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锅炉培训教材,2011年3月,1锅炉的基本原理,1.1锅炉的基本构造1.2锅炉的工作原理1.3锅炉的工作过程1.4锅炉经济指标,1锅炉的基本原理,1.1锅炉的基本构造什么是锅炉 定义：锅炉是一种生产蒸汽或热水的换热设备，按功能包括两大部分。一部分是通过燃烧煤、油、气及其他燃料，将化学能转化为热能；另一部分是各种形式的受热面，将燃料燃烧释放出的热能通过各种传热方式，传递给炉水使之升温、汽化、过热以产生所需要的蒸汽，或加热所需要的高温热水供动力机械或其他设备使用。,锅炉的组成通常燃料的燃烧过程在炉膛内进行，形成炉的概念；蒸汽或热水在锅筒、水冷壁、对流受热面等内部形成，形成锅的概念。形象理解锅：烧水，用来装要被加热的水(或其它介质)的容器，生产热水或蒸汽炉：烧火，将燃料的化学能转化热能 加热锅的装置。,炉,锅,+,锅炉,几个重要概念：锅的组成部分：汽包(锅筒)、水冷壁、过热器、再热器、省煤器、空气预热器；炉的组成部分：炉膛、燃烧器。锅炉本体：炉膛、燃烧器、汽包、水冷壁、对流受热面、钢架和炉墙等组成锅炉的主要部件，称为锅炉本体。锅炉的其他重要辅机：磨煤机、给煤机、燃料输配送装置及管道、送引风装置及管道、给排水装置、水处理设备及管道、除尘、除渣及除灰系统、控制系统等,1.2锅炉的工作原理 锅炉工作过程有三个基本过程(1)燃料的燃烧过程；(2)炉与锅的传热过程；(3)水的汽化与过热过程。与之相对应的理论知识是：(1)燃烧原理；(2)传热学；(3)流体力学和工程热力学。,燃料的燃烧 燃料在锅炉炉膛内燃烧。按燃烧方式不同，锅炉可分为：(1)室燃炉，主要用于发电等的大容量锅炉，最小容量75t/h；(2)层燃炉，主要用于生产工业用加热蒸汽或水，一般最大容量75t/h；(3)沸腾炉(循环流化床)，一般最小容量10t/h，最大容量国内做到1000t/h。,室燃炉 室燃炉所用燃料有煤粉、液体燃料和气体燃料，可分别称为煤粉炉、燃油炉和燃气炉。室燃炉的燃料由输送管道通过燃烧器送入炉膛中燃烧，燃烧所需要的空气由一次风管、二次风管以及三次风管分别送入。注意：可以用固体燃料、液体燃料、气体燃料。,电厂煤粉炉示意图,层燃炉由手工方式或机械方式向炉膛内送煤或其他固体燃料，在炉排上形成燃料层，燃烧所需的空气由风机送入燃料层下的送风仓，透过燃烧层进行燃烧而产生高温烟气。注意：只能用固体燃料,工业链条炉示意图,沸腾炉 沸腾炉所燃用的煤被破碎成10mm以下的颗粒，送入存有大量床料(灰颗粒或石英沙)的炉床，炉床下部送入的空气向上以一定流速推动床料，使燃料和料床在炉床中翻滚浮动而呈“流态化”燃烧，这样的料床称为鼓床或流化床。现在常用的为循环流化床锅炉。注意：沸腾炉的燃料也是固体燃料。,循环流化床锅炉,沸腾炉的燃烧示意图,锅与炉的传热锅炉受热面有两大部分，炉膛受热面和对流受热面。炉膛受热面炉膛受热面又称水冷壁，传热方式主要以辐射换热为主，对于小型工业锅炉，还有部分锅筒表面参与换热。炉膛内，进入炉膛的燃料与空气混合后着火燃烧产生的高温火焰和烟气，通过辐射把热量传递给四周的水冷壁管，水在管内受热蒸发产生饱和蒸汽。此传热过程，传热量的大小与炉膛受热面、进入炉膛的燃料量多少相关，会使炉膛出口烟温产生相应变化。在一定的燃料量和热空气温度下，炉膛受热面大，传热量随之增加，使炉膛的出口烟温降低；而如果炉膛受热面布置较小时，意味着炉膛出口烟温提高。在锅炉负荷发生变化时，炉膛出口烟温则随负荷的大小而升降。,通常炉膛出口烟温：对大型电站煤粉炉，约为1000-1200；对中小型锅炉，炉膛出口烟温不应低于950，其高值按燃料的灰分变形温度为限，且不超过1100。如果燃用液体燃料或气体燃料时，由于无结渣问题，可选1200左右。炉膛受热面除起到传热作用外，还有保护炉墙的作用。注意：炉膛的换热方式主要以辐射换热为主。,对流受热面电站锅炉的对流受热面包括过热器、再热器、省煤器，工业锅炉的对流受热面则包括对流管束、过热器、省煤器。对带有空气预热器的锅炉，空气预热器从传热的角度看，也可作为对流受热面。炉膛烟气出口处，通常布置数排凝渣管束，以对后面的过热管起到保护作用，防止管束外表面结渣。,凝渣管束的后方布置过热器，通过对流换热和辐射热将汽包出来的饱和蒸汽加热至所需参数的过热蒸汽，以提高电站的热效率。再热器布置于过热器后部，烟气通过对流换热将从汽轮机高压缸抽出的蒸汽在再热器中加热，称为再热过程，以提高热力循环的热效率和保证汽轮机的排汽干度。注意：过热器的传热方式既有辐射换热又有对流换热。再热器以对流换热为主。,尾部对流受热面有两部分，一是省煤器，它使给水在进入锅筒之前，预先加热到某一温度(通常低于饱和温度或达到饱和温度)；二是空气预热器，空气在进入炉膛之前被加热到一定温度，以改善炉内的燃烧过程，同时降低排烟温度，提高锅炉的热效率。注意：省煤器与空气预热器都是对流受热面。,电站锅炉的对流受热面包括过热器、再热器、省煤器，工业锅炉的对流受热面则包括对流管束、过热器、省煤器。对带有空气预热器的锅炉，空气预热器从传热的角度看，也可作为对流受热面。炉膛烟气出口处，通常布置数排凝渣管束，以对后面的过热管起到保护作用，防止管束外表面结渣。凝渣管束的后方布置过热器，通过对流换热和辐射热将汽包(锅筒)出来的饱和蒸汽加热至所需参数的过热蒸汽，以提高电站的热效率。,水的受热、汽化及过热过程该过程是饱和蒸汽的生产过程。给水加热器使给水加热到145-175(中压锅炉)或215-240(高压锅炉)，由给水管道将水送到省煤器，水在省煤器中被加热到某一温度后进入锅筒，然后沿下降管下行到水冷壁进口集箱，经适当分配后注入水冷壁管，水在水冷壁管内吸收炉膛内的辐射热后形成水和饱和蒸汽的混合物，上升进入锅筒内，由汽水分离装置分离，蒸汽由锅筒上部流入过热器，分离下来的水仍参与水冷壁管内的循环。汽水混合物的分离设备是保证蒸汽品质和过热器工作可靠的必要设备。蒸汽流入过热器后继续被加热成具有一定温度和过热度的过热蒸汽。,1.3锅炉的工作过程锅炉的燃烧过程什么是燃烧 燃烧是燃料中的可燃物质与氧气进行强烈氧化反应的过程，这是一种复杂的物理化学综合过程。它需要具有一定的温度和浓度条件、一定的时间和空间条件。,燃料进入锅炉燃烧的基本过程：燃烧炉膛(或炉排)除渣设备。,高温烟气 水冷壁 过热器（凝渣管）对流管束 尾部受热面(省、空)除尘 引风机 烟囱,烟气的基本流程是：,辐射,辐射+对流,对流,对流,1.3.2 工质(水)的加热和汽化过程蒸汽的产生过程给水 省煤器 汽包 过热器 汽轮机,未饱和水,饱和水,饱和蒸汽,过热蒸汽,水循环过程汽包 下降管 下集箱 水冷壁 汽水引出管,1.4锅炉经济指标受热面蒸发率每m2蒸发受热面每小时所产生的蒸汽量，符号D/H；单位kg/m2h锅炉热效率每小时送进锅炉的燃料（全部完全燃烧时）所能发出的热量中有百分之几被用来产生蒸汽或加热水，以符号%表示。汽煤比一吨标准煤所能产生的蒸汽量。由于锅炉生产出蒸汽的参数不同，所以产生不同蒸汽参数的锅炉没有可比性。对于工业比较常用。,2锅炉房设备,2.1锅炉本体及其辅助设备 2.2汽包 2.3过热器与再热器2.4省煤器与空气预热器,2.1锅炉本体及其辅助设备锅炉本体设备包括：汽包、下降管、水冷壁、包墙、过热器、再热器、省煤器、空气预热器、燃烧器、锅炉钢架等；,锅炉房辅助设备（1）运煤、磨煤、除灰系统；（2）送、引风系统；（3）水、汽系统(包括排污系统)；（4）电气、仪表。,2.2汽包汽包的作用（1）汽包是加热、蒸发、过热三个过程的连接枢纽，同时作为一个平衡器，保证水冷璧循环所需要的压头；（2）存有一定容量的水与汽，具有相当的蓄热量，当锅炉工况变化时，能起缓冲稳定汽压的作用；（3）装有汽水分离装置，保证饱和蒸汽的品质；,汽包的特点（1）装有测量表计与安全附件，水位是锅炉最主要控制的参数；（2）是锅炉安装中时最重的部件。（3）制造工艺要求高。汽包是锅炉设备中制造工艺最严格的部件。,汽包内部装置汽包内部装置主要有旋风分离器、顶帽、顶部波形板、多孔板、蒸汽清洗孔板、给水管、清洗水分配装置、加药管、连续排污管等组成。沿汽包长度在两侧装设若干旋风分离器，每个旋风分离器筒体顶部配置有百页窗(波形板)分离器，它们的主要作用是将由上升管引入的汽水混合物进行汽和水的初步分离。在汽包内的中上部，水平装设蒸汽清洗孔板，其上有清洁给水层，当蒸汽穿过水层时，便将溶于蒸汽或携带的部分盐分转溶于水中，以降低蒸汽的含盐。靠近汽包的顶部设有多孔板，均匀汽包内上升蒸汽流，并将蒸汽中的水分进一步分离出来。汽包中心线以下150mm左右设有事故放水管口；正常水位线下约200mm处设有连续排污管口，再下面布置加药管。下降管入口处还装设了十字挡板以防止下降管口产生漩涡斗造成下降管带汽,2.3过热器与再热器过热器和再热器的作用过热器与再热器是用来加热提高蒸汽温度的锅炉本体设备。虽然部分锅炉没有再热器，但由于再热器与过热器比较相似这里就一起介绍。,过热器和再热器的作用 过热器：将饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽。再热器：将汽轮机高压缸排汽加热成具有一定温度的再热蒸汽。,过热器与再热器的特点过热器和再热器具有如下特点:(1)过热器和再热器是锅炉中金属壁温最高的受热面，对材质要求高。过热器与再热器的高温部分一般采用耐热的合金钢，如12Cr1MoV、15CrMo、10CrMo910、T91等。(2)过热器、再热器的阻力不能太大。(3)高热负荷区的过热器与再热器工质流速高。一般过热蒸汽的流速可以达到50-60m/s。,(4)过热器和再热器出口汽温将随锅炉负荷的改变而变化。(5)过热器和再热器布置受锅炉参数影响。(6)在锅炉点火升炉或汽轮机甩负荷时，过热器、再热器需要采取保护措施。在锅炉点火时过热器与再热器内没有蒸汽冷却，管子直接受到高温烟气的加热容易发生局部过热。,过热器和再热器型式和结构过热器与再热器的型式和结构相似，故重点介绍过热器。过热器分类：（1）根据传热方式分：对流、辐射和半辐射式。在炉膛上方布置的过热器直接受到火焰的辐射，传热以辐射换热为主形成辐射换热器。在炉膛出口布置的过热器既受到辐射换热又受到对流换热称为半辐射式换热器。在水平烟道和竖井烟道布置的过热器几乎只受到对流换热称为对流换热器。,（2）根据烟气与管内蒸汽的相对流动方向分：逆流、顺流和混合流。（3）根据对流受热面的放置方式分：立式、卧式。（4）根据管子排列方式分：顺列、错列。（5）根据管圈数分：单管圈、双管圈、多管圈。（6）根据结构分：屏式过热器、壁式过热器、对流过热器。,蒸汽温度的调节蒸汽参数是表征锅炉特性的重要指标之一，不论是发电设备还是工艺设备都需要使用温度稳定的蒸汽，并要求在运行中不能有过大的偏差。一般锅炉出口蒸汽温度要保证在标准值的正5度与负10度之间。蒸汽温度的调节方法有蒸汽侧调节和烟汽侧调节。,（1）蒸汽侧调节蒸汽侧调节汽温的主要手段是减温器。它是用冷却水（减温水）间接或直接冷却蒸汽的办法来达到减温的目的。减温器分为表面式减温器和喷水减温器两种；,1）表面减温器是一种管式热交换装置，其特点是水与蒸汽不直接接触，利用锅炉给水或锅水来冷却蒸汽。它的结构为减温器壳体，上面有蒸汽引入、引出管接头。壳体内是U形管或螺形管、套管。冷却水由管子一端引入，另一端引出。蒸汽从壳体上部引入，垂直冲刷外管后，再由壳体下部引出。表面式减温器广泛用于中压锅炉上。,2）喷水减温器又称混合式减温器，高压以上锅炉，几乎全部采用它来调节过热汽温。喷水减温器有多种结构形式，但原理是一样的，它是将减温水直接喷入过热蒸汽中吸收蒸汽的热量，使水加热，汽化和过热，从而降低蒸汽温度。它的特点是减温幅度大，汽温调节灵敏，易于自动化，且设备简单，但要求减温水的品质不低于蒸汽品质。,（2）烟气侧调节烟气侧调节蒸汽温度的方法有以下几种：1）烟气再循环其工作原理是指省煤器后的一部分低温烟气，通过再循环风机送回炉膛，改变辐射受热面与对流受热面的吸热比例，以调节蒸汽温度。2)烟气挡板其方法是把锅炉后烟道用分隔墙分成平行的两个烟道。主烟道中布置再热器，次烟道布置过热器和省煤器。3）改变炉内火焰位置改变火焰位置的方法有多种，如摆动燃烧器，切换上下排燃烧器，改变各排燃烧器负荷等。其目的都是改变炉膛火焰中心的高度，从而改变炉膛出口烟气温度，以调节过热汽温和再热温。,2.4省煤器与空气预热器省煤器的作用（1）降低烟气温度（2）减少蒸发受热面：以价格较低的省煤器代替价格较高的水冷壁换热好(低温、强制流动、逆流布置)（3）减少给水与汽包壁的温差，降低热应力,空气预热器的作用（1）进一步降低烟气温度，由于大容量锅炉，给水温度 250-280，烟气温度比较高，用空气预热器进一步吸收烟温使其降低到120 左右。（2）制粉系统干燥（3）强化着火,省煤器分类及布置特点（1）钢管式、铸铁式(压力 4 MPa)（2）非沸腾式、沸腾式(中压)（3）错列布置减少积灰、换热强、磨损大。顺列有利于吹灰、换热弱、磨损小（4）结构方面：采用蛇形管，分为光管式、鳍片式、膜式、肋片式。（5）蛇形管水平布置利于疏水；（6）逆流布置，增大传热温差；（7）水由下而上，便于排出气体，避免腐蚀；烟气自上而下，吹灰作用。,空气预热器空气预热器按形式分类可分为管式空气预热器与回转式空气预热器。管式空气预热器一般用在10MW以下的锅炉，回转式空气预热器一般用在大型的锅炉上。这里我们以回转式空气预热器做为主要介绍内容。,回转式空预器优缺点：（1)结构紧凑：传热面密度高，是管式体积的1/10；（2)重量轻，节省钢材：蓄热板薄（3)布置灵活（4)不易低温腐蚀：传热元件 怱冷怱热（5)受热面腐蚀时，不增加漏风量，更换方便（6)漏风大：转动与静止部件之间（7)结构复杂，运行维护工作多，检修较复杂,3.1锅炉的类型3.2锅炉的参数系列和技术经济指标,3锅炉的分类,根据不同的分类方法，锅炉可分为以下几类：（1）按锅炉燃用的的燃料分类可分为：燃煤炉、燃油炉和燃气炉。在我国使用最广泛的锅炉就是烧煤炉。（2）按燃烧方式分类可分为：层燃炉、室燃炉和介于二者之间的沸腾（流化床）炉。层燃炉和沸腾炉只适合于燃煤，而室燃炉煤、油气都可以燃烧。,（3）按锅炉水循环方式分类可分为：自然循环锅炉、强制循环锅炉和复合循环锅炉。自然循环锅炉从容量很小的（1吨及以下）到特大型锅炉（3000吨及及以上）均有使用。强制循环锅炉和复合循环锅炉一般只有在大型锅炉。自然循环锅炉的水在锅内循环的动力来于自身的汽水比重差。强制循环的动力主要来自于给水泵。而复合循环锅炉的动力既有来自汽水比重差，又有给水泵的动力。,自然循环锅炉,复合循环锅炉,直流循环锅炉,（4）按有无汽包分类可分为：汽包锅炉和直流锅炉（直流锅炉没有汽包）。（5）按蒸汽压力分类可分为：低压锅炉（压力2.45MPa）、中压锅炉(压力2.94-4.9MPa)、高压锅炉（压力）超高压锅炉（）亚临界压力锅炉（）和超临界压力锅炉（压力22.0MPa）。,（6）按传热面布置方式分类可分为：塔型锅炉、U形锅炉、倒U型锅炉和倒L型锅炉。（7）按锅炉的容量分类可分为：小型锅炉、中型锅炉、大型锅炉和超大型锅炉。（8）按管内通过的是水还是烟气分类可分为：火管锅炉、水管锅炉和水火管组合式锅炉。,（9）按锅炉有无再热系统分为：再热锅炉和无再热锅炉。（10）按炉膛内的压力分类分为：负压锅炉和微正压锅炉。（11）按锅炉的用途分为：生活锅炉、工业锅炉、电站锅炉和热水锅炉。（12）按排渣方式分类可分为：固态排渣炉和液态排渣炉。,3.2锅炉的参数系列和技术经济指标锅炉的参数系列蒸汽锅炉，其参数是指锅炉出口蒸汽的蒸发量，压力（表压力）、温度及给水温度。电站锅炉容量，目前国内用额定蒸发量，以t/h表示，或用与汽轮发电机组配套的功率，以kW或MW表示；工业锅炉的容量可用额定蒸发量表示，以t/h为单位。额定蒸发量是指蒸汽锅炉在额定蒸汽参数、额定给水温度、使用设计燃料并保证效率时所规定的蒸发量。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。,表1蒸汽锅炉的参数系列,工业锅炉的表示我国工业锅炉型号由三部分代码表示，各部分之间用短横线相连，见表2,表2-1工业锅炉型号表示方法,（1）型号的第一部分表示锅炉总体型式、燃烧设备和额定蒸发量或额定热功率，共分三段：第一段用两个汉语拼音字母代表锅炉总体型式；第二段用一个汉语拼音字母代表燃烧设备；第三段用阿拉伯数字表示蒸汽锅炉额定蒸发量为若干t/h或热水锅炉额定热功率为若干MW。各段应连续书写，互相衔接。（2）型号的第二部分表示介质参数共分两段，中间的斜线相连，第一段用阿拉伯数字表示额定蒸汽压力或允许工作压力为若干MPa；第二段用阿拉伯数字表示过热蒸汽温度或出水温度和回水温度为若干，蒸汽温度为饱和温度时，型号的第二部分无,斜线和第二段。（3）型号的第三部分表示燃料种类以汉语拼音字母代表燃料种类，同时以罗马数字代表燃料品种分类与其并列。如同时使用几种燃料，主要燃料放在前面。,表3锅炉总体型式,表4工业锅炉的燃烧方式,表5工业锅炉的燃料,型号DZL4-1.25-AII，表示为单锅筒纵置链条炉排锅炉，额定蒸发量4t/h，额定工作压力为1.25MPa表压，出口为饱和蒸汽，燃用II类烟煤。型号SHL35-2.5/400-AIII，表示该锅炉为双锅筒横置链条炉排，额定蒸发量为35t/h，额定蒸汽压力为2.5MPa表压，出口温度为400，燃用三类烟煤。,电站锅炉的表示方法电站锅炉的表示方法是前两个字母代表锅炉厂家，后面跟锅炉的容量。例如WG125MW锅炉，表示武汉锅炉厂生产的用于与125MW的汽轮机匹配的锅炉，其额定蒸发量为400t/h，燃用固体燃料，所以也可以用WG400t/h表示。DG200MW锅炉，表示东方锅炉厂生产的用于与200MW汽轮机匹配的锅炉，其额定蒸发量为670t/h，也可以用DG670t/h。HG200MW锅炉表示为哈尔滨锅炉生产的用于与200MW汽轮机匹配的锅炉。SG300MW锅炉，表示为上海锅炉厂生产的与300MW汽轮机匹配的锅炉，额定蒸发量为2008t/h。电站锅炉的型号只表示出了锅炉的容量，标准配置的蒸汽压力和温度与容量相对应在表2-1中可以查到，并且设计压力和温度也可以根据用户的需要做一定的调整。,锅炉的技术经济指标锅炉的技术经济指标主要指：热效率、制造和运行成本及工作的可靠性。(1)锅炉的热效率定义为送入锅炉的热量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，则称为净效率。通常锅炉效率指热效率。(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1吨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)。,