04.2013版動力專業(yè)案例考試培訓(xùn)音頻第二章、鍋爐原理

1、第二章 鍋爐原理 第一節(jié) 概 述 一、鍋爐的類型和分類(一)鍋爐的類型按鍋爐的用途分類 固定式鍋爐按其用途可分為: (1)電站鍋爐 產(chǎn)生的蒸汽主要用于發(fā)電的鍋爐。 (2)工業(yè)鍋爐 蒸汽主要用于工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)工藝過程以及采暖和生活用的鍋爐。 (3)熱水鍋爐 用以產(chǎn)生熱水供采暖,制冷和生活用的鍋爐。按鍋爐容量分類 按鍋爐容量的大小,鍋爐有大、中、小型之分,但它們之間沒有固定,明確的分界。按鍋爐的蒸汽壓力分類 按照鍋爐出口蒸汽壓力,可將鍋爐分為低壓鍋爐,中壓鍋爐,高壓鍋爐,超高壓鍋爐,亞臨界鍋爐,超臨界壓力鍋爐。按鍋爐的燃燒方式分類1. 火床燃燒方式和火床爐 固體燃料以一定的厚度分布在爐排上進行燃燒的

2、方式稱為火床燃燒方式。用火床燃燒方式來組織燃燒的鍋爐稱為火床爐。2. 火室燃燒方式和室燃爐 燃料以粉狀,霧狀或氣態(tài)隨同空氣噴入爐膛中進行燃燒的方式稱為火室燃燒方式,用這個方式來組織燃燒的鍋爐稱為室燃爐。3. 旋風(fēng)燃燒方式和旋風(fēng)爐 燃料和空氣在高溫的旋風(fēng)筒內(nèi)高速旋轉(zhuǎn),細小的燃料顆粒在旋風(fēng)筒內(nèi)懸浮燃燒,而較大的燃燒顆粒被甩在筒壁液態(tài)渣膜上進行燃燒的方式稱為旋風(fēng)燃燒方式.用旋風(fēng)燃燒方式來組織燃燒的鍋爐稱為旋風(fēng)爐。4. 流化床燃燒方式和流化床鍋爐 流化床燃燒方式的氣體動力學(xué)基礎(chǔ)是固體燃料的流態(tài)化.所謂固體燃料的流態(tài)化,是指在固體顆粒在與流動著的流體混合后,能像流體那樣自由流動的現(xiàn)象.流化床燃燒方式就是

3、燃料顆粒在大于臨界風(fēng)速的空氣流速作用下,在流化床上呈流化狀態(tài)的燃燒方式,采用流化床燃燒方式的鍋爐稱為流化床鍋爐。按鍋爐蒸發(fā)受熱面內(nèi)工質(zhì)的流動方式分類自然循環(huán)鍋爐: 蒸發(fā)受熱面內(nèi)的工質(zhì),依靠下降管中的水與上升管中的汽水混合物之間的密度差所產(chǎn)生的壓力差進行循環(huán)的鍋爐。強制循環(huán)鍋爐: 蒸發(fā)受熱面內(nèi)的工質(zhì)除了依靠水與汽水混合物的密度差之外,主要依靠鍋水循環(huán)泵的壓頭進行循環(huán)的鍋爐。直流鍋爐: 只依靠給水泵的壓頭,一次通過鍋爐各受熱面產(chǎn)生蒸汽的鍋爐,稱為直流鍋爐。復(fù)合循環(huán)鍋爐: 由直流鍋爐和強制循環(huán)鍋爐綜合發(fā)展來的,也可以說是對直流鍋爐的一種改進。自然循環(huán)鍋爐強制循環(huán)鍋爐控制循環(huán)鍋爐直流鍋爐(二)鍋爐的參

4、數(shù)系列和技術(shù)經(jīng)濟指標1鍋爐的參數(shù)系列 鍋爐容量即鍋爐的蒸發(fā)量,是指鍋爐每小時所產(chǎn)生的蒸汽量,單位是t/h(或kg/s) 鍋爐的額定蒸發(fā)量是指在額定參數(shù),額定給水溫度和使用設(shè)計燃料,并保證熱效率時所規(guī)定的蒸發(fā)量. 鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量是指在額定參數(shù),額定給水溫度和使用設(shè)計燃料,長期連續(xù)運行時所能達到的最大蒸發(fā)量.蒸汽鍋爐的額定蒸汽參數(shù)是指額定蒸汽壓力和額定蒸汽溫度.額定蒸汽壓力是指蒸汽鍋爐在規(guī)定的給水壓力和規(guī)定的負荷范圍內(nèi),長期連續(xù)運行時應(yīng)予保證的出口蒸汽壓力,單位是MPa.額定蒸汽溫度是指蒸汽鍋爐在規(guī)定的負荷范圍,額定蒸汽壓力和額定的給水溫度 長期連續(xù)運行所必須保證的出口蒸汽溫度,單位是oC給水

5、溫度是指進入省煤器的水溫，對無省煤器的鍋爐則指進入鍋筒的水溫。2工業(yè)鍋爐的型號表示 由三部分代碼表示。 第一部分中，鍋爐總體形式代號用兩個漢語拼音字母表示含義，額定蒸發(fā)量或額定熱功率用阿拉伯?dāng)?shù)字代表th或MW。 第二部分表示鍋爐出口蒸汽(或熱水)的參數(shù)，共分兩段中間用斜線相連。第一段用阿拉伯?dāng)?shù)字表示額定蒸汽壓力或允許的工作壓力(MPa)；第二段用阿拉伯?dāng)?shù)字表示過熱蒸汽溫度或出水和進水溫度()。 第三部分表示燃料種類，漢語拼音字母代表燃料類別，附以羅馬數(shù)字代表燃料品種分類。 電站鍋爐型號HG 2008 / 18.2 - HM3制造廠 蒸發(fā)量t/h 額定壓力MPa 煤種 SG 220 50MW 高

6、壓 褐煤DG 410 100MW 高壓 煙煤WG 670 200MW 超高壓 無煙煤國外 1000 300MW 亞臨界 3鍋爐的技術(shù)經(jīng)濟指標 (1)熱效率 送入鍋爐的熱量(燃料的熱值)中被有效利用的百分數(shù)；如果將鍋爐的輔助設(shè)備如風(fēng)機、水泵、吹灰器等的消耗功率及蒸汽列入，則稱凈效率。 (2)鍋爐成本。鍋爐制造成本由材料價格、勞動生產(chǎn)率、工資和技術(shù)開發(fā)成本等構(gòu)成。由于鋼材是整臺鍋爐的主要成本，所以從設(shè)計制造角度以鍋爐每生產(chǎn)1t蒸汽所需要的金屬材料重量作指標，稱鋼材消耗量(t鋼t汽)。二、鍋爐的工作原理（一）、鍋爐的基本構(gòu)造 鍋爐設(shè)備的任務(wù)是使燃料通過燃燒將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并以此熱能加熱水，使其?/p>

7、為一定數(shù)量和質(zhì)量的高溫?zé)崴蛘咚羝?。鍋爐的組成(爐內(nèi)、鍋內(nèi))鍋爐雖是一個整體，但從功能上可分成“爐側(cè)”、“鍋側(cè)”爐鍋煤、空氣、煙水、汽制粉系統(tǒng)燃燒系統(tǒng)風(fēng)煙系統(tǒng)汽水系統(tǒng)本體與輔機本體：爐膛、煙道、汽水系統(tǒng)（包括受熱面、汽包、聯(lián)箱和連接管道）、爐墻和構(gòu)架等；輔助設(shè)備：送風(fēng)機、引風(fēng)機、制粉系統(tǒng)、給水設(shè)備和除灰除塵設(shè)備。(二)鍋爐的工作原理1燃燒過程 燃料在鍋爐爐膛內(nèi)燃燒。2傳熱過程 鍋爐受熱面有兩大部分，爐膛受熱面和對流受熱面。3水的受熱和汽化過程 該過程是飽和蒸汽的生產(chǎn)過程。 鍋爐爐膛（爐膛）鍋爐的工作過程制粉系統(tǒng)燃料輸送碎煤機除鐵器磨煤機由一次風(fēng)送入爐內(nèi)風(fēng)煙系統(tǒng)送風(fēng)機 引風(fēng)機 一、二次風(fēng)汽水系

8、統(tǒng)省煤器汽包水冷壁過熱器 (三)鍋爐的燃燒分類 固體、液體和氣體燃料的燃燒特性相差很大，同時，鍋爐的容量、參數(shù)各異，所以，為適應(yīng)和滿足各種鍋爐的需要，燃燒設(shè)備有多種形式。 (四)層燃鍋爐1煤的燃燒過程 煤的燃燒過程按習(xí)慣分為三個階段：熱力準備階段、揮發(fā)分和焦炭的燃燒階段及燃盡階段。2鏈條爐 鏈條爐的加煤是從爐前由煤斗靠煤的自重下落于鏈條爐排上，爐排緩緩自前向后移動。 3拋煤機鏈條爐 拋煤機按撒播煤的方式有三種：風(fēng)力拋煤機、機械拋煤機和機械風(fēng)力拋煤機。 4往復(fù)推動爐排爐 鍋爐爐排在爐膛內(nèi)作往復(fù)運動。 (五)室燃爐1燃料的燃燒 燃料處于懸浮狀態(tài)下燃燒。(1)煤粉的燃燒。煤粉的燃燒條件是很好的，機械

9、不完全燃燒損火遠小于層燃爐。(2)燃油的燃燒。燃油先通過霧化器霧化成細滴后再燃燒，油滴在爐膛內(nèi)處于懸浮狀態(tài)下快速蒸發(fā)成氣體并以氣體的形式燃燒直至油滴完全被蒸發(fā)。氣相反應(yīng)速度很快，所以油的燃盡條件比較優(yōu)越。但相對于燃燒反應(yīng)速度，油滴的蒸發(fā)速度或氣體的擴散速度限制了它的燃燒速度。 (3)氣體的燃燒。氣體燃燒按照燃氣和空氣的頂混情況分為三種，即有焰(擴散)燃燒、無焰(動力)燃燒和半無焰燃燒。 2燃燒器分類 燃用煤粉、油、氣多種燃料的燃燒器，按出口射流的流動方式分為直流式和旋流式兩大類。其中油、氣燃燒器為適應(yīng)低氧燃燒，近期在直流式中發(fā)展了一種平流式燃燒器。 3燃燒器在爐膛內(nèi)的布置 旋流式燃燒器通常布置

10、有前墻、前后墻或兩側(cè)墻方式，可以適用煤、油或氣體燃料；直流式燃燒器常布置于四角或各墻，同樣可以用三種燃料；平流式燃燒器除前墻、前后墻及四角布置外，還可以布置于爐底，但只燃用油和氣體燃料。旋流燃燒器布置1、前墻布置：用于小容量鍋爐 最大缺點：主氣流上下均有停滯旋渦區(qū)。2、前后墻對沖 (或側(cè)墻) 僅在冷灰斗附近形成小停滯區(qū)，一般多層布置。3、兩面墻交錯布置：充滿度更好直流燃燒器的布置方式四角布置的優(yōu)點是氣流擾動強，后期混合好，各個火焰點能夠相互點火，燃燒穩(wěn)定而且完全，整個爐膛猶如一個大燃燒器，火焰充滿度較好，爐膛內(nèi)熱負荷均勻。 4燃燒器結(jié)構(gòu)(1)煤粉燃燒器。單蝸殼 擴錐型(1)二次風(fēng) 蝸殼，一次風(fēng)

11、不旋轉(zhuǎn)；(2)擴錐作用： 使一次風(fēng)擴散，促進回流區(qū)產(chǎn)生(3)可調(diào)節(jié)擴流錐的位置(前后移動)，改變氣流的擴散角 回流區(qū)的大??；(4)二次風(fēng)動量大，帶動一次風(fēng)一起旋轉(zhuǎn)；(5)與雙蝸殼相比：一次風(fēng)阻力小； 混合相對較晚適合燃用較差的煤。雙蝸殼式一、二次風(fēng)轉(zhuǎn)向相同 混合早且強烈適于煙煤、褐煤。軸向葉片式(1)葉片垂直于柱面，與軸成一定角度(參見展開圖)； 風(fēng)從軸向流入。葉片展開圖(2)葉片可固定，或可調(diào)；(3)通過葉輪的前后移動可調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)強度 n ；(4)回流區(qū)較小，適于高揮發(fā)分煤。切向葉片式(1)葉片切于柱面，平行于軸；風(fēng)從切向流入。(2)葉片可動 改變角度 旋轉(zhuǎn)強度；(3) 適用于煙煤。(2)油燃

12、燒器 油燃燒器由調(diào)風(fēng)器和噴油嘴組成，調(diào)風(fēng)器是將助燃空氣很好地與良好霧化的油相混合的裝置；油噴嘴的作用是將燃油霧化成微滴，以增大油滴和空氣的接觸面積并使油霧保持較佳霧化角和流量密度分布，促進油霧和空氣混合，強化燃燒，提高燃燒效率。油噴嘴按霧化方式分為壓力霧化式油噴嘴、旋轉(zhuǎn)式油噴嘴和雙流體油噴嘴。 (六)循環(huán)流化床爐 沸騰爐的主要優(yōu)點為： (1)可以燃用低熱值、低揮發(fā)分、高灰分的劣質(zhì)燃料。 (2)燃燒熱負荷與埋管的傳熱系數(shù)都非常高，所以爐膛尺寸為同容量其他形鍋爐的一半左右。 (3)低溫燃燒可以燃用灰熔點低的燃料，燃燒后煙氣中的NOx等污染物含量較少，可以在燃料中加入添加劑(如石灰石、白云石等)，使

13、燃料脫硫，減少大氣污染、受熱面的低溫腐蝕和高溫腐蝕。 (4)灰渣在低溫下燒透，便于綜合利用。 (5)負荷凋節(jié)性好，在25110負荷范圍內(nèi)能正常工作。 沸騰爐的主要缺點： (1)鍋爐熱效率低，通常在5468之間，主要原因是飛灰量大并且其中的炭因處于低溫燃燒，反應(yīng)受到限制而難于燃盡。 (2)埋管磨損快。 (3)電耗量大，主要用于送風(fēng)、碎煤等，大約是一般煤粉爐耗電量的2倍左右。 循環(huán)流化床鍋爐與鼓泡床鍋爐的不同點在于爐內(nèi)氣流速度較高(37ms)，燃料顆粒尺寸較細(最大粒徑約5mm)，一次風(fēng)從布風(fēng)板下送入，約占總風(fēng)量的4070，二次風(fēng)在爐膛給煤口高度附近從幾個二次風(fēng)口送人，爐膛上部煙氣小口直接與氣固分

14、離器相接，被帶出爐膛的灰、燃料和脫硫劑顆粒經(jīng)此分離器分離下來后，通過返料裝置循環(huán)返回燃燒室，其中未燃盡的燃料和脫硫劑被重復(fù)利用。從分離器排出的煙氣通過對流受熱面、除塵裝置、引風(fēng)機，由煙囪排入大氣。 循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)點： (1)燃燒效率高。循環(huán)流化床爐內(nèi)因氣流速度較高，未燃盡的焦炭經(jīng)分離器從煙氣中分離出后進行多次循環(huán)燃燒，燃燒效率可達99以上，鍋爐熱效率與煤粉爐接近。 (2)脫硫劑的利用率高。由于脫硫劑的循環(huán)利用，與煙氣接觸時間長，脫硫效果顯著；低溫燃燒，可以有效降低氮氧化物的生成濃度，煙氣排放一般可以滿足環(huán)保要求。 (3)無埋管快速磨損問題，通常循環(huán)流化床鍋爐的密相區(qū)內(nèi)不布置埋管受熱面。 (

15、4)有很好的負荷調(diào)節(jié)性能。只要簡單地調(diào)節(jié)給煤量、空氣量及進入外置式沸騰床換熱器的飛灰量，即可達到靈活調(diào)節(jié)負荷的目的，負荷調(diào)節(jié)比可以達到1：4。 (5)向爐內(nèi)進料方便、簡單。燃料和脫硫劑(石灰石)可采用氣力輸送或機械方式分別加入爐內(nèi)。第二節(jié) 鍋爐的熱平衡 一、鍋爐的熱平衡組成及熱效率 鍋爐的熱平衡是指：鍋爐工作中所有熱量的收入項和支出項之間的平衡。通?？珊唵蔚卣J為鍋爐熱量的收入項即為燃料的低位發(fā)熱量，其支出項包括產(chǎn)生蒸汽所利用了的熱量和未加利用而損失掉的熱量。其中：Q1：鍋爐所有效利用了的熱量； Q2、 Q3、 Q4、 Q5和 Q6 分別表示排煙損失、化學(xué)不完全燃燒熱損失、機械不完全燃燒熱損失、

16、散熱損失以及灰渣物理熱損失。(一)熱平衡方程 (二)鍋爐的熱效率 鍋爐熱效率可以從兩個角度考察：若以鍋爐的有效利用熱Q1為基準，則稱為正平衡效率，定義為 若以各項熱損失為基準，則稱反平衡效率 100(q2十q3十q4十q5十q6)二、帶入鍋爐的熱量Qr 帶入鍋爐的熱量指每kg燃料帶入鍋爐的熱量Qr，包含燃料擁有的化學(xué)熱和物理熱，燃燒所需空氣擁有的熱量以及鍋爐外部熱源加熱空氣帶入爐內(nèi)的熱量和霧化燃油的蒸汽帶入爐內(nèi)的熱量等。計算鍋爐熱平衡時從空氣預(yù)熱器中接受的熱量不計算在內(nèi)。 Qr =Qar,net,p+Qrx+Qwl+Qwh三、鍋爐的有效利用熱Q1 Q1指與每kg(或標準狀態(tài)1m3)燃料對應(yīng)的鍋

17、爐工質(zhì)所吸收的熱量(kJkg)。電站鍋爐的有效利用熱量生產(chǎn)飽和蒸汽的工業(yè)鍋爐的有效利用熱量熱水鍋爐的有效利用熱量 四、鍋爐的熱損失（一）機械不完全燃燒熱損失q4q4是由于固體可燃物在爐內(nèi)燃燒不徹底或根本未曾燃燒所造成的。通常由三部分組成：爐渣損失(爐渣中未燃盡的碳粒)、漏煤損失(層燃爐中部分燃料經(jīng)由爐排落入灰坑，室燃爐無此項)及飛灰損失(未燃盡的碳粒隨煙氣排出爐膛) 影響q4的主要因素有：燃料品質(zhì)、煤粉細度、爐內(nèi)燃燒條件、噴燃器的工作性能以及運行情況等。 （二）、化學(xué)不完全燃燒熱損失q3是由于煙氣中所含的CO （有時也含少量的氫和甲烷等可燃氣體）最終未能發(fā)生燃燒而造成的。q3主要取決于爐膛內(nèi)的

18、過量空氣量煤粉爐的q3一般不超過0.5(三)、排煙損失q2排煙熱損失是現(xiàn)代電廠鍋爐熱損失中最大的一項熱損失，煤粉爐的排煙熱損失通?？蛇_58主要影響因素是排煙溫度的高低和過剩空氣量的多寡。一般排煙溫度每增高1215，q2約增大1。降低排煙溫度，但會減小尾部煙道傳熱平均溫壓，因而不得不大大增加尾部受熱面面積，因而相應(yīng)增加鍋爐的金屬消耗量。況且，低溫受熱面的壁面可能達到露點溫度，導(dǎo)致低溫腐蝕。（四）過量空氣系數(shù)與漏風(fēng)系數(shù)在計算排煙熱損失Q2時，排煙過量空氣系數(shù)a是指煙氣離開鍋爐本體處，即最下級空氣預(yù)熱器煙氣出口處的過量空氣系數(shù)。爐膛出口過量空氣系數(shù)不僅與鼓風(fēng)機送入爐膛的風(fēng)量有關(guān)，還與爐膛的漏風(fēng)系數(shù)及

19、制粉系統(tǒng)的漏風(fēng)系數(shù)有關(guān)。對空氣預(yù)熱器而言，空氣側(cè)的壓力比煙氣側(cè)的壓力高，所以當(dāng)空氣流經(jīng)空氣預(yù)熱器時，會有一部分空氣漏入煙氣側(cè) 。（五）散熱損失q5q5是由于鍋爐本體外表面的溫度高于環(huán)境溫度，通過對流和輻射的方式向外散熱而引起的。一般，容量越大的鍋爐，相對于每千克燃料耗量來說，其表面積反而愈小。（六）灰渣帶走的物理熱損失q6此項熱損失主要取決于爐子的排渣方式和煤中灰分的高低。多數(shù)固態(tài)排渣煤粉爐， q6大致為0.51；液態(tài)排渣爐的此項熱損失自然要顯著增大。（七） 燃料消耗量：鍋爐單位時間內(nèi)耗用的燃料量 (kgs)。 五、鍋爐熱平衡測試 目的：測定鍋爐的蒸發(fā)量、燃料消耗量、熱效率以及各項熱損失。同時

20、，也可測定蒸汽品質(zhì)和有關(guān)的輔機參數(shù)及工作特性等，以此了解和掌握鍋爐性能及運行工況，確定最佳運行工況，為新裝鍋爐的驗收、改裝鍋爐的鑒定等提供必要的技術(shù)依據(jù)。(一)熱平衡測試方法 鍋爐熱平衡試驗有兩種方法：正平衡和反平衡法。 正平衡方法直接測定鍋爐的輸入熱量(燃料帶人的熱量)和輸出熱量(鍋爐的有效利用熱量和各項熱損失)，從而確定鍋爐熱效率。反平衡測試需要測量鍋爐的各項熱損失Q2Q6，需要有燃料分析、煙氣分析、飛灰和爐渣化驗等數(shù)據(jù)。反平衡提供的數(shù)據(jù)不僅可以計算鍋爐的熱效率，而且對鍋爐運行工況的改進以及制造、設(shè)計和研究等工作都有借鑒價值。(二)燃料與灰渣的分析 燃料分析項目有元素分析、工業(yè)分析和發(fā)熱量

21、的測定。對于煤粉爐，還應(yīng)測定煤粉細度及煤的灰熔點；對層燃爐，有必要時測定燃料的粒度；對液體燃料，應(yīng)測定其密度、含水量、粘度、閃點與凝固點；對氣體燃料，應(yīng)測定其組成成分。 灰渣分析項日主要測定含碳量以及各部分爐渣和煙灰所占燃料總灰量的比例。 煤的粘結(jié)性分析，利用揮發(fā)分分析的殘余焦炭鑒定 。煤的發(fā)熱量用氧彈測熱計測定。 (三)燃料燃燒產(chǎn)物的分析 燃燒產(chǎn)物即煙氣，需要測定煙氣中各種成分的含量。煙氣中的三原子氣體、氧氣和一氧化碳，通過奧氏氣體分析儀測定，也可用氣相色譜儀、比色檢測儀和比長檢測管等測定。 (四)鍋爐的煙塵排放濃度測定 鍋爐煙塵排放有兩方面的限定，煙塵濃度和煙氣濃度。 煙塵排放濃度采用煙塵

22、濃度測定儀測定，用等速取樣法在排放的煙氣中取樣，分析其中的含塵量。 煙氣排放濃度是根據(jù)煙塵的顏色確定，利用光線的透過率測定，常用標準林格曼煙氣濃度表為基準作對比的方法確定，稱林格曼黑度。 第三節(jié) 鍋爐受熱面的結(jié)構(gòu)布置水必須經(jīng)過預(yù)熱、蒸發(fā)和過熱等過程。預(yù)熱受熱面：省煤器蒸發(fā)受熱面：水冷壁過熱受熱面：過熱器省煤器、水冷壁、過熱器以及空氣預(yù)熱器構(gòu)成鍋爐的主要受熱面。水冷壁一般布置在爐膛四周的爐墻上，過熱器大都布置在水平煙道內(nèi)，省煤器和空氣預(yù)熱器則依次設(shè)在尾部煙道內(nèi)。蒸汽參數(shù)升高后，鍋爐各部分受熱面的大小、占總受熱面的比例及其布置情況會隨之發(fā)生變化。一、輻射受熱面的結(jié)構(gòu)及布置 由于水冷壁的輻射換熱強度

23、比對流受熱面的對流換熱強度大得多，所以它對降低鍋爐的金屬消耗量是有重要意義的。 (一)水冷壁的結(jié)構(gòu)及布置 水冷壁由水循環(huán)回路的上升管組成。大、中型鍋爐，水冷壁是其主要輻射受熱面；小型鍋爐，同樣也布置一定的水冷壁受熱面。水冷壁同時也具有保護和減輕爐墻的功能。 光管水冷壁 膜式水冷壁。(二)爐膛形狀與尺寸的確定 爐膛設(shè)計時需要考慮的因素有：燃料的燃燒完全、爐墻和受熱面的結(jié)渣、水循環(huán)的安全可靠、受熱面的布置合理、爐體容積緊湊以及制造與檢修等。 爐膛尺寸和容積大小由爐膛容積熱負荷與爐膛斷面熱負荷確定。爐膛容積熱負荷 qv單位容積的熱功率 qv 與著火、結(jié)渣的關(guān)系qv大，Vl小，爐內(nèi)溫度水平高易著火，但

24、，煙氣流程短，出口煙溫高對流受熱面易結(jié)渣；相反， qv小，不易著火；容積過大造價高 qv 與完全燃燒的關(guān)系qv太大不易完全燃燒 (q4)qv太小溫度水平低 (q3)爐膛截面熱負荷 qF燃燒器區(qū)域截面的熱功率目的：決定 寬度、深度 qa 與著火、結(jié)渣的關(guān)系qa大 瘦高形易著火，但燃燒器區(qū)域易結(jié)渣、膜態(tài)沸騰qa小 矮胖形不利著火，爐膛出口處易結(jié)渣 qa 與水動力的關(guān)系 防止膜態(tài)沸騰 與燃料的關(guān)系無煙煤 qa 要大 保證著火 瘦高形灰熔點高 qa 可大(ST1350，結(jié)渣可能性小) 對火床爐，單位爐排有效面積上燃料在單位時間內(nèi)的放熱量稱爐排面熱負荷。 火床爐中燃料基本上在爐排上燃燒，爐排面熱負荷的大

25、小表示燃燒的強烈程度，該值必須保持有一個合理值，取值過大，爐排面積就太小，造成空氣流經(jīng)燃料層時流速過大，燃料的燃燒時間過短，這導(dǎo)致飛走的細小煤粒量增加，燃燒不安全。 (三)爐膛的有效輻射受熱面角系數(shù)與爐壁面積的乘積稱爐膛的有效輻射受熱面。角系數(shù)代表火焰輻射到爐壁的熱量中投射到水冷壁管上的份額。角系數(shù)的大小是由水冷壁管布置的疏密程度、離爐墻的距離確定的。緊密排列的光管水冷壁、膜式水冷壁的角系數(shù)為1;水冷壁管相對節(jié)距越大，水冷壁管就越稀疏，角系數(shù)越小。爐膛總的有效受熱面積與爐墻總面積的比值稱為水冷度，也即爐膛的平均角系數(shù)。二、對流受熱面的結(jié)構(gòu)及布置(一)鍋爐管束的結(jié)構(gòu)及布置凝渣管束是布置在爐膛出口

26、的對流管束，管束的橫向和縱向節(jié)距比其他管束要大。所起的作用是讓爐內(nèi)煙氣中的飛灰流過此處得以冷卻凝固，以防粘結(jié)在對流受熱面上。有時，它又稱防渣管束?，F(xiàn)代高壓鍋爐和超高壓鍋爐常在爐膛出口用屏式過熱器代替凝渣管束，同時爐頂也布置過熱受熱面。鍋爐管束是指小型鍋爐中的對流蒸發(fā)受熱面。 (二)過熱器的結(jié)構(gòu)及布置1過熱器的作用2. 過熱器的分類對流式輻射式半輻射式對流式過熱器水平煙道：立式，支吊簡單，不易積灰不利疏水尾部豎井：臥式，懸吊管，易積灰利于疏水低溫過熱器、高溫過熱器低溫再熱器、高溫再熱器 高溫段：順流或混合流；低溫段：逆流布置方式輻射式過熱器前墻、側(cè)墻的上部：縮短或遮蓋水冷壁頂棚；低溫級受熱面較高

27、的質(zhì)量流速半輻射式過熱器（屏式過熱器.avi）前屏（分隔屏過熱器） 后屏過熱器后屏再熱器1）吸收了相當(dāng)部分的熱量，降低了爐膛出口煙氣溫度，解決了大容量鍋爐爐壁面積相對較小，布置輻射受熱面太少的困難2）屏間節(jié)距大，較稀疏3）切割氣流消旋(三)尾部受熱面的結(jié)構(gòu)及布置 尾部受熱面有省煤器和空氣預(yù)熱器。1省煤器 1）、降低煙氣溫度 2）、減少蒸發(fā)受熱面：以價格較低的省煤器代替價格較高的水冷壁；換熱好(低溫、強制流動、逆流布置) 3）、減少給水與汽包壁的溫差，降低熱應(yīng)力省煤器類型(省煤器.avi)1、鋼管式、鑄鐵式(壓力 120 2）、制粉系統(tǒng)干燥 3）、強化著火按傳熱的方式分為兩類：間壁式空氣預(yù)熱器

28、再生式空氣預(yù)熱器?；剞D(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器(空預(yù)器.avi)雙流道風(fēng)罩轉(zhuǎn)動式空預(yù)器回轉(zhuǎn)式空預(yù)器優(yōu)缺點1)結(jié)構(gòu)緊湊：傳熱面密度高，管式體積的1/10；2)重量輕，節(jié)省鋼材：蓄熱板 薄3)布置靈活4)不易低溫腐蝕：傳熱元件 怱冷怱熱5)受熱面腐蝕時，不增加漏風(fēng)量，更換方便6)漏風(fēng)大：轉(zhuǎn)動與靜止部件之間7)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運行維護工作多，檢修較復(fù)雜(四)尾部受熱面低溫腐蝕的原因及防止方法低溫腐蝕是指尾部低溫受熱面壁溫低于煙氣露點溫度時，煙氣中硫酸蒸汽冷凝，并在受熱面上結(jié)露所引起的硫酸腐蝕。煙氣露點是指燃料中的硫燃燒生成二氧化硫，其中一小部分繼續(xù)氧化生成三氧化硫，煙氣中的三氧化硫和水蒸氣處于平衡狀態(tài)時形成硫酸蒸汽，

29、在一定溫度時冷凝，這個溫度稱為煙氣露點，又稱酸露點或簡稱露點。改善和防止低溫腐蝕，經(jīng)常采用的措施： (1)提高受熱面的壁溫，使之高于煙氣的露點。如用熱風(fēng)再循環(huán)提高空氣預(yù)熱器進風(fēng)溫度，提高小型工業(yè)鍋爐的給水溫度。空氣預(yù)熱器或小型鍋爐上的省煤器采用熱管換熱器也是一種可行的辦法，可以提高與煙氣相接觸的金屬壁面的溫度。 (2)控制三氧化硫的生成率，如燃料燃燒前先脫硫，控制燃燒以及采用添加劑等。采用低過量空氣燃燒，可以減少S03生成量。添加劑氧化鎂、氧化鈣、白云石等能夠作為吸收劑，中和煙氣中的S02，降低露點，并使積灰松軟，便于清除。 (3)采用抗低溫腐蝕的材料制造低溫區(qū)的受熱面。 (4)采用傳熱元件便

30、于拆裝的設(shè)計結(jié)構(gòu)。第四節(jié) 鍋爐水動力學(xué)一、水動力學(xué)的基本概念 (一)鍋爐的水動力系統(tǒng)和鍋爐形式 鍋爐的水動力系統(tǒng)是指水從進入鍋爐到離開鍋爐的流動系統(tǒng)。兩種基本類型： 自然循環(huán)鍋爐水冷壁中汽水混合物的流動靠汽、水密度不同而產(chǎn)生的壓差來實現(xiàn) 強制流動鍋爐水冷壁中汽水混合物的流動靠水泵所產(chǎn)生的推力來實現(xiàn)強制循環(huán)鍋爐、控制循環(huán)鍋爐直流鍋爐(1)自然循環(huán)的蒸發(fā)系統(tǒng)由鍋筒、下降管、下集箱、上升管、上集箱及汽水引出管構(gòu)成。上升管就是爐膛內(nèi)的水冷壁管，管內(nèi)的水吸收爐膛內(nèi)的輻射熱量后，產(chǎn)生一部分蒸汽，形成汽水混合物。由于汽水混合物的密度小于下降管內(nèi)水的密度，依靠這個密度差，使水沿著下降管向下流動，汽水混合物沿上

31、升管流入上集箱后進入鍋筒。這樣的系統(tǒng)就叫自然循環(huán)系統(tǒng)。由自然循環(huán)產(chǎn)生蒸汽的鍋爐稱自然循環(huán)鍋爐。 汽包下降管上升管煙氣下聯(lián)箱自然循環(huán)工作原理示意圖 (2)直流鍋爐由并聯(lián)管組(管屏)、混合器、分配器及水泵組成。并聯(lián)管組(管屏)構(gòu)成蒸發(fā)受熱畫，管子或管圈內(nèi)的工質(zhì)由水泵提供揚程，使之在蒸發(fā)受熱面中一次通過產(chǎn)生蒸汽。因工質(zhì)在鍋爐內(nèi)強制流動并不進行循環(huán)，進入的是水，出口全部為蒸汽，所以稱直流鍋爐。 (3)控制循環(huán)(或稱輔助循環(huán))系統(tǒng)的組成與自然循環(huán)基本相同，但在省煤器和水冷壁之間增加循環(huán)水和鍋爐給水混合器與循環(huán)水泵，這是在自然循環(huán)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多次強制循環(huán)。 (4)復(fù)合循環(huán)系統(tǒng)是直流鍋爐和控制循環(huán)系統(tǒng)的組合。 (二)自然循環(huán)回路和水動力特性回路中，管內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量流量稱循環(huán)流量，循環(huán)流量與回路中各區(qū)段問的靜壓差的關(guān)系稱水動力特性。 整個回路中工質(zhì)的流動阻力是由密度差產(chǎn)生的運動壓頭所克服的?；芈分械倪\動壓頭越大，所能克服的循環(huán)阻力越大，也就是循環(huán)水的流量越大。運動壓頭減去上升管阻力，用于克服下降管的阻力，稱為有效壓頭（三）管內(nèi)汽液兩相流體的流動特性 管內(nèi)汽液兩相流體的流動