锅炉的原理

2011-8-12 9:05:47  作者:佚名  来源:环评网  【 查看评论

    锅炉的原理
   
    1、什么是锅炉
    将其它热能转变成其它工质热能,生产规定参数和品质的工质的设备称为锅炉。
    锅炉设备中,吸热的部分称为锅,产生热量的部分称为炉。例如水冷壁、过热器、省煤器等吸热的部分可以看成是锅;而炉膛、燃烧器、燃油泵,送、引风机可以看成是炉。现代化的锅炉不像一般家庭用的锅和炉那样分得清楚。例如空气预热器既是吸热的部分,又是产生热量的部分,既可以看成是锅的部分也可以看成是炉的部分。
    2、锅炉如何分类
    锅炉可按不同的方式分类:
    ①按锅炉燃用的燃料分类可分为:燃煤炉、燃油炉和燃气炉。
    ②按燃烧方式分类可分为:层燃炉、室燃炉和介于二者之间的沸腾(流化床)炉。
    ③按锅炉水循环方式分类可分为:自然循环锅炉、强制循环锅炉和复合循环锅炉。
    ④按有无汽包分类可分为:汽包锅炉和直流锅炉。
    ⑤按蒸汽压力分类可分为:低压锅炉、中压锅炉、次高压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉、亚临界压力锅炉和超临界压力锅炉。
    ⑥按管内通过的是水还是烟气分类可分为:火管锅炉、水管锅炉和水火管组合式锅炉。
    ⑦按锅炉的用途分为:生活锅炉、工业锅炉、电站锅炉和热水锅炉。
    3、什么是火管锅炉
    所谓火管锅炉就是燃料燃烧后产生的烟气在火筒或烟管中流过,对火筒或烟管外水、汽或汽水混合物加热。
    4、什么是水管锅炉
    所谓水管锅炉,就是水、汽或汽水混合物在管内流动,而火焰或烟气在管外燃烧和流动的锅炉。
    5、什么是循环流化床锅炉
    循环流化床锅炉是在流化床锅炉(又称鼓泡床或沸腾床锅炉)的基础上改进和发展起来的一种新型锅炉。循环流化床锅炉保留了流化床锅炉的全部优点,而避免和消除了流化床锅炉存在的热效率低、埋管受热面磨损严重和脱硫剂石灰石利用不充分、消耗量大和难于大型化等缺点。
    循环流化床锅炉床料处于流化状态与流化床锅炉是相同的,前者与后者的主要区别是前者的流化速度较高,炉膛出口烟气中物料的浓度很高,大量的物料被炉膛出口的物料分离器分离后返送回炉膛,即有大量物料在炉膛和物料分离器之间循环。
    锅炉常用名词解释
    6、蒸汽锅炉
    蒸汽锅炉是用热能加热水(工质)产生蒸汽的设备。它由锅和炉两部分组成:锅是锅炉接受热量,并把热量传给工质的受热面系统;炉是指锅炉中把燃料的化学能变为热能的空间和烟气流通的通道。通常用“吨/时”或“t/h”表示锅炉的容量。用“Mpa”或“兆帕”(旧单位用“公斤力/厘米2”或“kgf/cm2”)表示锅炉的额定压力,用“℃”(摄氏度)表示额定压力下饱和蒸汽的温度和过热蒸汽温度。
    7、热水锅炉
    是指载热工质为热水的锅炉。通常用“MW”(兆瓦),旧单位用“万千瓦/时”或“万大卡/时”,即“104kcal/h”表示锅炉的容量,用“Mpa”表示锅炉的额定压力,用“℃”表示热水温度。
    热水锅炉主要用于北方采暖,分为高温热水锅炉(热水温度为130℃或更高一些)和低温热水锅炉(热水温度在95℃以下),过去多半采用低温热水锅炉,今后要发展高温热水锅炉,热水锅炉有自然循环和强制循环两种。我司卧式三回程锅壳式热水锅炉为自然循环。
    8、有机热载体炉
    是指载热工质为高温导热油(也称热煤体、热载体)的新型热能转换设备。通常也用“MW”(兆瓦)表示炉的容量,旧单位也用“万千瓦/时”或“万大卡/时”,即“104kcal/h”表示。有机热载体炉(也称导热油炉)的优势在于“高温低压“、运行平稳而被广泛运用。有机热载体炉有液相、气相之分。我司有机热载体炉为液相。
    9、锅炉容量
    是指蒸汽锅炉、热水锅炉、有机热载体炉提供热能的一种能力。容量大供热的能力大、出力大;反之就小。如:容量为1t/h蒸汽锅炉,即表示该锅炉在1小时内可以将1吨的水变成一定压力下饱和蒸汽的能力;如0.7 MW的热水炉和有机热载体炉表示可以在1小时内产生相当于0.7MW功率的热量(相当于1吨蒸汽的热量)。
    10、锅炉受热面
    通常是指接触火焰或烟气一侧之金属表面积(另一侧接触水或导热油)。锅炉的热交换就是通过这样的金属表面积来进行的。一般用米2(m2)来计量的,受热面积大,锅炉容量就大,反之就小。
    11、温度
    是标志着物体冷热程度的状态参数,一般用“℃”(摄氏度)表示。英、美等国过去通用“℉”(华氏度),水沸点为100℃,转换为华氏度为212℉。
    12、锅炉压力
    锅炉行业通常所指的锅炉压力(压强)即表示垂直于容器单位壁面积上的力,用“Mpa”表示,旧单位“公斤力/厘米2” (kgf/cm2)。
    13、饱和蒸汽
    锅炉中的水在某一压力下被燃料燃烧所放出的热量加热而发生沸腾,汽化变为蒸汽,这种处于沸腾状态下的炉水温度是饱和蒸汽;锅内压力高,饱和蒸汽温度就高。如1.0 Mpa饱和蒸汽温度184℃,1.25 Mpa饱和蒸汽温度193℃。
    14、过热蒸汽
    温度高于对应压力下的饱和温度的蒸汽称为过热蒸汽。过热蒸汽的热焓大,熵值高做功的能力大,与饱和蒸汽质量相同的过热蒸汽作为热源用,可使被加热的介质温度升得高,送入汽轮发电机则可以发出较多的电力。
    15、锅炉热效率
    是指锅炉或有机热载体炉在热交接过程中,被水、蒸汽或导热油所吸收的热量,占进入锅炉的燃料完全燃烧所放出的热量的百分数。
    被锅炉吸收的热量(有效利用热量)
    燃料完全燃烧放出的热量
    锅炉的种类及应用
    将其它热能转变成其它工质热能,生产规定参数和品质的工质的设备称为锅炉。燃烧设备以提供良好的燃烧条件,以求能把燃料的化学能最大限度地释放出来并其转化为热能,把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。锅炉包括锅和炉两大部分,锅的原义是指在火上加热的盛水容器,炉是指燃烧燃料的场所。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为生产和生活提供所需要的热能,也可通过蒸汽动力装置转换为机械能,或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉,主要用于生活,工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉,又叫蒸汽发生器,常简称为锅炉,是蒸汽动力装置的重要组成部分,多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。
    一、锅炉的发展
   
   
   
    二、锅炉的工作
   
   
    锅炉参数是表示锅炉性能的主要指标,包括锅炉容量、蒸汽压力、蒸汽温度、给水温度等。
   
    锅炉容量可用额定蒸发量或最大连续蒸发量来表示。额定蒸发量是在规定的出口压力、温度和效率下,单位时间内连续生产的蒸汽量。最大连续蒸发量是在规定的出口压力、温度下,单位时间内能最大连续生产的蒸汽量。
   
    蒸汽参数包括锅炉的蒸汽压力和温度,通常是指过热器、再热器出口处的过热蒸汽压力和温度如没有过热器和再热器,即指锅炉出口处的饱和蒸汽压力和温度。给水温度是指省煤器的进水温度,无省煤器时即指锅筒进水温度。
   
    锅炉可按照不同的方法进行分类。锅炉按用途可分为工业锅炉、电站锅炉、船用锅炉和机车锅炉等;按锅炉出口压力可分为低压、中压、高压、超高压、亚临界压力、超临界压力等锅炉;锅炉按水和烟气的流动路径可分为火筒锅炉、火管锅炉和水管锅炉,其中火筒锅炉和火管锅炉又合称为锅壳锅炉;按循环方式可分为自然循环锅炉、辅助循环锅炉(即强制循环锅炉)、直流锅炉和复合循环锅炉;按燃烧方式,锅炉分为室燃炉、层燃炉和沸腾炉等。
   
    在水汽系统方面,给水在加热器中加热到一定温度后,经给水管道进入省煤器,进一步加热以后送入锅筒,与锅水混合后沿下降管下行至水冷壁进口集箱。水在水冷壁管内吸收炉膛辐射热形成汽水混合物经上升管到达锅筒中,由汽水分离装置使水、汽分离。分离出来的饱和蒸汽由锅筒上部流往过热器,继续吸热成为450℃的过热蒸汽,然后送往汽轮机。
   
    在燃烧和烟风系统方面,送风机将空气送入空气预热器加热到一定温度。在磨煤机中被磨成一定细度的煤粉,由来自空气预热器的一部分热空气携带经燃烧器喷入炉膛。燃烧器喷出的煤粉与空气混合物在炉膛中与其余的热空气混合燃烧,放出大量热量。燃烧后的热烟气顺序流经炉膛、凝渣管束、过热器、省煤器和空气预热器后,再经过除尘装置,除去其中的飞灰,最后由引风机送往烟囱排向大气。
    三、锅炉的结构
   
   
    锅炉整体的结构包括锅炉本体和辅助设备两大部分。锅炉中的炉膛、锅筒、燃烧器、水冷壁过热器、省煤器、空气预热器、构架和炉墙等主要部件构成生产蒸汽的核心部分,称为锅炉本体。锅炉本体中两个最主要的部件是炉膛和锅筒。
   
    炉膛又称燃烧室,是供燃料燃烧的空间。将固体燃料放在炉排上,进行火床燃烧的炉膛称为层燃炉,又称火床炉;将液体、气体或磨成粉状的固体燃料,喷入火室燃烧的炉膛称为室燃炉,又称火室炉;空气将煤粒托起使其呈沸腾状态燃烧,并适于燃烧劣质燃料的炉膛称为沸腾炉,又称流化床炉;利用空气流使煤粒高速旋转,并强烈火烧的圆筒形炉膛称为旋风炉。
   
    炉膛的横截面一般为正方形或矩形。燃料在炉膛内燃烧形成火焰和高温烟气,所以炉膛四周的炉墙由耐高温材料和保温材料构成。在炉墙的内表面上常敷设水冷壁管,它既保护炉墙不致烧坏,又吸收火焰和高温烟气的大量辐射热。
   
    炉膛设计需要充分考虑使用燃料的特性。每台锅炉应尽量燃用原设计的燃料。燃用特性差别较大的燃料时锅炉运行的经济性和可*性都可能降低。
   
    锅筒是自然循环和多次强制循环锅炉中,接受省煤器来的给水、联接循环回路,并向过热器输送饱和蒸汽的圆筒形容器。锅筒简体由优质厚钢板制成,是锅炉中最重的部件之一。
   
    锅筒的主要功能是储水,进行汽水分离,在运行中排除锅水中的盐水和泥渣,避免含有高浓度盐分和杂质的锅水随蒸汽进入过热器和汽轮机中。
   
    锅筒内部装置包括汽水分离和蒸汽清洗装置、给水分配管、排污和加药设备等。其中汽水分离装置的作用是将从水冷壁来的饱和蒸汽与水分离开来,并尽量减少蒸汽中携带的细小水滴。中、低压锅炉常用挡板和缝隙挡板作为粗分离元件;中压以上的锅炉除广泛采用多种型式的旋风分离器进行粗分离外,还用百页窗、钢丝网或均汽板等进行进一步分离。锅筒上还装有水位表、安全阀等监测和保护设施。
   
    为了考核性能和改进设计,锅炉常要经过热平衡试验。直接从有效利用能量来计算锅炉热效率的方法叫正平衡,从各种热损失来反算效率的方法叫反平衡。考虑锅炉房的实际效益时,不仅要看锅炉热效率,还要计及锅炉辅机所消耗的能量。
   
    单位质量或单位容积的燃料完全燃烧时,按化学反应计算出的空气需求量称为理论空气量。为了使燃料在炉膛内有更多的机会与氧气接触而燃烧,实际送入炉内的空气量总要大于理论空气量。虽然多送入空气可以减少不完全燃烧热损失,但排烟热损失会增大,还会加剧硫氧化物腐蚀和氮氧化物生成。因此应设法改进燃烧技术,争取以尽量小的过量空气系数使炉膛内燃烧完全。
   
    锅炉烟气中所含粉尘(包括飞灰和炭黑)、硫和氮的氧化物都是污染大气的物质,未经净化时其排放指标可达到环境保护规定指标的几倍到数十倍。控制这些物质排放的措施有燃烧前处理、改进燃烧技术、除尘、脱硫和脱硝等。借助高烟囱只能降低烟囱附近地区大气中污染物的浓度。
   
    烟气除尘所使用的作用力有重力、离心力、惯性力附着力以及声波、静电等。对粗颗粒一般采用重力沉降和惯性力的分离,在较高容量下常采用离心力分离除尘静电除尘器和布袋过滤器具有较高的除尘效率。湿式和文氏—水膜除尘器中水滴水膜能粘附飞灰,除尘效率很高还能吸收气态污染物。
   
    二十世纪50年代以来,人们努力发展灰渣综合利用,化害为利。如用灰渣制造水泥、砖和混凝土骨料等建筑材料。70年代起又从粉煤灰中提取空心微珠,作为耐火保温等材料。
   
    锅炉未来的发展将进一步提高锅炉和电站热效率;降低锅炉和电站的单位功率的设备造价;提高锅炉机组的运行灵活性和自动化水平;发展更多锅炉品种以适应不同的燃料;提高锅炉机组及其辅助设备的运行可*性;减少对环境的污染。
    四、锅炉的分类:
    可以从不同角度出发对锅炉进行分类:
    1、按烟气在锅炉流动的状况分:水管锅炉、锅壳锅炉(火管锅炉)、水火管组合式锅炉
    2、按锅筒放置的方式分:立式锅炉、卧式锅炉
    3、按用途分:生活锅炉、工业锅炉、电站锅炉
    4、按介质分:蒸汽锅炉、热水锅炉、汽水两用锅炉、有机热载体锅炉
    5、按安装方式分:快装锅炉、组装锅炉、散装锅炉
    6、按燃料分:燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、余热锅炉、电加热锅炉、生物质锅炉
    7、按水循环分:自然循环、强制循环、混合循环
    8、按压力分:常压锅炉、低压锅炉、中压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉
    9、按锅炉数量分:单锅筒锅炉、双锅筒锅炉
    10、按燃烧定在锅炉内部或外部分:内燃式锅炉、外燃式锅炉
    11、按工质在蒸发系统的流动方式可分为自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉等。
    12、按制造级别分类:A级、B级、C级、D级、E级(按制造锅炉的压力分)
    五、锅炉的燃烧设备
    锅炉的燃烧方式有三种形式:层燃(火床燃烧)、室燃(悬浮燃烧)、沸腾燃烧。各种燃烧方式有其相应的燃烧设备。固定炉排、链条炉排、往复炉排、振动炉排等属于层燃式,适用于燃烧固体燃料。煤粉锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉等属于室燃式,适用于粉状固体燃料,液体燃料和气体燃料。鼓泡流化床、循环流化床属于沸腾燃烧方式,适用于燃烧颗粒状固体燃料。抛煤机链条炉排,兼有层燃和室燃的燃烧方式,属于混合燃烧方式。
    1、 固定炉排:一种最古老、结构简单的层燃燃烧的设备,分两种单层炉排和双层炉排A单层炉排用铸铁制造,有板状和条状B双层炉排,内有上下两层炉排,上炉排由水冷却管组成的固定炉排,下炉排为普通铸铁的固定炉排。上炉排以上空间为风室,下炉排以下为灰坑,两层炉排之间为燃烧室。
    2、 链条炉排:一种结构比较完善的燃烧设备。由于机械化程度高(加煤、清渣、除灰等均有机械完成),制造工艺成熟,运行稳定可*,人工拨火能使燃料燃烧的更充分,燃烧率也较高,适用于大、中、小型工业锅炉。国产链条炉排按结构可分链带式、横梁式和鳞片式链条炉排。A链带式链条炉排属于轻型结构适用于额定蒸发量小于10t/Hd的蒸汽锅炉或相应容量的燃烧锅炉。B横梁式链条炉排是用刚性很强的横梁作支架,炉排片嵌于支架横梁的槽内,当主动轴上的链轮带动链条转动时横梁及其上的整付炉排随之移动。C鳞式链条炉排适用于额定蒸发量大于10t/Hd的蒸汽锅炉或相应容量的燃烧锅炉。
    3、 往复炉排:一种利用炉排往复运动来实现给煤、除渣、拨火机械化的燃烧设备。往复炉排炉排按布置方式可分倾斜往复炉排和水平往复炉排A倾斜往复炉排为倾斜阶梯型,炉排有相间布置的活动炉排片和固定炉排片组成。B水平往复炉排是有固定炉排片和活动炉排片交错组成,炉排片相互搭接。
    4、 振动炉排:一种由偏心块激振器、横梁、炉排片、拉杆、弹簧板、后密封装置、激振器电机、地脚螺钉、减震橡皮垫、下框架、前密封装置。测梁、固定支点等部件组成。具有结构简单,制造容易,重量轻、金属耗量少、设备投资省、燃烧条件好、炉排面积负荷高、煤种适应能力强优点在工业锅炉应用过。
    5、 抛煤机: 按抛煤方式,抛煤机可分为风力抛煤机,机械抛煤机和机械-风力抛煤机三种。机械抛煤机兼有机械抛煤机和风力抛煤机的功能,它有两个主要部件构成:给煤部件和抛煤部件。
    6、 沸腾燃烧流化床:一种介于固定床和悬浮床之间的气固两相床层。流化床根据不同的流化速度划分为鼓泡床、湍流床和快速床。A鼓泡流化床结构由给煤装置、布风装置、风室、灰渣溢流口、沸腾层、悬浮段等。特点对煤种适应行强、能强化转热,节省钢材,便于灰渣的综合利用,对环境污染较煤粉炉轻,锅炉本体结构简单。B循环流化床是新一代高效,低污染洁净煤燃烧技术。其特点是在于燃料及脱硫剂在流化床状态下经过多次循环,反复的进行低温燃烧和脱硫反应。C循环流化床和鼓泡流化床燃烧过程中最主要的区别在于1、循环流化床沸腾层内流化速度很高一般为3~10m/s最高可达10m/s,鼓泡流化床锅炉的流化速度为1~3m/s。
    7、 煤粉锅炉的燃烧设备:煤先经磨煤设备,然后喷入炉膛内燃烧,整个燃烧过程是在炉膛内呈悬浮状进行,这种锅炉称为煤粉炉。其特点能改善与空气的混合,加快点火盒和燃烧,煤种适用性广,适应于大中型锅炉。煤粉锅炉的燃烧设备有煤粉设备、制粉系统和煤粉燃烧器。
    8、 燃油燃烧器:有喷油嘴和调风器组成;是将燃料油雾化,并于空气强烈混合后送入炉膛,使油气混合物在炉膛内呈悬浮状态的一种燃烧设备。燃油燃烧器是燃油锅炉的关键设备,按使用燃料种类可分轻质油燃烧器和重质油燃烧器,重油黏度大,在重油燃烧器内一般设置预热器。工业燃油锅炉大多配置轻质油燃烧器。
    9、燃气燃烧器:它是燃气锅炉的最主要的燃烧设备。燃气燃烧器有扩散式燃烧器、大气式燃烧器和完全预混式燃烧器。
 

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分 值:100分 85分 70分 55分 40分 25分 10分 0分

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