1、筑龍網 HYPERLINK 筑龍網水暖電資料全部免費下載了！鍋爐基礎知識鍋爐的用途及工作原理鍋爐是國民經濟中重要的熱能供應設備。電力、機械、冶金、化工、紡織、造紙、食品等行業,以及工業和民用采暖都需要鍋爐供給大量的熱能。鍋爐是利用燃料燃燒釋放出的熱能或其他能量將工質(中間載熱體)加熱到一定參數的設備。應用于加熱水使之轉變為蒸汽的鍋爐稱為蒸汽鍋爐,也稱為蒸汽發生器;應用于加熱水使之提高溫度轉變為熱水的鍋爐,稱為熱水鍋爐而應用于加熱有機熱載體的鍋爐稱為有機熱載體鍋爐。從能源利用的角度看,鍋爐是一種能源轉換設備。在鍋爐中,一次能源(燃料)的化學貯藏能通過燃燒過程轉化為燃燒產物(煙氣和灰渣)所載有的熱

2、能,然后又通過傳熱過程將熱量傳遞給中間載熱體(例如水和蒸汽),依靠它將熱量輸送到用熱設備中去。這種傳輸熱量的中間載熱體屬于二次能源,因為它的用途就是向用能設備提供能量。當中間載熱體用于在熱機中進行熱一功轉換時,就叫做“工質“。如果中間載熱體只是向熱設備傳輸、提供熱量以進行熱利用,則通常被稱為“熱媒“。鍋爐按其用途可以分為電站鍋爐、工業鍋爐、船舶鍋爐和機車鍋爐等四類。前兩類又稱為固定式鍋爐,因為是安裝在固定基礎上而不可移動的。后兩類則稱為移動式鍋爐。本書介紹的是固定式工業鍋爐。在鍋爐中進行著三個主要過程:(1)燃料在爐內燃燒,其化學貯藏能以熱能的形式釋放出來,使火焰和燃燒產物(煙氣和灰渣)具有高

3、溫。(2)高溫火焰和煙氣通過“受熱面“向工質(熱媒)傳遞熱量。(3)工質(熱媒)被加熱,其溫度升高或者汽化為飽和蒸汽,或再進一步被加熱成為過熱蒸汽。以上三個過程是互相關聯并且同時進行的,實現著能量的轉換和傳遞。伴隨著能量的轉換和轉移還進行著物質的流動和變化:(1)工質,例如給水(或回水進入鍋爐,最后以蒸汽(或熱水)的形式供出。(2)燃料,例如煤進入爐內燃燒,其可燃部分燃燒后連同原含水分轉化為煙氣,其原含灰分則殘存為灰渣。(3)空氣送入爐內,其中氧氣參加燃燒反應,過剩的空氣和反應剩余的惰性氣體混在煙氣中排出。水一汽系統、煤一灰系統和風二煙系統是鍋爐的三大主要系統,這三個系統的工作是同時進行的。通

4、常將燃料和煙氣這一側所進行的過程(包括燃燒、放熱、排渣、氣體流動等)總稱為“爐內過程“;把水、汽這-1側所進行的過程(水和蒸汽流動、吸熱、汽化、汽水分離、熱化學過程等)總稱為“鍋內過程“。鍋爐的主要參數,包括鍋爐產生熱能的數量和質量兩個方面的指標。如蒸汽鍋爐的主要參數是生產蒸汽的數量和蒸汽的壓力、溫度,熱水鍋爐的主要參數是熱水的流量和熱水的壓力、溫度。一、鍋爐出力蒸汽鍋爐的出力是指每小時所產生的蒸汽數量,也稱為鍋爐的蒸發量,用以表示其產汽的能力。蒸發量又稱為容量,用符號D來表示,常用的單位是“t/h“。新鍋爐出廠時,銘牌上所標示的蒸發量,指的是這臺鍋爐的額定蒸發量。所謂額定蒸發量,是指鍋爐燃用

5、設計的燃料品種,并在設計參數下運行,即在規定的壓力、溫度和一定的熱效率下,長期連續運行時每小時所產生的蒸汽量。熱水鍋爐的出力是指鍋爐在確保安全的前提下長期連續運行,每小時輸出熱水的有效供熱量,稱為鍋爐的額定供熱量。熱水鍋爐的額定供熱量用熱功率表示,其單位為“MW“。二、鍋爐壓力壓力是指垂直作用在單位面積上的力,通常叫壓力(實際上是壓強)。用符號p表示,單位是“MPa“。鍋爐的壓力是根據所用金屬材料在一定溫度條件下的強度,受壓元件的幾何形狀以及受壓特點等條件,按照國家頒布的有關強度計算標準,對各個受壓元件分別進行壁厚計算,然后從中選出一個所能承受的壓力最低值,作為這臺鍋爐的最高允許使用壓力。蒸汽

6、鍋爐內為什么會有壓力呢?這是因為鍋爐內的水吸收熱量后,由液體狀態變成氣體狀態,體積膨脹。由于鍋筒是密閉容器,蒸汽不能自由膨脹,而被迫壓縮在鍋筒內,因此對筒壁就產生壓力。熱水鍋爐壓力主要由熱水本身的壓力造成的。熱水鍋爐的水是由給水泵送入鍋爐的,給水泵的出口壓力減去管道阻力就是鍋爐的給水壓力。大氣壓力是指空氣作用在地球表面上的質量力。由于1m3空氣在0。C時的質量為1.29kg,所以地球上部的大氣層對地球表面有一定的壓力,這個壓力叫大氣壓力。0。C時在北緯22.5。的海平面上(即海拔零米處)大氣壓力是0.1013MPa,工程上常用工程大氣壓,它是每kg質量的物質作用在1cd面積上的力,數值是0.0

7、981MPd工程上常把二者簡化為同一數值,約為0.1MPa)。另外,隨著使用的場合不同,度量壓力的單位還有水銀柱高度(mmHU、水柱高度(mH20)等,其換算關系如下:0.0981MPa=0.9678物理大氣壓=735.6mmHg=1OmH20=1kgf/cm2表壓力是指以大氣壓力作為測量起點,即壓力表指示的壓力。表壓力不是實際壓力,因為當壓力表指針為零時,實際上已受到周圍一個大氣壓力的作用力,所以壓力表指的數值,是指超過大氣壓力的部分。絕對壓力是指以壓力為零作為測量起點的,即實際壓力。其數值就是表壓力加0.1013MPa(大氣壓力)。表壓力與絕對壓力的關系:p絕=p表+(0.1013MPa)

8、p表=p絕-(0.1013MPa)負壓是指低于大氣壓力(俗稱真空)。通常負壓燃燒的鍋爐正常燃燒時,打開爐門會感覺到周圍空氣吸向爐膛,這是爐膛內負壓的緣故。一般爐膛出口保持負壓23mm水柱。三、溫度溫度是指物體冷熱的程度(通常用符號t表示)。測量溫度常用的單位是攝氏度,用。C表示。在鍋爐設計計算中,常用絕對溫度單位,用K表示。絕對溫度的零度為零下273攝氏度(。C)。如果以T表示絕對溫度的值,以t表示攝氏溫度的值,其轉換公式為:T=t+273K溫度通常用攝氏溫度(用符號。C表示)和華氏溫度(用符號下表示)。目前我國常用的是攝氏溫度。(1)攝氏溫度:以水在一個大氣壓下開始沸騰時的溫度(即沸點)為1

9、00。c,水開始結冰時的溫度(即冰點)為0。c,中間分成100格,每格為1攝氏度。(2)華氏溫度:以水的沸點為212。F,冰點為32。F,中間分成180格,每格為1華氏度。兩種溫度的換算關系如下:toC=(5/9)(oF-32)蒸汽鍋爐的額定蒸汽溫度是指鍋爐輸出蒸汽的最高工作溫度。一般鍋爐銘牌上載明的蒸汽溫度是以攝氏溫度表示的。對于小型鍋爐,使用的蒸汽絕大多數是從鍋筒上部的主汽閥直接引出的,其蒸汽溫度是指該鍋爐工作壓力下的飽和蒸汽溫度。對于有過熱器的鍋爐,其蒸汽溫度是指過熱器后主汽閥出口處的過熱蒸汽溫度。熱水鍋爐的額定熱水溫度是指鍋爐輸出、熱水的最高工作溫度。鍋爐銘牌上載明的熱水溫度也是以攝氏

10、溫度表示的。鍋爐規格及型號表示法在我國鍋爐制造業中,將工質出口壓力在中壓(3.9MPa)以上的鍋爐劃歸電站鍋爐行業生產,其產品主要用于發電,但也可用于大型鍋爐房內提供生產(工藝和動力)用熱。工質出口壓力為低壓(不超過2.5MPa)的鍋爐劃歸工業鍋爐行業生產,其產品主要用于為生產和生活(主要是采暖)提供蒸汽和熱水,但也有用于小型發電設備的。此外,往往還從各種不同角度對鍋爐進行分類和命名,使其名稱能反映出其某個方面的特征,例如:按工質及其輸出狀態分為蒸汽鍋爐、熱水鍋爐等;按能源分為燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐、電加熱鍋爐等;按燃燒方式和燃燒設備分為火床燃燒鍋爐(層狀燃燒鍋爐、爐排鍋爐)、火室燃燒鍋

11、爐(懸浮燃燒鍋爐、煤粉鍋爐)、沸騰燃燒鍋爐(流化床燃燒鍋爐)等;按工質在鍋爐內部流動方式分為自然循環鍋爐、強制循環鍋爐、直流鍋爐等;按通風方式分為自然通風鍋爐、機械通風鍋爐等;按鍋爐爐型結構分為鍋殼(火管)鍋爐、水管鍋爐等;按運輸安裝方法分為快裝鍋爐、整裝鍋爐、散裝鍋爐等。一、工業鍋爐規格系列1.蒸汽鍋爐工業蒸汽鍋爐的規格系列由國家標準GB1921規定,見表1-1.給水溫度分20。C、60。C、105。C三擋,由制造廠在設計時結合具體情況選取其中之一。在額定出力和額定出口蒸汽壓力下,鍋爐出口過熱蒸汽溫度的允許偏差為:對于350。C20。C對于400。C+10。C-20。C熱水鍋爐在按蒸發量估算

12、供熱量時,可以近似地取熱功率為70OKW相當于1t/h蒸發量。2.熱水鍋爐熱水鍋爐的規格系列由國家標準GB3166規定,二、工業鍋爐型號表示方法工業鍋爐產品型號的表示方法采用原機械工業部標準JB1626。水蒸氣和其他工質性質及水循環水的分布很廣,易于獲得,價格便宜無毒無嗅,水蒸氣又有較好的熱力性質,因而它是熱力過程中應用得最早和最廣泛的工質。另外,有機熱載體(俗稱“導熱油“)也被用作鍋爐的工質。一、水的性質水是無色、元昧、透明和元嗅的液體。純水是由氫和氧兩種元素化合而成的。其分子式是H20。其性質如下:(1水有三態。隨著溫度的不同,水會呈現液態(水)、氣態(水蒸氣)和固態(冰)三種形態。它們之

13、間能夠互相轉化。鍋爐中的水是通過加熱沸騰蒸發而成蒸汽的。(2)水在一個大氣壓下,溫度為4。C時體積最小,密度最大;超過或低于4。C時,密度減小,其體積均要膨脹。所以在冬季停用的鍋爐和管道內不要存水,以防止結冰后體積膨脹,凍壞設備。(3)水的壓縮性很小,受到壓力時以相等大小的壓力向各個方向均勻傳遞。對鍋爐及其他受壓容器作水壓試驗,就是利用這個原理,以檢查各個部分的強度和嚴密性。(4)水的內部向任何方向都有壓力,在同一高度,對各個方向的壓力都相等,高度增加,壓力也增加。(5)水在連通器(幾個容器底部互相連通的容器)內,當水面上的壓力相等時,各處的水面始終保持在同一平面上。鍋爐上的水位表就是根據這個

14、原理裝置的,即水位表內的水面與鍋筒(或汽包)中的水面是一致的。通過觀察水位表,就能知道鍋爐里水位的高低。(6)水的比熱容為4.19kJ/(kg。C),較其他液體大。即一定質量的水當溫度升高時吸收的熱量,比其他液體在相同情況下所吸收的熱量多。加上來源方便,所以經常利用水作為冷卻或吸熱的介質。二、飽和狀態在水的汽化和水蒸氣的凝結過程中,當單位時間內逸出液面與回到液面的分子數目相等而汽液兩相平衡共存時,這種狀態稱為飽和狀態,飽和狀態下的蒸汽及水的壓力和溫度稱為飽和壓力和飽和溫度,對于一定的飽和壓力有著一定的飽和溫度。處于飽和狀態下的水和蒸汽,分別稱為飽和水及飽和蒸汽。飽和水與飽和蒸汽的混合物稱為汽水

15、混合物。若汽水混合物中以蒸汽為主而水占的比例較小時,則稱為濕飽和蒸汽。不含水的純飽和蒸汽稱為干飽和蒸汽。在汽水混合物中蒸汽所占的質量份額叫做“干度“,用符號x表示。干飽和蒸汽的干度為1,飽和水的干度為0,濕飽和蒸汽的干度在0與1之間。當蒸汽的溫度高于與其壓力相對應的飽和溫度時,稱為過熱蒸汽。過熱蒸汽溫度與飽和溫度之差稱為蒸汽的“過熱度“。當水的溫度低于與其壓力相對應的飽和溫度時,這種水稱為欠熱水。飽和溫度與欠熱水溫度之差稱為水的“欠熱度“。三、水的定壓加熱與汽化水在鍋爐中被加熱而汽化的過程可以近似地視為在定壓下進行,因為水、汽通過鍋爐所發生的壓力降低與其絕對壓力相比是很小的。定壓下水的加熱和汽

16、化分為三個階段:(1)水的預熱:將欠熱水加熱,使之達到飽和溫度成為飽和水。1kg欠熱水變為飽和水所需吸收的熱量稱為其“欠熱“。(2)水的汽化:繼續加熱飽和水,就開始產生蒸汽,成為汽水混合物(濕飽和蒸汽)。汽化是在飽和壓力和飽和溫度下進行的,定壓進行同時也是定溫進行。隨著汽化的進行,汽水混合物的干度越來越大,最終變為干飽和蒸汽而結束汽化階段。1kg飽和水變成干飽和蒸汽所需吸收的熱量稱為水的“比汽化潛熱“(通常略去“比“字,簡稱汽化潛熱),用符號Y表示,單位為kJ/kg。(3)蒸汽的過熱:繼續加熱干飽和蒸汽,可使其溫度升高,成為過熱蒸汽。1kg干飽和蒸汽加熱到某個過熱溫度所需吸收的熱量稱為過熱熱量

17、。四、水的臨界參數水的飽和壓力與飽和溫度是單值函數關系占壓力增高,與之相對應的飽和溫度也升高,不同飽和壓力下的比汽化潛熱也是不同的。隨著壓力的增高,比汽化潛熱逐漸減少。當壓力達到22.12MPa稱為臨界壓力的值時,比汽化潛熱為零,水的汽化階段縮為一點。此時的溫度374.15OC則稱為臨界溫度。在臨界壓力以上,水和汽的差別消失。五、水和水蒸氣的熱力性質表見表1-6。飽和水和干飽和蒸汽的熱力性質六、有機熱載體有機熱載體是熱載體的一大類。熱載體是一種用來傳遞熱量的中間媒體。有機熱載體是一種有機化合物,通常呈油狀液體,因用作傳熱介質,故也稱導熱油,也叫熱媒油。GB4016石油產品名詞術語標準稱為熱載體

18、油。GB/T7631.12潤滑劑和有關產品(L類)的分類第12部分Q組(熱傳導,液)標準等效采用了IS06743-12潤滑劑、工業潤滑油和有關產品導熱油根據其生產方法分為礦物油型導熱油和合成油型導熱油兩大類。1.礦物油型導熱油礦物油型導熱油是以石油高溫裂解過程或催化過程生產的餾分油產品作為基礎油,經過深度加工,加入清凈分散劑和抗氧劑等添加劑精制而成。礦物油型導熱油原料來源比較豐富,價格便宜,制造工藝簡單,元毒無味,常溫下不易氧化,使用溫度可達液相340。C。20世紀50年代以前沒有專用的礦物油型導熱油,大都采用機械油、汽缸油、汽輪機油,使用溫度低,工作壽命短。50年代以來,美國、日本等國才研制

19、出莫比爾603、埃索500、丸善200等牌號的礦物油型導熱油。我國于70年代末才開始研制這類產品。目前各地生產的各種牌號礦物油型導熱油可分成為芳香短類、長碳鏈飽和燒娃類、混合經類三大類化學結構的產品,這些產品應用很廣泛。2.合成油型導熱油合成油型導熱油是以化工和石油化工產品為原料,基體油為一種以上,經有機合成工藝制得。這類產品加工復雜,成本較高,使用溫度較高,熱穩定性也較好。合成油型導熱油于1932年由美國道氏化學公司首創,商品名稱為道生A。道生A導熱油可在2580C以下液相使用,258400。C時氣相使用,熱穩定性較好。但該油有毒,氣味難聞,凝點偏高。50年代以后,美國、日本、法國、德國等國

20、相繼推出各種導熱油產品,如:皖基苯、燒基聯苯、二葦基甲苯、氫化三聯苯、二甲基聯苯隧籌合成油型導熱油產品。我國于60年代開始研制仿道生油產品,但至今產品種類仍不多。合成油型導熱油的化學結構中含有苯或環炕短結構。導熱泊是一種有機熱載體,多呈淡黃色或褐色油狀液體,大部分是無毒無昧的,少數具有一定程度的毒性和刺鼻臭味。導熱油具有較高的沸點,可以在很低的飽和壓力下被加熱到較高的工作溫度,達到液相340。C或汽相400。c,并有較好的熱穩定性,一般不腐蝕金屬設備,粘度不大,泵送性能好,已被廣泛用于作為傳遞熱量的中間媒介。使用中當油溫超過80。C時必須有隔離空氣措施,否則導熱油會被急劇氧化而變質,影響使用。

21、導熱油都是可燃的,使用中必須注意防火要求。導熱油超溫工作時會產生裂解而析出碳,粘度增加,傳熱效果下降,造成結焦時會引發事故。七、水循環在工業鍋爐中,工質的流動有兩種方式:一種是強制流動,即在受熱面入口端和出口端的工質壓力差的驅動下使工質流過受熱面,而入、出口的壓差歸根到底是依靠水泵造成的外加動力;另一種是自然循環,即在受熱面入口端與出口端之間用“下降管“連通,與受熱面一起組成封閉的循環回路,下降管不受熱或其受熱弱于受熱面,由15兩者受熱不同,其內部的工質密度也就不同,在兩部分工質所受重力不同的作用下,造成了工質的定向流動一一密度大者下降,密度小者升。這就是工質的自然循環。鍋爐的省煤器和蒸汽過熱

22、器中,工質為強制流動,而一般在汽化受熱面(輻射受熱面水冷壁、對流管束)中,工質進行自然循環。由于水冷壁布置在煙氣溫度最高的爐膛內,所以保證工質自然循環的正常進行、避免發生循環故障,具有十分重要的意義。1.自然循環的原理鍋爐在運行中,只有在爐膛及高溫煙道內的受熱面所接受的熱量不斷被受熱面內的工質吸收,保證受熱面得到可靠的冷卻,才能達到安全和經濟運行的目的。這就要求鍋爐中的水或汽水混合物,必須在閉合的回路中持續而有規律地流動,也就是連續不斷地進行水循環。低、中壓鍋爐的水循環,一般都是由于鍋爐內各部分吸收的熱量不相等,而使工質產生了密度差形成的,這種循環稱為自然循環,如圖1-1所示。鍋爐的鍋筒2和下

23、集箱6由左右兩根管道連通,其中下降管5位于爐墻外不受熱,因而管中是溫度較低的水,由于密度大而向下流動;上升管1位于爐膛內,吸收熱量,管中的水有一部分汽化成氣泡,形成汽水混合物,由于密度減小而向上流動,上升管中的汽水混合物進入鍋筒后,蒸汽被分離出來,水繼續流入下降管進行再循環。在一臺鍋爐內,水循環的回路至少是一條,也可以有幾條。自然循環時,水經過一個循環周期是不可能全部變成蒸汽的,通常汽化的只能是其中的很少部分。進入循環回路的水量,稱為“循環流量“,它與該回路所產生的蒸汽量的比值,稱為“循環倍率“,即:循環倍率循環流量回路所產生的蒸汽量對于工作壓力1.25MPa、蒸發量10t/h以下的小型鍋爐,

24、循環倍率約在150200之間。水循環好的鍋爐,各受壓部件受熱均勻,熱應力小,工質的升溫和汽化可以加快,從而縮短點火至正常供汽的時間。2.水循環故障改善鍋爐水循環,是保證鍋爐安全、經濟運行的關鍵之一。當鍋爐結構不合理或運行不當時,容易出現下列水循環故障:(1)汽水分層:當鍋爐的水冷壁管水平設置時,管中流動的汽水混合物因蒸汽比水輕,氣泡就要上浮集聚,使蒸汽和水在管子內分層流動。由于蒸汽的導熱性能差,管子上部容易過熱燒壞。因此,水冷壁管經過爐膛頂部(有的稱為“天棚管“)時的傾斜角,一般不應小于15。(2)汽水停滯:由于結構原因造成鍋爐局部受熱面管子供水不足,或者在同一個水循環回路的上升管群中,如果各

25、水管之間受熱情況相差太大,就會使受熱弱的管內水流緩慢,循環動力不足,甚至由于受其他管子對循環水的爭奪影響,使管內的汽水停止流動,造成過熱爆管事故。因此,對鍋爐的結構和運行,應保持供水充足并盡量使每排管子均衡吸熱,保證水循環暢通。(3)下降管帶汽:為了保證鍋爐的水循環穩定可靠,下降管中是不允許有蒸汽的。否則,水要向下流,汽要向上浮,兩者互相頂撞,既增加了流動阻力,又減少了循環水量,可能造成缺水事故,將管子燒壞。因此,下降管口與鍋筒最低水位間的高度不得小于下降管直徑的4倍,最好將下降管接在上鍋筒的底部,以免由于水進入下降管時產生的抽力,把蒸汽帶進管內,或者由于水在下降管入口處的流速加快后壓力降低,

26、而自行汽化。3.強制水循環有些鍋爐中水在受熱面管子里的流動,是靠出、人口之間的壓力差強制流動的。這種鍋爐稱為強制循環鍋爐。常見的一些熱水鍋爐,靠循環水泵,將循環水沿固定的流通路線,在鍋爐內流動受熱升溫,就是強制循環鍋爐。這種鍋爐通常采用“下進上出“水的流向,有些也有上下交替的流程,但都要求在各受熱面內有一定流動速度,以防止出現汽化、積垢和腐蝕。蒸汽鍋爐中的省煤器也屬于強制循環。燃料與燃燒一、燃料燃料是指在燃燒過程中能放出大量熱墨的物質。工程上講的燃料是加熱到一定溫度后,能與氧發生強烈反應,并放出大量熱量的碳化物或碳氫化合物。燃料按形態可分為固體燃料、液體燃料和氣體燃料三種;按獲得方法可分為天然

27、燃料和人工燃料兩種。人工燃料是經過一定處理過程所獲得的燃料。各種形態的燃料,都有相應的天然燃料和人工燃料,見表1-7。二、煤的成分及性質1.煤的成分碳(用符號C表示)是煤的主要可燃成分,燃燒時與空氣中的氧化合生成二氧化碳(C02)。燃燒1kg碳能發出33700kJ的熱量。所以煤的含碳量越多,發熱量越高。不過碳要在比較高的溫度下才能燃燒,因此含碳量高的煤較難著火。氫(用符號H表示)是煤中最活潑的可燃成分,燃燒時生成水蒸氣(H20),并放出大量熱量。燃燒1kg氫能放出11890OKJ的熱量。煤的含氫量愈多,燃燒時愈易著火。硫(用符號S表示是煤中的一種有害元素。燃燒1kg硫,能放出9050kJ的熱量

28、,并生成二氧化硫(S02或三氧化硫(S03)氣體,對人體有害。這些氣體又與煙氣中的水蒸氣結合生成亞硫酸(H2S03)或硫酸(HS04),凝結在受熱面上,腐蝕金屬。含硫量多的煤容易自燃。氧(用符號O表示)是不可燃氣體,一般煤里的含氧量很少。氮(用符號N表示)不能燃燒。所以煤里含氮量多,就會降低煤的發熱量,而且還會生成較多的有害氣體氮氧化物。灰分(用符號A表示)是煤里不能燃燒的固體灰渣,由很多化合物組成。在高溫下,由于灰的成分不同,灰的熔化溫度也不一樣。熔化溫度低的灰,在高溫燃燒室中易軟化粘結于管壁造成結渣,影響正常燃燒。所以,灰分多的煤質量差。水分(用符號M表示)燃燒時不放出熱量,相反還要吸收煤

29、燃燒時所發出的熱量而汽化。所以,煤里的水分過多會直接降低煤燃燒時所發出的熱量,使燃燒溫度降低。2.煤的特性揮發分(V)是當煤加熱時,水分蒸發后,并升到一定溫度后,就有碳、氫、氧的化合物,如一氧化碳、甲皖(沼氣)等可燃氣體分解出來。這種可燃氣體叫揮發分,用符號V表示。煤含的揮發分越多,越容易著火。一般鍋爐用煤的揮發分含量最好在20%以上。固定碳(FC)指煤中揮發分燃燒以后,再除去灰分,剩下的便是固定碳。固定碳在完全燃燒時,與氧化合生成二氧化碳,放出33700kJ/kg熱量;如果空氣供給不足,燃燒不能完全進行,只能生成一氧化碳,放出9920KJ/kg熱量;當一氧化碳遇氧后,還有旨繼續氧化成二氧化碳

30、,又放出238OOKJ/kg熱量,從而補足全部熱量。發熱量(Q)指1kg煤完全燃燒時所放出的全部熱量,叫做煤的“發熱量“,或稱“熱值“,單位是“kJ/kg“。發熱量分為高位發熱量和低位發熱量兩種。高位發熱量(QU是指煤的最大可能發熱量。即包括煤燃燒后產生的水蒸氣全部凝結為水后所放出的凝結熱(等于汽化潛熱的數值)。低位發熱量(QU是指煤的實際發熱量。因為鍋爐的排煙溫度都在100。C以上,所以煤燃燒時所產生的水蒸氣一般是不能凝結的。這樣,水蒸氣的汽化潛熱實際并未放出來,或者說,需要一部分熱量消耗于煤中水分的汽化,使煤的實際發熱量減少。煤在燃燒時,扣除消耗手其本身水分蒸發的汽化潛熱后所放出的熱量,即

31、稱為“低位發熱量“。鍋爐中,一般都用低位發熱量來計算煤的用量和熱效率。不同種類的煤,發熱量差別很大。為了對比和計算上的方便,通常將低位發熱量2930OKJ/kg定為標準發熱量,或者說,將低位發熱量29300kJ/峙的煤定為標準煤。3.煤的分類煤一般分為褐煤、煙煤、元煙煤、石煤等。褐煤:水分較多,揮發分含量較高,煤的發熱量不高。煙煤:揮發分含量較高,有的容易結焦。無煙煤:揮發分較少,含碳量較高,著火較難。石煤:揮發分和含碳量都很少,灰分很多,煤的發熱量低。三、液體燃料和氣體燃料液體燃料以重油為主,也稱燃料油。重油中碳和氫含量較高,發熱量高,一般約4070OKJ/kg,內部雜質很少,不超過千分之幾

32、。在正常燃燒時,燃料油的燃燒產物只是氣體,而沒有灰渣。燃料油含氫量較高,燃燒后產生大量水蒸氣,水蒸氣容易和燃料中硫的燃燒產物生成硫酸,對金屬造成腐蝕,所以燃料油中的硫很有害。其化學成分組成和煤一樣,也是五種元素。根據我國標準,將燃料油按粘度增大次序分成20、60、100、200四個牌號規格,其各牌號規格的質量指標見表1-8,輕柴油質量指標見表l-9.氣體燃料中一般以液化石油氣,天然煤氣(簡稱天然氣),焦爐煤氣,發生爐煤氣及高爐煤氣為主。液化石油氣是開采和煉制石油過程中,作為副產品而獲得的一部分碳氫化合物。其主要成分是丙炕(C38)、丙烯(CA6)、丁炕(CM和丁烯(C4H8),在常壓下呈代態,

33、當壓力升高或溫度降低,很容易轉變為液態。標準狀態下氣態液化石油氣的發熱量約為9210OKJ/m312140OKJ/m3,屬高發熱量煤氣o天然氣中主要成分為甲燒及其他短類(CnHm),另外也含有少量二氧化碳(C02)和空氣,天然氣的發熱量很高,標準狀態下發熱量高達40000kJ/m3,屬于高發熱量煤氣。焦爐煤氣是煤煉焦時揮發出的氣體,發熱量較高,達150002000OKJ/m3。發生爐煤氣是使空氣和水蒸氣通過紅熱的煤層而產生的煤氣,其主要成分為一氧化碳(CO)及氫(H2),此外還含有少量的二氧化碳(C02)和量相當大的氮(N2),因其中含有相當大量的惰性氣體,其發熱量較低,約為40006000k

34、J/m3。高爐煤氣是高爐煉鐵的副產品,約含有28%的co,其他為C02及Nz。因此發熱量較低,約33004000kJ/m3。因其中惰性氣體相當多,可燃氣體CO也燃燒較慢,是比較難于燃燒的氣體燃料,但鋼鐵企業中常用其作為鍋爐燃料。四、煤的燃燒過程煤的燃燒是復雜的物理化學過程。煤進入爐內,受到高溫煙氣的加熱,溫度逐漸升高。在此期間經歷干燥、干館、揮發分著火燃燒、焦炭燃燒、焦炭燃盡等各個階段。1.干燥煤被加熱時,首先是水分不斷蒸發,煤被干燥。顯然,煤中水分多,干燥所消耗的熱量也多,時間也長。2.干館煤被干燥后,繼續被加熱,達到一定溫度(褐煤為130。C,元煙煤為400。C,煙煤介于褐煤與無煙煤之間)

35、就開始析出揮發分,同時生成焦炭,即是煤的干館過程。煤中揮發分越多,開始析出揮發分的溫度越低;加熱的溫度越高,時間越長,析出的揮發分越多。因此,測定揮發分時規定了加熱的溫度和時間。揮友分多,其中碳氫化合物也多。重碳氫化合物在高溫、缺氧的條件下,會進行熱分解,形成微小的碳粒,稱為碳黑,又稱煙矣。由于碳粒很小很輕,在爐內不易燒掉而隨煙排走,形成黑煙。只有當揮發分達一定濃度,而且到一定溫度時,才能著火燃燒。因此,統稱煤的干燥,干館階段為燃燒前的準備階段。煤在燃燒的準備階段中,非但不放熱而且要吸收熱量,所以必須組織好熱量供應。其熱源來自爐膛火焰或高溫煙氣、熾熱的爐墻和爐拱等。熱量供應情況就決定了準備階段

36、的時間長短。3.揮發分著火燃燒煤繼續被加熱,揮發分不斷析出,而且溫度也隨之提高。揮發分中可燃物質與氧氣的化學反應也在逐漸加快。當揮發分達到一定溫度和濃度時,化學反應速度急劇加快,著火燃燒,形成明亮的黃色火焰。這里,揮發分要加熱到一定的溫度是個重要條件。不同煤的揮發分著火溫度是不一樣的,見表1-10。通常我們將揮發分著火溫度看成煤的著火溫度。揮發分燃燒時放出熱量,將焦炭加熱到赤紅程度(已達到能夠著火的溫度)。但是焦炭并不會立刻燃燒,因為揮發分包圍了焦炭,揮發分首先遇氧將氧消耗掉了,氧氣不能擴散到焦炭的表面,焦炭只能被加熱而不能燃燒。揮發分多,著火溫度低;揮發分少,著火溫度高,著火困難。在工程上,

37、為了盡快的著火,實際加熱溫度是遠高于表中列舉的著火溫度。4.焦炭的燃燒當揮發分基本燒完以后,氧氣才能擴散到焦炭表面上,焦炭開始著火燃燒,并發出較短的藍色火焰。焦炭是煤的主要可燃質,燃燒時能發出很多熱量,例如,無煙煤的焦炭燃燒發熱量點總發熱量的95%左右;揮發分很多,碳含量較少的褐煤,其焦炭燃燒發熱量也占總發熱量的一半以。焦炭的燃燒是固體(焦炭)與氣體(氧氣)之間的反應,化學反應速度很慢,因此燃燒時間較長。所以組織好焦炭的燃燒往往是煤燃燒的關鍵。5.焦炭燃盡焦炭燃燒時,在其表面形成灰殼,阻礙空氣與焦炭接觸。同時焦炭被燃燒形成的二氧化碳和一氧化碳所包圍,又妨礙空氣向焦炭表面的擴散。因此,焦炭燃盡往

38、往需要很長時間。為使焦炭充分燃盡,應設法及時去掉灰殼,對灰分多和灰熔點低的煤,尤應如此。為了及時排掉燃燒產生的氣體,還應保證空氣有適當的速度,但也應注意如果供應太多的空氣量,不利于保證一定的爐膛溫度。焦炭的燃燒與燃盡,其本質都是碳與氧相化合。因此有時也不加區別,統稱為焦炭的燃燒階段。由于焦炭燃燒與燃盡時間較長(碳含量少的褐煤焦炭燃燒時間也占褐煤全部燃燒時間的90%以上,其他煤的焦炭燃燒時間會更長),在實用上,又常將燃燒階段與燃盡階段分開。習慣上,將燃燒速度較快,放出熱量較集中的階段稱為燃燒階段;而將燃燒速度較慢,放出熱量較少的階段稱為燃盡階段。上述燃燒過程的各個階段,在實際的燃燒設備中是不能截

39、然分開的,它們常常是互相重疊,交錯進行的。五、煤的燃燒條件為了使煤的燃燒過程進行得快(單位時間內燃燒得多,放出熱量多),未完全燃燒損失少,即迅速而完全的燃燒,必須保證下述三個最基本的條件：1.較高的溫度溫度是燃燒的首要條件。因為燃燒要從著火開始,在著火前的準備階段中,干燥與干館過程都要吸收熱量。因此要求爐膛具有較高的溫度,提供足夠的熱量。無煙煤揮發分少,著火溫度高,需要爐膛具有更高的溫度。褐煤,著火溫度低,但是往往水分較多,而且劣質褐煤灰分也多,發熱量低,燃燒放出熱量少,也需要爐膛具有較高溫度。其他劣質煤,為了保證著火也需要較高的爐膛溫度,如果僅從著火考慮,爐膛溫度越高越好。爐膛溫度高,燃燒速

40、度可以加快,燃燒時間縮短,燃燒會完全一些。溫度對揮發分和煤粉的燃燒影響更大些,對較大煤塊的燃燒影響相對比較小。但是當溫度過高、超過灰熔點時,會引起結渣,結渣對鍋爐工作的安全性與經濟性都有影響。因此,溫度過高是不必要的。2.適量的空氣煤只有和空氣(其中的氧)接觸才能燃燒。為了燃燒完全,必須供應足夠的空氣。實際運行的鍋爐中,供應的空氣量經常是偏多的。而空氣量過多,會降低爐膛溫度對著火與燃燒是不利的,因此,供應的空氣量要適當。在設計鍋爐時常常要控制爐膛出口的過剩空氣量。必須注意空氣與煤能充分接觸,保證空氣與可燃氣體能良好地混合,使空氣很好地擴散到焦炭的表面上。只有提高空氣沖刷煤粒的速度,加強氣流的擾

41、動、混合主才能提高煤的燃燒速度,提高煤燃燒的完全程度。3.充裕的時間燃燒是有一定速度的,因此,燃燒完全需要一定的時間,可燃氣體能進行燃燒前時間取決于它們在爐膛內停留的時間,也就是取決于爐膛的容積。為此,必須保證足夠的爐膛容積(燃燒空間)。對于火床燃燒的機械化爐排,煤燃燒時間取決于煤在爐排上停留的時間,為此,要設計合適的爐排結構和面積。盡量設法提前著火,以保證有充裕的燃燒時間。六、液體燃料和氣體燃料的燃燒液體燃料主要指燃油,洶的沸騰溫度低于其著火溫度。因此,它們總是先蒸發成蒸氣,然后才能進行燃燒,即以蒸氣狀態進行燃燒。當液體燃料滴經過加熱后,在其表面先蒸發產生蒸氣,蒸氣向四周擴散,和周圍的空氣混

42、合,進一步被加熱著火燃燒。因為燃燒速度快,蒸發速度慢,液體燃料的燃燒快慢取決于其蒸發速度。油的蒸發只能在其表面上進行,為了增加其表面積,常常將燃油霧化成很細小的液滴。油滴越小,蒸發越快,燃燒所需要的時間就越短,不完全燃燒損失就越小。理論和試驗都證明,油滴燃燒所需的時間與液滴直徑的平方成正比。重油在燃燒時,除符合上述共同規律外,還有一些特殊之處。重油是由較重的碳氫化合物組成,燃燒時,油滴被周圍的火焰加熱,油滴內部溫度很高,但得不到氧氣,于是重碳氫化合物分解成碳黑、形成焦殼。焦殼內的油受熱會膨脹,當膨脹到一定程度時,焦殼會碎裂,形成小焦塊。焦塊不易燒掉,會影響燃燒的經濟性,同時鍋爐會冒黑煙。為減輕

43、重油在缺氧條件下分解成碳黑,應使空氣及早地充分供應,即加強空氣與油滴的初期混合J為了燃燒重油焦殼碎裂產生的焦塊,應保持爐膛具有較高的溫度,并供應充足的空氣。氣體燃料可用管道輸送,點火容易,燃燒調節方便,容易完全燃燒,而且容易實現機械化、自動化。但應防止爆燃,防止一氧化碳中毒。高熱值煤氣宜采用擴散燃燒法,即燃料與空氣分別送入爐膛,邊混合邊燃燒。由于發熱量高,著火容易,相同供熱量所需的燃料體積小,混合容易,不會因為混合不好而使燃燒不完全。若燃料預先與空氣混合,可能發生回火和燒壞燃燒器等事故。低熱值煤氣宜采用動力燃燒法,即燃料與空氣在進入爐膛前預先混合,然后進入爐膛中燃燒。如果不預先混合,著火要推遲

44、,會使燃燒不完全。而且煤氣發熱量低,回火爆炸的危險性也小。但采用動力燃燒法時,應注意防止回火。燃燒低熱值煤氣時,還應采用可靠的穩定火焰的措施。七、生物質燃料及其燃燒生物質燃料在世界能源結構中占有十分重要的地位。據統計,每年經過光合作用固定下來的生物質能源約是全世界能源消耗的10倍。但目前被人們利用的僅占1.0%。估計全世界大陸上生物質的年產量為10111012t干物質。我國幾種主要的生物質的產量也相當可觀。據統計,僅農作物的秸桿每年約為56億噸。折合標準煤約22.4億噸,其中60%用于生活燒掉。森林每年可提供9000萬噸薪柴燃料。林業加工過程生產的邊角廢料每年約為2400萬立方米,折合標準煤1

45、50萬噸。稻谷年產量約200兆噸,可獲得稻殼約40兆噸,折合標準煤約20兆噸。我國居民僅維持日常生活用能,每年就需要3億噸標準煤,占全國能耗的30%,而這些能源的80%左右是由生物質燃料提供的。此外,生物質燃料可年復一年的不斷再生,因此其能量是十分可觀的。開發利用生物質燃料具有廣闊的前景。生物質燃料的利用之所以受到世界各國的高度重視,還因為生物質燃料是一種清潔燃料。生物質燃料含硫量低,含氮量不高,所以燃燒后硫氧化物和氮氧化物的含量很低;生物質燃料中灰分一般也很小,所以充分燃燒后煙塵含量極低。生物質燃料燃燒過程具有二氧化碳零排放的特點,生物質燃料燃燒生成的二氧化碳可被植物吸收,合成本身的生物質,所以沒有增加大氣中二氧化碳的含量。這對于緩解日益嚴重的“溫室效應“有著特殊的意義。因此,西方發達國家目前正在大力開展這方面的研究。這是目前環境科學的研究熱點領域之一。生物質燃料不同于常規燃料,其燃燒過程有著特殊的規律。為此,我國對生物質燃料燃燒機理和技術進行了大量的研究,并在此基礎上,開發出生物質燃料的燃燒設備。傳熱及熱脹冷縮一、傳熱傳熱是指熱量從一個物體傳到另一個物體,或者從一個物體的一部分傳到相鄰部分的過程。熱量用符號Q表示,單位為kJJkg純水溫度升高1。C所需要的熱量為4.19kJ。傳熱總是由高溫處向低溫處進行,兩處的溫度差越大,傳熱越快,傳熱效果越好。在鍋爐設備中,燃料在“爐“中