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电站锅炉司炉作业人员教程,一、基本知识二、电站锅炉基本概念三、电站锅炉事故分析,基本知识 一、工程热力学,1、热力学第一定律 自然界中一切物质都具有能量，能量不可能被创造，也不可能被消灭。但能量可以从一种形态转变为另一种形态。能量的总量保持不变。在工程热力学的范围内，热力学第一定律主要是热能和机械能之间的相互转化和守恒。,基本知识 一、工程热力学,1、热力学第一定律表达式：Q=AJWQ表示消耗的热能 W表示完成的功 AJ表示单位功的热量若热与功采用的国际单位相同，即焦耳。则AJ=1 即Q=W若热的单位是千卡，功的单位力米 此时AJ=kcal(kgfm)应用于系统中可写成：进入系统能量-离开系统能量=系统中储存能量的增加,基本知识 一、工程热力学,2、热力学第二定律 热量传递应该是有方向性的，在正常情况下，都是由高温传到低温，如果想从低温传到高温，则需要外加能量。卡诺定理：在相同温度的高温情况下和相同温度的低温情况下直接工作的一切可逆循环，其热效率都相等，与种类和工质无关。由两个可逆的定温过程和两个绝热过程组成的循环称为卡诺循环。,基本知识 一、工程热力学,3、焓 焓是表示工质移动的过程中的能量状态参数，通常以H表示 H=U+PV U表示工质具有的内能。PV表示推动功 单位质量工质的焓称比焓 即 h=u+pv,基本知识 一、工程热力学,4、熵 是工质的一个状态参数，表示工质的紊乱程度。如工质有两个确定的状态进行移动，无论是可逆还是不可逆过程，熵差都是一样的。孤立的系统，无论如何变化，熵都不会减少；绝热的系统，则系统的熵 保持不变；如果系统对外吸收热量，则系统的熵增大，反之减小。如以S表示为熵，则TS即温熵图表示系统工质状态参数的变化。同样，PV图也是表达工质状态变化的图示。,基本知识 一、工程热力学,5、水蒸气性质 a.饱和状态当液体汽化的速度与空间蒸汽液化的速度达到动态平衡时的状态。b.饱和温度工质处于饱和状态时的温度。c.饱和压力工质处于饱和状态时的压力。d.水的定压加热，汽化过程。,基本知识 一、工程热力学,6、蒸汽动力装置循环a.卡诺循环可实现的循环 12 绝热膨胀过程 23 定温放热过程 41 锅炉中定温（也是定压）吸热过程难以实现的循环 34 绝热压缩，主要是汽与水的混合物压缩有困难。,1,2,3,4,基本知识 一、工程热力学,6、蒸汽动力装置循环b.郎肯循环是各种复杂的蒸汽动力装置的基本循环 郎肯循环与水蒸气的卡诺循环主要不同之处在于乏气的凝结是完全的。与此同时蒸汽在过热区加热属于定压加热 采用过热汽则增大了循环的平均温差，并且使膨 胀终止时空气的干度也提高了，这些都是有利的。提高热效率的途径：a.在相同的初压及背压下，提高新汽的温度。b.在相同的初温和背压下，提高初压也可使热效率增大。c.在相同的初压和初温下，降低背压也可使热效率增大。,基本知识 一、工程热力学,7、再热循环 将新汽在汽轮机膨胀到某一中间压力为1后引出汽轮机，再导入锅炉中特设的再热器1中进行再加热，然后再导入汽轮机继续膨胀做功到背压。这样的循环叫做再热循环。附加循环中吸热平均温度高于原循环。所以附加循环的热效率高于原循环。采用再热循环的目的不单是为了提高乏汽的干度，同时也提高了机组循环的整体热效率。,基本知识 一、工程热力学,8、回热循环 为了消除郎肯循环中液态工质在较低温度吸热，影响热效率提高的问题，可以采用从汽轮机中抽出一部分蒸汽，用这部分蒸汽凝结时放的热（回热）进行对水的加热。这种循环的方式叫做回热循环。采用分气回热，能显著提高循环热效率。a.对锅炉而言：热负荷减低了，换热面积减小了。b.对汽轮机而言：前几级的蒸汽流量增加了，最后几级流量减小了。c.对冷凝器而言：进入冷凝器的蒸汽量少了，换热面积也就减少了。d.但同时，设备也复杂了，投资也增加了。,基本知识 一、工程热力学,9、应用高参数蒸汽的优点a.提高蒸汽参数可以提高热效率。b.由于初压增高，水的沸点也增高，这就增加了冷凝水加热到饱和水所需热量，从而扩大了使用回热的范围，进一步改善了循环热效率。c.提高蒸汽参数，蒸汽的比容显著减小，耗汽量下降。从而使管道流动的容积流量减小，进而缩小装置的尺寸，如管道、阀门等部件的尺寸和重量。,基本知识 二、传 热 学,凡是有温差的地方，就有热量自发地从高温物体传向低温物体，传热学就是研究热量传递规律的科学，热量传递有三种基本方式导热，对流和热辐射。凡是物体中各点温度不随时间而改变的热传递过程称为稳态热传递，反之称为非稳态热传递过程。各种热力设备在持续不变的工况下运行时的热传递过程属于稳态过程，而在启动、停机，变工况时所经历的热传递过程属于非稳态过程。,基本知识 二、传 热 学,1、导热：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观数子的热运动而差生的热 量传递称为导热。（或称热传导）Q 传递的热量 Tw1 流体的较高温度点 Tw2 流体的较低温度点,基本知识 二、传 热 学,2、对流传热 对流是指流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混 所引起的热量传递方式。对流传热仅能发生在流体中，而且必然伴随有导热现象，工程上常遇到的不是单纯的对流方式，而是流体通过另一物体表面时对流和导热联合起来作用的热量传递过程。,基本知识 二、传 热 学,3、辐射传热 物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射，其中因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。辐射与吸收过程的综合结果就造成了以辐射方式进行的物体间的热量传递辐射换热。热辐射可以在真空中传播，而导热、对流这两种热量传递方式只在有物质存在的条件下才能实现。,基本知识 二、传 热 学,4、几种传热方式的结合 以上介绍了导热、对流和辐射三种传递热量的基本方式，但是在实际情况中，这些方式往往不是单独出现的。如：锅炉省煤器和汽轮机冷凝器的热量交换过程就含有上述三种基本热量交换方式，只是每种方式交换的热量不同而已。,基本知识 三、流体力学,1、层流与紊流 流体在直圆管中流动，当流速很小时，流体质点的流动轨迹呈现直线，不与周围的流体相混杂，此种情况下的流动状态称为层流。当流体的流速增大到一定的数值时，流体质点在流动过程中不断相互混杂，流场内的运动要素发生不规则的脉动现象，这种流动状态称之为紊流。,基本知识 三、流体力学,2、判断层流、紊流的准则 雷诺数Re是判断流体流动状态的准则数，逐渐增大流体的流速，Re数随之增大，当Re数超过某一个临界值时，流动就由层流变为紊流。工程上一般取Re2000时为紊流；Re2000时为层流。Re=ud/v u 管内的平均流速 v 流体的运动粘性系数 d 管道的直径,基本知识 三、流体力学,3、流体的阻力 实际流体由于存在粘性，就会在流动过程中产生阻力，从而消耗流体的机械能，这种能量损失称为水力损失。根据损失产生的机理及其表现的形式，可以把水力损失分为沿程损失和局部损失。沿程损失是指流体在直管道由于克服沿程阻力而消耗的能量局部损失是指流体在非直管道由于克服局部阻力而消耗的能 量，如管道构件及连接件等。,基本知识 四、燃料与燃烧,1、燃料的分类 锅炉设备燃烧所用燃料根据燃料的物理状态可分为固体燃料、液体燃料和气体燃料 3 大类。固体燃料 煤（无烟煤、烟煤、褐煤）油页岩、木材液体燃料 轻油、柴油、重油气体燃料 天然气、液化石油气、煤气、沼气,基本知识 四、燃料与燃烧,2、燃料的成分组成 燃料由可燃成分和不可燃成分两大部分组成的复杂组合物，特别是煤的组成和结构非常复杂。对固（液）体燃料，其可燃成分用元素分析的有机成分来表示，对气体燃料则用各种可燃气体成分来表示；不可燃成分主要是灰分、水分及一些气体等。固体燃料各成分表示：C+H+O+N+S+A+M=100%,基本知识 四、燃料与燃烧,3、燃料的分析方法 鉴于固体及液体燃料的组成元素含量随着开采、运输、加工及储存的条件变化而要发生变化，因此燃料的分析方法也要区别不同的情况采用不同的方法。工业分析 主要分析燃料的固定碳、挥发分、水分、灰分的 比例多少。元素分析 主要分析燃料中可燃及不可燃元素的含量比例。有：应用基、分析基、干燥基、可燃基。,基本知识 四、燃料与燃烧,4、煤灰的熔融特性 煤灰的熔融特性是判断其结渣性能的重要指标。主要有三个特征温度，即变形温度 DT；软化温度 ST；熔融温度FT。在上述三个特征温度中，一般DT不易测准，而FT由于测量温度较高，往往由于实验设备的限制而测不到准确的数值，所以电站锅炉设计中多采用ST来表征煤的结渣特性。一般来讲随着煤的发热量增加，则煤形成结渣的软化温度ST的上限范围值扩大，反之，发热量减少则ST下限范围扩大。此时ST很低也不会结渣。,基本知识 五、锅炉水动力学,1、自然循环锅炉的水动力学 自然循环锅炉是目前电站锅炉普遍采用的循环方式，自然循环锅炉水动力学的任务就是这种循环方式以保证水循环的可靠性。在设计时要求在受热的上升管中必须有一定的水流速使管壁得到足够的冷却，并且不得出现流动停滞、倒流、汽水分层和膜态沸腾现象。通常采用的自然循环回路计算方法有压差法和有效压头法。,基本知识 五、锅炉水动力学,2、水循环的可靠性 在锅炉水循环中如果不稳定，会出现循环停滞、自由水面、倒流、下降管带汽、下降管汽化以及循环倍率过低等工况。避免发生停滞的条件为 Syx/Stz 1.1 避免发生自由水面的条件为 Syx/（Stz Pts）1.1 不发生倒流的条件为 Syx/Sdl 1.1Stz 停滞有效压头 Pts 提升阻力损失 Sdl 倒流压头Syx 有效压头,基本知识 五、锅炉水动力学,3、强制循环锅炉水动力学 多次强制循环锅筒锅炉在结构上与自然循环锅炉的差别是在下降管系统中安装了循环泵，从而提高了水冷壁管的工作可靠性。其特点是：a、能够在不同的负荷下确保水循环的可靠性 b、由于循环泵是保证流量的主要因素，所以要对循环泵进行 校验。c、为控制流量，应在回路进口加装节流圈来强制分配。,基本知识 五、锅炉水动力学,4、直流锅炉水动力学 直流锅炉中的工质流动全部依靠给水泵的压头来实现，所以可以用于任何高的参数。其主要特征是工质在受热面为强制流动，在蒸发受热面中给水一次蒸发完毕，循环倍率为1。由于没有锅筒，直流锅炉汽水通道中的加热区、蒸发区和过热区没有固定的分界线。直流锅炉在负荷过低、工质质量流速较低的时候会发生诸如脉动、停滞和管壁过热等不正常工况。为此应保证水冷壁蒸发面有足够大的质量流速。,