优点是气流扰动强，后期混合好， 各个火焰点能够相互点火，燃烧稳定而且完全， 整个炉膛犹如一个大燃烧器，火焰充满度较好， 炉膛内热负荷均匀。