1、华北电力大学锅炉原理复试资料文档锅炉原理备课笔记2第二章燃料2-1锅炉用燃料1 电厂是消耗燃料的大户，越发达的国家电厂消耗的燃料越多。2 三种状态的燃料：固体、液体、气体。我国煤是主要燃料，占总燃料发热量的90%，其他的燃料很少。石油不到10%，天然气不到10%（石油和天然气之和为10%左右）。而美国的石油和天然气之和高达50%，比我国的条件好。3 我国电站锅炉利用燃料的原则：电站锅炉尽量利用比较差的燃料，把好燃料让给其他的部门，因为电站对燃料的燃烧研究最好。4 我们这个锅炉原理课程介绍的是燃煤锅炉。2-2煤的成分一 元素分析和工业分析元素分析定义：元素分析一般指分析燃料中的碳（C）、氢（H）
2、、氧（O）、氮（N）、硫（S）五种元素。这个方法、这个结果叫元素分析。1为什么要用元素分析：现有的分析方法中不能直接分析煤中有机物的各种化合物，很多物质在分析的过程中分解。所以一般用煤的元素分析表示煤的有机物特性。2为什么不是完全彻底的元素分析？有一些化合物在煤的燃烧前后没有改变，就是他们不参与燃烧。分析他们的元素组成对于锅炉燃烧没用。这里指的就是煤的水分和煤的灰分。3元素分析成分：碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、灰分、水分。4元素分析方法的简单介绍。有这个方面的国家标准，可以查阅。简单说来就是把煤制成煤样（磨成煤粉），在炉子里加热。先失去的是水分。紧接着燃烧煤粉。分析燃烧产
3、物可以知道煤粉的元素分析成分。最后剩下的是灰分。5为什么在定义中只有碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）五种成分。因为这个五种成分和燃烧有关。其余的灰分和水分和燃烧无关（不参与燃烧）。但是灰分和水分是煤里面都有的，也占一定的百分比，因此元素分析成分包括七种成分。工业分析的定义：分析煤粉中的灰分、水分、挥发分和固定碳的分析。1为什么发电厂要用煤的工业分析。元素分析比较复杂，一般发电厂不能做。而煤又要进行快速分析，以指导运行。所以用比较简单的工业分析。2工业分析成分：灰分、水分、挥发分和固定碳。3工业分析简单介绍：和元素分析近似，也借助于燃烧。把煤样加热，先失去水分，然后隔绝空气继续加
4、热，再失去的是挥发分。剩下的是焦碳（固定碳和灰分之和）。把焦碳燃烧，失去的是固定碳，余下的是灰分。4发电厂每天都要对煤进行工业分析，让运行人员掌握煤种的变化情况，有利于锅炉运行。二 煤的成分 常将各个成分用百分比表示。1碳 是煤的各个成分中含量最多的元素，有的高达90%，最少也有50%。是煤的发热量的主要来源。其中一部分与其他元素化合，其余是单质状态，称为固定碳。固定碳多了不容易着火。所以含碳多的煤不好着火。2氢 大部分含量在36%的范围内。一部分和氧结合成水；另一部分在有机物中，我们在元素分析中的氢就是这一部分。在加热的时候形成氢气或各种碳氢化合物，容易着火和燃烧。氢的发热量很高。3氧 一部
5、分和氢化合成水，不能燃烧；另一部分和碳化合成碳氢化合物，可以燃烧。含量差距很大，最高达40%。随着煤化程度的提高，含量降低。4氮 煤中的氮的含量不多，只有0.52.0%。在燃烧的时候有很少一部分与氧化合成氧化氮（）。5硫 煤中的硫有三种形态存在：有机硫、黄铁矿硫（FeS2）和硫酸盐硫（CaSO4、MgSO4、FeSO4等）。一般来说，硫酸盐是灰分，不参与燃烧。6水分 把煤样在102105条件下干燥带恒重，失去的就是水分。一般地质年代增加，水分减少。还和运输、贮藏的方法有关。两个概念：内在水分（固有水分、分析水分）和外在水分（外部水分）。长期放在阴凉的地方，使水分的逸出和水分的吸收平衡时的水分叫
6、内在水分。用自然干燥法失去的水分为外在水分。两部分之和叫全水分。7灰分 把煤样加热到80025，灼烧二小时，余下的就是灰分。最少为10%，最多可以达到50%以上。灰分由多种元素组成，和开采方法、运输、贮存方法有关。三 煤中某些成分对锅炉工作的影响1硫分 与氧气作用有一部分形成SO3，进而形成硫酸，腐蚀尾部受热面；在炉膛里形成H2S对水冷壁产生高温腐蚀；形成的SO2对环境造成危害；硫化铁很硬，造成严重的磨损。2灰分 挡住氧气和可燃成分接触，影响着火；造成结渣、积灰、磨损；污染大气环境。3水分 影响煤粉着火（使着火困难）；降低炉膛温度，增大未完全燃烧损失；排入大气，增加排烟损失；增加烟气体积，使吸
7、风机电耗增加；增加烟气的水蒸气分额，增加烟气的腐蚀；原煤水分多，制粉系统工作困难；磨煤机出力下降；原煤仓容易堵塞、给煤机粘结等。4挥发分 定义：在隔绝空气的条件下加热85020，使得煤粉中的有机物分解而析出，称为挥发分。主要成分：各种碳氢化合物、氢、一氧化碳、硫化氢等可燃气体；少量的氧气、二氧化碳、氮气等不可燃气体。释放挥发分的温度：煤化程度比较低的煤，1350炉内结渣的可能性不大，为了避免结渣炉膛出口烟气温度要留出50100的余量。4灰分的烧结性指灰分在高温对流受热面生成高温烧结性积灰的能力。烧结性和熔化性没有直接的关系，但是和灰分的成分有关。碱性物质含量多，烧结性越强。2-4煤的分类一煤的
8、分类方法 可以按照很多指标进行分类，分完大类再细分。1 通常把煤分成三个阶段：褐煤、烟煤和无烟煤。2 在无烟煤中根据挥发分的多少，分为1号（6.510%）、2号(3.56.5%)和3号(3.5%)。3 在烟煤中根据挥发分和粘结指数分类。分为贫煤、瘦煤、焦煤、亚焦煤、弱焦煤、不粘煤、肥煤、肥气煤、气煤和长焰煤。具体见P15。4 褐煤用目视透光率来表征年轻煤的煤化程度的比较好的指标。二几种主要动力煤的特点1 无烟煤有光泽、机械强度高、焦结性差、含碳高、发热量高、难点燃、燃尽困难。2 贫煤是变质程度最高的烟煤、介于无烟煤和烟煤之间、挥发分少、燃烧接近无烟煤。3 烟煤挥发分多、水分和灰分少、发热量高容
9、易着火和燃尽。4 褐煤外表呈褐色，似木质、挥发分高、好着火、发热量低。*5 在两种煤的分界处，有的烟煤的挥发分比有的贫煤低，但是是烟煤。同时有的贫煤挥发分比有的烟煤高，但是是贫煤。这是因为这个贫煤的着火性质（着火和燃尽）是贫煤的，这个烟煤的着火性质（着火和燃尽）是烟煤的。2-5和2-6同学们自己看。锅炉原理备课笔记3第三章燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡3-1燃烧所需空气量和过量空气系数1理论空气量定义：1kg受到基燃料完全燃烧而又没有剩余氧存在，此时所需的空气量称为理论空气量。2标准状态0、一个物理大气压。在标准状态下，1kmol气体的容积为22.41Nm3。31kg固体或液体燃料完全燃烧所需的
10、理论空气量为： （3-1）4过量空气系数的定义：实际供给的空气量与理论空气量的比值。5最佳过量空气系数的定义：不完全燃烧热损失最小，燃烧效率最高的过量空气系数。6漏风系数的定义：漏入的空气量与理论空气量的比值。排烟的过量空气系数等于炉膛出口的过量空气系数加上烟道漏风系数之和。7漏风的害处，炉膛漏风使得炉膛温度降低，增加机械未完全燃烧损失、增加烟气流量；烟道漏风，影响受热面的传热、排烟温度升高（具体要看什么地方漏风：离炉膛出口近的地方漏风往往使得排烟温度升高；远离炉膛出口的地方漏风使得排烟温度降低）；排烟温度升高和排烟体积增大都增加排烟损失，增加风机电耗。3-2燃烧产物（烟气量）的计算一 理论烟
11、气容积1理论烟气容积的定义：如果燃烧时供给的是理论空气量（即），而且又达到完全燃烧，这时烟气所具有的容积称为理论烟气容积。2理论烟气容积的成分：二氧化碳CO2、二氧化硫SO2、氮气N2、水蒸气H2O。（1）二氧化碳CO2容积： （3-5）（2）二氧化硫SO2容积： (3-6) (3-7)(3)理论氮气容积： （3-8）（4）理论水蒸气容积： （3-10）（5）理论烟气容积： （3-11）（6）理论干烟气容积：二 实际烟气容积 实际烟气容积比理论烟气容积多过量空气中的氧气、氮气和水蒸气。公式除了下面的公式以外还有公式，见P23。1过量空气中氧气的容积： （3-14）2过量空气中氮气的容积： （3
12、-15）3过量空气中的水蒸气容积： （3-16）4实际烟气容积： （3-17）5还有按照重量计算的实际烟气容积的公式；二氧化碳、二氧化硫、水蒸气份额以及灰粒浓度的公式，在P24。进行锅炉热力计算的时候需要。3-3烟气分析（不完全燃烧情况的公式或者说实际的公式）1 奥氏分析仪用的是吸收的方法，见P25。2 干烟气容积的公式，见（3-33）。3-4不完全燃烧方程式（烟气中一氧化碳含量计算） 1不完全燃烧的时候烟气中的成分：二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳、氧气、氮气和水蒸气（只考虑一氧化碳）。2不完全燃烧方程式： （3-40）3是燃料特性系数，见上式。4完全燃烧方程式： （3-43）5由于烟气中或多或
13、少含有氧气和一氧化碳，所以三原子气体的含量不可能达到它的最大值。3-5锅炉运行状态下过量空气系数的确定1过量空气系数的计算公式： （3-51）2由于后一个公式涉及到燃料成分，因而准确性比较差。3 现在应用的氧化锆氧量表（不错的）准确性不是很好。要精确（1）购买进口仪表，价格是国产仪表的510倍。（2）每半年要校正一次，价格几千元。3-6空气和燃烧产物的焓的计算1理论空气和烟气的焓的定义：每公斤固体或液体燃料燃烧所需理论空气量和生成的烟气量在等压（通常为大气压力）下从0加热到所需的热量。2理论空气和烟气的焓不是1kg物质的焓，而是1kg燃料燃烧所需要的那么多理论空气量和生成的那么多烟气量的焓。3
14、 从定义来看，计算理论空气和烟气的焓的时候是等压过程。4计算空气和燃烧产物的焓的公式： （3-52）5。随着温度的升高，气体的定压比热是增大的。因此要通过查表来查出气体的定压比热，然后代入计算公式。6。在燃料含灰量很少的情况下，可以忽略飞灰的热焓。锅炉原理备课笔记3-23-7锅炉机组的热平衡计算1 锅炉机组的热平衡是输入锅炉机组的热量与锅炉机组输出热量之间的平衡。2 锅炉机组的输入热量主要是燃料燃烧放出的热量。锅炉机组输出的热量是锅炉有效利用热量和锅炉机组的各项热损失。3 热平衡式： （3-57）4 用百分比来表示的热平衡式： （3-58）5 锅炉效率： （3-59）一输入热量1输入热量包括几
15、部分：燃料的低位发热量、燃料的物理显热、外来热量加热空气的热量、蒸汽雾化燃料油的热量。2输入热量的计算公式： (3-60)3.为什么要用低位发热量，因为排烟温度一般不低于110120，烟气中的水蒸气不会凝结，所以用低位发热量。4燃料的物理显热的计算公式： （3-61）5上式中比热另有计算公式。对于燃煤锅炉只有燃料水分很大的时候才计算。6 雾化燃料油热量的公式，只有锅炉低负荷运行，必须要煤油混烧的情况才计算。7 用外来蒸汽加热空气指的是在使用暖风器等前置式空气预热器的锅炉机组。二机械未完全燃烧热损失1机械未完全燃烧热损失指的是未燃尽的颗粒被烟气带出炉膛和排入冷灰斗而不能被燃烧利用。2灰平衡：进入
16、炉膛燃料中的总灰量应当等于飞灰和灰渣中的灰量之和。3灰平衡式： （3-68）4解释公式中各个参数的意义。5一般飞灰系数在90%左右；其余是灰渣系数。6飞灰含碳量和灰渣含碳量指的是简单的重量比。同样还有漏煤系数和烟道灰系数。但是主要的是飞灰系数和灰渣系数两个。7 飞灰含碳、灰渣含碳和烟道灰含碳应当是纯碳；漏煤应当是原煤。8 机械未完全燃烧热损失的计算公式：这个公式是比较复杂的，其中主要是括号中的前两项，煤粉锅炉没有漏煤，烟道灰分很少。9机械未完全燃烧热损失是锅炉的主要损失之一，除了排烟热损失以外，就是机械未完全燃烧热损失数量大了。对于煤粉炉通常为0.55%；对于链条炉为715%；对于燃用气体与液
17、体燃料的锅炉为0。10影响因素：主要是燃煤性质，挥发分的多少、灰分多少、煤粉粒度。还有运行因素，例如热风温度、过量空气系数。至于设备因素主要是燃烧器、配风工况、炉膛结构等等。三化学未完全燃烧热损失1 造成化学未完全燃烧热损失的成分依次是：一氧化碳、氢气、甲烷。一般在燃用固体燃料的时候只有一氧化碳。2 可以在烟气分析的基础上计算化学未完全燃烧热损失的数值。3 计算化学未完全燃烧热损失的公式： （3-77）4 化学未完全燃烧热损失的数值一般不超过0.5%；层燃炉可以达到13%。5 影响因素和机械未完全燃烧热损失相同。四排烟热损失1 排烟热损失的计算公式： （3-79）2 排烟热损失是锅炉热损失中最
18、大的一个，一般为512%。排烟温度变化15，排烟热损失变化1%。3 排烟热损失的影响因素：排烟温度和排烟体积。4 最佳过量空气系数的定义：使q2+q3+q4之和最小的过量空气虚数。五散热热损失Q51 定义：通过锅炉表面向周围散失热量叫散热损失。2 散热曲线 以前我们用苏联曲线；现在用西安热工院曲线，其拟和方程如下：这个是锅炉额定容量时的拟和方程。这个公式的准确性很好，没有什么误差。3运行工况下的散热热损失公式： （3-81）4保热系数的定义：表示锅炉各个部分中烟气放出的热量有多少被受热面吸收。5保热系数的实质和计算公式： （3-83）六其他热损失1 其他热损失是指灰渣带走（从炉膛排渣口排出时）
19、的物理热损失和冷却热损失。2 其他热损失的计算公式见P40的（3-84）。冷却热损失公式（3-85）。七锅炉机组热效率和燃料消耗量1锅炉机组的有效利用热： （3-87）2锅炉机组热效率公式见（3-88）。3 锅炉机组的燃料消耗量见（3-89）。4 计算燃料消耗量：考虑了q4的修正。 （3-90）3-8锅炉机组热平衡试验1 正平衡方法 定义见P42；直接求锅炉机组的有效利用热。2 反平衡方法 定义见P42；求各项热损失，再求锅炉机组效率。 3 平衡方法的好处（1）准确，因为工质流量的测量不太准确；（2）可以求出各项热损失，有利于改进锅炉。（3）正平衡要求锅炉机组在比较长的时间内参数不变太难了。锅
20、炉原理备课笔记4第四章煤粉制备4-1煤粉的性质一 煤粉细度1煤粉的细度公式： （4-1）2煤粉细度用两个筛子测量，和，通常无烟煤和烟煤用的90号筛子；褐煤用的200号筛子。要求的煤粉细度对于无烟煤和烟煤为。3煤粉细度高机械未完全燃烧热损失小，但是制粉系统要多消耗电能。4煤粉经济细度指磨煤电耗和机械未完全燃烧热损失之和最小的煤粉细度。二 煤粉的颗粒组成特性1 Rosin-Rammler方程：。2 两个系数：b是细度系数，取决于对细度要求； n是均匀性指数，取决于制粉设备，钢球磨煤机的均匀性指数；中速磨煤机的均匀性指数最大。3 均匀性指数对燃烧的影响，均匀性指数越大，煤粉颗粒越均匀，就是颗粒特别大
21、的煤粉颗粒越少，因此机械未完全燃烧热损失越少，提高了燃烧的经济性。4 判断均匀性指数的大小，要看在两次筛分之间煤粉被研磨的次数，研磨的次数越少，均匀性指数越大。因而中速磨煤机磨出的煤粉均匀性最大。三 煤粉的水分1煤粉的水分达到多少才算是合格的煤粉？对于烟煤和褐煤（风扇磨磨制）的煤粉达到：。对于无烟煤和贫煤的煤粉要达到。2水分影响什么？水分影响制粉系统的工作（降低水分、在煤粉仓里的贮存），影响着火，因而也影响燃尽。四 煤粉的爆炸性1影响煤粉的爆炸性的因素：煤粉的挥发分、煤粉细度、气粉混合物的温度、在气粉混合物中煤粉的浓度、氧气的浓度。2可以控制的因素：只有一个气粉混合物的温度。其他都是不能选择和
22、改变的。3制粉系统爆炸的危害：当制粉系统满足爆炸的条件，又有明火点燃的时候，会产生强烈的爆炸，有的把防爆门打破、细粉分离器炸掉。4-2煤的可磨性系数1可磨性系数的定义：将质量相等的标准燃料和试验燃料由相同的初始粒度磨成细度相同的煤粉的时候，消耗的能量的比值。2标准燃料是一种很难磨制的燃料。3可磨性系数的测定方法（1） 苏联的全苏热工所（）方法用的是瓷制的球磨机。公式为（4-16）。（2） 欧美国家的方法（哈德格罗夫方法）用的是微型中速磨煤机。4两个方法的换算关系的公式是（4-18）式。5用测量方法磨制的煤粉因为没有筛分，所以其中有很多过细的煤粉。4-3磨煤机 可以分三种磨煤机：低速磨、中速磨和
23、高速磨。一 筒式钢球磨煤机1 筒式钢球磨煤机的结构。2 影响筒式钢球磨煤机工作的主要因素有：球磨机的转速（临界转速、工作转速）、护甲、钢球充满系数、通风及公式、钢球的直径及配比。3 球磨机的出力和消耗功率的计算 （1）出力见（4-24）；（2）消耗功率见（4-30）；（3）单位电耗见（4-31）式。二 中速磨煤机 有很多种中速磨煤机，下面只讲常用的中速磨煤机。1中速磨煤机的工作原理：原煤从中心的顶部进入磨煤机，落在磨盘的中间部位，在磨盘旋转的作用下，甩向四周。原煤在经过磨环的时候被破碎。煤粉被甩到风环处。在热风的作用下，煤粉被烘干，并被带到煤粉分离器分离。合格的煤粉流出磨煤机，进入炉膛燃烧；被
24、分离出来的不合格的大颗粒煤粉返回磨煤机继续研磨。2中速磨煤机的分类：平盘磨煤机、E型（大钢球）磨煤机、碗式磨煤机、MPS磨煤机。还有很多新式的磨煤机，见各个新的锅炉教材。3中速磨煤机煤粉的均匀程度比较好。因为原煤在研磨一次以后就被分离一次，因而刚刚合格的煤粉就被分离出来，所以煤粉均匀。4中速磨煤机的密封风，（1）进入到旋转的部件之间，防止煤粉进入，损坏机器部件。（2）密封壳体，防止煤粉污染环境。（3）进入磨煤机上面的给煤机，给煤机里有部分的比较碎的原煤，长期停留在给煤机中，如果和热风接触会产生自燃。用冷的密封风压制热风进入给煤机就可以防止煤粉自燃。三 风扇磨煤机1风扇磨煤机的结构就象风机差不多
25、。有一个叶轮，上面安装很厚的叶片（冲击板）。外面有一个厚实坚固的蜗壳。2风扇磨煤机的工作原理：热在叶轮的旋转作用下，风和原煤从叶轮的中心进入磨煤机。原煤在通过冲击板的时候被击碎成为煤粉。与此同时煤粉被干燥成为干燥的煤粉。在流出叶轮往上升的时候经过煤粉分离器被分离，合格的煤粉送出磨煤机，不合格的大颗粒煤粉落回叶轮，再一次被研磨。3风扇磨煤机的优点：研磨、干燥、输送同时进行，结构简单、节约投资、运行简单。适于磨制褐煤和烟煤。4-4制粉系统 制粉系统分为直吹式和中间贮仓式两种。一 制粉系统制粉系统见图4-9。1 直吹式制粉系统的定义：磨煤机磨制的煤粉全部直接送入炉膛内燃烧的系统。2 直吹式制粉系统配
26、中速或高速磨煤机，因为这些磨煤机的电耗随负荷的升高而升高，因而低负荷的时候是省电的。而低速的筒式钢球磨煤机的电耗对于各种负荷几乎不变。3 直吹式制粉系统可以分为负压系统和正压系统。所谓负压系统和正压系统是指磨煤机的压力是负压还是正压。排粉机在磨煤机后面，磨煤机是负压是负压系统。一次风机在磨煤机前面，磨煤机正压是正压系统。4 图4-9是比较旧的系统，因为这本书比较旧。现在的系统大多分为一次风机和送风机（二次风机），空气预热器为三分仓的。两台风机全按装在空气预热器之前，两股风同时进入空气预热器，出来后分别到制粉系统和燃烧器的大风箱。5 负压制粉系统有严重的缺点，排粉机磨损严重，但是对周围环境的损坏
27、不大。正压制粉系统没有风机的磨损问题，但是如果磨煤机密封不好煤粉外泄，影响周围环境。6 对于燃用多水分褐煤的锅炉，采用热风和高、低温炉烟混合物作为干燥剂。有一定的优点。（1）降低制粉系统中氧气的含量，避免制粉系统的爆炸；（2）降低炉膛的温度水平，减少结渣；（3）原煤水分较大时，能满足对煤粉水分的要求。二 中间储仓式制粉系统1中间储仓式制粉系统的定义：磨制的煤粉先经过细粉分离器落下来到煤粉仓中，等燃烧需要的时候再送入一次风中，到炉膛燃烧的系统。2中间储仓式制粉系统可以分为热风送粉和干燥剂（乏气）送粉两种。热风送粉是把煤粉送到作为一次风的热风中，然后再送入炉膛燃烧。乏气送粉是把煤粉落到作为一次风的乏气中间，再送入炉膛燃烧。所谓的乏气指干燥过煤粉的风，也就是再也没有干燥能力的，“乏”了的干燥剂。3乏气送粉的中间储仓式制粉系统在磨煤机不工作的时候应当可以切换成热风送粉的中间储仓式制粉系统。4制粉系统的再循环是从排粉机的出口到磨煤机入口的一个管子，用来协调
