鍋爐原理及鍋爐房設(shè)計

第一篇鍋爐原理與結(jié)構(gòu)第一章

概論1鍋爐的功能鍋爐是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，除某些特種鍋爐外鍋爐的功能是以燃燒的方式將燃料的化學(xué)能盡可能多地轉(zhuǎn)變?yōu)檩d熱質(zhì)（水/蒸汽）所攜帶的熱能。2

鍋爐的分類按燃料分燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐；按輸出的載熱質(zhì)分蒸汽鍋爐、熱水鍋爐（有/無壓)；按用途分電站鍋爐、工業(yè)鍋爐（供熱鍋爐）；按燃燒方式分層燃爐（鏈條爐）、煤粉爐、旋風(fēng)爐、沸騰爐（鼓泡流化床鍋爐）、循環(huán)流化床鍋爐；按工作壓力分低壓鍋爐（＜2.45MPa)、中壓鍋爐（2.49~4.9MPa)、高壓鍋爐（5.9~9.8MPa)、超高壓鍋爐（11.8~14.7MPa)、亞臨界壓力鍋爐（15.7~19.6MPa)、超臨界壓力鍋爐（＞22MPa)；按傳熱方式分水管鍋爐、火管（鍋殼）鍋爐；特種鍋爐太陽能鍋爐、電熱鍋爐（家用電熱水器）、余熱鍋爐；按水循環(huán)方式分自然循環(huán)鍋爐（汽包/鍋筒鍋爐）、強制循環(huán)鍋爐（直流鍋爐/無汽包/鍋筒鍋爐）；按鍋爐結(jié)構(gòu)分單鍋筒/汽包（縱/橫置）、雙鍋筒/汽包（縱/橫置）、角管型鍋爐；3幾種常見鍋爐的基本構(gòu)造和工作過程1)雙鍋筒橫置鏈條爐排鍋爐的基本結(jié)構(gòu)燃燒方式為層燃形式，其多用于燃煤的區(qū)域集中供熱鍋爐房和企業(yè)自備熱電站，燃料為各類動力用煤。雙鍋筒橫置鏈條爐排鍋爐的工作過程燃料燃燒過程；煙氣向水的傳熱過程；水的加熱汽化過程；3.水在鍋爐中加熱汽化的熱力學(xué)過程2)臥式三回程煙管鍋爐（WNS)的基本結(jié)構(gòu)這種類型鍋爐特點：結(jié)構(gòu)緊湊、環(huán)保清潔多用于高檔賓館、寫字樓的供熱鍋爐房，其燃料為輕油、天然氣/液化氣等清潔燃料。燃燒設(shè)備多為燃油/燃氣燃燒器也有在燃煤爐上配用鏈條爐排的。按燃燒設(shè)備是否位于鍋筒內(nèi)又分為內(nèi)、外燃兩種，不過國內(nèi)多為內(nèi)燃式。3)π型煤粉鍋爐（SG、HG等)的基本結(jié)構(gòu)這種類鍋爐特點：因其燃燒熱強度大故為高參數(shù)、大容量、高效率多用于電力部屬下的純發(fā)電/凝汽式的大型火電廠；其燃料均為各類動力用煤。燃燒設(shè)備為直流式燃燒器/漩流式燃燒器。循環(huán)流化床鍋爐（SF型系列循環(huán)流化床鍋爐)的基本結(jié)構(gòu)這種類型鍋爐的特點：燃燒效率高、低污染、煤種的適應(yīng)性好，能適應(yīng)煙煤、褐煤、貧煤、混煤等不同品位的燃料，燃燒效率高達99%，尤其可燃燒含硫量較高的燃料，通過向爐內(nèi)添加石灰石，能顯著降低二氧化硫的排放，由于低溫燃燒，NOx的排放量也明顯降低，減輕了對設(shè)備的腐蝕和對環(huán)境的污染，其爐渣的綜合利用率高，可以做水泥等材料的摻合料可用于各類火電廠和供熱鍋爐房；其燃料為各種動力用煤。燃燒設(shè)備為直流式燃燒器/漩流式燃燒器。鍋爐為自然循環(huán)，M型布置，框架支吊結(jié)構(gòu)，采用帶旋風(fēng)分離器的循環(huán)燃燒系統(tǒng)，如攤位膜式水冷壁，過熱器分高、低二級布置，中間設(shè)噴水減溫器，尾部設(shè)二段勝煤氣和一、二次風(fēng)預(yù)熱器。鍋爐按室內(nèi)布置進行設(shè)計，運轉(zhuǎn)層標(biāo)高為7米，鍋爐的構(gòu)架全部為金屬結(jié)構(gòu)，適用于7度地震裂度。4鍋爐的主要性能參數(shù)（1）鍋爐容量

蒸汽鍋爐的額定蒸發(fā)量（D）：在額定的出口蒸汽參數(shù)和鍋爐效率下，鍋爐每小時能生產(chǎn)的蒸汽量,t/h

熱水鍋爐的額定供熱量（Q）：MW（2）工作參數(shù)蒸汽鍋爐：過熱器出口蒸汽的額定表壓力(MPa)和額定溫度；熱水鍋爐：熱水出水閥口的熱水壓力(MPa)和溫度。（3）給水溫度：蒸汽鍋爐：省煤器入口處的水溫；熱水鍋爐：進入鍋筒的水溫。（4）鍋爐效率：單位時間內(nèi)每kg給水被加熱成蒸汽所吸收的熱量與單位時間內(nèi)燃料在爐膛內(nèi)完全燃燒所放出的熱量之比。（1）工業(yè)鍋爐型號編制方法：5鍋爐的型號鍋殼鍋爐總體型式代號水管鍋爐總體型式代號燃燒設(shè)備代號燃料種類代號工業(yè)鍋爐型號舉例：WNS4.2-1/115/70-QJ鍋殼式、臥式、內(nèi)燃、室燃，額定熱功率為4.2MW,額定壓力為1.0MPa，熱水溫度為115oC，進水溫度為70oC，燃用焦?fàn)t煤氣的熱水爐。SHL20-25/400/105-A雙鍋筒橫置式、鏈條爐排，額定蒸發(fā)量為20t/h,額定壓力為25MPa，蒸汽溫度為400oC，給水溫度為105oC，燃用煙煤的蒸汽鍋爐。（2）常壓熱水鍋爐型號編制方法：CWNS1.4-95/70-YZ常壓鍋殼式、臥式、內(nèi)燃、室燃，額定熱功率為1.4MW，額定壓力為0.0MPa，額定出水溫度為95oC，額定進水溫度為70oC，燃用重油的熱水鍋爐。（3）電站鍋爐型號編制方法：電站鍋爐型號舉例：HG-2008/18.28(186)-M哈爾濱鍋爐廠制造，額定蒸發(fā)量為2008t/h,額定蒸汽壓力為18.28MPa（186kgf/cm2），原型設(shè)計的燃煤煤粉爐。SGL-130/3.82(39)-M上海鍋爐廠采用聯(lián)合設(shè)計圖紙制造，額定蒸發(fā)量為130t/h，額定蒸汽壓力為3.82MPa（39kgf/cm2），原型設(shè)計的燃煤煤粉爐。工業(yè)和民用燃油/氣鍋爐的熱效率：86%~90%新設(shè)計的環(huán)保型燃油/氣鍋爐的熱效率：91%~93%我國ZB98011-1988《工業(yè)鍋爐通用技術(shù)條件》規(guī)定的燃油/氣鍋爐的熱效率：6鍋爐的技術(shù)指標(biāo)7鍋爐房的設(shè)備組成核心設(shè)備：鍋爐本體（汽包/鍋/鍋筒、爐膛（燃燒器、蒸發(fā)器）、過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器；鍋爐輔助設(shè)備：給水箱及給水泵、送風(fēng)機、引風(fēng)機；鍋爐房輔助設(shè)備：水處理設(shè)備、燃料輸送和清除灰渣設(shè)備、環(huán)保設(shè)備（除塵器/脫硫裝置）、熱工儀表和

控制設(shè)備供熱鍋爐房電站鍋爐房電站煙氣除塵設(shè)備煙氣靜電除塵器見下圖鍋爐房除渣設(shè)備3脫硫設(shè)備：干/濕法脫硫濕法脫硫塔見右圖第二章燃料與燃燒計算燃料的分類與組成（1）鍋爐用燃料：煤、油（輕質(zhì)柴油、重油、渣油）、可燃氣（天然氣、液化石油氣、沼氣高爐煤氣）、石油焦；（2）煤的組成元素C（固定碳、揮發(fā)份）：20%~70%，可燃；H（揮發(fā)分）：2%~6%，可燃；O（游離氧、化合氧）：無煙煤2%~6%，泥煤40%，助燃；N：0.5%~2.5%，不可燃，NOx污染大氣，S（可燃硫、不可燃硫）：動力煤<1.5%，高硫煤3%~5%，>5%，污染和腐蝕;A（灰分）：10%~50%，積灰、結(jié)渣、磨損、腐蝕；M（外在水分、內(nèi)在水分）:少則<10%,多則50%~60%,

不利于燃燒、增加煙氣量、加劇腐蝕和堵灰。（3）煤質(zhì)分析（GB483—87）元素分析：C、H、O、N、S、A、M的含量；工業(yè)分析：可燃質(zhì)（揮發(fā)分、固定碳）、水分、灰分。燃料成分分析數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)與換算燃料的分析基準(zhǔn)：收到基ar（應(yīng)用基）

Car＋Har+Oar+Nar+Sar＋Aar+Mar=100%空氣干燥基ad（分析基)

Cad＋Had+Oad+Nad+Sad＋Aad+Mad=100%干燥基d:

假想燃料處于無水狀態(tài)

Cd＋Hd+Od+Nd+Sd＋Aad=100%干燥無灰基daf

Cdaf＋Hdaf+Sdaf＋Odaf+Ndaf

=100%燃料的各分析基準(zhǔn)之間的關(guān)系燃料的各基準(zhǔn)之間的換算（4）煤的發(fā)熱量（Qgw、Qdw）定義：單位質(zhì)量的煤完全燃燒后所放出的熱量。測量方法：用氧彈測熱器測出氧彈發(fā)熱值，從中扣除硫和氮燃燒生成的硫酸和硝酸的溶解熱后，即為煤的Qgw值；再扣除煤中水分和氫燃燒生成的水蒸汽的潛熱后，即為煤的Qdw值。注意：1）我國規(guī)定鍋爐計算中采用燃料收到基的Qdw值（Qnet,v,ar)。

2）

各種基準(zhǔn)的Qgw值之間，可按換算系數(shù)表直接換算；而Qdw值的換算則應(yīng)先換算成同基準(zhǔn)下的Qgw值，再按換算系數(shù)表換算成欲求基準(zhǔn)下的Qgw值，然后再求其Qdw值。煤發(fā)熱值的測定儀器－氧彈式量熱計（5）動力煤的分類（GB7562—87〈火電燃煤鍋爐用煤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)〉）1）無煙煤：WV,daf≤10%，Qdw,v,ar

=21000~

32500kJ/kg；2）貧煤：WV,daf=10%~20%；3）煙煤：WV,daf=20%~45%，Qdw,v,ar

=20000~

30000kJ/kg；4）褐煤：WV,daf=40%~50%，Qdw,v,ad=20000~

30000kJ/kg。（6）其它主要動力燃料1）重油:Wc=81%~87%，WH=11%~14%，

Ws,o,N=1%~2%，Qdw

=377~

44MJ/kg；

黏度、凝點、閃點、灰分；2）天然氣（CH4）:Qdw

=36600~

54400kJ/Nm3；3）高爐煤氣（CO,CO2,N2):

Qdw

=3000~

4000kJ/Nm3；鍋爐熱平衡（1）熱平衡方程

Qr

=Q1+Q2+Q3+

Q4+

Q5+

Q6

100％=q1+q2+q3

+

q4

+

q5

+

q6q1

=(Q1／

Qr)×100％······························（2）各項熱量分析入爐熱量：Qr

=

Qdw+Hf

+

Ha有效熱量：Q1=D(

hq–hs

)排煙熱損：Q2

=

B

Vy

Cp(

ty–to)氣體（化學(xué)）不完全燃燒熱損：Q3固體（機械）不完全燃燒熱損：Q4鍋爐散熱熱損：Q5灰渣物理熱損：Q4（3）熱效率計算方法：1）正平衡法η=q1=(Q1

／

Qr)×100％

2）反平衡法η=q1=100％

－（q2+q3

+

q4

+

q5

+

q6）注：適用于η＜80％的工業(yè)鍋爐。

注：適用于大容量、高效率的電站鍋爐。

工業(yè)鍋爐的熱工試驗熱工試驗的目的了解與掌握熱力設(shè)備性能及運行工況、為新裝鍋爐的驗收、改裝鍋爐的鑒定以及科研提供技術(shù)依據(jù)。工業(yè)鍋爐的熱工試驗主要是為了確定最佳運行工況；試驗的主要內(nèi)容是測定鍋爐的蒸發(fā)量、燃料消耗量、熱效率以及各項熱損失4.3鍋爐的燃燒設(shè)備鍋爐燃燒方式（1）層燃燃燒：0～40mm（2）懸浮燃燒：20～90μm（3）沸騰燃燒：0～8mm層燃燃燒設(shè)備1）燃燒特性燃燒過程：受熱干燥→揮發(fā)分析出并著火燃燒→焦炭燃燒并燃盡→灰渣注：預(yù)熱空氣溫度20～200oC；2）燃燒產(chǎn)物與爐排配風(fēng)3）爐拱（1）基本功能前拱（輻射拱）：加熱及引燃新煤；后拱（對流拱）：間接引燃、混合、保溫促燃（2）現(xiàn)有爐拱存在的問題著火難、氣體和固體（飛灰、爐渣）不完全燃燒損失大。（3）改進結(jié)構(gòu)—雙人字形爐拱煤粉爐懸浮燃燒設(shè)備爐膛：組織煤粉與空氣連續(xù)混合、著火燃燒直到燃盡的空間；制粉系統(tǒng)：連續(xù)、穩(wěn)定、均勻地向鍋爐提供合格、經(jīng)濟的煤粉；燃燒器：保證煤粉和空氣進入爐膛時能充分混合，煤粉能連續(xù)穩(wěn)定地著火，強烈地燃燒和充分地燃盡，并保證爐膛水冷壁不結(jié)渣。注：有直吹式、中間儲倉式兩種。1）旋流燃燒器（1）氣流結(jié)構(gòu)特性（