鍋爐原理(武鋼動力熱力廠)

1、鍋爐原理,主講： 張秀芳,電站燃煤鍋爐的構(gòu)成及工作過程 鍋爐參數(shù)及技術(shù)、經(jīng)濟性指標(biāo) 電廠鍋爐發(fā)展趨勢,第一章 鍋爐機組概述,,鍋爐的作用,鍋爐是利用燃料的熱能或工業(yè)生產(chǎn)中的余熱，將工質(zhì)加熱到一定溫度和壓力的換熱設(shè)備。在鍋爐內(nèi)實現(xiàn)下敘過程,電站鍋爐是火力發(fā)電廠三大主機之一，又稱為蒸汽發(fā)生器?；鹆Πl(fā)電廠能量轉(zhuǎn)換的基本過程,,,,,,,,,,,,,,,,,,鍋,,,爐,,,鍋爐本體,,,輔助設(shè)備,,,鍋爐機組,,,,,,,,,

2、,,,,,,,電站煤粉鍋爐機組組成,,,,電站煤粉鍋爐的構(gòu)成,1-原煤斗;2-給煤機;3-磨煤機;4-汽包;5-高溫過熱器;6-屏式過熱器;7-下降管;8-爐膛水冷壁;9-燃燒器;10-下聯(lián)箱;11-低溫過熱器;12-再熱器;13-再熱蒸汽出口;14-再熱蒸汽入口;15-省煤器;16-給水;17-空氣預(yù)熱器18-排粉風(fēng)機;19-排渣裝置;20-送風(fēng)機;21-除塵器;22-引風(fēng)機;23-煙囪,,,,亞臨界自然循環(huán)燃煤鍋爐,,,,,1-汽包

3、；2-下降管；3-分隔屏；4-后屏；5-高溫過熱器；6-高溫再熱器；7-水冷壁；8-燃燒器；9-燃燒帶；10-空氣預(yù)熱器；11-省煤器進口集箱；12-省煤器；13-低溫再熱器；14-低溫過熱器；15-折焰角；16-排渣裝置,煤、風(fēng)、煙系統(tǒng),,,,汽、水 系 統(tǒng),,,,鍋 爐 參 數(shù),額定蒸發(fā)量 在額定蒸汽參數(shù)，額定給水溫度和使用設(shè)計燃料，保證熱效率時所規(guī)定的蒸發(fā)量，單位為t/h（或kg/s）,最大連續(xù)蒸發(fā)量（大型鍋爐） 在額定

4、蒸汽參數(shù)，額定給水溫度和使用設(shè)計燃料，長期連續(xù)運行所能達到的最大蒸發(fā)量，單位為t/h（或kg/s ）,蒸汽鍋爐額定蒸汽參數(shù) 在規(guī)定負荷范圍內(nèi)長期連續(xù)運行應(yīng)能保證的出口蒸汽參數(shù)， 額定蒸汽壓力（對應(yīng)規(guī)定的給水壓力），單位是Mpa ； 額定蒸汽溫度（對應(yīng)額定蒸汽壓力和額定給水溫度），單位是0C。,,,,我國電站鍋爐參數(shù)、容量系列,,,,鍋爐機組經(jīng)濟性指標(biāo),,,,,熱效率（>90%）

5、 凈效率 燃燒效率 式中 Q 1— 鍋爐有效利用熱， kJ/kg； Q r — 鍋爐在單位時間內(nèi)所消耗燃料的輸入熱量,kJ/kg； — 鍋爐機組自身所消耗的熱量，kJ/kg； — 鍋爐機組自身電耗對應(yīng)的熱量，kJ/kg； 、 — 鍋爐化學(xué)、機械未完全燃燒熱損失，

6、%,鍋爐機組安全性指標(biāo),,,,,火力發(fā)電廠鍋爐煙塵及有害氣體最高允許排放濃度,本標(biāo)準(zhǔn)實用于： 第三時段（2004.1.1起新建火電廠）火電廠 兩控區(qū)（ SO2排放大或酸雨嚴重地區(qū)）及入爐煤Qar.net>12550的火電廠,,,,鍋 爐 類 型,鍋爐用途 電站鍋爐、工業(yè)鍋爐（熱水鍋爐）,鍋爐參數(shù) 低壓、中壓、高壓、超高壓、亞臨界壓力、超臨界壓力、 超超臨界壓力鍋爐,層燃爐 室燃爐

7、 硫化床爐,鍋爐燃燒方式,,,,鍋 爐 類 型,鍋爐蒸發(fā)受熱面中工質(zhì)流動方式,自然循環(huán)汽包鍋爐 具有汽包，利用下降管和上升管中工質(zhì)密度差產(chǎn)生工質(zhì)循環(huán),強制循環(huán) 具有汽包和循環(huán)泵，利用循環(huán)回路中工質(zhì)密度差和循環(huán)泵壓頭工質(zhì)循環(huán),,,,鍋 爐 類 型,,直流鍋爐 無汽包，給水靠給水泵壓頭一次通過各受熱面產(chǎn)生蒸汽,低倍率循環(huán)鍋爐 無汽包，具有汽水分離器和再循環(huán)泵，主要靠再循環(huán)泵實現(xiàn)工質(zhì) 再循環(huán),,,,電站鍋爐發(fā)展趨勢,加快發(fā)

8、展大容量、高參數(shù)機組 大容量、高參數(shù)機組可適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要，電站熱效率高，基建投資、設(shè)備和運行費用降低,可用率較高,強化煤電環(huán)境保護，發(fā)展?jié)崈羧济杭夹g(shù) 燃煤的燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)和超臨界壓力蒸汽循環(huán)可滿足燃煤、高效、低污染要求,提高運行可靠性和靈活性 可靠性涉及到設(shè)計、設(shè)備制造、運行維護和生產(chǎn)管理等各個方面 運行靈活性要求大力發(fā)展中間負荷機組，適應(yīng)電網(wǎng)調(diào)峰需要（低負荷或兩班制運行）, 提高鍋爐對煤種的適應(yīng)性。提高

9、機組的監(jiān)控水平,,,,煤的常規(guī)特性及對鍋爐工作的影響 煤的分類 燃料的燃燒計算 煙氣分析 鍋爐熱平衡,,第二章 鍋爐燃料及熱平衡計算,,煤的工業(yè)分析成分 水分(M)、灰分(A)、揮發(fā)分(V)、固定碳(FC),煤的組成特性,煤的元素分析成分 碳(C)、氫(H)、硫(S)、氧(0)、氮(N),,,,,,可燃元素 C（固定碳和揮發(fā)分中的C）、H、S（可燃硫 和硫 酸鹽硫 ） 不可燃元素

10、（內(nèi)部雜質(zhì)） O、N 不可燃成分（外部雜質(zhì)） M（內(nèi)、外）、A 可燃氣體揮發(fā)份 煤中的氫、氧、氮、硫與部分碳所組成的有機化合物加熱后分解, 形成氣體揮發(fā)出來,,,,煤的成分基準(zhǔn),收到基（ar）（原應(yīng)用基y） 以入爐煤（包括煤的全部成分） 為基準(zhǔn) 空氣干燥基（ad ）（原分析基f） 以風(fēng)干狀態(tài)煤（除外部水分）為基準(zhǔn) 干燥基（d）（原干燥基g） 以去掉全部水分煤為基準(zhǔn) 干燥

11、無灰基（daf）（原可燃基r） 以去掉全部水分及灰分煤為基準(zhǔn),,,,煤成分基準(zhǔn)間的換算,,,,煤的成分基準(zhǔn)換算系數(shù),表2-1,,,,煤的發(fā)熱量及換算,,,,發(fā)熱量各基準(zhǔn)間的換算,,高位發(fā)熱量(Qgr)各基準(zhǔn)間的換算采用上述換算系數(shù),低位發(fā)熱量(Qnet)各基準(zhǔn)間的換算分三步進行已知基準(zhǔn)的 Qnet → 已知基準(zhǔn)的 Qgr (式2-12等)已知基準(zhǔn)的 Qgr → 所求基準(zhǔn)的 Qgr (采用上述換算系數(shù))所求基準(zhǔn)的 Qgr

12、→所求基準(zhǔn)的 Qnet (式2-12等),,,,發(fā)熱量相關(guān)值,標(biāo)準(zhǔn)煤 收到基低位發(fā)熱量為29270 kJ/kg的燃料為標(biāo)準(zhǔn)煤 標(biāo)準(zhǔn)煤耗量 式中 、 ——分別為標(biāo)準(zhǔn)煤耗量與實際煤耗量,,,,,煤的分類,我國煤的主要分類指標(biāo) 干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf含量 可分為三大類：褐煤（ Vdaf含量＞37% ）、煙煤（ Vdaf含量＞10% ）、無煙煤（ Vdaf含量≤10%

13、 ）,為反映煤的燃燒特性，電廠煤粉鍋爐用煤還以收到基低位發(fā)熱量Qar,net 、收到基水分、干燥基灰分、干燥基硫分及灰的熔融特性DT、ST、FT作為參考指標(biāo)，分為五大類和十小類 其中低（劣）質(zhì)煤單獨燃燒有困難，或燃燒不穩(wěn)定，或燃燒經(jīng)濟性差，或煤中有害雜質(zhì)含量高的煤，可分為五小類,,,,電廠鍋爐用煤分類,,,,電廠鍋爐用煤分類,,,,煤的類型,無煙煤 碳化程度高，含碳量很高，達95%，雜質(zhì)很少，發(fā)熱量很高,約為25000～

14、32500 kJ/kg； 揮發(fā)份很少，小于10%，Vdaf析出的溫度較高，著火和燃盡均較困難,儲存時不易自燃,,褐煤 碳化程度低，含碳量低，約為40～50%，水分及灰分很高，發(fā)熱量低, 約10000～21000 kJ/kg； 揮發(fā)分含量高，約40～50%，甚至60%，揮發(fā)分的析出溫度低，著火及燃燒均較容易,,,,煙煤 碳化程度次于無煙煤，含碳量較高，一般為40～60%,雜質(zhì)少，發(fā)熱量較高, 約為20000～300

15、00 kJ/kg； 揮發(fā)分含量較高，約10～ 45%，著火及燃燒均較容易 貧煤 揮發(fā)分含量10～20%的煙煤 揮發(fā)份較少，性質(zhì)介于無煙煤與煙煤之間，燃燒性能方面比較接近無煙煤； 劣質(zhì)煙煤 揮發(fā)份20～30%；但水分高，灰分更高的煙煤 發(fā)熱量低，為11000～12500 kJ/kg 這兩種煙煤著火及燃燒均較困難,煤的類型,,,,煤的灰分特性 用灰熔點表示，煤灰的角錐法確定 灰的變形溫度 DT（原t1）

16、 灰的軟化溫度 ST（原t2） 灰的流動溫度 FT（原t3）,煤的灰分特性,,灰分特性影響因素 煤灰的化學(xué)組成 煤灰中酸性氧化物使灰熔點提高；堿性氧化物使灰熔點降低 煤灰周圍高溫介質(zhì)的性質(zhì) 氧化性介質(zhì)中，灰熔點較高；還原性介質(zhì)中，灰熔點較低,,,,煤的灰熔點越低，越容易結(jié)渣,煤中V對鍋爐工作的影響,揮發(fā)分 V V的含量代表了煤的地質(zhì)年齡，地質(zhì)年齡越短，煤的碳化程度越淺，煤中的氣體揮發(fā)越少 V含量越

17、多，煤的著火溫度低，易著火燃燒 V 多，V揮發(fā)使煤的孔隙多，反應(yīng)表面積大，反應(yīng)速度加快 V 多，煤中難燃的固定碳含量便少，煤易于燃盡 V 多， V著火燃燒造成高溫，有利于碳的著火、燃燒,,,,煤中M、A對鍋爐工作的影響,水分M、灰分A M、A 高，煤中可燃成分相對減少，煤的熱值低 M、A 高，M 蒸發(fā)、A熔融均要吸熱，爐膛溫度降低 M、A 高，增加著火熱或包裹碳粒，使煤著火、燃燒與燃盡困難； M、A 高，q2、q3

18、、q4、q6 增加，效率下降 M、A 高，過熱器易超溫 M、A 高，受熱面腐蝕、堵灰、結(jié)渣及磨損加重 M、A 高，煤粉制備困難或增加能耗 A 高，造成大氣和環(huán)境的污染,,,,煤中C、S、ST對鍋爐工作的影響,,灰熔點（ST） 灰分在熔融狀態(tài)下粘結(jié)在鍋爐受熱面上造成結(jié)渣，危及鍋爐運行的安全性和經(jīng)濟性。 對于固態(tài)排渣爐， ST< 1350℃ 可能結(jié)渣,含碳量 C C 高，熱值高；但不易著火、燃

19、燒,硫分 S 可燃硫的熱值低，含量少，對煤的著火、燃燒無明顯影響 易造成受熱面的堵灰；腐蝕 形成酸雨，污染環(huán)境 燃料中的硫化鐵加劇磨煤部件的磨損,,,,燃料的燃燒工況,理論工況 燃料在沒有過剩空氣的情況下完全燃燒 燃燒產(chǎn)物（煙氣）組成成分 CO2、SO2、N2和H2O 理論煙氣量,設(shè)計工況 實際送入的空氣量大于理論空氣量，以保證燃料完全燃燒 燃燒產(chǎn)物（煙氣）組成成分 CO2、SO2、N2、H2O和

20、剩余O2 實際煙氣量 Vy,實際工況 實際送入的空氣量大于理論空氣量，仍為不完全燃燒 燃燒產(chǎn)物（煙氣）組成成分 CO2、SO2、N2 、 H2O、剩余O2 和未完全燃燒氣體CO 實際煙氣量 Vy,,,,煤的燃燒反應(yīng),煤中可燃元素的燃燒反應(yīng)是燃燒計算的基礎(chǔ)，1kg收到基燃料包括 Kg的碳、 kg的氫、 kg的硫,碳完全燃燒反應(yīng)方程式

21、C + O2 → CO2 12 kg C + 22.41 Nm3 O2 → 22.41 Nm3 CO2,1kg C + 1.866 Nm3 O2 → 1.866 Nm3 CO2 1kg H + 5.56 Nm3 O2 → 11.1 Nm3 H2O 1kg S + 0.7 Nm3 O2 → 0.7 Nm3 SO2,,,,燃燒所需要的空氣量,,理論空氣量 V 0 1kg 燃料完全燃燒時所需要的最小空氣量

22、(無剩余氧)可通過燃料中可燃元素（C、H、S）的燃燒化學(xué)反應(yīng)方程式求得,實際空氣量 V 式中 α、β—分別為煙氣側(cè)和空氣側(cè)的過?？諝庀禂?shù),,,,過?？諝庀禂?shù)α與漏風(fēng)系數(shù)△α,Δα各受熱面處煙氣側(cè)漏風(fēng)系數(shù)，查表2-7確定；△V為煙道漏風(fēng)量 為爐膛出口處過?？諝庀禂?shù)，在推薦值范圍內(nèi)選取,,,,過?？諝庀禂?shù)β與漏風(fēng)系數(shù)△α,為空氣預(yù)熱器出、進口處空氣側(cè)過剩空氣系數(shù) 分別為爐膛、制粉系

23、統(tǒng)和空預(yù)器漏風(fēng)系數(shù)，查表確定,,,,煙 氣 容 積,理論煙氣容積 α=1、完全燃燒：O2 = 0；CO = 0,實際煙氣容積 α>1、完全（不完全）燃燒：O2 ≠0；CO=0（ CO≠0）,,,,,,,,煙氣分析成分,煙氣分析是以1kg燃料燃燒生成的干煙氣（除去水分后的煙氣）容積為基礎(chǔ)，采用奧氏分析儀進行的 煙氣分析可得到 在干煙氣Vgy中所占的容積百分比,,,,判斷燃

24、燒狀況,,,,,,α=1、且完全燃燒：CO=0，O2= 0,完全燃燒方程式： α＞l、且完全燃燒： CO=0,鍋爐常用燃料的β值和 RO2max 值見表2-8。為保持爐內(nèi)良好的燃燒工況,運行中應(yīng)監(jiān)測并維持爐內(nèi)一定的 RO2，使其盡量靠近 RO2max,判斷燃燒狀況,,,,,運行中α及Vy的確定,煙氣容積,干煙氣容積,,,,鍋爐熱平衡方程式,,,,鍋爐輸入熱量 Qr,,對于燃煤鍋爐，若燃料和空氣沒有利用外界熱量進行預(yù)熱，且燃煤水分

25、滿足則,,,,鍋爐有效利用熱 Q1,式中 Q 工質(zhì)總吸熱量， kJ/ s B 燃料消耗量， kg/s Dgr、Dzr、DPw 過熱蒸汽量、再熱蒸汽量和排污量，kg/s 、 、h g s 過熱蒸汽焓、飽和蒸汽焓和給水焓，kJ/kg

26、 、 再熱蒸汽出口和進口焓，kJ/kg,,,,固體未完全燃燒熱損失 q4 q4 取決于燃料種類、燃燒方式、爐膛型式與結(jié)構(gòu)、燃燒器設(shè)計與布置、鍋爐運行工況 Vdaf??；（Mar、Aar ）大，q4 大； R90大， q4 大； 過大或過小，q4 大 煤粉在爐膛停留時間τ過小， q4 大,未完全燃燒熱損失q4,設(shè)計時, q4、按推薦數(shù)據(jù)選?。ū?-10）,,,,,,未被完全利用熱損失q2,排煙

27、熱損失 q2式中 -- 排煙焓, 取決于 與 ，kJ/kg -- 進入鍋爐的冷空氣焓, kJ/kg -- 排煙處過?？諝庀禂?shù),,,,未被完全利用熱損失q5,圖2-8 額定容量下鍋爐的散熱損失,散熱損失 q5額定負荷下的散熱損失是外部冷卻損失，可根據(jù)鍋爐尾部受熱面的布置查圖2-8確定,,,,熱效率ηgr與燃料消耗量 B,熱效率,燃料消耗量,計算燃料消耗量,,,,化學(xué)反應(yīng)速

28、度 在反應(yīng)系統(tǒng)單位體積中物質(zhì)（反應(yīng)物或生成物）濃度的變化率，單位是mol /（cm3·s） 對于反應(yīng)式?A＋?B → ?G＋?H 反應(yīng)速度為 CA、CB、CG、CH 分別為反應(yīng)物A、B和生成物G、H的濃度，mol/cm3 α、β、γ、δ 分別為相應(yīng)的化學(xué)計量系數(shù),燃燒反應(yīng)是一種

29、發(fā)光放熱的高速化學(xué)反應(yīng)，同時伴隨各種物理過程 均相燃燒 燃料和氧化劑物態(tài)相同，如氣體燃料在空氣中燃燒 多相燃燒 燃料和氧化劑物態(tài)不同，如固體燃料在空氣中燃燒,化學(xué)反應(yīng)速度,,,,,均相反應(yīng)質(zhì)量作用定律,,質(zhì)量作用定律 反映濃度對化學(xué)反應(yīng)速度的影響 對于均相反應(yīng)，在一定溫度下，化學(xué)反應(yīng)速度與參加反應(yīng)各反應(yīng)物濃度乘積成正比，各反應(yīng)物濃度的冪指數(shù)等于其相應(yīng)的化學(xué)計量系數(shù),,,,,對反應(yīng) ?A＋?B → ?G＋?H 質(zhì)量作用

30、定律可用下式表示 式中：k 為反應(yīng)速度常數(shù)，表示單位物質(zhì)濃度時的反應(yīng)速度,在溫度不變的情況下，反應(yīng)物的濃度越高，分子的碰撞機會越多，化學(xué)反應(yīng)速度就越快。,多相反應(yīng)質(zhì)量作用定律,,,,,阿累尼烏斯定律,阿氏定律 反映溫度對化學(xué)反應(yīng)速度的影響,反應(yīng)物濃度不變時，反應(yīng)速度常數(shù)k 隨溫度變化的關(guān)系 式中

31、 k0－頻率因子，近似為一常數(shù) R、T、 E －通用氣體常數(shù)、熱力學(xué)溫度、活化能,活化能 E 破壞原有化學(xué)鍵并建立新化學(xué)鍵所必須消耗的能量，具有活化能的分子為活化分子?；罨?E與反應(yīng)物種類有關(guān)，揮發(fā)分含量小的煤，E大,,,,煤燃燒過程的四個階段,預(yù)熱干燥 煤被加熱至100℃左右，煤粒表面及煤?？p隙間的水被逐漸蒸發(fā)出來。大量吸熱,,,,揮發(fā)份析出并著火 溫度升至一定值，煤中揮發(fā)分析出，同時生成焦碳（固定碳）。達到一定溫

32、度，析出的揮發(fā)分就著火、燃燒.。不同煤的著火溫度不同。少量吸熱,燃燒 揮發(fā)份首先燃燒造成高溫，碳開始著火、燃燒。大量放熱,燃盡 殘余的焦炭最后燃盡，成為灰渣。少量放熱,焦碳的燃燒反應(yīng),附加反應(yīng) C 及 C O 與空氣中的水蒸汽產(chǎn)生的反應(yīng) C + H2 O →C O + H2 C + 2 H2 O →C O2 + 2 H2 CO

33、+ H2O → C O2 + H2,,,,一次反應(yīng) 在一定溫度下，碳和氧的化學(xué)反應(yīng)可能有兩種 C + O2 → C O2 C + O2 → C O,二次反應(yīng) 一次反應(yīng)的生成物CO2、CO與初始反應(yīng)物碳和氧 再次發(fā)生反應(yīng) C + C O2 →2 C O C O + O2 → C O2,焦碳燃燒的動力學(xué)特性,,,,氧氣

34、從外界擴散到炭粒周圍，氧氣通過灰殼的阻力，到達炭粒的表面； 氧氣吸附在炭粒表面； 高溫下，炭粒和氧進行化學(xué)反應(yīng)，生成CO2和CO，同時不可燃物生成灰渣（灰殼的一部分）；,焦碳燃燒按下述程序進行,燃燒產(chǎn)物（CO2和CO）從炭粒表面上解吸析； 燃燒產(chǎn)物通過灰殼阻力向外擴散，其中CO2直接擴散在周圍空氣中， CO在擴散過程中遇氧氣又變成CO2 ，然后再向遠處空氣中擴散,焦碳燃燒的動力學(xué)特性,焦碳的燃燒反應(yīng)速度的影響因素可以是化學(xué)

35、的（反應(yīng)物的吸附作用、化學(xué)反應(yīng)本身、或生成物的脫附作用）；也可以是物理擴散的（反應(yīng)物或生成物的擴散過程）,焦碳的燃燒反應(yīng)速度取決于上述連續(xù)過程中最慢的某一個階段，氧向碳粒表面的擴散或在碳表面發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),,,,碳的燃燒反應(yīng)速度,,焦碳的燃燒反應(yīng)速度取決于溫度、焦碳顆粒尺寸、氧氣濃度、環(huán)境壓力和氣體與焦碳顆粒之間的相對速度等 式中：mp―焦碳顆粒質(zhì)量； ρp―焦碳粒顆密度；

36、P ―壓力； χ02―氧氣濃度； d ―焦碳顆粒的直徑； k ―焦碳顆粒的反應(yīng)速率常數(shù),,,,碳的燃燒反應(yīng)速度,,,,式中 A 為反應(yīng)前置系數(shù)； d 為碳粒直徑； D 為氧氣擴散系數(shù)； ? 為化學(xué)當(dāng)量因子。若主要產(chǎn)物是CO2，則?等于1；若主要產(chǎn)物 是CO，則?等于2； TP、Ta 分別為碳粒溫度和邊界層中氣體平均溫度,煤的燃

37、燒特點,煤中含有水分 煤的燃燒過程中，水蒸氣很易和C及燃燒產(chǎn)物CO作用，生成CO2和H2，H2再與CO或CO2反應(yīng)。這種催化作用，使燃燒反應(yīng)更加復(fù)雜并改變化學(xué)反應(yīng)速度,煤中含有揮發(fā)分 揮發(fā)分對煤的著火燃燒有利；另一方面，揮發(fā)分析出燃燒，消耗了大量氧氣，并增加了氧氣向煤粒表面的擴散阻力，使燃燒過程的初期焦碳的燃燒速度下降,煤中含有礦物雜質(zhì) 在燃燒過程會生成灰，灰層包裹著碳粒，會妨礙氧向碳粒表面的擴散，或使碳粒反應(yīng)表面減少，使

38、燃燒難以進行，燃盡困難,,,,煤是一種多孔性物質(zhì) 它受熱時產(chǎn)生的水蒸氣和揮發(fā)分，不但向煤粒表面四周的空間擴散，而且還會向煤粒的內(nèi)部空隙擴散,煤粉的燃燒特點,鍋爐燃用煤粉的顆粒很?。?0～100μm），爐膛溫度又很高，煤粉在爐膛中的加熱速度可以達到（104℃/s或更高）,煤粉快速加熱時，煤中揮發(fā)分的含量和成分都與慢速加熱的揮發(fā)分常規(guī)測試方法不同,煤粉快速加熱時，揮發(fā)分析出、著火和碳的著火燃燒幾乎是同時的，其中極小的煤粉甚至可能先著火燃

39、燒,煤粉快速加熱時，焦碳在孔隙結(jié)構(gòu)方面與慢速加熱有很大差別,,,,煤粉火焰中揮發(fā)分的析出曲線,煤粉氣流完全燃燒的條件,,,,值影響 q2、q3 和 q4 在一定范圍內(nèi) 減小，q2 降低，但q3 、q4 會增加,供應(yīng)適量的空氣α 爐膛出口過剩空氣系數(shù) 可代表空氣量對燃燒過程的影響,煤粉氣流完全燃燒的條件,,保證足夠的爐膛溫度 爐溫高，著火快，燃燒速度快，燃燒過程便進行得猛烈，燃燒也易于趨向完全 爐溫過高，不但會

40、引起爐內(nèi)結(jié)渣，也會引起水冷壁的膜態(tài)沸騰 爐溫在（1000～2000℃）范圍內(nèi)比較適宜,,,,促進燃料與空氣充分混合 煤粉完全燃燒應(yīng)使煤粉和空氣充分擾動混合。要求燃燒器的結(jié)構(gòu)特性優(yōu)良，一、二次風(fēng)配合良好，爐內(nèi)空氣動力場均勻,保證足夠的停留時間τ 煤粉在爐內(nèi)的停留時間τ 煤粉自燃燒器出口至爐膛出口所經(jīng)歷的時間 τ過小， 煤粉至爐膛出口處還沒有燒完，爐膛出口后溫度降低使燃燒基本停止，造成燃燒熱損失增

41、大；局部再燃燒會引起過熱器爆管和結(jié)渣。τ取決于爐膛容積熱強度、爐膛截面熱強度和鍋爐運行負荷,煤粉氣流完全燃燒的條件,,,,第三章 煤粉制備及其系統(tǒng),,煤粉特性 磨煤機 制粉系統(tǒng),,煤的自燃性與爆炸性,煤粉的自燃 煤粉在氧化性介質(zhì)中，當(dāng)煤粉散熱不良或周圍介質(zhì)溫度升高時，會發(fā)生自燃 煤粉的爆炸 發(fā)生自燃的煤粉遇到明火會發(fā)生爆炸,影響煤粉爆炸的因素主要有：煤的揮發(fā)分含量、煤粉細度、煤粉的濃度和溫度、煤粉的水分,制粉

42、系統(tǒng)需采用一定的防爆措施，如設(shè)置防爆門等,,,,煤粉細度 Rx,,,,煤粉均勻性系數(shù)n,R200< R90， n為正值當(dāng)R90一定時，n值越大，則R200越小，說明煤粉中過粗的煤粉較少 當(dāng)R200一定時，n值越大，則R90越大，說明煤粉中過細的煤粉較少n值越大，煤粉中過粗和過細的煤粉均較少，即煤粉粒度分布較均勻n取決于磨煤機和粗粉分離器的型式，一般取n = 0.8～1.2,,,,煤的可磨性系數(shù),哈氏可磨性指數(shù)

43、HGI HGI86 為易磨煤,,與 HGI之間關(guān)系,,,,用來表示磨煤機將煤磨成一定細度煤粉的難易程度,制粉設(shè)備與系統(tǒng),磨煤機 低速磨(15～25r/min) 中速磨(50～300r/min) 高速磨(500～1500r/min),制粉系統(tǒng) 中間儲倉式系統(tǒng) 直吹式系統(tǒng),,,,低速磨（鋼球磨）,普通筒式鋼球磨的圓筒由電動機帶動低速轉(zhuǎn)動，燃料和干燥劑（熱空氣）從磨一端的空心軸進入圓筒，在圓筒內(nèi)煤被干燥、并經(jīng)筒

44、內(nèi)裝有的大量鋼球打碎、研磨成粉，隨后被干燥劑從磨的另一端帶出,低速磨主要有普通筒式鋼球磨、雙進雙出筒式鋼球磨,,,,n 過小，筒內(nèi)鋼球與煤靠與筒壁的摩擦力帶上去，形成一個斜面，然后沿斜面滑落,鋼球磨筒體最佳轉(zhuǎn)速 nzj,n 處于上述兩者之間，鋼球被帶到一定高度，沿拋物線落下，鋼球?qū)ν驳椎拿喊l(fā)生強烈撞擊作用，輔以研磨 磨煤作用最大時的轉(zhuǎn)速稱為最佳工作轉(zhuǎn)速nzj 經(jīng)驗表明： nzj =（0.75-0.78）nlj,,,,沒有撞擊作

45、用，磨煤效果差，煤粉磨得過細，出力降低，電耗大,n 影響磨煤出力和電耗,n 過大，離心力很大，球與煤隨筒壁一同旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生這種狀態(tài)的最低轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速nlj,鋼球磨最佳通風(fēng)量,Vtf 過小 筒內(nèi)風(fēng)速過小，出口端鋼球能量沒有被充分利用，只能帶出的少量的細煤粉，磨煤出力下降，單位磨煤電耗大,Vtf 過大 筒內(nèi)風(fēng)速過大，磨煤機出口煤粉過粗，粗粉分離器回粉量增大，通風(fēng)電耗增大,,,,最佳通風(fēng)量 磨煤和通風(fēng)電耗之和最小時的通風(fēng)量

46、， 的大小與煤的種類、煤粉細度、筒體容積及鋼球充滿系數(shù)等有關(guān)。,Vtf 直接影響燃料沿筒體長度的分布和磨煤出力,鋼球磨特性,鋼球磨結(jié)構(gòu)簡單，對煤種適應(yīng)性強，出力大，運行可靠；但初投資大，對鍋爐負荷適應(yīng)性差；單位電耗大，噪音大,,,,雙進雙出鋼球磨(低速磨),軸頸內(nèi)帶熱風(fēng)空心管雙進雙出筒式鋼球磨 圓筒兩端的空心軸內(nèi)有一空心圓管，圓管外裝有螺旋輸送裝置。兩端的空心軸既是熱風(fēng)和原煤的進口，又是煤粉氣流混合物的出口。從而形成兩個相

47、互對稱又彼此獨立的磨煤回路兩個回路 兩個回路同時使用時磨煤機出力最大；也可以單獨使用一個，這時可使磨煤出力降至50％以下,,,,雙進雙出鋼球磨的特點,,,,雙進雙出鋼球磨可擴大鋼球磨的負荷調(diào)節(jié)范圍 雙進雙出鋼球磨煤機響應(yīng)鍋爐負荷變化的時間非常短，有利于低揮發(fā)分煤的穩(wěn)燃 其出力不是靠調(diào)整給煤機來控制，而是靠調(diào)整一次風(fēng)量控制。加大一次風(fēng)閥門的開度，風(fēng)量及帶出的煤粉流量同時增加，因此，在任何負荷下，煤粉濃度變化不大，且煤粉細度降低

48、 雙進雙出鋼球磨煤機設(shè)有微動裝置 磨煤機在停機或維修操作時以額定轉(zhuǎn)速的1／100轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，可使筒內(nèi)存煤及時散熱防止自燃。故短時間停機時不必將筒內(nèi)的剩煤排空 雙進雙出鋼球磨煤機應(yīng)用檢測制粉噪聲或進出口差壓的方法來控制筒內(nèi)的存煤量 雙進雙出鋼球磨煤機保持了鋼球磨煤種適應(yīng)性廣等所有優(yōu)點，同時大大縮小了體積，降低了磨煤機的能耗，增強了適應(yīng)鍋爐負荷變化的能力,鋼球磨中儲式制粉系統(tǒng)有熱風(fēng)送粉和乏氣送粉兩種,鋼球磨中儲式熱風(fēng)送粉系統(tǒng),,,

49、,空氣經(jīng)送風(fēng)機→空預(yù)器→一次風(fēng)機→一次風(fēng)箱→混合器（熱氣與煤粉）→一次風(fēng)噴口 乏氣經(jīng)細粉分離器→排粉機→乏氣風(fēng)箱→三次風(fēng)噴口 適用無煙煤、貧煤及劣質(zhì)煤,鋼球磨中儲式乏氣送粉系統(tǒng),,,,,,,乏氣經(jīng)細粉分離器→排粉機→一次風(fēng)箱→混合器（乏氣與煤粉）→ 一次風(fēng)噴口 適用于煙煤等揮發(fā)分含量高的煤種,鋼球磨中儲式系統(tǒng)再循環(huán)管,再循環(huán)管31 將部分磨煤乏氣從排粉風(fēng)機后返回到磨煤機，然后再回到排粉風(fēng)機進行循環(huán) 再循環(huán)風(fēng)溫度低，既

50、可以調(diào)節(jié)磨煤機入口干燥劑的溫度，又能增加磨煤的通風(fēng)量，并能兼顧燃燒所需一次風(fēng)的要求，從而協(xié)調(diào)磨煤、干燥和燃燒三方面所需的風(fēng)量,,,,中 速 磨,原煤經(jīng)落煤管進入兩組相對運動碾磨件之間，在壓緊力的作用下被擠壓、研磨成粉。熱風(fēng)經(jīng)四周風(fēng)環(huán)進入磨煤機，對被甩至此處的煤粉進行干燥并將煤粉帶入粗粉分離器進行分離，不合格的煤粉返回磨煤機重磨，細粉則送出磨外,中速磨有盤式磨（輥-盤式）、碗式磨(輥-碗式HR、HP)、環(huán)式磨(輥-環(huán)式MPS、球-環(huán)式

51、E),,,,,,中速磨布置緊湊，初投資小，單位電耗小，適應(yīng)變負荷運行；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易磨水分太大和太硬的燃料,,中速磨直吹式負壓系統(tǒng),,排粉風(fēng)機裝在磨煤機出口，整個系統(tǒng)在負壓下運行 煤粉不會向外泄漏，對環(huán)境污染小 漏風(fēng)大，排粉風(fēng)機磨損嚴重，效率低，電耗大，系統(tǒng)可靠性差。,中速磨直吹式制粉系統(tǒng)有正壓和負壓系統(tǒng)；正壓系統(tǒng)又有熱一次風(fēng)和冷一次風(fēng)系統(tǒng),,,,中速磨直吹式正壓熱一次風(fēng)系統(tǒng),,正壓系統(tǒng)：一次風(fēng)機布置在磨煤機之前，系統(tǒng)處于正壓

52、狀態(tài)下工作 無漏風(fēng)；葉片磨損小 煤粉易外泄，系統(tǒng)需設(shè)專門的密封風(fēng)機 熱一次風(fēng)系統(tǒng)：配置二分倉回轉(zhuǎn)式空預(yù)器。一次風(fēng)機布置在空預(yù)器與磨煤機之間，輸送的是熱空氣 空氣溫度高，比容大，風(fēng)機體積大，電耗高，易發(fā)生高溫侵蝕，運行效率及可靠性低,,,,,中速磨直吹式正壓冷一次風(fēng)系統(tǒng),,冷一次風(fēng)系統(tǒng)：配置三分倉回轉(zhuǎn)式空預(yù)器。一、二次風(fēng)各自由單獨風(fēng)機輸送，風(fēng)機處于空預(yù)器之前，輸送的是干凈的冷空氣 空氣溫度低，比容小，風(fēng)機體積小，電耗低

53、，效率高；高壓頭冷一次風(fēng)機可兼作密封風(fēng)機，簡化系統(tǒng)；熱風(fēng)溫度不受一次風(fēng)機的限制，可滿足磨制較高水分煤種的要求,,,,,高 速 磨(風(fēng)扇磨),高速磨由葉輪、帶有護甲的蝸殼和粗粉分離器組成，裝有沖擊板的葉輪由電機帶動高速旋轉(zhuǎn)。原煤和干燥劑一起被吸入磨煤機內(nèi)，煤被轉(zhuǎn)動的沖擊板打碎，甩到護甲上再次被撞擊成煤粉，煤粉借助風(fēng)扇產(chǎn)生的壓頭由干燥劑攜帶經(jīng)粗粉分離器帶出,,,,高速磨結(jié)構(gòu)簡單，相應(yīng)的制粉系統(tǒng)簡單，金屬耗量小，對鍋爐負荷適應(yīng)性強，特別適應(yīng)磨

54、高水分煤種；但部件磨損大，不宜磨制較硬的煤種,高速磨直吹式系統(tǒng),,,（a）熱風(fēng)干燥；（b）熱風(fēng)-爐煙干燥,,,,磨制煙煤和水分不高的褐煤 采用熱風(fēng)作為干燥劑 磨制高水分不高的褐煤 采用熱風(fēng)摻爐煙作為干燥劑,兩種制粉系統(tǒng)的比較,直吹式系統(tǒng) 系統(tǒng)簡單、設(shè)備部件少，管路短、阻力小，初投資和系統(tǒng)的建筑尺寸小，輸粉電耗較??；但磨煤機的工作直接影響鍋爐的運行，鍋爐機組的可靠性相對低些,,,,儲倉式系統(tǒng) 設(shè)有煤粉倉，磨煤機可一直維

55、持在經(jīng)濟工況下運行，磨煤機的工作對鍋爐影響較小，系統(tǒng)的可靠性高；但系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備部件多，初投資及運行費用高,鍋爐負荷變動時 儲倉式系統(tǒng) 調(diào)節(jié)給粉機轉(zhuǎn)數(shù)改變煤粉量，既方便又靈敏； 直吹式系統(tǒng) 從改變給煤量開始，經(jīng)過整個系統(tǒng)才能改變煤粉量，惰性較大,第四章 燃燒設(shè)備和煤粉燃燒技術(shù),,煤粉高效燃燒技術(shù)煤粉爐的爐膛 爐膛的作用與型式 煤粉燃燒器 燃燒器的作用與要求 燃燒器的類型與布置 煤粉火炬的穩(wěn)燃技術(shù) W

56、型火焰燃燒方式 W型火焰爐膛結(jié)構(gòu) W型火焰燃燒方式的特點,,煤的燃燒特點,煤中含有水分 煤的燃燒過程中，水蒸氣很易和C及燃燒產(chǎn)物CO作用，生成CO2和H2，H2再與CO或CO2反應(yīng)。這種催化作用，使燃燒反應(yīng)更加復(fù)雜并改變化學(xué)反應(yīng)速度,煤中含有揮發(fā)分 揮發(fā)分對煤的著火燃燒有利；另一方面，揮發(fā)分析出燃燒，消耗了大量氧氣，并增加了氧氣向煤粒表面的擴散阻力，使燃燒過程的初期焦碳的燃燒速度下降,煤中含有礦物雜質(zhì) 在燃燒過程會

57、生成灰，灰層包裹著碳粒，會妨礙氧向碳粒表面的擴散，或使碳粒反應(yīng)表面減少，使燃燒難以進行，燃盡困難,,,,煤是一種多孔性物質(zhì) 它受熱時產(chǎn)生的水蒸氣和揮發(fā)分，不但向煤粒表面四周的空間擴散，而且還會向煤粒的內(nèi)部空隙擴散,煤粉的燃燒特點,鍋爐燃用煤粉的顆粒很?。?0～100μm），爐膛溫度又很高，煤粉在爐膛中的加熱速度可以達到（104℃/s或更高）,煤粉快速加熱時，煤中揮發(fā)分的含量和成分都與慢速加熱的揮發(fā)分常規(guī)測試方法不同,煤粉快速加熱時，

58、揮發(fā)分析出、著火和碳的著火燃燒幾乎是同時的，其中極小的煤粉甚至可能先著火燃燒 煤燃燒的四個階段不明顯，揮發(fā)分析出過程幾乎延續(xù)到燃燒的最后階段,,,,煤粉氣流的著火 由緩慢的氧化狀態(tài)轉(zhuǎn)化到快速的燃燒狀態(tài)的瞬間過程轉(zhuǎn)變時的瞬間溫度稱為著火溫度,著火和熄火的熱力條件,,,,,煤粉氣流的著火溫度,放熱曲線Q1是一條指數(shù)曲線，散熱曲線Q2接近于直線,點2對應(yīng)的溫度即為著火溫度Tzh,Tb=Tb1（很低），散熱線

59、 與 Q1 交點1為穩(wěn)定平衡點，煤粉處于低溫緩慢氧化狀態(tài),Tb=Tb2 ，散熱線 與 Q1 交點2為不穩(wěn)定平衡點，只要稍增加系統(tǒng)的溫度， Q1 > Q2 ，反應(yīng)將自動加速過渡到點3高溫穩(wěn)定平衡點，此時，只要保證煤粉和空氣的不斷供應(yīng)，最后將穩(wěn)定在高溫燃燒狀態(tài)。即在一定的放熱和散熱條件下，只要系統(tǒng)溫度T >Tzh，燃燒反應(yīng)就會自動進行,,,,煤粉氣流的熄火溫度,Tzh 、Txh是在一定測試條件下的相對

60、特征值， Txh大于Tzh。 強化著火的措施 在散熱條件不變的情況下，增加可燃混合物的初溫、濃度和壓力，加強放熱 在放熱條件不變時，增加燃燒室的保溫，減少放熱,Tb=Tb2、強化散熱，散熱線 與 Q1 交點4為不穩(wěn)定平衡點，只要反應(yīng)系統(tǒng)溫度稍降低， Q1 < Q2 ，反應(yīng)系統(tǒng)溫度急劇下降過渡到點5低溫穩(wěn)定平衡點，此時，煤粉只能產(chǎn)生緩慢地氧化，而不能著火和燃燒，從而使燃燒過程中止（熄火）。即 在

61、一定的放熱和散熱條件下，只要系統(tǒng)溫度T< Txh ，燃燒反應(yīng)就會自動中斷 點4對應(yīng)的溫度即為熄火溫度Txh,,,,煤粉氣流的著火熱源,,,,,煤粉氣流著火熱源 煤粉氣流卷吸回流的高溫?zé)煔?；火焰、爐墻等對煤粉的輻射 燃料進行化學(xué)反應(yīng)釋放出的熱量,煤粉氣流的著火熱源,,細煤粉溫升比粗煤粉快得多； 煤粉氣流的著火主要是靠高溫回流煙氣的加熱,,,,煤粉氣流由初溫T0加熱到著火溫度 Tz 所需時間τz

62、分別為,輻射為主要熱源（曲線2）,高溫回流煙氣對流為主要熱源（曲線1）,煤粉氣流著火熱,式中 Br―每臺燃燒器的燃料消耗量，kg/h ?r―燃燒器送入爐內(nèi)的空氣所對應(yīng)的過量空氣系數(shù) rl―一次風(fēng)量占爐膛出口相應(yīng)總風(fēng)量的百分比；c1K 、 Cq 、 cd ―一次風(fēng)、蒸汽及煤的比熱，J/Nm3·K） Mar、 Mmf

63、―煤的收到基水分，%、煤粉的水分，% Tzh―著火溫度，K T0―煤粉一次風(fēng)氣流初溫，K,,,,煤粉氣流的著火熱為將煤粉氣流加熱到著火溫度所需的熱量對于熱風(fēng)送粉，煤粉氣流的著火熱為,第一項為加熱煤粉和一次風(fēng)所需熱量 第二項為煤粉中水分蒸發(fā)、過熱所需熱量,,,,煤粉氣流著火熱,影響煤粉氣流著火的因素,燃料的性質(zhì) 揮發(fā)分含量Vdaf ??；水分、灰分含量高；煤粉細度大，則煤粉氣流著火溫度提

64、高，著火熱增大，著火所需時間長，著火點離開燃燒器噴口的距離增大,爐內(nèi)散熱條件 減少爐內(nèi)散熱，有利于著火。敷設(shè)衛(wèi)燃帶是穩(wěn)定低揮發(fā)分煤著火的有效措施，但需預(yù)防結(jié)渣,煤粉氣流的初溫 提高初溫T0 可減少著火熱。燃用低揮發(fā)分煤時應(yīng)采用熱風(fēng)送粉制粉系統(tǒng)，提高預(yù)熱空氣溫度,,,,影響煤粉氣流著火的因素,一次風(fēng)量V1 （ V0 ?r γ1 ） V1過大，著火熱增加，著火延遲 V1過低，燃燒初期由于缺氧，化學(xué)反應(yīng)速度減慢，

65、阻礙著火繼續(xù)擴展 V1在最佳值范圍內(nèi)選取,一次風(fēng)速w1 w1過高，通過單位截面積的流量增大，降低煤粉氣流的加熱速度，著火距離加長，著火推遲 w1過低，燃燒器噴口易燒壞，煤粉管道堵塞 w1在最佳值范圍內(nèi)選取,,,,鍋爐負荷D D降低，煤耗量 B 相應(yīng)減少，水冷壁總的吸熱量Q 也減少，但減少的幅度較小，故Q/B反而增加，爐膛平均煙溫及燃燒器區(qū)域煙溫降低，當(dāng)鍋爐負荷降到一定程度時，會危及著火的穩(wěn)定性，甚至可能

66、引起熄火,影響煤粉氣流著火的因素,著火穩(wěn)定性條件限制了煤粉鍋爐負荷的調(diào)節(jié)范圍。一般在沒有其他穩(wěn)燃措施條件下，固態(tài)排渣煤粉爐只能在高于70% 額定負荷下運行,,,,煤粉氣流完全燃燒的條件,,,,值影響 q2、q3 和 q4 在一定范圍內(nèi) 減小，q2 降低，但q3 、q4 會增加,供應(yīng)適量的空氣α 爐膛出口過?？諝庀禂?shù) 可代表空氣量對燃燒過程的影響,煤粉氣流完全燃燒的條件,,保證足夠的爐膛溫度 爐溫高，著火快，燃燒速

67、度快，燃燒過程便進行得猛烈，燃燒也易于趨向完全 爐溫過高，不但會引起爐內(nèi)結(jié)渣，也會引起水冷壁的膜態(tài)沸騰 爐溫在（1000～2000℃）范圍內(nèi)比較適宜,,,,促進燃料與空氣充分混合 煤粉完全燃燒應(yīng)使煤粉和空氣充分擾動混合。要求燃燒器的結(jié)構(gòu)特性優(yōu)良，一、二次風(fēng)配合良好，爐內(nèi)空氣動力場均勻,保證足夠的停留時間τ 煤粉在爐內(nèi)的停留時間τ 煤粉自燃燒器出口至爐膛出口所經(jīng)歷的時間 τ過小， 煤粉至爐膛

68、出口處還沒有燒完，爐膛出口后溫度降低使燃燒基本停止，造成燃燒熱損失增大；局部再燃燒會引起過熱器爆管和結(jié)渣。τ取決于爐膛容積熱強度、爐膛截面熱強度和鍋爐運行負荷,煤粉氣流完全燃燒的條件,,,,爐膛是燃料燃燒和熱交換（主要是輻射能交換）的場所 保證燃料燃燒完全（燃料在爐膛內(nèi)有足夠的停留時間） 布置合適的受熱面、合理組織爐內(nèi)熱交換 滿足鍋爐容量的要求；同時使煙氣到達爐膛出口時被冷卻到使其后的對流受熱面不結(jié)渣和安全工作所允許的溫度