供热锅炉

1. 供热锅炉 供热锅炉 第五章 第五章.

2. 000 5.1 概述 供热锅炉 锅炉是利用燃料或其它能源的热能，把工质加热到一定参数的换热设备。 锅炉是供热之源。锅炉及锅炉房设备的任务，在于安全、可靠、经济有效地将燃料的化学能转化为热能，进而将热能传递给水，以产生热水或蒸汽。我们把用于动力、发电方面的锅炉，叫做动力锅炉；把用于工业及采暖方面的锅炉，称为供热锅炉，通常称为工业锅炉。

3. 5.1.1 锅炉房设备的组成 • 锅——管束、水冷壁、集箱和下降管等组成 的一个封闭的汽水系统； • 炉——煤斗、炉排、炉膛、除渣板、燃烧器 等组成的燃烧设备。 • 安全辅助设备——安全阀、压力表、温度计、 水位报警器、排污阀、吹灰器等。 锅炉本体 运煤除灰系统 通风系统 水汽系统 仪表控制系统 辅助设备

4. 1-锅筒；2-炉排； 3-蒸气过热器； 4-省煤器； 5-空气预热器； 6-除尘器； 7-引风机；8-烟囱； 9-送风机；10-给水泵； 11-皮带输送机； 12-煤仓； 13-刮板除渣机； 14-灰车

5. 5.1.2 锅炉的工作过程 1.燃烧的准备阶段 2.燃料的燃烧阶段 3.燃尽阶段 燃料的燃烧过程 辐射 辐射换热 高温烟气 水冷壁 工质 烟气向工质的传热过程 对流 水的吸热、汽化、过热过程 （蒸汽过热器） 过热蒸汽 水处理 省煤器 水冷壁 汽水分离装置 汽水混合物 锅炉给水 预热 饱和水 对流管束 加压 （汽包） （锅筒）

6. 5.1.3 锅炉的分类 • 锅炉的分类方法很多，主要按照： 锅炉用途、水循环方式、锅炉结构、出口工质压力、燃烧方式等方法进行分类。 • 见表5-1 锅炉分类表

7. 5.1.4 锅炉基本特性的表示方法 主要指标： 锅炉容量、蒸汽或热水参数、受热面蒸发率或发热率、锅炉热效率 用于区别各类锅炉构造、燃用燃料、燃烧方式、 容量大小、参数高低汽水流动方式以及运行经济 性等特点

8. 容量 锅炉的容量又称锅炉的出力，是锅炉的基本特性参数，对于蒸汽锅炉用蒸发量表示，对于热水锅炉用热功率表示。 1、额定蒸发量——蒸汽锅炉铭牌上标示的蒸发量； 2、额定热功率 蒸汽锅炉热功率 热水锅炉热功率

9. 蒸汽（或热水）参数 • 锅炉产生的蒸汽参数，是指锅炉出口处蒸汽的额定压力（表压）和温度。 • 对生产饱和蒸汽的锅炉，只标明蒸汽压力； • 对生产过热蒸汽的锅炉，需标明压力和过热蒸汽温度； • 对热水锅炉来说，需标明出水压力和温度。 • 蒸汽锅炉出汽口处的蒸汽额定压力或热水锅炉出水口处热水的额定压力称为锅炉的额定工作压力，又称最高工作压力，单位为MPa。

10. 受热面蒸发率或发热率、金属耗率 • 每平方米受热面每小时所产生的蒸汽量，称为锅炉受热面蒸发率，用符号D/H表示，单位是kg/(m2·h) • 标准蒸发率以Dbz/H表示 • 热水锅炉每小时每平方米受热面所产生的热量称为受热面的发热率，用符号Q/H表示，单位是kJ/(m2·h)——反映锅炉工作强度。 • 金属耗率是指相应于锅炉每吨蒸发量所耗用的金属材料的质量，工业锅炉这一指标为2~6t/t 。

11. 锅炉热效率、煤水比或煤汽比、耗电率 • 锅炉的热效率是指送进锅炉的燃料完全燃烧时所能放出的热量中有百分之多少被用来产生蒸汽或加热水或其它工质； • 锅炉热效率是指锅炉有效利用热量与单位时间内锅炉的输入热量的百分比，也称为锅炉效率 • 以符号η来表示，是表明锅炉热经济性的指标。 • 运行中常用煤水比或煤汽比来表示，即锅炉在单位时间内的耗标煤量和该段时间内循环水量或产汽量之比，粗略衡量蒸汽锅炉的热经济性 。

12. 锅炉型号

13. 5.2 锅炉燃料与燃烧计算 • 不同的燃料因其性质各异，需采用不同的燃烧方式。燃料的燃烧特性与锅炉构造、运行操作以及锅炉工作的经济性有着密切的关系。因此，了解锅炉燃料的分类、组成、特性以及分析这些特性在燃烧过程中所起的作用具有重要意义。 • 燃烧计算包括燃料燃烧所需提供的空气量、燃烧生成的烟气量和空气及烟气焓计算。燃烧计算的结果，为锅炉的热平衡计算、传热计算和通风设备选择计算提供可靠的依据。

14. 5.2.1 燃料的成分及分析基准 • 1、燃料的元素分析成分 • 燃料是多种物质组成的混合物，主要成分有碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分等。 2、分析基准 收到基 空气干燥基 干燥基 干燥无灰基

15. 燃料不同基成分换算系数表 换算公式：欲求基成分＝已知基成分×换算系数

16. 5.2.2 燃料的种类及特性 • 工业锅炉用燃料分为三类： • 固体燃料—烟煤，无烟煤，褐煤，泥煤，油页岩，煤矸石，垃圾燃料，生物质燃料等； • 液体燃料—重油，渣油，柴油等； • 气体燃料—天然气，人工燃气，液化石油气等。

17. 煤的燃烧特性 • 煤的燃烧特性主要指煤的发热量、挥发分、焦结性和灰熔点，它们是选择锅炉燃烧设备、制定运行操作规程和进行节能改造等工作的重要依据。 • 一、煤的发热量 • 二、挥发分 • 三、焦结性 • 四、灰熔点

18. 液体燃料的燃烧特性 燃油锅炉的燃料多用重油，重油是石油炼制加工工艺中提取轻质馏分——汽油、煤油和柴油后的重质残余物的总称，是燃料油中密度最大的一种油品。一般是由常压重油、减压重油和裂化重油等按一定比例调和制成。 一、发热量（Q） 二、粘度 三、凝固点 四、闪点 五、燃点（着火点） 六、爆炸极限

19. 气体燃料的燃烧特性 气体燃料通常按获得的方式分类：天然气体燃料 人工气体燃料 天然气体燃料的主要成分是甲烷，主要有天然气、煤田气、油田气。 人工气体燃料主要有气化炉煤气、焦炉煤气、高炉煤气、油制气、液化石油气，是指以煤或石油产品为原料，经过各种加工方法而产生的燃气。

20. 水煤浆燃料的燃烧特性 • 水煤浆是一种经济、洁净、可替代石油和天然气的液体燃料和化工燃料。它是一种将一定颗粒分别的煤粉分散于水介质中，制成高浓度的煤/水分散体系。 • 它既保持了煤炭原有的物理特性，又具有像石油一样的流动性和稳定性，在运输、储存、泵送等方面和雾化燃烧的调节控制等方面等方面都十分近似于石油。 • 燃烧水煤浆可以显著提高煤炭的燃烧效率，减少对环境的污染。

21. 生物质固体燃料的燃烧特性 • 生物质固体燃料，是指由生物质直接或间接产生的燃料。 • 主要成分是纤维素、半纤维素、木质素。 • 固体生物质燃料通常有两种分类：一是按生长源和来源分类，主要分为木质生物质、草本生物质、果实生物质以及上述生物质的掺合物和混合物四大类；二是按贸易时主要商品形式分类，包括木块、木丸、木片、圆木、锯屑、树皮、禾草包、拱曲燃料、压榨橄榄油后的渣饼等10类。 • 利用方式：直接燃烧、固化成型、与煤混燃(生物煤)与固 态氧化剂混合成新型燃料。

22. 垃圾燃料的燃烧特性 • 垃圾中有机可燃物主要有:厨余、塑料、纸张及棉布、化纤、杂草、落叶、废橡胶为主。 • 燃烧过程通常由热分解、熔融、蒸发和化学反应等传热、传质过程所组成。 • 燃烧方式：蒸发燃烧，分解燃烧，表面燃烧。 • 生活垃圾的燃烧过程是蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧的综合过程。

23. 锅炉热平衡是基于能量和质量守恒定律，研究在稳定工况下锅炉的输入热量和输出热量及各项热损失之间的关系。锅炉热平衡是基于能量和质量守恒定律，研究在稳定工况下锅炉的输入热量和输出热量及各项热损失之间的关系。 为了全面评定锅炉的工作状况，必须对锅炉进行测试，这种实验称为锅炉的热平衡(或热效率)实验。实验的目的在于掌握和弄清楚锅炉燃料的热量在锅炉中的利用情况，求出锅炉的热效率和燃料消耗量，寻求提高锅炉热效率的途径。 5.3 锅炉热平衡与燃烧计算

24. 5.3.1锅炉热平衡 锅炉在正常稳定的运行工况下建立的锅炉热量收、支平衡关系，称为“热平衡”。 锅炉热平衡方程： 百分数表示法： 锅炉效率： 锅炉的输入热量：

25. 5.3.2 锅炉热效率 • 锅炉热效率可用热平衡实验方法测定，测定方法有正平衡实验和反平衡实验两种。热平衡实验必须在锅炉稳定的运行工况下进行。 • 一、正平衡法 • 正平衡实验按式 进行，锅炉效率为输出热量即有效利用热量占燃料输入锅炉热量的份额。 • 对于蒸汽锅炉，每小时有效吸热量按下式计算： • 热水锅炉和油载热体锅炉，每小时有效吸收热量:

26. 二、反平衡法 • 在实际实验过程中，往往测出锅炉的各项热损失，应用 来计算锅炉的热效率，这种方法称为反平衡法。 国家标准规定，锅炉热效率测定应同时采用正平衡法和反平衡法，其值取两种方法测得的平均值。

27. 在设计一台新锅炉时，必须先根据同类型锅炉运行经验选定q3，q4及q5，再根据选定的排烟温度和过量空气系数以及燃料的灰分，计算出q2及q6的数值，然后求出锅炉效率。 1、固体不完全燃烧热损失q4--在固体燃料燃烧过程中，是由于进入炉膛的燃料有一部分没有参与燃烧或未燃尽而被排出炉外引起的热损失。 2、气体不完全燃烧热损失q3--烟气中残留的CO，H2，CH4等可燃气体未释放出燃烧热就随烟气排出所造成的热损失。 3、排烟热损失q2与灰渣热损失q6--排烟所带走的热量损失,灰渣所带走的热量损失; 4、散热损失q5--锅炉炉墙、金属构架及汽水管道、烟风道等的表面,形成锅炉的散热损失。

28. 三、锅炉的毛效率及净效率 • 不扣除锅炉自用蒸汽和辅机设备耗用动力折算热量的效率，称为锅炉的毛效率。通常所说的锅炉效率，指的都是毛效率。 • 锅炉净效率是在毛效率的基础上扣除锅炉自用汽和电能消耗后的效率 。

29. 5.3.3燃烧计算 燃料的燃烧计算，就是计算燃料燃烧时所需的空气量和生成的烟气量，以及烟气和空气的焓。 • 1、燃烧所需空气量 • 2、燃烧生成烟气量 • 3、烟气和空气的焓

30. 锅炉的燃烧设备是锅炉的重要组成部分。不同的燃烧方式所采用的燃烧设备也不完全相同。目前，国产供热锅炉常用的燃烧设备有层燃炉，包括链条炉排炉、往复推饲炉排炉、抛煤机炉；流化床炉，包括循环流化床锅炉；室燃炉，包括燃油锅炉、燃气锅炉和水煤浆锅炉等。 5.4 常用燃烧设备

31. 5.4.1 链条炉 • 燃烧特点 • “单面引火” 阶段是沿炉排长度自前至后， 连续顺序地完成； • 燃烧过程具有区段性，并具有 分区配风的运行模式； 分为预热干燥区、挥发物析出 燃烧区、焦炭燃烧还原区 和灰渣形成区。 链条炉结构简图 1-煤斗；2-煤闸门；3-炉排 4-主动链轮；5-分区送风仓 6-防渣箱；7-看火孔及检查门 8-除渣板；9-渣斗；10-灰斗

32. 5.4. 2 循环流化床炉 定义： 固体粒子经气体或液体接触而转变为类似流体状态的过程，称为流化过程。流化过程用于燃料燃烧，即为沸腾燃烧，其炉子称为沸腾炉或流化床炉。 循环流化床炉结构简图

33. 循化流化床炉的工作过程及特点 优点： 1、燃料适应性广 2、燃烧效率高 3、保护环境易于实现 灰渣综合利用 缺点： 1、结构和系统复杂 2、投资和运行费用较高 1-风帽；2-隔热层；3-花板； 4-冷渣管；5-风室

34. 5.4.3 燃油、燃气锅炉 一、燃油锅炉 • 以燃用重油为主 • 控制调节全自动化 • 保证燃油迅速而完全燃烧，需配有良好的雾化和合理的配风； • 油燃烧器：由油喷嘴和调风器组成 二、燃气锅炉 • 气体燃料有城市煤气、天燃气、液化石油气和沼气； • 清洁环保； • 燃烧过程简单，所需的时间较短，所需要的炉膛容积小； • 燃烧需要大量的空气

35. 5.4.4 水煤浆锅炉 水煤浆锅炉系统流程图

36. 特点： • 控制自动化、即开即停、 • 场所洁净、环保排放 • 运行成本低 • 采用雾化喷燃技术 • 全部采用管道流态输送和雾化 • 水煤浆燃料的燃烧效率和燃尽 率高 水煤浆燃烧器示意图

37. 5.4.5 辅助受热面 主要是指过热器、省煤器和空气预热器 过热器 作用：将饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽。 1-锅筒；2-进口集箱；3-蛇形管； 4-中间集箱；5-出口集箱；6-夹紧箍 垂直式蒸气过热器结构简图

38. 省煤器 作用： 利用锅炉尾部低温烟气的热量来加热锅炉给水降低锅炉排烟温度，提高锅炉的热效率，节燃料的消耗量。 分类： 按制造材料分：铸铁省煤器和钢管省 煤器 按给水被预热的程度分：沸腾式和非沸腾式 铸铁省煤器安装组合简图 1-省煤器进水口；2-铸铁连接弯头；3-铸铁鳍片管

39. 空气预热器 作用：加热燃烧空气和降低排烟温度，从而起到强化燃烧、强化传热、 提高锅炉效率和提供固体燃料制粉系统的干燥剂和输送介质的作用。 分类：按传热方式分为导热式和再生式两类 1-烟管管束 2-管板 3-冷空气入口 4-热空气出口 5-烟气入口 6-膨胀节 7-空气连通罩 8-烟气出口 空气预热器结构简图

40. 辅助受热面积灰、磨损和低温腐蚀 1、受热面积灰：使受热面热阻增大，吸热量减少，以致排烟温度升高， 排烟热损失增加，热效率降低。积灰严重时，烟气流动阻力增大， 引风机电耗增大甚至出力不足。 解决方法：选择合理的烟气速度，布置高效的吹灰装置。 2、金属磨损：使受热面管壁减薄，强度降低，最终将导致泄露或爆管。 解决方法：选择合理的烟气流速，采用合理的结构和布置，加装防 磨装置，或涂抹防磨涂料。 3、低温腐蚀：水蒸气在受热面上冷凝会引起氧腐蚀，硫酸蒸气的凝结 液与金属接触则发生酸腐蚀。 解决方法：燃料脱硫，提高金属壁温，避免结露。

41. 锅炉的烟风系统流程： 送风机→空气预热器→配风装置→炉膛→过热器→省煤器→空气预热器→除尘脱硫装置→引风机→烟囱。 5.5 烟风系统

42. 5.5.1 锅炉通风 （一）通风方式 锅炉通风可以分为自然通风和机械通风 常用的机械通风方式： 一、负压通风 二、平衡通风 三、正压通风 平衡通风沿程风压变化图

43. （三）送引风机选择 （二）烟风道阻力计算 • 保证供热锅炉在既定的工作条件下， 满足锅炉全负荷运行时对烟、风流 量和压头的需要。 • 有一定的性能裕度，保证安全。 1、烟道阻力 2、风道阻力 3、烟囱高度确定

44. 选择风机和烟风道布置的一般要求有： • 1、锅炉的送风机、引风机宜单炉配置。当需要集中配置时，每台锅炉的风、烟道与总风、烟道连接处，应设置密封性好的风、烟道闸门。 • 2、单炉配置风机时，层燃炉风量的富裕量宜为10％，风压的富裕量宜为20％。 • 3、集中配置风机时，送风机和引风机均不应少于2台，其中各有一台备用，并应使风机能并联运行，并联运行后风机的风量和风压富裕量和单炉配置时相同。 • 4、应选用高效、节能和低噪声风机。 • 5、应使风机常年运行中处于较高的效率范围。

45. 锅炉烟、风道设计应符合下列要求： • （1）应使烟、风道平直且气密性好，附件少且阻力小； • （2）几台锅炉共用一个烟囱或烟道时，宜使每台锅炉的通风力均衡 • （3）宜采用地上烟道，并应在适当的位置设置清扫烟道的人孔； • （4）应考虑烟道和热风退热膨胀的影响； • （5）应设置必要的测点，并满足测试仪表及测点的技术要求。

46. 5.5.2 烟气净化 1.锅炉大气污染物排放标准 （1）干式旋风除尘器 （2）湿式旋风除尘器 （3）电除尘器 （4）袋式除尘器 烟气除尘 2.锅炉烟尘的防治 （1）喷雾脱硫 （2）喷雾干燥脱硫 （3）脉冲放电烟气脱硫 烟气脱硫

47. 5.6 汽水系统 锅炉汽水系统流程图

48. 水和汽水混合物在锅炉蒸发受热面回路中的循环流动，称为锅炉的水循环。 由于水的密度比汽水混合物的大，利用这种密度差所产生的水和汽水混合物的循环流动，叫做自然循环；借助水泵的压头使工质流动循环的叫强制循环。 在供热锅炉中，除热水锅炉外，蒸汽锅炉几乎都采用自然循环。 5.6.1 水循环的原理 自然循环示意图 1-上锅筒；2-下集箱； 3-上升管；4-下降管

49. 5.6.2 汽水分离 • 作用： • 使饱和蒸汽中带的水有效地分离出来，提高蒸汽干度，满足用户的需要。 • 分类：自然分离和机械分离 • 自然分离是利用汽水的密度差，在重力作用下使水、汽得以分离； • 机械分离则是依靠惯性力、离心力和附着力等使水从蒸汽中分离出来。 • 常用的汽水分离装置： • 水下孔板、挡板、匀汽孔 板、集汽管、蜗壳式分离器、波纹板及钢丝网分离器

50. 5.6.3 锅炉水处理 一、水质标准 钠离子交换软化 二、水质处理方法 离子交换除碱 锅内加药 电渗析 反渗透 其他水处理方式