1、第一篇第一篇 锅炉原理锅炉原理 与结构与结构第一章第一章 概论概论 1.1锅炉的功能锅炉的功能 锅炉是一种锅炉是一种能量转换能量转换装置，除某装置，除某些特种锅炉外锅炉的功能是以燃烧的方式将燃些特种锅炉外锅炉的功能是以燃烧的方式将燃料的化学能料的化学能尽可能多地尽可能多地转变为载热质（水转变为载热质（水/蒸汽）蒸汽）所携带的热能。所携带的热能。1.2 锅炉的分类锅炉的分类1)按燃料分按燃料分 燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉；燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉；2)按输出的按输出的载热质分载热质分蒸汽锅炉、热水锅炉（有蒸汽锅炉、热水锅炉（有/无压无压)；3)按用途分按用途分 电站锅炉、工业锅炉（供热锅炉
2、）；电站锅炉、工业锅炉（供热锅炉）；4)按燃烧方式分按燃烧方式分 层燃炉（链条炉）、煤粉炉、旋风炉、沸层燃炉（链条炉）、煤粉炉、旋风炉、沸腾炉（鼓泡流化床锅炉）、循环流化床锅炉；腾炉（鼓泡流化床锅炉）、循环流化床锅炉；5)按工作压力分低压锅炉（按工作压力分低压锅炉（2.45 MPa)、中压锅炉（、中压锅炉（2.49 4.9 MPa)、高压锅炉（、高压锅炉（5.9 9.8 MPa)、超高压锅炉、超高压锅炉（11.8 14.7 MPa)、亚临界压力锅炉（、亚临界压力锅炉（15.7 19.6 MPa)、超临界压力锅炉（、超临界压力锅炉（22 MPa)；6)按传热方式分按传热方式分 水管锅炉、火管（锅
3、壳）锅炉；水管锅炉、火管（锅壳）锅炉；7)特种锅炉特种锅炉 太阳能锅炉、电热锅炉（家用电热水太阳能锅炉、电热锅炉（家用电热水器）、余热锅炉；器）、余热锅炉；8)按水循环方式分自然循环锅炉（汽包按水循环方式分自然循环锅炉（汽包/锅筒锅炉）、锅筒锅炉）、强制循环锅炉（直流锅炉强制循环锅炉（直流锅炉/无汽包无汽包/锅筒锅炉）；锅筒锅炉）；9)按锅炉结构分单锅筒按锅炉结构分单锅筒/汽包（纵汽包（纵/横置）、双锅筒横置）、双锅筒/汽汽包（纵包（纵/横置）横置）、角管型锅炉；、角管型锅炉；1.3 几种常见锅炉的基本构造和工作过程几种常见锅炉的基本构造和工作过程1)双锅筒横置链条炉排锅炉的基本結构双锅筒横置
4、链条炉排锅炉的基本結构燃烧方式为层燃形式，其多用于燃煤的区域燃烧方式为层燃形式，其多用于燃煤的区域集中供热锅炉房和企业自备热电站，燃料集中供热锅炉房和企业自备热电站，燃料为各类动力用煤。为各类动力用煤。2)双锅筒横置链条炉排锅炉的工作过程双锅筒横置链条炉排锅炉的工作过程1)燃料燃烧过程；燃料燃烧过程；2)烟气向水的传热过程；烟气向水的传热过程；3)水的加热汽化过程；水的加热汽化过程；3.水在锅炉中加热汽化的热力学过程水在锅炉中加热汽化的热力学过程2)卧式三回程烟管锅炉（卧式三回程烟管锅炉（WNS)的基本結构的基本結构这种类型锅炉特点：结构紧凑、环保清洁这种类型锅炉特点：结构紧凑、环保清洁多用于
5、高档宾馆、写字楼的供热锅炉房，其燃料为轻多用于高档宾馆、写字楼的供热锅炉房，其燃料为轻油、天然气油、天然气/液化气等清洁燃料。液化气等清洁燃料。燃烧设备多为燃油燃烧设备多为燃油/燃气燃烧器也有在燃煤炉上配用燃气燃烧器也有在燃煤炉上配用链条炉排的。按燃烧设备是否位于锅筒内又分为内、链条炉排的。按燃烧设备是否位于锅筒内又分为内、外燃两种，不过国内多为内燃式。外燃两种，不过国内多为内燃式。3)型煤粉锅炉（型煤粉锅炉（SG、HG等等)的基本結构的基本結构这种类锅炉特点：因其燃烧热强度大故为高参数、大这种类锅炉特点：因其燃烧热强度大故为高参数、大容量、高效率容量、高效率多用于电力部属下的纯发电多用于电力
6、部属下的纯发电/凝汽式的大型火电厂；凝汽式的大型火电厂；其燃料均为各类动力用煤。其燃料均为各类动力用煤。燃烧设备为直流式燃烧器燃烧设备为直流式燃烧器/漩流式燃烧器。漩流式燃烧器。4)循环流化床锅炉（循环流化床锅炉（SF型系列循环流化床锅炉型系列循环流化床锅炉)的基本的基本結构結构这种类型锅炉的特点：燃烧效率高、低污染、煤种的适这种类型锅炉的特点：燃烧效率高、低污染、煤种的适应性好，能适应烟煤、褐煤、贫煤、混煤等不同品位应性好，能适应烟煤、褐煤、贫煤、混煤等不同品位的燃料，燃烧效率高达的燃料，燃烧效率高达99%，尤其可燃烧含硫量较高，尤其可燃烧含硫量较高的燃料，通过向炉内添加石灰石，能显著降低二
7、氧化的燃料，通过向炉内添加石灰石，能显著降低二氧化硫的排放，由于低温燃烧，硫的排放，由于低温燃烧，NOx的排放量也明显降低，的排放量也明显降低，减轻了对设备的腐蚀和对环境的污染，其炉渣的综合减轻了对设备的腐蚀和对环境的污染，其炉渣的综合利用率高，可以做水泥等材料的掺合料利用率高，可以做水泥等材料的掺合料可用于各类火电厂和供热锅炉房；其燃料为各种动力用可用于各类火电厂和供热锅炉房；其燃料为各种动力用煤。煤。燃烧设备为直流式燃烧器燃烧设备为直流式燃烧器/漩流式燃烧器。漩流式燃烧器。锅炉为自然循环，M型布置，框架支吊结构，采用带旋风分离器的循环燃烧系统，如摊位膜式水冷壁，过热器分高、低二级布置，中间
8、设喷水减温器，尾部设二段胜煤气和一、二次风预热器。锅炉按室内布置进行设计，运转层标高为7米，锅炉的构架全部为金属结构，适用于7度地震裂度。1.4锅炉的主要性能参数锅炉的主要性能参数（1）锅炉容量）锅炉容量 蒸汽锅炉蒸汽锅炉的额定蒸发量（的额定蒸发量（D）：）：在额定的出口蒸汽参数在额定的出口蒸汽参数 和锅炉效率下，锅炉每小时能生产的蒸汽量和锅炉效率下，锅炉每小时能生产的蒸汽量,t/h 热水锅炉热水锅炉的额定供热量（的额定供热量（Q）：）：MW（2）工作参数）工作参数 蒸汽锅炉：蒸汽锅炉：过热器出口蒸汽的额定表压力过热器出口蒸汽的额定表压力(MPa)和额定温度；和额定温度；热水锅炉：热水锅炉：热
9、水出水阀口的热水压力热水出水阀口的热水压力(MPa)和温度。和温度。（3）给水温度：）给水温度：蒸汽锅炉：蒸汽锅炉：省煤器入口处的水温；省煤器入口处的水温；热水锅炉：热水锅炉：进入锅筒的水温。进入锅筒的水温。（4）锅炉效率：）锅炉效率：单位时间内每单位时间内每 kg 给水被加热成蒸汽所吸给水被加热成蒸汽所吸 收的热量与单位时间内燃料在炉膛内收的热量与单位时间内燃料在炉膛内完全完全 燃烧燃烧所放出的热量之比。所放出的热量之比。（1）工业锅炉型号编制方法：）工业锅炉型号编制方法：1.5 锅炉的型号锅炉的型号锅壳锅炉总体型式代号锅壳锅炉总体型式代号水管锅炉总体型式代号水管锅炉总体型式代号燃烧设备代号
10、燃烧设备代号燃料种类代号燃料种类代号工业锅炉型号举例：工业锅炉型号举例：WNS4.2-1/115/70-QJ锅壳式、卧式、内燃、室燃，额定热功率为锅壳式、卧式、内燃、室燃，额定热功率为4.2MW,额定压力为额定压力为1.0 MPa，热水温度为，热水温度为115 oC，进水温度，进水温度为为70 oC，燃用，燃用焦炉煤气焦炉煤气的热水炉。的热水炉。SHL20-25/400/105-A双锅筒横置式、链条炉排，额定蒸发量为双锅筒横置式、链条炉排，额定蒸发量为20 t/h,额定压力为额定压力为25 MPa，蒸汽温度为，蒸汽温度为400 oC，给水温度，给水温度为为105 oC，燃用烟煤的蒸汽锅炉。，燃
11、用烟煤的蒸汽锅炉。（2）常压热水锅炉型号编制方法：）常压热水锅炉型号编制方法：CWNS1.4-95/70-YZ常压常压锅壳式、卧式、内燃、室燃，额定热功率为锅壳式、卧式、内燃、室燃，额定热功率为1.4 MW，额定压力为额定压力为0.0 MPa，额定出水温度为，额定出水温度为95 oC，额定进水温度为，额定进水温度为70 oC，燃用，燃用重油重油的热水的热水锅炉。锅炉。（3 3）电站锅炉型号编制方法：）电站锅炉型号编制方法：电站锅炉型号举例：电站锅炉型号举例：HG-2008/18.28(186)-M哈尔滨锅炉厂制造，额定蒸发量为哈尔滨锅炉厂制造，额定蒸发量为2008 t/h,额定蒸额定蒸汽压力为
12、汽压力为18.28 MPa（186 kgf/cm2），原型设计的），原型设计的燃煤煤粉炉。燃煤煤粉炉。SGL-130/3.82(39)-M上海锅炉厂采用联合设计图纸制造，额定蒸发量为上海锅炉厂采用联合设计图纸制造，额定蒸发量为130 t/h，额定蒸汽压力为，额定蒸汽压力为3.82 MPa（39 kgf/cm2），），原型设计的燃煤煤粉炉。原型设计的燃煤煤粉炉。工业和民用燃油工业和民用燃油/气锅炉的热效率：气锅炉的热效率：86%90%新设计的环保型燃油新设计的环保型燃油/气锅炉的热效率：气锅炉的热效率：91%93%我国我国ZB98011-1988工业锅炉通用技术条件工业锅炉通用技术条件规定规定的
13、燃油的燃油/气锅炉的热效率：气锅炉的热效率：1.6 锅炉的技术指标锅炉的技术指标1.7 锅炉房的设备组成锅炉房的设备组成1)核心设备：核心设备：锅炉本体（汽包锅炉本体（汽包/锅锅/锅筒、锅筒、炉膛（燃烧器、蒸发器）、过热器、省炉膛（燃烧器、蒸发器）、过热器、省煤器、空气预热器；煤器、空气预热器；2)锅炉辅助设备：給水箱及給水泵、送风锅炉辅助设备：給水箱及給水泵、送风机、引风机；机、引风机；3)锅炉房辅助设备：水处理设备、燃料输锅炉房辅助设备：水处理设备、燃料输送和清除灰渣设备、环保设备（除尘器送和清除灰渣设备、环保设备（除尘器/脱硫装置）、热工仪表和脱硫装置）、热工仪表和 控制设备控制设备第二
14、章第二章 燃料与燃烧计算燃料与燃烧计算 1.燃料的分类与组成燃料的分类与组成（1 1）锅炉用燃料：）锅炉用燃料：煤、油煤、油（轻质柴油、重油、（轻质柴油、重油、渣油）、渣油）、可燃气可燃气（天然气、液化石油气、沼气（天然气、液化石油气、沼气高炉煤气）、高炉煤气）、石油焦石油焦；（2 2）煤的组成元素）煤的组成元素C（固定碳、挥发份）：（固定碳、挥发份）：20%70%，可燃；，可燃；H（挥发分）：（挥发分）：2%6%，可燃；，可燃；O（游离氧、化合氧）：（游离氧、化合氧）：无烟煤无烟煤 2%6%，泥煤，泥煤 40%，助燃；助燃；N：0.5%2.5%，不可燃，不可燃，NOx污染大气，污染大气，S（
15、可燃硫、不可燃硫）：（可燃硫、不可燃硫）：动力煤动力煤 5%，污染和腐蚀，污染和腐蚀;A（灰分）：（灰分）：10%50%，积灰、结渣、磨损、腐蚀；，积灰、结渣、磨损、腐蚀；M（外在水分、内在水分）（外在水分、内在水分）:少则少则 10%,多则多则 50%60%,不利于燃烧、增加烟气量、加剧腐蚀和堵灰。不利于燃烧、增加烟气量、加剧腐蚀和堵灰。（3 3）煤质分析（）煤质分析（GB 483 87）元素分析：元素分析：C、H、O、N、S、A、M的含量；的含量；工业分析：工业分析：可燃质（挥发分、固定碳）、水分、灰分。可燃质（挥发分、固定碳）、水分、灰分。i.燃料的分析基准：1)收到基ar（应用基）Ca
16、rHar+Oar+Nar+SarAar+Mar=100%2)空气干燥基ad（分析基)CadHad+Oad+Nad+Sad Aad+Mad=100%3)干燥基d:假想燃料处于无水状态 CdHd+Od+Nd+Sd Aad=100%4)干燥无灰基daf CdafHdaf+Sdaf Odaf+Ndaf=100%（4 4）煤的发热量（）煤的发热量（Q Qgwgw、Q Qdwdw）定义：定义：单位质量的煤完全燃烧后所放出的热量。单位质量的煤完全燃烧后所放出的热量。测量方法：测量方法：用氧弹测热器测出氧弹发热值，从中扣除硫用氧弹测热器测出氧弹发热值，从中扣除硫 和氮燃烧生成的硫酸和硝酸的溶解热后，即和氮燃烧
17、生成的硫酸和硝酸的溶解热后，即 为煤的为煤的Q Qgwgw值；再扣除煤中水分和氢燃烧生成值；再扣除煤中水分和氢燃烧生成 的水蒸汽的潜热后，即为煤的的水蒸汽的潜热后，即为煤的Q Qdwdw值。值。注意：注意：1 1）我国规定锅炉计算中采用燃料收到基的我国规定锅炉计算中采用燃料收到基的Q Qdwdw值值 （Q Qnet,v,arnet,v,ar)。2 2）各种基准的各种基准的Q Qgwgw值之间，可按换算系数表直接值之间，可按换算系数表直接 换算；而换算；而Q Qdwdw值的换算则应先换算成同基准下值的换算则应先换算成同基准下 的的Q Qgwgw值，再按换算系数表换算成欲求基准下值，再按换算系数表
18、换算成欲求基准下 的的Q Qgwgw值，然后再求其值，然后再求其Q Qdwdw值。值。（5 5）动力煤的分类）动力煤的分类（GB 7562 87 火电燃煤锅炉用煤质量标准）火电燃煤锅炉用煤质量标准）1 1）无烟煤：）无烟煤：WV,daf 10%，Qdw,v,ar=21000 32500 kJ/kg；2 2）贫煤：）贫煤：WV,daf=10%20%；3 3）烟煤：）烟煤：WV,daf=20%45%，Qdw,v,ar=20000 30000 kJ/kg；4 4）褐煤：）褐煤：WV,daf=40%50%，Qdw,v,ad=20000 30000 kJ/kg。（6 6）其它主要动力燃料）其它主要动力燃
19、料1 1）重油）重油:Wc=81%87%，WH=11%14%，Ws,o,N=1%2%，Qdw=377 44 MJ/kg；黏度、凝点、闪点、灰分黏度、凝点、闪点、灰分；2 2）天然气（）天然气（CHCH4 4）:Qdw=36600 54400 kJ/Nm3；3 3）高炉煤气（）高炉煤气（CO,COCO,CO2 2,N,N2 2):):Qdw=3000 4000 kJ/Nm3；3.锅炉热平衡锅炉热平衡（1）热平衡方程）热平衡方程 Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6 100=q1+q2+q3+q4+q5+q6q1=(Q1 Qr)100（2）各项热量分析）各项热量分析入炉热量：入炉热量：Qr=Q
20、dw+Hf+Ha有效热量：有效热量：Q1=D(D(hq hs)排烟热损：排烟热损：Q2=B B V Vy C Cp(t ty t to)气体（化学）不完全燃烧热损：气体（化学）不完全燃烧热损：Q3固体（机械）不完全燃烧热损：固体（机械）不完全燃烧热损：Q4锅炉散热热损：锅炉散热热损：Q5灰渣物理热损：灰渣物理热损：Q4（3）热效率计算方法：）热效率计算方法：1）正平衡法）正平衡法=q1=(Q1 Qr)100 2）反平衡法）反平衡法=q1=100（q2+q3+q4+q5+q6）注：适用于注：适用于 80的工业锅炉。的工业锅炉。注：适用于大容量、高效率的电站注：适用于大容量、高效率的电站锅炉。锅炉
21、。1)热工试验的目的了解与掌握热力设备性能及运行工况、为新装锅炉的验收、改装锅炉的鉴定以及科研提供技术依据。工业锅炉的热工试验主要是为了确定最佳运行工况；试验的主要内容是测定锅炉的蒸发量、燃料消耗量、热效率以及各项热损失4.3 4.3 锅炉的燃烧设备锅炉的燃烧设备 1.锅炉燃烧方式锅炉燃烧方式（1）层燃燃烧：）层燃燃烧：0 40 mm（2）悬浮燃烧：）悬浮燃烧：20 90 m（3）沸腾燃烧：）沸腾燃烧：0 8 mm2.层燃燃烧设备层燃燃烧设备1）燃烧特性）燃烧特性燃烧过程：受热干燥燃烧过程：受热干燥 挥发分析出并着火燃烧挥发分析出并着火燃烧 焦炭燃烧并燃尽焦炭燃烧并燃尽 灰渣灰渣 注：预热空气
22、温度注：预热空气温度 20 200 oC；2）燃烧产物与炉排配风）燃烧产物与炉排配风3）炉拱）炉拱（1）基本功能）基本功能前拱（辐射拱）：加热及引燃新煤；前拱（辐射拱）：加热及引燃新煤；后拱（对流拱）：间接引燃、混合、保温促燃后拱（对流拱）：间接引燃、混合、保温促燃（2）现有炉拱存在的问题）现有炉拱存在的问题 着火难、气体和固体（飞灰、炉渣）不完全燃烧损着火难、气体和固体（飞灰、炉渣）不完全燃烧损失大。失大。（3）改进结构）改进结构 双人字形炉拱双人字形炉拱3.煤粉炉悬浮燃烧设备煤粉炉悬浮燃烧设备炉膛：组织煤粉与空气连续混合、着火燃烧直炉膛：组织煤粉与空气连续混合、着火燃烧直 到燃尽的空间；到
23、燃尽的空间；制粉系统：连续、稳定、均匀地向锅炉提供合制粉系统：连续、稳定、均匀地向锅炉提供合 格、经济的煤粉；格、经济的煤粉；燃烧器：燃烧器：保证煤粉和空气进入炉膛时能充分混合，煤粉保证煤粉和空气进入炉膛时能充分混合，煤粉 能连续稳定地着火，强烈地燃烧和充分地燃尽，能连续稳定地着火，强烈地燃烧和充分地燃尽，并保证炉膛水冷壁不结渣。并保证炉膛水冷壁不结渣。注：有直吹式、中间储仓式两种。注：有直吹式、中间储仓式两种。1）旋流燃烧器）旋流燃烧器（1）气流结构特性）气流结构特性（2）旋流燃烧器的常用型式）旋流燃烧器的常用型式（3）旋流燃烧器的布置）旋流燃烧器的布置2）直流燃烧器）直流燃烧器（1）直流射
24、流）直流射流（2）切向燃烧的炉内空气动力场）切向燃烧的炉内空气动力场4.流化床燃烧设备流化床燃烧设备1）工作原理及特点）工作原理及特点（1）临界流化速度）临界流化速度 当床层阻力由增加到保持不变的转折点处的气当床层阻力由增加到保持不变的转折点处的气 流速度。流速度。（2）流化床燃烧的优点）流化床燃烧的优点 燃料适应性好；燃烧过程中脱硫；低燃料适应性好；燃烧过程中脱硫；低 Nox 生成率生成率;燃烧热强度大、换热能力强、可调性能好、总体燃烧热强度大、换热能力强、可调性能好、总体 技术经济性能好；燃烧腐蚀轻。技术经济性能好；燃烧腐蚀轻。（3）存在的问题）存在的问题 受热面磨损、燃烧效率相对较低、大
25、型化有困难。受热面磨损、燃烧效率相对较低、大型化有困难。2）鼓泡流化床）鼓泡流化床3）循环流化床）循环流化床4.4 4.4 锅炉受热面锅炉受热面 1.炉膛水冷壁炉膛水冷壁2.过热器和再热器过热器和再热器1）结构和布置方式）结构和布置方式（1）作用：）作用：（2）传热方式：）传热方式：（3）布置方式：）布置方式：2）热偏差和汽温调节）热偏差和汽温调节（1）分级（段）布置）分级（段）布置（2）蒸汽侧或烟气侧温度调节）蒸汽侧或烟气侧温度调节3）过热器和再热器外部运行问题）过热器和再热器外部运行问题（1）高温积灰）高温积灰（2）高温腐蚀）高温腐蚀（3）管束磨损）管束磨损3.省煤器和空气预热器省煤器和空
26、气预热器1）省煤器）省煤器2）空气预热器）空气预热器（1）间壁式空气预热器）间壁式空气预热器（2）蓄热式空气预热器）蓄热式空气预热器3）尾部受热面运行中的若干问题）尾部受热面运行中的若干问题（1）积灰）积灰（2）低温腐蚀）低温腐蚀（3）磨损）磨损4.5 4.5 锅炉水动力学及传热问题锅炉水动力学及传热问题 1.自然循环锅炉水动力学自然循环锅炉水动力学1）自然循环的基本概念）自然循环的基本概念（1）运动压头和有效压头）运动压头和有效压头（2）循环倍率）循环倍率（3）管内汽液两相流的流型）管内汽液两相流的流型4.6 4.6 燃煤锅炉污染物排放控制燃煤锅炉污染物排放控制 1.SO2 的生成与控制的生成与控制2.NOx 的生成与控制的生成与控制3.CO2 的控制技术的控制技术4.可吸入颗粒物和重金属元素的排放控制可吸入颗粒物和重金属元素的排放控制
