幻灯片(1-4)61张.ppt
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1、课程简介课程名称:锅炉及锅炉房设备(boilersandtheaccessoriesforboilerplants)课程性质:考试(闭卷笔试)讲课课时:40学时实验课时:5学时考试时间:待定授课班级:建环08课程性质与任务【锅炉及锅炉房设备】课程为建筑环境与设备工程专业的专业课之一,是一门必修课程。本课程介绍供热锅炉的原理、结构以及锅炉的附属设备、锅炉房工艺设计等一整套关于锅炉和锅炉房较系统的知识。供热锅炉是一种被现代工业广泛应用并在民用领域也日益增加使用的设备。我国目前有各种供热锅炉约一百万台左右,其总消耗能源约占全国总能源耗量的三分之一。因此,供热锅炉技术对我国的经济、能源技术、单位能耗水
2、平和节能技术水平有极其重要的影响。供热锅炉房常常是企事业单位的重要部门,它的合理的设计、建造、运行常被赋予特别的关注。通过本课程的学习,学生可以比较全面地了解锅炉的内部过程,初步掌握供热锅炉房的设计、供热锅炉房设备的计算选择等实际工作中很有用的知识和技能。为今后从事锅炉或锅炉房的设计、改造设计、管理、运行、安装调试、以及节能等工作奠定坚实的基础。第一章第一章 锅炉及锅炉房锅炉及锅炉房设备的基本知识设备的基本知识第一节第一节 概述概述1.锅炉锅炉锅炉是国民经济中重要的供应蒸汽或热水的设备。就一个供热系统而言,锅炉是供热之源。从不同的角度,锅炉有着不同的内涵:从能量转换的角度来看,锅炉是一个能量转
3、换设备,它将燃料的化学能(或电能,核能等)转换为热能(废热锅炉例外),进而将热能传递给水,将水变成热水或蒸汽以供用户使用。从传热的角度来看,锅炉是一个热交换设备或者是由一系列特殊的换热器组成的设备。2.锅炉房设备锅炉房设备锅炉房设备是锅炉本体及其辅助设备的统称。锅炉本体只有与其它辅助设备一起才能顺利地产生用户所需的蒸汽或热水。锅炉的辅助设备将在下节进行介绍。3.锅炉的应用场合锅炉的应用场合主要应用在以下三个方面。家庭:采暖,通风,空调,制冷。工业:加热,烘干,蒸煮,消毒。(以上两种用途的锅炉称为供热锅炉或工业锅炉,也是本课程的研究对象)动力:拖动,发电。(此种用途的锅炉称动力锅炉,用于发电的也
4、叫电站锅炉。)第二节锅炉及锅炉房设备基本组成第二节锅炉及锅炉房设备基本组成1.锅炉锅炉也称锅炉本体,由汽锅(主受热面),炉子(燃烧设备),附加受热面和仪表附件四大部分组成。汽锅由锅筒,水冷壁,对流管束,下降管和集箱组成。炉子由煤斗,炉排,炉墙,炉膛,炉拱,排渣板,风仓等组成。附加受热面通常有蒸汽过热器,省煤器和空气预热器等组成。仪表附件包括安全阀,压力表,水位表,水位报警器和其他阀门组成。2.锅炉房设备锅炉房设备锅炉本体及其辅助设备的总称。锅炉房的辅助设备按锅炉的工作过程来看,有运煤系统,除灰系统,送引风系统,水、汽系统,仪表控制系统等几个系统组成。第三节第三节锅炉的工作过程锅炉的工作过程以燃
5、煤锅炉为例,锅炉的工作过程有以下同时进行的三个过程。1.燃料的燃烧过程燃料的燃烧过程在送煤系统和送、引风系统的配合下,燃料在炉内燃烧,进行燃烧反应形成高温烟气。燃料燃尽后形成灰渣,经由除灰渣系统排出。这个过程称为燃料的燃烧过程。2.火焰和烟气向工质的传热过程火焰和烟气向工质的传热过程燃烧后的高温火焰和烟气首先向水冷壁内的工质进行辐射换热,然后烟气上升至炉膛出口处与防渣管(又称凝渣管,费斯顿管,拉稀管)内的工质以辐射和对流方式传递热量,之后烟气在引风机和烟囱抽力的作用下与蒸汽过热器,对流管束,省煤器,空气预热器内的工质传递热量。这个过程称为火焰和烟气向工质的传热过程。3.水的受热和汽化过程水的受
6、热和汽化过程它也是热水和蒸汽的生产过程,主要包括水循环和汽水分离过程。工作时,锅炉补给水和回收的凝结水经处理后,由给水泵送至省煤器进行预热,预热后的水进入上锅筒的低温水区,经下降管和低温区的对流管束后流入下锅筒和下集箱,继而在上升管中受热产生蒸汽、由于下降管和下锅筒中的水的温度相对上升管中的汽水混合物的温度低,在密度差的作用下,汽水混合物进入上锅筒的高温水区,并在高温水区汽水分离器的作用下进行汽水分离,分离后的蒸汽送往蒸汽过热器继续加热变成过热蒸汽,分离后的水则流入下锅筒和下集箱。从以上三个同时进行的过程可以看出,锅炉要正常,安全工作,必须与辅助系统一起工作。第四节第四节锅炉的主要特性锅炉的主
7、要特性1.用途用途区分各类锅炉的特点,表征锅炉各自的特点。这些特点有:锅炉构造,所用燃料,燃烧方式,容量大小,参数高低,运行和投资的经济性等。2.主要特性主要特性特特性性名名称称含义含义符号及单位符号及单位描述或表达描述或表达备注备注蒸发量表征蒸汽锅炉的容量大小。指每小时产生的额定蒸汽量。用D表示。单位:kg/s,或t/h额定蒸汽量和额定产热量统称为额定出力。热功率或产热量表征热水锅炉的容量大小。每小时产生的额定热量。用Q表示。单 位:kJ/h(国际通用),MW(国内常用)蒸发量与产热量的关系式和产热量的计算式:蒸汽或热水参数指锅炉出口蒸汽额定压力和蒸汽或热水的温度。压力(表压):Mpa。温度
8、:锅炉参数既要满足生产工艺的要求,又要便于锅炉房的设计,锅炉配套设备的供应及锅炉本身的标准化。因而有一定的蒸汽锅炉参数系列和热水锅炉参数系列。见书表1-1,表1-2(第4页)锅炉参数一般指锅炉容量,蒸汽压力,蒸汽或热水温度,给水温度这四个参数。经济指标热效率锅炉有效利用的热量占燃料带入炉内热量的百分数。真实说明锅炉运行的热经济性指标。用gl表示。电站锅炉效率在90%以上。工业锅炉效率一般在60-85%。国家工业锅炉质量分等标准中规定了工业锅炉应保证的最低热效率,其最低热效率为52%。在第三章中专门讨论。经济指标金属耗率锅炉每生产 1吨 蒸汽所耗金属重量。单位:t.h/t。金属耗率并非可无止境降
9、低,它必须以锅炉安全可靠,有一定寿命为前提,一般工业锅炉的这项指标为:2-6t.h/t。受热面蒸发率对蒸汽锅炉而言,每平方米受热面每小时所产生的蒸汽量。用D/H表示。单位:kg/m2.h用 受热面标准蒸发率Dbz/H来代替D/H时,其值一般在30-40kg/m2.h这一指标对锅炉的不同的换热面,其值相差很大,为便于比较,引入“标准蒸汽”概念作为参数基准。它是指1个标准大气压下其焓值640kcal/kg(工程单位)或2676kJ/kg(法定单位)的干饱和蒸汽。受热面发热率对热水锅炉而言,每平方米受热面每小时所产生的热量用Q/H表示。单位:kJ/m2.h一 般 热 水 锅 炉 的Q/H83700k
10、J/m2.h由于金属耗率与锅炉的诸多因素有关,有时用受热面蒸发率和受热面发热率来间接描述锅炉金属耗率大小。受热面有辐射受热面和对流受热面之分,这里的受热面是指与烟气接触的那些金属表面积,或者说烟气与介质进行热交换的金属表面积,工程上一般以烟气侧面积来计算。经济指标电耗率锅炉每生产 1吨 蒸汽所耗电度数。单位:KWh/t耗电率计算,除锅炉本体外,还包括辅助设备的耗电量,工业锅炉一般在10kWh/t左右。运行寿命指锅炉可安全正常运行的总时数。运行寿命越长,锅炉产出越大,经济性就越好。锅炉型号区分不同类型锅炉的重要标志之一。按JB1626-81的规定,我国工业锅炉的型号由三部分组成,每部分之间用短横
11、线隔开。具体包括锅炉本体代号,燃烧方式,燃料品种和锅炉参数系列。详情见教材第6页。第二章第二章燃料与燃烧计算燃料与燃烧计算第一节第一节 燃料的化学成分燃料的化学成分1.燃料的分类燃料的分类按物态分:固体燃料,气体燃料,液体燃料。获得方法:天然燃料,人工燃料。燃料是锅炉是粮食,在我国锅炉燃料以煤为主。燃料的特性对锅炉造型,运行,安全和经济性等有重要影响种类天然燃料人工燃料固体燃料气体燃料 液体燃料木柴,煤天然气石油 木炭,焦碳,煤粉高炉煤气,液化石油气汽油,柴油,重油 2.燃料的元素分析成分及其特点燃料的元素分析成分及其特点燃料的化学成分及含量可由元素分析法或工业分析法进行测定,相应的成分称为元
12、素分析成分和工业分析成分。燃料的元素分析成分包括碳C,氢H,硫S,氧O,氮N,灰分A和水分W(M)。其特点见下表。3.燃料的工业分析成分及其特点燃料的工业分析成分及其特点工业分析法是用来测定固体燃料的组成成分的,固体燃料的工业分析成分有水分W,挥发分V,固定碳Cgd和灰分A。其中水分,固定碳和灰分等特点,已在上表中进行了介绍。挥发分V将在下节介绍。成成分分可燃可燃性性发热发热量量kJ/kg存在形式存在形式占可燃成分占可燃成分%优缺点优缺点固固液液气气固固液液气气碳C主 要可 燃元素33704与 H,S,O,N等 结 合的 高 分子 有 机化合物烃和非烃化合物烷烃和烯烃50-9580-9090以
13、上决定发热量,含量高时不易着火和燃烧氢H重 要可 燃元素125600与 C,S,O,N等 结 合的 高 分子 有 机化合物烃和非烃化合物烷烃和烯烃2-610-1450-60焦炉煤气最有利元素,易燃烧,但含量不高,燃烧时易冒黑烟,造成污染硫S部 分可燃9050有 机 硫和 无 机硫硫,硫化氢硫化氢0.1-8.00.5-3.0很小有害元素氧O不 可燃 成分,习 惯作 可燃 成分高 分 子有 机 化合物烃和非烃化合物氧气变 化范 围大0.1-1.0与燃气有关使可燃成分减少,发热量降低。氮N氮气0.3-2.50.2以下有害成分灰分A不 可燃夹杂在燃料中的矿物质与 煤种 和开 采条 件有关很少小于0.1
14、非常少有害成分水分W不 可燃吸 附 在颗 粒 表面 或 内部 的 毛细孔中水水蒸汽与 煤种 有关与产地和炼制有关微量的水蒸汽主要杂质,影响着火和燃烧,排烟热损失增大,对固体燃料,有 外 水 分Ww和内水分Wn之分。4.燃料成分分析数据的基准与换算燃料成分分析数据的基准与换算a)基准)基准由于水分和灰分随外界条件的变化而变化,燃料的组成成分质量百分数与会发生变化,为明确表示各组成成分的含量,定义了以下四个计算的基准。应用基(收到基):以炉前燃料作为分析基准。实际应用成分,用于锅炉传热,通风和热工试验等计算。分析基(空气干燥基):以在实验条件下(温度为20,相对湿度为60%)进行风于后的燃料作为分
15、析基准。实验室中采用的基准,包括全部内水分和部分外水分。干燥基:以除去全部水分的干燥燃料作为分析基准。水分变化时,不影响干燥基成分,对固体燃料,通常用干燥基灰分反映灰分的含量。可燃基(干燥无灰基):以除去全部水分和灰分的燃料作为分析基准。不受水分和灰分的影响,是一稳定组成成分,对煤而言,用于判断它的燃烧特性和进行分类。CHONSAWWnWw可燃基(干燥无灰基):dryandashfreebasis(daf)干燥基:dry分析基:空气干燥基(airdried)应用基:收到基asreceived从以上各处基准的定义得到各个基准下的关系式见下表:对气体燃料,其组成成分用各组成气体的体积百分数表示。通
16、常以干燥基作为分析基准。b)换算:)换算:x=Kx0 K为换算系数。为换算系数。若已知某一基准下各组成成分的含量,可通过各基之间的换算系数来计算其它基准下的组成成分的含量。这个系数称为燃料成分的换算系数K。第二节第二节 煤的燃烧特性煤的燃烧特性 煤的燃烧特性是选择燃烧设备,锅炉运行和节能等的重要依据。它它的的特特性性主主要要有有:发发热热量量,挥挥发发分分,焦焦结结性和灰熔点。性和灰熔点。1.发热量发热量a)定义)定义单位质量的煤完全燃烧时所放出的热量。单位kJ/kg。高位发热量Qgw:1kg燃料完全燃烧后所产生的热量,包括燃料燃烧时所生成的水蒸汽的汽化潜热。低位发热量Qdw:高位发热量中扣除
17、去全部水蒸汽的汽化潜热后的发热量。低位发热量接近锅炉运行的实际情况,因此作为锅炉设计等的重要依据。应用基高位发热量与低位发热量之间可用以下关系式表达:其它基下高位发热量和低位发热量之间的换算可查表2-2中的换算系数。b)测定测定用实验方法进行测定氧弹测热器。若有元素分析成分,也可经验关系式进行计算。c)评价评价引入标准煤概念,规定标准煤的应用基低位发热量是29308kJ/kg。不同情况下锅炉煤的消耗量换算成标准煤的消耗量Bb进行比较。d)其它)其它折算水分和折算灰分的概念,引入的原因。高水分和高灰分的煤的概念。2.挥发分挥发分a)定义)定义失去水分的干燥煤样在隔绝空气下加热至一定温度时,它所析
18、出的气态物质称为挥发物,其百分数含量即为挥发分V。其中挥发物由可燃气体和不可燃气体组成。b)特点特点挥发分的大小,与煤的形成年代有关,代表着煤的煤化程度。煤化程度越深,挥发分越少。不同煤种的挥发分析出温度不同。挥发分的含量对燃烧过程的发生和发展有较大影响。c)作用作用煤的一个重要燃烧特性,作为煤的分类的重要依据之一。3.焦结性焦结性a)焦碳)焦碳煤在燃烧过程中析出水分和挥发分后所残留的物质。它包括固定碳和灰渣。b)定义)定义也称粘结性,焦碳的粘结程度。这是焦碳主要特性之。c)特点)特点不同的煤种有不同的焦结性,表现出不同的外观形状。对煤在炉内的燃烧过程和燃烧效率有着很大的影响。不粘结或强粘结的
19、煤不宜在层燃炉中进行燃烧。4.灰熔点灰熔点a)定义)定义煤燃尽后所残留的灰分的熔融性。b)特点)特点对锅炉工作有较大影响。因灰分成分变动大,严格来说没有确定的熔点,而只有一个温度变化范围。高低与灰的成分及灰渣形成时的环境气氛有关。c)测定)测定角锥法。第三节第三节 煤的分类煤的分类1.原因原因煤的种类与锅炉的设计和燃烧设备,方式有着直接关系。鉴别和合理利用我国煤炭资源。2.依据依据分类依据很多,简单和科学的方法是按煤化程度,即可燃基挥发分多少。3.类别类别褐煤,烟煤,贫煤,无烟煤,泥煤,煤矸石和石煤等。煤种煤种外观外观挥发分挥发分含量含量%燃烧特性燃烧特性优缺点优缺点产地产地褐煤棕褐色40易着
20、火发热量不高水分,杂质多,易燃,易风化东北,西南烟煤黑色质地软10-40优质烟煤易着火和燃烧发热量较高,焦结性强燃烧时多烟,劣质烟煤水分多遍布全国贫煤黑色10-20着火较难,发热量高,焦结性差燃烧时火焰短四川无烟煤灰黑色质地硬10着火相当困难,发热高,无粘结性不易烧尽,贮存时稳定华北,西北,中南地区4.特点特点主要煤种的特点如下。5.其它其它泥煤,煤矸石和石煤等都是低质煤,水分或灰分高,发热量不高,一般采用沸腾燃烧方式加以利用。为使工业锅炉更好地适应不同燃料的燃烧,上海工业锅炉研究所提出了供热锅炉煤种分类表和设计用代表性煤种。第四节第四节 液体燃料和气体燃料液体燃料和气体燃料1.液体燃料液体燃
21、料a)重油)重油主要元素是碳和氢,灰分,水分很少,发热量高,易着火和燃烧。b)液体燃料特性指标)液体燃料特性指标粘度:表征流动性能,用恩氏粘度表示,其大小与成分,温度,压力有关。闪点:油气与空气的混合物与明火接触时可发生短暂闪光时的油温。它是防止发生火灾的一个重要指标。燃点:油气与空气的混合物与明火接触时能着火并持续燃烧不少于5秒时的油温。凝固点:试样油在一倾斜45度的试管中冷却至油面经1分钟保持不变时的油温。重油凝固点的高低与所含石蜡有关,它关系着燃油在低温下的流动性。2.气体燃料气体燃料天然气:主要成分是甲烷,发热量很高,燃烧方便,是优质燃料。高炉煤气:炼铁高炉的副产品,可燃成分为CO和H
22、2,得其含量低,故发热量很低。灰分高,使用前应净化。焦炉煤气:炼焦的副产品。主要是H2和CH4,发热量较高,优质燃料。第五节第五节 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算1.燃料燃烧所需空气量计算燃料燃烧所需空气量计算a)假设)假设完全燃烧各组成气体,包括水蒸汽均认为是理想气体空气为干空气,只有氧和氮,其体积比为21/79。b)依据)依据可燃元素碳,氢和硫的完全燃烧化学反应方程式。c)定义)定义理论空气量:1kg应用基燃料完全燃烧,无过剩氧存在时所需的空气量。单位Nm3/kg。过量空气:实际供给的空气量与理论空气量之差。过量空气系数:实际空气量和理论空气量之比。d)计算)计算为炉膛出口处的,其值由经验给
23、定,常用的层燃炉1.3-1.6之间。此外,理论空气量也可用经验公式进行计算。2.燃烧生成的烟气量计算燃烧生成的烟气量计算a)理论烟气量计算)理论烟气量计算理论烟气量:供以理论空气量,燃料完全燃烧,烟气只有CO2,SO2,H2O及N2四种气体时所具有的体积。依据:完全燃烧反应方程式。计算:见下表。b)实际烟气量计算)实际烟气量计算实际烟气量:理论烟气量和过量空气之和。即:气体种类来源及组成Nm3/kg计算式Vco20.01866CyVso20.007SyVH2O燃烧生成的水蒸汽0.111Hy燃料中的水蒸汽.0124Wy空气中的水蒸汽0.016V0k蒸汽雾化带入水蒸汽1.24GwhVN2空气中的氮
24、0.79V0k燃料本身的氮0.008Ny理论干烟气量理论烟气量理论烟气量亦可用经验公式进行计算3.烟气和空气的焓烟气和空气的焓a)定义)定义表示1kg固体或液体燃料燃烧生成的烟气和所需理论空气量,在等压下从0加热到所需的热量,用符号和表示,单位为kJ/kg。b)计算)计算理论空气焓:理论烟气体积下的焓:过量空气焓:实际烟气焓:c)例题)例题见教材第31页例题2-3第第 六节六节锅炉烟气分析及其结果的应用锅炉烟气分析及其结果的应用1.烟气分析烟气分析目的:验证和判断锅炉实际工况与设计工况的差别。分析内容:正在运行中的锅炉所产生的烟气的成分和含量,包括:三原子气体,氮气,氧气,水蒸汽和一氧化碳。氢
25、和碳氢化合物忽略不计。方法:使用仪器进行测量,常用的为奥氏烟气分析仪。奥氏烟气分析仪:原理是利用化学溶液选择性吸收气体,根据体积变化来进行测量;主要由量筒,三个吸收剂和一个水准瓶组成。2.分析结果应用分析结果应用烟气量计算:根据燃料元素分析成分,烟气分析结果和上节完全燃烧时烟气量的计算可得燃料不完全燃烧时实际烟气量的计算式为:CO含量的计算:CO含量少,很难精确测定,一般先测出三原子气体和氧气含量,再间接求出CO含量。其计算式为:不完全燃烧时:为燃料特性系数,是一无因次量,只与燃料的可燃成分有关。完全燃烧时:CO0的计算:由过量空气系数的定义和烟气分析结果,可得到过量空气系数的计算式为:不完全
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