《锅炉原理讲稿》PPT课件.ppt

锅炉原理,第一章 概论,火力发电约占全国总发电量的70%左右，锅炉是发电厂的三大主机之一，在火力发电厂中占重要地位。电厂生产过程：燃料（煤、油、天然气）-热能-水-蒸汽-气轮机膨胀作功-带动发电机发电。,1-1 锅炉的一般工作原理,一、煤粉锅炉及辅助设备示意图：锅：省煤器、汽包、下降管、水冷壁组成的蒸发设备和过热器等组成的汽水系统。炉：炉膛、烟道、燃烧器、空气预热器等组成的燃烧系统。辅助设备：制粉设备、送风机、引风机、烟囱、给水设备、除灰设备、除尘设备、输煤系统。,35吨链条炉,35吨煤粉炉,锅炉三大系统：,1）燃烧供给系统 2）汽水系统 3）空气、烟气系统,1-2锅炉的参数,一、锅炉容量（额定蒸发量）锅炉在设计蒸汽参数和保证效率下最大连续蒸发量。Kg/s t/h二、蒸汽参数锅炉出口处蒸汽压力（MP)和温度（）三、给水温度进省煤器的给水温度。动力中压锅炉给水温度：150 或170 动力高压锅炉给水温度：215动力亚临界锅炉给水温度：260（表1-1参数）,目前国内已经使用的火力发电机组为：,汽轮机：600MW,锅炉：1950t/h,压力：25.5MP 国外：汽轮机：1300MW,锅炉：4300t/h,国内较大电厂：,陡河电厂（155万KW）、谏壁电厂（162.5万KW)、清河电厂（130万KW）、姚孟电厂（120万KW）、神头电厂（130万KW）、徐州电厂（130万KW）、秦岭电厂（105万KW）、锦州电厂（120万KW）、大同二电厂（120万KW）、富拉尔基二电厂（100万KW）,1-3锅炉分类,一、按用途分工业锅炉、船舶锅炉、电站锅炉、机车锅炉二、按蒸汽参数（压力）分低压锅炉:1.3MP以下中压锅炉:2.53.9MP（20世纪2040年代）高压锅炉:1014MP（50年代）超高压锅炉:1417MP（60年代）亚临界锅炉:1722.5MP（70年代）超临界锅炉:22.5MP以上（70年代后）,三、按使用燃料分,燃煤锅炉燃油锅炉燃气锅炉电锅炉,四、按燃烧方式分,1.层燃炉(火床炉)燃烧特点:燃料在炉排上燃烧。2、室燃炉 燃烧特点：燃料在炉膛内悬浮燃烧。3.旋风炉(卧式和立式两种)粗煤粒贴旋风筒内壁燃烧.细煤粉随筒内气流一起运动悬浮燃烧.特点:a)燃烧猛烈(燃烧与风的相对速度很高).因供氧条件好,炉温高,猛烈程度比煤粉炉高.b)燃烧在炉内停留时间长,可烧粗煤粉(制粉设备简单).c)排渣率高(90%以液态渣形式排出,烟气飞灰少,为10%,有利于提高烟气速度(飞灰对设备有磨损),加强传热.缺点:1)制造工艺比较复杂,对耐火材料要求高.2)风机电耗大.3)液态渣带走的热损失大,4)有害气体NO2排放量大。（很少采用）,四、沸腾炉,(燃料在沸腾床内进行燃烧).介于层燃炉和室燃炉之间.特点:a).适应煤种广.煤矸石也能燃烧,矿区应用广.b).强化传热.埋管(布置于沸腾床内的受热面管子)不积灰,但磨损严重.同样容量炉膛可减少一半(与普通炉比).c).低温燃烧.燃烧温度900950.（若温度高,则会结渣.）NOx量少,环境污染少.,这是美国巴威的内循环炉型其特点是采用高速床和两级分离器。在炉膛出口前后的高温区装有两组槽型(惯性)分离器作为第一级分离，而分离下来的飞灰将在炉膛内部形成循环。在锅炉尾部省煤器之后还有一多管(旋风)分离器作第二次分离。这种锅炉的结构相对简单，布置更接近传统的煤粉锅炉，不仅锅炉整体紧凑、简单，而且也更便于采用传统锅炉成熟可靠的受热面结构。目前最大容量的这种锅炉是装在美国宾夕法尼亚州的燃高灰分尾煤的210t/h高压循环流化床锅炉。,芬兰奥斯隆循环流化床,这是奥斯隆炉型其特点是采用高循环倍率，高温旋风分离器，在炉膛内可布置少量受热面但不设外置流化床热交换器。这种循环流化床锅炉的大型化问题也已顺利解决，已有各种容量的大型电站锅炉在世界各地 运行。最大容量的这种锅炉是装在美国宾夕法尼亚州约克郡的783t/h(配250MW)亚临界压力循环流化床锅炉，该锅炉已于1997年上半年投入商业运行。,德国鲁齐循环流化床锅炉,其特点是采用高循环倍率，高温旋风分离器和外置流化床热交换器。虽然外置流化床热交换器的采用使这种锅炉略显复杂，但也使这种锅炉的床温调节更加简便，过热器/再热器的布置更为灵活。目前这种循环流化床锅炉最大容量的锅炉是法国阿尔斯通斯登工业公司制造的，装在普罗旺斯电厂配250MW机组的700t/h亚临界压力循环流化床锅炉。,意志巴高克循环流化床锅炉,这是德巴(德国巴高克)型，是德巴在欧共体资助下开发的一种低速(低倍率)循环流化床锅炉，其设计意图是尽可能将鼓泡床和高速循环床的优点很好地结合起来。其特点是采用低的循环倍率和中温(400-500oC)旋风分离这种锅炉的结构相对简单，但大型化，特别是再热器的布置，有一定困难。目前最大容量的这种锅炉是装在捷克的燃褐煤的350t/h高压电站锅炉。,五.按工质在锅炉内的流动方式分,1.自然循环锅炉 加热水省煤器 蒸发水冷壁 加热蒸汽过热器 下降管：不受热,管中全部是水 上升管：受热,管中为汽和水的混合物2、强制循环锅炉3、直流锅炉4、复合循环锅炉,1-4 锅炉的安全和经济指标,一.安全指标(锅炉的可靠性。三种指标衡量)1.连续运行小时数=两次检修之间运行的小时数.4000h 2.事故率=事故停用小时数/(运行总时数+事故停用小时数)100%90%,二.经济性指标,1.锅炉效率：锅炉的有效利用热量与输入热量的百分比.gl=Q1/Qr100%(30万机组,设计效率92%,保证效率89%,一般为90%)2.钢材使用率 锅炉每小时产生一吨蒸汽所用钢材吨数.2.5-5t/t/h,1-5 锅炉发展的趋势,发展趋势：1、大容量：容量增大一倍,每t/h的金属用量减少520%。2、高参数：参数提高一档,经济性提高2%.3、再热机组：一次再热,提高经济性45%.目前我国多采用亚临界压力,温度多采用540,主要是考虑设备工作的可靠性.,1-6工业锅炉型号表示方法,按照标准规定方法编制：（1）（2）(3)(4)(5)(6)（1）：总体型式代号（2）：燃烧设备代号（3）：额定热功率或额定蒸发量（4）：额定争气压力或允许工作压力（5）：过热蒸汽温度或出/进水温度（6）：燃料种类代号,锅壳锅炉总体型式代号,水管锅炉总体型式代号,锅炉燃烧设备代号,燃料种类代号,型号举例,WNG1-0.7-ADZL4-1.25-WQXW2.8-1.25/95/70-A QXW2.8-1.25/145-A,第二章 燃料,2-1 燃料的化学成分和性质一.燃料:在燃烧过程中能够产生热量的物质.二.锅炉用燃料 1.固体:煤油、页岩.2.液体:重油、渣油(石油炼制后的残余物)、点火时用柴油、轻油.3.气体-天然气、高炉煤气、焦炉煤气,三.煤的成分,C、H、O、N、S、A、W 1.碳(C)a.含量:5090%.是主要可燃元素,含量多少与地质年龄有关.无烟煤、烟煤、贫煤、褐煤、泥煤、煤矸石 b.形式:固定碳(单质状态).c.对运行的影响:含碳高的煤不易着火.d.发热量:32700kj/kg.2.氢(H)a.含量:36%随地质年龄升高而降低.b.形式:与氧结合生成水,或成为有机物.c.运行:含量越高,越容易燃烧.d.发热量:120103kj/kg.,3.硫(S),a.含量:一般为11.5%.无烟煤、贫煤、劣质烟煤可达38%b.形式:可燃硫:有机硫、黄铁矿硫（FeS2)灰分中硫:硫酸盐硫 c.运行:二氧化硫,三氧化硫腐蚀设备,含有氧化硫的烟对人畜有害.对水冷壁、过热器的腐蚀,对空气预热器的低温腐蚀.当金属壁温低于酸露点温度时会在金属壁上凝结成硫酸,腐蚀金属.d.发热量:低,9040kj/kg,4.氧(O)和氮(N),a.含量:O:140%.无烟煤12%.泥煤40%N:0.52%.b.形式:O与H或C结合,使可燃成分下降.5.灰份-燃料完全燃烧后形成的固态残余物的统称 a.含量:535%b.运行:使燃料发热量下降,妨碍可燃物质与氧气的接触.烟气速度高时会引起飞灰对受热面的磨损.烟气速度低时会引起积灰.灰分是影响燃煤质量的主要成分.,6.水分(W),a.含量:250%b.形式:外部水分(表面水分)-煤由于自然干燥所失去的水分.内部水分(固有水分)-空气风干状态下仍残留煤中的水分.分析水分:煤在规定温度和相对湿度下进行自然干燥,干燥后煤样中所含有的内部水分.c.运行:不利燃烧,燃烧温度下降,引起低温受热面的积灰和腐蚀,煤粉制备困难,烟气量上升,电耗上升.,2-2 燃料的成分分析基础与换算,一.燃料的成分分析基础 煤中水分和灰分的含量会随外界条件而变化，其他成分的百分量也随之变化，所以，在说明煤中各种成分的百分含量时，必须同时注明百分数的基准，常用的基准有以下四种：1.应用基-锅炉燃料的实际应用成分.以包括全部水分和灰分的燃料作100%的成分.用y表示.Cy+Hy+Oy+Ny+Ay+Wy+Sy=100%（作锅炉热力计算时采用，原煤水分也用应用基表示。）,2.分析基,实验室进行燃料(除去自然干燥水分后)分析时的燃料成分,用f表示.Cf+Hf+Of+Nf+Sf+Af+Wf=100%不用煤种的水分常用Wf表示,可排除开采,运输和储存等对煤的水分含量的影响.,3.干燥基,去掉全部水分的燃料成分,用g表示.Cg+Hg+Og+Ng+Sg+Ag=100%用Ag来表示不同煤的灰分大小,可确切地反映出煤的灰分杂质含量,而不受水分变化的影响.4.可燃基可燃基即去掉水分和灰分的燃料成分,用r表示.Cr+Hr+Or+Nr+Sr=100%可燃基常用来表示煤的有机物中各种元素的成分和煤的挥发分(用Vr表示.),二.燃料分析基础的换算,如表2-1.,2-3 燃料的某些特性,一.挥发分:Vr 它是指一定温度下(900+10）,隔绝空气加热煤（7分钟）,煤中有机物分析出的气态物质.(包括:H2,CmHn,CO,少量O2,N2,CO2)1.挥发分=f(加热湿度,时间,煤量).2.挥发分与煤质关系:煤的碳化程度越深(如无烟煤),Vr越小 无烟煤:Vr=2-10%.(最小)褐煤:Vr=37-60%.(最多)3.挥发分易着火燃烧:Vr越大,着火越容易.,二.焦碳,煤中水分与挥发分逸出后留下的固体物质叫焦碳.焦碳=灰分+固定碳三.煤的发热量 1.定义-单位量的燃料完全燃烧时所放出的热量.对气体:1Nm3.对固,液体:1kg.2.高位/低位发热量.高位发热量:1kg燃料完全燃烧时放出的全部热量中包括烟气中水蒸汽凝结时放出的热量.低位发热量:1kg煤完全燃烧时放出的全部热量中不包括烟气中水蒸汽凝结时放出的热量.,3.同一基准,高低位发热量的换算,4.各种基发热量的换算,（1）、不同基准高位发热量换算换算系数采用表2-1中系数。例：已知Qgr,求QgyQgy=Qgr(100-Ay-Wy)/100,（2）、不同基准低位发热量换算,例：已知Qdr求Qdy途径：先由Qdr求Qgr,再由Qgr求Qgy，由Qgy求出Qdy。,5.折算成分,对应于每4190kj/kg发热量的成分,由于各种煤的发热量差别很大，有的煤发热量仅有8370kJkg(2000 kcalkg)左右，有的高达293l 0 kJ/Kg(7000 kcalkg)。为了计算电厂煤耗和厂矿编制计划的方便，规定低位发热量为29310KJ/Kg(7000 kcal/Kg)的煤为标准煤。,四.灰的性质,害处:1.管子上积灰影响传热效率,使gl下降.2.灰尘排入大气污染环境.3.含灰量大不易燃烧.4.灰多使磨煤的电耗增加.5.灰在温度较高时会熔化,引起结渣。（轻则影响运行,严重时被迫停炉）,灰的性质,1.熔化性 变形温度t1、软化温度t2、熔化温度t32.烧结性产生高温烧结性积灰,2-4 煤的分类,1.无烟煤:Vr10%.Cy=95%.Ay,Wy少.Q=2100025000 kj/kg2.贫煤:Vr=1020%焦粒为粉状.3.烟煤:Vr=1045%Cy=4060%.Ay,Wy较少.4.褐煤:Vr=4050%V析出温度低,因此极易燃烧.Wy=2050%水分大,磨煤需烘干.Ay650%，发热量低5.泥煤:Vr=70%易着火,不结焦.发热量低.Q=800010000kj/kg.6.洗中煤:烟煤洗后的残余物,发热量低.7.煤矸石:Q=40008000kj/kg,第三章 锅炉燃烧计算与热平衡,燃烧产物:烟气,灰,碳粒.计算内容：a)燃烧所需空气量：选择送风机.b)计算单位时间内流经各个受热面的烟气量.c)单位时间内流经各个受热面的焓.几点说明:a.固、液燃料以1kg为计算标准.气体燃料以1Nm3为计算标准.b.所有气体都认为是理想气体.1kmol=22.4Nm3,3-1 空气量计算和过量空气系数,一.理论空气量.定义:1kg应用基燃料完全燃烧,且燃烧产物(烟气)中无剩余氧存在时所需的空气量.(V0表示）V0计算：,分别计算后可得理论空气量为：,二.过量空气系数,实际中燃料在炉膛内进行燃烧时,不能做到燃料与空气的理想混合.实际供给的空气量V与理论空气量V0的比值称为过量空气系数.常用炉膛出口处的过量空气系数l/表示空气对燃烧的影响。燃烧效率最高时的过量空气系数称为最佳过量空气系数.漏风系数=漏入空气量/理论空气量V0,3-2 燃烧产物(烟气量)的计算,一.理论烟气量:燃料在供给理论空气量的状况下完全燃烧后所产生的烟气容积称之为理论烟气量.Vy0,Nm3/kg 烟气的组成成分:CO2,SO2,H2O,N2.,二.实际烟气容积,锅炉中的实际燃烧过程是在过量空气系数1的条件下进行的.Vy=Vy0+1.016(-1）V0,3-3 烟气分析,常用烟气分析方法：化学吸收法，电气测量法，色谱分析法。奥氏气体分析仪原理：用某种吸收剂与烟气接触，该种吸收剂能够吸收烟气中某种成分，而不能吸收其他成分。1.KOH溶液-吸收CO2,SO2.2.焦性没食子酸的碱溶液-吸收O2 3.氧化亚铜的氨溶液-吸收CO 以上吸收剂有双重吸收作用,测量时秩序不能颠倒,利用量筒可以测得每次吸收后烟气减少的容积,此减少的容积就是被吸收的气体容积,这样利用烟气分析仪可以方便的测出各组成气体在烟气容积中的百分比.,3-4 不完全燃烧方程式,一.完全燃烧方程式.燃料在炉膛中完全燃烧,烟气分析所得到的RO2,O2与燃料的元素分析之间必然存在一定的关系式,这个关系式就叫做完全燃烧方程式.二.不完全燃烧方程式.在实际运行锅炉中,燃烧剩余物中有CO和O2,不完全燃烧情况下,燃烧满足的方程。,3-6 空气和烟气焓的计算,在进行锅炉设计计算,校核计算以及整理锅炉实验结果时,都需要知道空气和燃烧产物的焓.一.空气焓的计算1.理论空气焓2.实际空气焓,二.烟气焓,烟气是由多种成分组成的混合气体,同时还夹带一定数量的飞灰.当1,烟气温度为时,烟气焓等于理论烟气焓,过量空气焓和飞灰焓三部分之和.即：其中：,3-7 热平衡,锅炉机组热平衡-指输入锅炉机组的热量与锅炉机组输出热量之间的平衡.热平衡意义-表明了燃料的热量有多少被有效利用,有多少变为热量损失,这些损失又表现在哪些方面.目的:找出引起热量损失的原因,提出减少损失的措施,有效地提高锅炉效率,以节约能源.,一.热平衡方程式:,输入=输出 Qr=Q1(有效）+Q2(排烟）+Q3(化学）+Q4(机械）+Q5(散热）+Q6（其他）相对热损失（输入热量的百分率）100=q1+q2+q3+q4+q5+q6 锅炉效率为：,二、输入热量,低位发热量燃料带入物理热空气预先加入热（暖风机）雾化热,三、损失,1、q4：机械未完全燃烧损失设计时按经验推荐数值选取运行时通过热平衡测定，但飞灰量难以准确收集，一般采用灰平衡法计算：,影响q4的因素：,燃料性质燃烧设备、方式负荷过量空气系数运行水平,2、q3:化学不完全燃烧损失,也叫可燃气体不完全燃烧损失,是指锅炉排烟中残留的可燃气体和重碳氢化合物等未放出其燃烧热而造成的热损失.(1)气体燃料:,(2)固体燃料:,测试时采用：q3=3.2pyCO,影响 q3因素：,燃料性质炉膛过量空气系数炉内温度炉内空气动力场组织计算时选取：煤粉炉：q3=0气体、液体锅炉：q3=0.5%层燃炉：q3=（0.51.0）%,3.排烟热损失 q2,高温烟气离开最后受热面，造成的损失。是锅炉损失中最大的一项。,影响q2的因素：,排烟温度过量空气系数与漏风系数燃料性质运行水平,4.散热损失,由于锅炉炉墙,锅筒,集箱,汽水管道,烟风管等部件温度高于周围大气温度而向四周散失的热量.,5.灰渣热损失,由灰渣排出炉外带走的热损失.,4-8 锅炉效率及燃料消耗量的确定,实际燃料消耗量:,计算燃料消耗量:,保热系数=烟道受热面吸热量/烟气在烟道中放热量=受热面传给工质热量/(受热面传给工质热量+散热),第四章 煤粉制备,现代中型和大型锅炉一般均采用煤粉燃烧,原煤先经碎煤机打碎,然后在磨煤机中制成煤粉.4-1 煤粉 一、煤粉特性1.煤粉细度(即煤粉颗粒大小).1)定义-用某筛子上筛后的煤粉剩余量占筛分煤粉总量的百分比定义为煤粉细度.电厂锅炉用煤多为2060m。,2)经济细度:使不完全燃烧损失和制粉能耗最小时的煤粉细度.,3)影响经济细度的主要因素:a.与煤种有关 b.磨煤机和分离器的性能 性能决定煤粉颗粒的均匀程度.c.燃烧方式:旋风炉可烧粗些的煤粉,甚至碎煤屑.4）经济细度的确定使q4与qm之和为最小。,2.煤粉的颗粒组成特性.,用一套筛孔尺寸不同的标准筛子进行筛分得到的煤粉颗粒组成曲线,称为筛分曲线D：通过筛子煤粉量。R：流在筛子的煤粉量。,筛分曲线用途：,1、直观比较煤粉的相对细度。2、比较煤粉的均匀程度。对曲线用公式描写；Rx筛子上煤粉剩余量。b煤粉细度系数n煤粉均匀性指标讨论：保持R90不变，n增加，则R200减小，即过粗粉少。保持R200不变，n增加，则R90增加，即过细粉少。显然n越大，过粗粉、过细粉都少，煤粉均匀。,3.煤粉水分,水分过大,要影响煤粉流动性和着火.煤粉过于干燥,褐煤、烟煤与空气接触易自燃和爆炸。煤粉的水分Wmf接近分析水分Wf时比较合适.,4.煤粉的爆炸性.1).Vr100m时,爆炸可能性很小.2).遇到明火时会爆炸.3).严格控制制粉系统末端气粉混合物的温度.4).装防爆门.,二.煤的可磨系数 Kkm 1.定义:将质量相等的标准燃料和试验燃料由相同的初始粒度磨制成细度相同的煤粉时,消耗能量的比值称为试验燃料的可磨性系数,以Kkm表示：Kkm=Eb/Es Eb：标准煤能耗 Es：实验煤能耗,2.Kkm的测定和计算公式 a.BT-全苏热工研究所的测量方法.粒度2.363.33mm的空气干燥煤样500g，用小型瓷制成的球磨机磨15分钟，测定R90s值代如公式：KkmBT2（ln100/R90s)2/3我国范围：0.82.0；1.5为易磨煤。标准煤为1。,b.哈氏法.粒度0.591.19mm，50g，中速磨磨3分钟，取出后筛分20分钟。Kkmha=13+6.93D74D74：通过孔径为74m筛子的煤粉量。KkmBT0.034（Kkmha）1.25+0.61,三、煤的磨损指数1、定义：表示煤对磨煤机金属研磨部件磨损的轻重程度的指数。用 Ke表示。Kem/10Ke5.0 磨损性极强,4-2 磨煤机,分类（按转速分）1.低速：1525转/分 筒式钢球磨煤机（DTM型）2.中速:50300转/分 中速平盘磨,E型磨,碗式磨3.高速:7501500转/分 风扇磨,锤击磨,一.球磨机,1.结构:磨煤部分直径2-4M,长3-10M的圆桶,内装大量钢球(直径2560mm).从内到外分为五层:护甲-波浪型锰钢 石棉-绝热 筒体-钢板 毛毡-隔音 外壳-铁皮,2.原理:利用低速旋转的滚筒带动筒内钢球运动,通过钢球对原煤的撞击,挤压,研磨,碾压,将煤磨成煤粉.特点:干燥与磨煤同时进行,采用热空气作为干燥剂.3.影响磨煤机工作的主要因素(1)临界转速与工作转速 nnlj nnlj nnlj最佳工作转速:筒体内最外层钢球有最大提升高度时的转速.,(2)装球率(钢球充满系数)a.定义:钢球容积占筒体容积的百分比.b.磨煤机出力与的关系.Bm=C1 0.6 c.最佳钢球充满系数zj 当护甲结构和钢球尺寸不变时,每一个筒体转速下有一个最佳钢球充满系数.d.钢球磨损锰钢：100300g/t，铸铁：4001500g/t,(3)筒内存煤量与磨煤出力要求：Bzm/G0.15(4)通风量通风量大，磨煤出力大，煤粉粗，磨煤电耗低但通风电耗高。最佳通风量应使磨煤与通风电耗之和最小。P63公式(4-13),4.磨煤机的磨煤出力 磨煤出力:保证煤粉细度,每小时所磨制的原煤的吨数.干燥出力：单位时间内将煤由最初水分Wf干燥为磨煤水分Wmf的能力。P64公式(4-14)磨煤机的磨煤出力受磨煤与干燥条件的限制。,5.评论:优点:1)通用性广,可用于所有煤种(包括无烟煤,高灰分劣质煤).2)工作可靠性高,连续工作时间长.3)满载运行.缺点:1)磨煤电耗大,为中速磨的2倍多.2)设备笨重,投资大占地大.3)均余指数n值低.4）在低负荷或变负荷时运行不经济。,二.中速磨煤机分类:平盘式磨 碗式磨 E型磨1.平盘磨(1)工作原理:原煤在两个碾磨部件的表面之间,在压紧力的作用下受到挤压和碾磨而被粉碎成煤粉.(2)特点:干燥能力受限制(煤的干燥基本上是在磨盘上方的空间内进行,在磨盘上的干燥作用不大).(3)优点:省钢材,耗电少,占地面积小,噪音小,煤粉均余指数n高.,三.高速磨1.风扇式磨煤机:结构与风机相似,由一个工作叶轮及蜗壳组成.工作原理:原煤随干燥剂进入磨煤机,被转动的冲击板打碎,抛到护甲上的煤再次被击碎,合格的煤粉经分离器送入燃烧器,不合格的粗粉返回磨煤机重磨.,特点:(1)干燥条件好(磨在磨煤机中处于悬浮状态,通风强烈)(2)磨煤,干燥,输粉一体(制粉系统简化,减少了排粉机)(3)干燥剂:热风+烟气(但磨损严重,煤粉粗)适用煤种:烟煤（可磨系数大于1.5）,褐煤.,4-3 制粉系统,分类：直吹式，储仓式一.直吹式:是指煤经磨煤机磨成煤粉后直接吹入炉膛燃烧.磨煤机磨制的煤粉全部直接送入炉膛内燃烧,制粉量在任何时候均等于锅炉的燃烧消耗量,即制粉是随锅炉负荷的变化而变化的.（多选用中速磨）系统简单,对可靠性、运行水平要求很高.正压式：排粉机装在磨煤机前。负压式：排粉机装在磨煤机后。,负压直吹系统流程正压直吹系统流程,二.储仓式制粉系统 1.适用煤种:无烟煤,K9 的劣质烟煤.2.乏气送粉系统:(1)磨煤机入口有四根管子:原煤,热风管,回粉管,再循环管.(2)旋风分离器(细粉分离器):约90%的煤粉被分离出来,经锁气器,切换挡板送入煤粉仓,或经螺旋输粉机送入煤粉仓.上部出来的磨煤乏气(含10%的极细煤粉)被排粉机吸收,作为一次风输送煤粉进入炉膛.(3)排粉机:a.抽吸乏气 b.直接抽吸热风(4)锁气器:不允许气体倒流.(5)吸潮管:防止煤粉仓受潮,煤粉结块.(6)防爆门:爆炸时,首先被爆破,释放高压.,3.热风送粉系统,当燃用无烟煤,贫煤和劣质煤时,为稳定着火燃烧，常利用热空气作为一次风输入煤粉.三次风:磨煤乏气经燃烧器中专门的喷口送入炉内燃烧.,三.两种制粉系统比较,1.直吹式:系统简单,设备部件少,电耗大.储仓式:部件多,管路长,初投资大,磨煤机出力不受锅炉负荷影响.2.负压直吹式排粉机磨损较快.储仓式:含少量细粉的乏气经过排粉机,工作安全.3.直吹式:可靠性差.储仓式:可靠性高(磨煤机的工作对锅炉影响较小)4.仓储式:锅炉负荷变动时,只要调节给粉机,方便灵活.直吹式:锅炉负荷变动时,要以改变给煤量开始,惰性较大.,第五章 燃烧过程理论基础,5-1 燃烧化学反应动力学基础化学反应动力学-研究化学反应机理和反应速度的科学.一.燃烧反应速度:燃烧是指燃料与氧的剧烈化学反应.锅炉内的燃烧反应包括:均相燃烧(或单相燃烧)-气体燃料在空气中燃烧.多相燃烧-固体燃料在空气中燃烧.,1.反应速度w.通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示.2.按质量作用定律可得w与c的关系:对于均相反应,在一定温度下化学反应速度与参加反应的各反应物的浓度乘积成正比,而各反应物浓度项的方次等于化学反应式中相应的反应系数.,二.影响化学反应速度的因素:1.压力P 定容时,P升高,则C升高,升高 T=cost时,反应速度主要决定于反应物浓度.2.温度 K=k0e-E/RT,四.着火温度.1.定义:由缓慢的氧化状态转变为反应能自动加速到高速燃烧状态的瞬间过程称为着火.着火时反应系统的温度称为着火温度.热力着火-由于温度不断升高而引起着火.2.着火温度与熄火温度.以煤粉空气混合物在燃烧室内的燃烧情况为例,放热量：Q1=k0exp(-E/RT)CO2nVQr 其中CO2n：煤粉反应表面氧浓度散热量：Q2=S(T-Tb)其中：综合发热系数（f+d),T,5-2 燃烧反应的动力区与扩散区,块煤,碎煤,煤粉以及碳的燃烧属于固体与气体之间进行的多相燃烧反应,反应是在固相表面进行的.一.固相表面上的多相燃烧过程.1、碳粒燃烧模型2、5个燃烧过程(1)参加燃烧的氧气从周围环境扩散到反应表面.氧的扩散速度:(2)氧气被燃料表面吸附.(3)在燃料表面进行燃烧化学反应.(4)燃烧产物由燃料表面解吸附.(5)燃烧产物离开燃料表面,扩散到周围环境中.,二.多相燃烧反应速度,多相燃烧反应速度取决于5个过程中进行得最慢的过程,研究指出,取决于(1),(3)两个过程.在碳粒表面上发生反应的氧量应该等于经由边界层扩散进来的氧,这样,就可以利用化学反应速度和汽流的扩散速度来表示燃烧速度.,按照氧向反应表面的输送速度以及它在反应表面的消耗速度,两者随温度变化情况,可以明显区分出碳粒子的燃烧有三个截然不同的区域.(1)动力区(2)扩散区(3)过渡区,5-3 煤和煤粉的燃烧,一.煤粉燃烧:燃烧过程:析出水分析出挥发分挥发分燃烧加热焦碳,挥发分火焰消失后,焦碳燃烧形成灰渣,从燃烧过程来看,挥发分的着火发生在焦碳之前,它们分两个阶段,但又是连续进行的,焦碳燃烧是主要过程(占全部燃烧时间的90%).近代学者提出:a.挥发分析出贯穿燃烧的全过程.b.挥发分和焦碳同时着火燃烧.,二.碳粒的燃烧,以碳粒的燃烧作为焦碳燃烧理想的物理模型.碳粒的燃烧是个复杂的物理化学过程.(1)一次反应与二次反应.还伴随有二次反应.,在不同温度下,上述反应以不同的方式组合成不同的燃烧过程.：,碳粒在静止的空气中碳粒受到空气流冲刷 其他因素,第六章 燃烧设备,6-1 直流燃烧器一.直流射流,1.基本概念(1)等速核心区：射流的中心部位有一核心区,区内的速度均与初始速度W0相同.(2)射流内边界:维持流速等于初速W0的边界.(3)射流外边界:射流与周围静止介质的边界面.(4)射流转折截面:核心区消失处截面.(5)射流的主体段:中心速度开始衰减.(6)射流的初始段:主体段左面.(7)扩展角:射流外界线的交角.,二.基本特征:1.扩展角.圆型：a=0.0733(紊流系数）2.无因次速度表明主体段内射流轴线速减规律。轴心线上速度随射流的轴向距离X的变化 3.射程.指由喷口治射流轴线到某一截面的距离L，该截面内最大轴向速度Wm=0.05W0,对圆形喷口：R0越大，射程L越远。大喷口比小喷口有更大的射程。,4.无因次流量.由于射流不断卷吸周围介质，所以沿射流流动方向流量是逐渐增加的.当R0由大变小时，Q增加，即相对卷吸周围介质的量增加。,三.直流式燃烧器,直流燃烧器是由一组圆形,矩形或多边形的喷口所组成,煤粉和空气分别由不同喷口喷进炉膛,1,2次风都是直流喷射.1.优点:(1)着火条件好.(2)气流的后期混合强烈.(3)可控制二次风混入的迟早.(4)煤种适应性较广.,2.分类.(1)均等配分(2-1-2-1型).a.一.二次风口间隔布置,且间距相对较近,使着火后二次风能更快混入,及时充分地供应给焦碳的燃烧.,b.侧二次风式.侧二次风是指在煤粉喷口的外侧(喷嘴侧)与一次风平行布置的二次风.特点:一次风在炉膛内侧,有利着火.二次风在外侧,使与炉墙接触的是一层二次风,利于防止结渣.气流高度短,宽度大,刚性好.,c.十字风.冷却一次风喷口减少煤粉和气流速度分布不均匀程度。,(2)分级配风(2-1-1-2型)(无烟煤型)分级配风：把燃烧所需的二次风分级分阶段送入燃烧的煤粉气流中。特点：一次风口相对集中布置,局部煤粉浓度升高.采用狭长的一次风喷口,增大煤粉气流的着火周界.一,二次风喷口间距较大,两者混合较晚.,a.周界风:作用:冷却一次风喷口,防止结渣,补充空气,防止煤粉离析.缺点:本身要吸热.,b.夹心风:优点:加强一次风射流刚性,减轻其偏转程度,有助于防止结渣,及时补充空气 一次风射流尾部变狭,使煤粉浓度局部集中.,3.二次风.相对于一次风喷口的位置分为:上、中、下二次风.上二次风:压住火焰,稳定火焰中心,不使出口烟温升高.补充煤粉燃烧和燃尽所需的氧气.强化过程所需气流扰动.中二次风:补充煤粉燃烧和燃尽所需的氧气.强化过程所需气流扰动.下二次风:托住火焰.托住煤粉颗粒.保证下排燃烧器所需空气.,4.三次风.当热风送粉时,出现三次风.(1)特点:三次风含有1015%的极细煤粉.含有较多的水分.温度低 风量大,一般20%,有时30%运行表现:由于t降低,喷进后使炉膛温度下降,着火推迟,三次风口布置不当,炉膛出口结渣,过热器超温爆管.(2)布置:一般布置在最上层.(3)风速:高,5060m/s,5.一、二次风混合 调整一、二次风喷口之间距离,改变二次风喷口角度可以改变一、二次风的混合.,6.布置.(1)单切圆布置.(2)两角对冲,两角相切.(3)多切圆布置.(4)八向或六向切圆.(5)双炉膛切圆布置.,7.假想切圆直径 dy 优点:切圆越大,着火有利,缺点:切圆过大,气流容易冲刷水冷壁,引起结渣.8.射流的偏转:(1)原因:a.邻角气流的横向推力.b.动量作用点位置.c.补气条件:如果-30补气差。(2)措施:a.炉膛最好是正方形的,或a/b1.1 b.一次风喷口形状:狭长形:着火条件好,刚性差 c.燃烧器喷口高宽比:h/b升高,一次风射流容易偏转.,6-2 旋流式燃烧器旋流燃烧器出口的气流是绕轴线旋转的,称为旋转射流.一.旋流射流.1.旋流射流的特点.(1)有内回流区,对着火有利.(2)射流短.(3)扩展角:随旋流强度n升高而增大。,2.旋流强度n.定义:气流相对于旋转射流轴线的旋转动量矩M与气流的轴向动量K及定性尺寸L的乘积的比值.(M、K计算公式见书P89)n值小，中心不出现回流区。封闭式。n值大，中心出现回流区。开放式。（锅炉）n值太大，出现外回流区（气流贴墙运动）。全扩散式。n值越大，射程越短。,二.旋流燃烧器的形式,(1)单蜗壳型旋流式 调节:（1）扩流锥:移动时会影响扩展角,回流区和一,二次风混合.（2）舌形挡板：调节旋流强度n,(2)双蜗壳旋流燃烧器 一,二次风-由蜗壳产生旋转,两股射流旋转方向相同,有利于气流混合.缺点:调节性能差,煤种适应性不够好,燃烧器阻力较大.,(3)轴向可动叶轮旋流燃烧器,三.布置,1.前墙布置.优点:(1)磨煤机可布置在炉前,煤粉管路短,煤粉分配均匀.(2)烟温分配也较均匀.缺点:(1)火焰可能冲刷后墙,引起结渣.(2)炉内气流充满不好。,2.两面墙布置.分为交错、对冲.,3.炉顶布置.煤粉管路长.,6-3 煤粉气流的着火及点火装置,一.着火温度与着火点位置.着火温度:P54 表5-1 着火点位置:要求:着火过早,燃烧器喷口过热面被烧坏,喷口附近结渣.着火过迟,q4增大,使火焰中心上移,炉膛上部受热面结渣.因此,希望煤粉气流在离开燃烧器喷口不远就能稳定的着火.（200300mm，最多不超过500mm),二.着火所需热量.着火热:将煤粉气流加热到着火温度所需的热量.,三.着火热的组织:,主要靠高温烟气的对流传热.辐射传热是次要的.旋流:着火过程首先是从旋转射流内回流区开始,并逐渐向外扩展.直流:1.一次风射流的外边缘首先开始着火燃烧,然后向射流内层逐步深入.2.靠四个角相互配合,着火条件好,适用煤种广.,四.影响煤粉气流的着火因素.,1.燃料性质.2.卫燃带.Vr低的无烟煤,在燃烧器区域用硌矿砂等耐火材料将部分水冷壁遮盖起来,减少燃烧器区域吸热,使炉温保持较高.3.煤粉气流初温.为了提高初温,对无、贫、劣质烟煤,采用热风送粉.,4.一次风量与风速.,一次风量V1减小,Qzh减小,加速着火,但一次风量大小会影响燃烧初期O2的供应,会使反应速度减慢,使燃烧过程推迟.一次风量主要以顺利地将煤粉送入炉膛和保证煤粉中的挥发分燃烧为原则,一次风量过小,会导致一次风管积粉堵塞,而且析出的挥发分由于得不到足够的空气,使反应速度减慢,也不利于着火,一次风量过大,则煤粉气流所需的Qzh生高,着火推迟.一次风量要照顾到磨煤,干燥,输送几个方面,一次风量的大小一般用一次风率来表示.一次风率:是指一次风量占炉膛出口相应总风量的百分比.一次风速:太大,着火点低,过大会熄灭.过低,燃烧器喷口过热烧坏,煤粉管道堵粉.,5.锅炉运行负荷.负荷降低,燃料量相应减少,炉内温度降低,着火越来越困难,甚至灭火.负荷D70%以上,可不采取任何措施,低于此负荷要采取措施.,五.煤粉的点火装置,1、旋流煤粉预燃室燃烧器点火装置.开始时,投油加热预燃室,加热到一定温度再由旋流燃烧器投入煤粉气流.2、半导体高能点火器.自动点炉,灭火保护:着火后,重油枪和点火器自行退出,火焰熄灭后,切断煤粉等的供应,起保护作用.3、等离子点火器,等离子点火器,一、意义大型燃煤锅炉的启、停及稳燃都要烧掉大量的燃油。据97“中国能源”白皮书公布的数字证实，1995年电力系统烧油量为1120万吨，1996年为1300万吨。近几年电力系统强制停掉或改造了发电用油炉和一些柴油发电机后，98年和99年仅电力系统内电站锅炉的启动和稳燃计划内用油就分别为288万吨和320万吨，而许多电厂计划用油只占其燃油的一部分，每年还不得不购买大量的难以统计的非计划用油。近年来，随着电源增加，用电负荷率下降，电网峰谷差不断扩大，特别是在低谷时段，大容量机组被迫频繁起停调峰，这样又大大地增加了电站锅炉点火及稳燃用油。,例如：每台200MW和300MW的新建机组投产前试运阶段要烧掉平均5000吨以上，价值1500万元的燃油；燃用贫煤的200MW机组每次点火用油平均在50吨以上：燃用贫煤的300MW机组每次点火要烧掉燃油上百吨，有的甚至达到300吨；而在调峰及低负荷时不得不用油伴烧来进行稳燃的耗油量则更大。,等离子点火技术直接点燃煤粉锅炉的原理,一、等离子点火机理 利用直流电流在一定介质气压的条件下接触引弧，并在强磁场控制下获得稳定功率的定向流动空气等离子体，该等离子体在点火燃烧器中形成T4000K的梯度极大的局部高温火核，煤粉颗粒通过该等离子“火核”时，在千分之秒内迅速释放出挥发物，再造挥发份，并使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧。由于反应是在气固两相混合物中进行，高温等离子体使混合物发生了一系列物理和化学变化，进而使煤粉的燃烧速度加快，达到点火并加速煤粉燃烧的目的，大大地减少了促使煤粉燃烧所需要的引燃能量。,等离子体内含有大量的化学活性粒子，如原子(C、H、0)、原子团(0H、H2、02)、离子(0-、H-、0H-、0-、H+)和电子等。它们可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧。除此之外，由于高温等离子体对于煤粉的作用，使挥发份可比通常情况提高2080，即高温等离子体有再造挥发份的作用，这对于点燃煤粉(特别是贫煤)强化燃烧有着特别重要的意义。,等离子发生器工作原理,发生器为强磁场控制下的空气载体等离子发生器。它由线圈、阴极、阳极组成。其中阴极和阳极由高导电率、高导热率及抗氧化的特殊材料制成，以承受高温电弧冲击。线圈在高温情况下具有抗直流高电压击穿能力。电源采用全波整流并具有恒流性能。其发火原理为：在一定输出电流条件下，当阴极3前进同阳极2接触后，系统处在短路状态，当阴极缓缓离开阳极时产生电弧，电弧在线圈磁场的作用下被拉出喷管外部。压缩空气在电弧的作用下，被电离为高温等离子体，为点燃煤粉创造了良好的条件。,发生器示意图,稳弧线圈