工业热工设备与测量 周彦波 2013.3.8

上节回顾 试述热工设备的种类及用途。 热工测量新进展？

本次讨论小组 理论与实践 电厂锅炉的启动、运行、燃烧调节等主要过程中的参数测量。 A2，B2小组汇报。

下一节的论述题目 A3小组：鲁奇气化炉排渣方式与煤质关系 （灰熔点？煤种？矿物质？等等） B3小组：德士古与Shell气化工艺的异同 （碳转化率？对设备的要求？等等） 15分钟，≤30页ppt

第二章 锅炉

第一节 锅炉的定义和基本工作特性 锅炉是一种将燃料（煤、石油、天然气、生物质能等）所储藏的化学能以及工业生产中的余热或其他热源，转化为一定温度和压力下的热水、蒸汽或其他工质热能的设备。

锅炉可看成由“锅”和“炉”两部分组成。 图2-1 锅炉设备组成示意图

锅炉的基本参数和工作特性 反映锅炉工作特性的基本参数，主要是压力、温度和容量。

1）容量 锅炉的容量又称锅炉的出力。对于蒸汽锅炉用蒸发量表示，对于热水锅炉用供热量表示。 ①蒸发量，蒸汽锅炉单位时间内产生蒸汽的数量，称为锅炉的蒸发量，也称为蒸汽锅炉的容量或出力，其单位为t/h（吨/小时）。 ②供热量，热水锅炉每小时出水的有效带热量，或者说每小时送入系统的热量，称为热水锅炉的供热量，其单位为MW（兆瓦）。 热水锅炉产生0.7MW的热量，大体相当于蒸汽锅炉产生1t/h蒸汽的热量。

2）压力和温度 锅炉生产蒸汽或供热的质量，通常用其基本状态参数压力和温度来反映。 对产生过热蒸汽的蒸汽锅炉，蒸汽参数是指蒸汽过热器后主汽阀出口处过热蒸汽的压力和温度；对生产饱和蒸汽的蒸汽锅炉，只标明主汽阀出口处的饱和蒸汽压力，即可知道此压力对应的饱和温度。 对用于采暖、供热的热水锅炉，其供热质量指的是热水锅炉出水阀处出口水的压力和温度。其进水阀处的进口水温度，被称为热水锅炉的额定热水参数。

表示蒸汽压力的单位是MPa（兆帕），表示温度的单位是℃（摄氏度）。蒸汽压力是用弹簧管式压力表测出的，为表压力（以大气压力作为测量起点）； 锅炉铭牌上所标示的锅炉额定工作压力就是表压力，而水蒸汽图上所标示的压力为绝对压力（以压力为零作为测量起点），表压力与绝对压力的关系是：绝对压力等于表压力加上大气压力。 一般情况下，锅炉容量与压力、温度等参数是相互匹配的。通常容量越大，参数也越高。

（2）锅炉的工作特性 锅炉的基本工作特性表征锅炉的生产能力、蒸汽质量、经济效果、制造成本及安全性。 额定蒸发量或供热量：表示锅炉生产能力的指标，是锅炉长期运行的最大蒸发量或供热量。 动力锅炉在额定工况下每小时的水蒸汽生产量，称为蒸发量，用符号D表示,单位t/h。 对于供热锅炉，用额定工况下每小时的供热量来表示，使用符号为Q，单位为KJ/h。

(3)锅炉的型号 锅炉型号是反映锅炉主要特征的代号。我国工业锅炉的型号按JB1623-1983《工业锅炉产品型号编制方法》的规定，由三部分组成，各部分之间用短横线相连。

图 2-3 锅炉型式代号

第一部分表示锅炉形式、燃烧方式和额定蒸发量或额定供热量。 锅 炉 型 式 代 号 锅筒锅炉 立式水管 立式火管 卧式外燃 卧式内燃 SL（立水） LH（立火） WW(卧外) WN（卧内） 水管锅炉 单锅筒立式 单锅筒纵置式 单锅筒横置式 双锅筒纵置式 双锅筒横置式 纵横锅筒式 强制循环式 DL(单立) DZ（单纵） DH（单横） SZ（双纵） SH（双横） ZH（纵横） QX（强循） 第一部分表示锅炉形式、燃烧方式和额定蒸发量或额定供热量。 第一段中的两个“Δ”是汉语拼音字母，代表锅炉总体型式； 第二段的一个“Δ”是一个汉语拼音字母，代表燃烧方式； 第三段的两个“X”是两个阿拉伯数字，表示蒸汽锅炉的额定蒸发量或热水锅炉的额定供热量。 燃烧方式 代 号 固定炉排 活动手摇炉排 链条炉排 往复推动炉排 抛煤机 倒转炉排加抛煤机 振动炉排 下伺炉排 沸腾炉 半沸腾炉 室燃炉 旋风炉 G（固） H（活） L（链） W（往） P（抛） D（倒） Z（振） A（下） F（沸） B（半） S（室） X（旋）

型号的第二部分表示介质参数，共分两段，中间以斜线相连。 第一段的两个“X”是用两个阿拉伯数字表示介质的出口压力；第二段的三个“X”使用阿拉伯数字表示过热蒸汽温度或热水锅炉出水温度/回水温度。 若锅炉生产的是饱和蒸汽，则第二部分只有介质出口压力。

（1）LHG1-8-AII。表示立式横水管固定炉排，额定蒸发量为1t/h，额定蒸汽压力为0 （1）LHG1-8-AII。表示立式横水管固定炉排，额定蒸发量为1t/h，额定蒸汽压力为0.8MPa,蒸汽温度为饱和温度，燃用II类烟煤，原型设计的锅壳式蒸汽锅炉。 （2）DZL4-13-WII （3）SZS10-16/350-YQ2 （4）SHL240-7/130/70-AII （5）QXS360-7/95/70-Y

锅炉的自然循环回路 目前使用的汽包，绝大部分为自然循环锅炉。 即：锅炉汽包-下降管-下联箱-水冷壁（上升管）-汽包等构成一个自然循环回路 。

锅炉工作时，水冷壁管接受炉内高温烟气的强烈辐射热，使管内部分水逐渐蒸发成蒸汽。下降管布置在炉墙外不受热，管内充满水。由于蒸汽的密度远小于水，因而上开管中的汽水混合物的平均密度小于下降管中水的密度。

在这一密度差的作用下，上升管中的汽水混合物向上流动，下降管中的水向下流动，形成水的循环流动，称为自然循环。

锅炉 第二节 锅炉的基本构成与工作特点； 锅炉的基本受热面； 锅炉的运行； 锅炉用换热器的热工指标&性能评判。

汽包是锅护蒸发设各的主要受压部件。 汽包一方面与下降管、上升管连接，组成蒸汽回路，另一方面又接受省煤器来的给水及向过热器送出饱和蒸汽。 它是水在锅炉中加热成饱和水，饱和水加热成饱和蒸汽，饱和蒸汽加热成过热蒸汽等三个过程的分界点，又是它们的连接枢纽。

汽包的第二个作用是由于它保持一定的水量，因而有一定的储热能力，这在运行工况变动时，可以减缓汽压变化的速度。

图 2-5 400t/h 高压锅炉汽包 1.汽包筒身

2.汽包封头、3.装有人孔门的汽包封头

水冷壁 水冷壁是辐射蒸发受热面，它的作用一方面是吸收炉膛高温辐射热量，使其中一部分水蒸发成蒸汽，另一方面是保护炉墙不该烧坏和浸蚀。 由于辐射传热强度比对流换热强度大，因而用它代替对流蒸发受热面可以大大减少受热面积，从而降低锅炉蒸发受热面的金属总耗量和造价。

水冷壁有光管水冷壁、膜式水冷壁和刺管水冷壁等几种。

对流蒸发受热面 生产饱和蒸汽的低压锅炉，除了在炉膛中布置水冷壁作为辐射蒸发受热面外，还设置对流蒸发受热面，以满足汽化热的需要。 对流蒸发受热面一般均采用上、下双汽包结构，对流蒸发管束两端分别写上、下汽包连接，并组成一个水循环系统。 管束中间用耐火砖把烟道分隔成几个流程，同时各流程的烟气通流截面积随烟气温度降低而逐渐减小，以保持足够高的烟气流速。Why？ 下汽包充满水，相当于水冷壁的下联箱。在这种水循环系统中无专设的下降管，管束中受热强的为上升管，受热弱的作下降管，整个对流管束布置在炉膛出口的烟道中。

蒸汽过热器 过热器是将饱和蒸汽加热到额定温度的部件。它布置在高温烟道区，工质温度高加之蒸汽的传热性能较差，管壁温度高，最高处几乎接近材料的最高允许工作温度。

过热器的型式 按传热方式，过热器可分为对流过热器、辐射过热器和半辐射过热器。 过热器的型式 按传热方式，过热器可分为对流过热器、辐射过热器和半辐射过热器。 （1）对流过热器 一般布置在炉膛进口的水平烟道中。按烟气与蒸汽的相对流动方向，过热器可以布置成顺流、逆流、双逆流和混合流等四种形式。

（2）半辐射式过热器 半辐射式过热器多为单列管圈的挂屏型式，习惯上称为屏式过热器；屏式过热器悬挂在炉膛上部的炉膛烟气出口处， 既接受辐射热量，又接受烟气对流放热。 屏式过热器在炉膛中受炉膛火焰的直接热辐射，热负荷比较大，故常用作过热器低温段，而采用较高的蒸汽质量流速，以免管壁温度过高。

喷水减温器 为了保持额定汽温，锅炉需要装设调温设备。 汽温调节可以从烟气侧进行，也可以从蒸汽侧进行。现代电站锅炉主要是从蒸汽侧，利用喷水减温的办法来调节过热蒸汽温度。 过热器通常可将过热蒸汽加热到超过额定的温度值，而通过控制喷入的水量使汽温降到额定值。

省煤器 省煤器是利用烟气余热加热给水的部件。锅护装设省煤器可以起到降低排烟温度，提高锅炉效率的作用。

由于省煤器中水温较低，故与烟气的平均温差大，传热效果好，加之省煤器制造成本较低，所以省煤器县锅炉中较理想的受热面。 给水温度通常远低于炉水的温度，给水在省煤器中加热升温后再进入汽包，可以减少汽包壁金属材料受到的温差热应力。这对提高汽包的工作安全性是有利的。 按省煤器使用的材料，省煤器可分为铸铁省煤器和钢管省煤器两种； 若按出口工质状态，省煤器可分为沸腾式省煤器和非沸腾式省煤器。

通常省煤器中水温每升高1℃，烟气温度大约可降低2一3℃，给水温度每升高6-7℃，可节约燃料1％左右。安装省煤器后，一般可节约燃料约5-10％。

H型鳍片管省煤器 H型鳍片管，亦称H型肋片管，是把两片中间有圆弧的钢片对称地与光管焊接在一起形成鳍片（肋片或蝶片），正面形状颇象字母“H”，故称为H型鳍片管。 H型鳍片管的两个鳍片为矩形，近似正方形，其边长约为光管的2倍。属扩展的受热面，具有良好的热传导性能。可广泛应用在电站锅炉、循环硫化床锅炉、燃煤锅炉及各式窑炉上。

空气预热器 空气预热器是利用烟气余热加热燃烧所需空气的受热面。 空气加热以后可以改善燃料的着火和燃烧，空气温度每提高100℃，约可使燃烧的理论温度升高35-40℃。 设置空气预热器还可以使排烟温度降低，并减少排烟损失。烟气温度每降低50℃，锅炉效率可提高3-4％。 因此，大中型锅炉都装有空气预热器。一般小容量工业锅护为了简化设备，通常都不装空气预热器。

管式空气预热器

回转式空气预热器 回转式空气预热器也叫再生式空气预热器。 特点是：在整个工作周期中，受热面有一半时间是作为蓄热器而受到烟气加热，另一半时间则作为热源向空气放热。 对于同一部分受热面而言，烟气与空气交替流过。

受热面旋转的回转式空气预热器 优点：紧凑，金属用量约为管式三分之一。 缺点：漏风量大和通流截面小，稍有积灰，阻力则增大很多。

受热面吹灰 电站锅炉受热面的积灰污染不仅使锅炉运行热效率降低，严重时将导致机组降负荷运行或停机。 大容量电站锅炉各受热面均配有不同形式的吹灰器。

吹灰器 定义： soot blower 利用蒸汽、压缩空气或水做介质，在运行中清除受热面烟气侧沉积物的装置。 目前电站锅炉安装的吹灰设备主要是蒸汽吹灰器和声波吹灰器。

蒸汽吹灰系统 ①长伸缩式吹灰器：吹灰时吹灰管子和喷头一面旋转,一面伸入烟道。喷头用拉瓦尔喷管式,蒸汽或空气的喷射速度超过声速，有效吹灰半径约1.5～2米。 ②短伸缩式吹灰器：用于吹扫炉膛水冷壁管子表面的结渣和积灰。 吹灰结束后吹灰管退出炉外，以免被高温烟气烧坏

声波吹灰器 通过产生带有一定能量的声波，抵消浮游在烟气流中灰垢在管壁表面的粘附力或聚积力，以阻止其相互之间结合成一硬壳层。

锅炉受热面及吹灰器布置

但，吹灰是以吹灰介质和介质携带能量为代价的。 吹灰模式不合理，不仅使吹灰的总体经济性低下，而且过于频繁的吹灰会对受热面造成损坏，并缩短吹灰装置本身的使用寿命。

锅炉各受热面吹灰作用的对比研究 为优化运行性能，通过清洁因子变化对锅炉主要运行参数影响的性能计算，得到了锅炉不同部位受热面的吹灰作用种类和大小； 不同部位受热面的吹灰作用因受热面位置、受热面种类和大小的不同而异，其重要性也不同。 位于烟气流程起始点和蒸汽流程终点的受热面是吹灰优化运行的重点。

对已建成的电站锅炉的吹灰模式进行优化，首先需实现对受热面污染状态的较准确的实时监测；其次需对各受热面污染增长特性进行分析。

以邹县电厂#5炉为对象，在已建立的锅炉各受热面污染程度的实时监测系统的基础上，对600MW机组锅炉受热面的污染特性及吹灰模式的优化进行了研究，对邹县电厂#5炉进行了受热面单吹实验与变吹灰强度实验。

目前对锅炉受热面的磨损程度还很难合理定量描述，从保证锅炉运行安全性的保守角度，需要对吹灰频率进行限制，在合理经济性的条件下尽量降低吹灰频率。

吹灰模式逻辑图

复习题 锅炉的命名规则 省煤器有哪些形式？

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