锅炉原理及运行课程自学辅导资料文档格式.docx
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5
煤粉特性、磨煤机、制粉系统
燃烧过程基本理论
7
煤粉炉及炉膛
直流、旋流燃烧器
9
过热器、再热器
10
省煤器和空气预热器
11
炉膛计算
12
对流受热面计算
13
自然循环特性
14
强制流动特性
15
受热面布置
16
蒸汽净化
17
锅炉运行
注：
期中（第10周左右）将前半部分测验作业寄给班主任，期末面授时将后半部分测验作业直接交给任课教师。
总成绩中，作业占15分。
锅炉原理及运行课程自学指导书
第1章概述
一、本章的核心、重点及前后联系
（一）本章的核心
掌握电站锅炉机组的工作过程，水或水蒸汽在锅炉各受热面中的流动过程和相态的变化，锅炉各设备；
锅炉的容量及参数；
锅炉的各分类方式；
大容量锅炉的主要型式：
对冲自然循环锅炉、四角切圆自然循环锅炉、W型火焰锅炉、控制循环锅炉、低倍率循环锅炉、直流锅炉。
（二）本章重点
电站锅炉机组的工作过程（燃料的化学能转变为电能的过程）；
电站锅炉的容量和参数系列（压力、蒸发量）。
（三）本章前后联系
在前面学习完成工程热力学和传热学的基础上，对热量传递过程进行学习；
学习本章内容为后面分别学习锅炉机组各部分的工作原理打下基础。
二、本章的基本概念、难点及学习方法指导
（一）本章的基本概念
自然循环锅炉，控制循环锅炉，直流锅炉。
（二）本章难点及学习方法指导
火力发电厂工作过程：
水、空气、煤进入火力发电厂，烟气、废水、废渣、飞灰、电力离开火力发电厂的转化过程；
锅炉工作过程：
汽水流程、燃料、灰渣、飞灰、空气、烟气流程；
学习方法：
理论联系实际，熟悉汽轮机结构，多看书，
三、典型例题分析
1．火力发电厂经过哪些能量转换过程产生电能？
答：
燃料的化学能转换为蒸汽的热能，再转换为机械能，再转换为电能。
2．燃煤锅炉中煤的工作过程？
原煤破碎、于燥，磨制为煤粉，输送入炉膛，组织燃烧。
3．锅炉机组主要有哪几个系统组成？
答：
主要有制粉系统，燃烧系统，汽水系统，除渣、除灰系统，烟气排放系统。
4．电站锅炉的参数主要有哪些？
过热蒸汽温度、压力，再热蒸汽温度、压力，最大连续蒸发量。
5．按蒸汽压力锅炉可以分为哪几类？
分为低压、中压、高压、超高压、亚临界、超临界压力锅炉。
6．按蒸发受热面内工质流动方式锅炉分为哪几类？
。
自然循环锅炉、控制循环锅炉、直流锅炉。
四、思考题、习题及习题解答
（一）思考题、习题
简答题：
2．燃煤锅炉中煤的工作过程？
3．锅炉机组主要有哪几个系统组成？
4．电站锅炉的参数主要有哪些？
5．按蒸汽压力锅炉可以分为哪几类？
6．按蒸发受热面内工质流动方式锅炉分为哪几类？
（二）习题解答
略
第2章燃料及其燃烧特性
掌握煤的元素分析、工业分析成分的意义；
掌握煤的成分在收到基、空气干燥基、干燥基、干燥无灰基之间的换算关系；
掌握挥发分、灰分、水分、硫分、灰渣熔融性对锅炉工作的影响；
掌握煤的燃烧特性及其影响；
煤的成分在收到基、空气干燥基、干燥基、干燥无灰基之间的换算公式；
Na2O,K2O等成分对于煤灰的熔融性影响；
煤的常规特性对锅炉工作的影响；
煤的燃烧特性及其影响；
在前面学习完成电站锅炉工作流程的基础上，学习本章内容，利用理论知识对锅炉燃料的特性及燃烧过程进行学习。
元素分析，工业分析，挥发分，收到基，空气于燥基，于燥无灰基，低位发热量，折算成分，变形温度，软化温度，流动温度，无烟煤，烟煤，褐煤，燃点。
（二）本章难点及学习方法指导
收到基、空气干燥基、干燥基、干燥无灰基概念的引入；
煤的成分在收到基、空气干燥基、干燥基、干燥无灰基之间的换算公式；
Na2O,K2O等成分对于煤灰的熔融性影响。
学习方法：
理论联系实际，多看书，
1．煤的元素分析主要有哪些成分？
碳、氢、氧、氮、硫、灰分、水分。
2．煤的工业分析主要有哪些成分：
灰分、水分、挥发分、固定碳。
3．煤的常规特性对锅炉工作的影响有哪些？
挥发分：
Vdaf越高，着火越容易；
水分：
水分的增加会导致炉膛烟气温度的下降；
灰分：
增加具有辐射能力的粒子、增加飞灰对尾部受热面的磨损量、增加炉膛底渣量；
灰渣熔融性：
调整燃料种类和燃烧工况，尽量避免发生大面积结渣。
保证受热面的工质流量和足够的冷却速度，进而保证受热面的安全工作；
硫分：
尽量降低原煤中的含硫量，从而降低由于硫酸盐或者SO2,SO3等因素引起的水冷壁、过热器、再热器高温段的高温腐蚀以及空气预热器低温段的低温腐蚀。
4．动力用煤的分类？
动力用煤的分类：
无烟煤（Vdaf≤10%，），贫煤（10%<
Vdaf≤20%），烟煤（20%<
Vdaf≤37%），褐煤（Vdaf>
37%）
5．标准煤的发热量是多少？
平衡汽轮机的轴向推力可以采用哪些方法？
27290kJ/kg。
6．什么是低位发热量？
发热量中不包含水蒸汽凝结放出的汽化潜热称为低位发热量。
简答题
计算题
某锅炉用煤的元素分析如下表示，请给出该煤的折算硫分、折算水分和折算灰分。
元素分析
Car
Har
Oar
Nar
Sar
Aar
Mar
%
69.48
4.18
7.24
0.82
1.77
12.04
4.47
第3章燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡
掌握燃料燃烧理论空气量和实际空气量的计算；
掌握过量空气系数的定义和作用；
掌握燃烧理论烟气量和实际烟气量的计算；
掌握燃烧烟气分析和过量空气系数的求取方法；
掌握锅炉热平衡基本概念；
掌握锅炉有效利用热与各项损失；
了解锅炉正反平衡实验方法。
燃料燃烧理论空气量、实际空气量的计算；
燃料燃烧理论烟气量和实际空气量的计算；
锅炉热平衡中输入和输出的组成。
在前面学习完成燃料的相关特性基础上，学习本章内容，利用理论知识对锅炉机组热平衡进行学习。
理论空气量，过量空气系数，理论烟气量，空气焓，烟气焓，固体不完全燃烧损失，排烟损失，气体不完全燃烧损失，散热损失，灰渣物理损失，锅炉热效率。
燃料组成对理论空气量和理论烟气量的影响；
过量空气系数与实际空气量、实际烟气量的关系；
烟气焓的计算与锅炉中热量损失组成与比例。
理论联系实际，多看书，多从现场实际运行角度分析问题。
1．什么是过量空气系数？
在燃烧设备中，燃料与空气不能充分混合。
如果供给锅炉的空气量只等于理论空气量，就不能使燃料完全燃烧，因此实际空气量要比理论空气量大。
实际空气量与理论空气量之比，称为过量空气系数，用α表示。
2．请给出理论空气量的推导。
每kg燃料完全燃烧时所需些的空气量计算如下：
碳燃烧时
C+O2=CO2
12.01kgC+22.4Nm3O2=22.4Nm3CO2
1kgC+1.866Nm3O2=1.866Nm3CO2
lkg收到基燃料中包含有Car/100kg碳。
因而lkg燃料中以完全燃烧时需要1.866Car/100Nm3O2,并产生1.866Car/100Nm3CO2。
氢燃烧时
2H2+O2=2H2O
4.032kgH2+22.41Nm3O2=44.82Nm3H2O
1kgH2+5.55Nm3O2=11.1Nm3H2O
1kg收到基燃料中包含有Har/100kg氢。
燃料中氢完全燃烧时需要5.55Har/100Nm3O2,并产生11.1Har/100Nm3H2O。
硫燃烧时
S+O2=SO2
32.06kgS+22.41Nm3O2=22.41Nm3SO2
1kgS+0.7Nm3O2=0.7Nm3SO2
1kg收到基燃料中包含有Sar/100kg硫。
燃料中硫完全燃烧时需要0.7Sar/100Nm3O2,并产生0.7Sar/100Nm3SO2。
按照空气中氧的体积分额为21%计算，1kg燃料燃烧需要的理论空气量为
V0=（1/0.21）×
（1.866Car/100+5.56Har/100+0.7Sar/100-0.7Oar/100
=0.0889Car+0.265Har+0.0333Sar-0.333Oarkg/Nm3
或V0=0.0889（Car+0.375Sar）+0.265Har-0.333Oarkg/Nm3
3．理想气体焓的计算方法？
任何气体的焓均可按下式计算：
I=Vct
V－－该气体的容积，Nm3／kg；
c－－该气体从0℃到t℃的平均定压比热，kJ／（Nm3·
℃）；
t－－气体温度。
4．影响锅炉各项损失大小的因素。
第4章煤粉制备及系统
掌握煤粉一般特性和煤粉经济细度；
掌握煤的可磨性与磨损性；
掌握中速磨种类、结构和工作特性；
掌握中速直吹式制粉系统工作特点；
掌握球磨结构工作特性；
掌握直吹式制粉系统；
掌握中间储仓式制粉系统。
（二）本章重点
煤粉特性对煤粉磨制和能耗的影响；
煤粉特性对储存和输送的影响；
中速磨直吹式制粉系统种类和优缺点；
中速磨储仓式制粉系统组成和特点；
钢球磨煤机直吹式、半直吹式和储仓式制粉系统特点。
（三）本章前后联系
在前两章煤粉及其燃烧特性的理论基础上，学习煤粉制备的设备及系统。
（一）本章的基本概念
直吹式制粉系统，中间储仓式制粉系统，煤粉细度，煤的磨损指数。
低速、中速、高速磨的特点及适用煤种，适用制粉系统。
理论联系实际，多看书，多从煤的性质分析制粉系统的问题。
1．什么是煤的经济细度？
答：
考虑固体不完全燃烧损失、磨煤电耗、金属磨损的总和最小的细度称为煤粉的经济细度。
2．中速磨的优缺点有哪些？
①结构紧凑占地小投资少耗电少金属消耗小噪音小；
②煤种适应性没有钢球磨好适合烟煤；
③干燥作用小，受水分影响较大：
水分大会→压成饼状；
④对“三块”的敏感性大；
⑤不能磨磨损指数高的煤种；
⑥结构复杂，运行和检修的技术要求高。
3．中速磨的直吹式制粉系统又可以细分为哪三类？
负压直吹式制粉系统、正压冷一次风机直吹式制粉系统、正压热一次风机直吹式制粉系统。
4．请画出钢球磨中间储仓式乏气送粉系统流程图。
（一）思考题、习题
简答题
5．请画出钢球磨中间储仓式热风送粉系统流程图。
6．双进双出钢球磨煤机与单进单出钢球磨煤机的差别是什么？
（二）习题解答
略
第5章燃烧理论基础
（一）本章的核心
掌握化学反应速度及其影响因素；
掌握煤、焦炭和煤粉燃烧过程与特点；
掌握煤粉气流燃烧过程着火和熄火的热力条件；
掌握影响煤粉气流着火的因素；
掌握煤粉燃烧过程。
化学反应速度；
质量作用定律；
阿累尼乌斯定律；
压力、催化作用和链锁反应对化学反应速率的影响；
煤、焦碳和煤粉的燃烧；
着火点和熄火点的确定；
影响煤粉燃烧的影响因素；
影响煤粉气流着火的因素。
在前面学习完成原理知识的基础上，学习本章内容，利用理论知识对煤及煤粉、碳粒的燃烧进行学习。
化学反应速度，阿累尼乌斯定律，活化能，着火温度，碳粒燃烧的动力区、扩散区、过渡区。
煤粉的着火温度、熄火温度，着火、熄火的热力条件。
理论联系实际，多看书。
1．阿累尼乌斯定律是什么？
阿累尼乌斯定律反应了温度T与化学反应速度常数k的关系。
2．煤燃烧过程的四个阶段是什么？
a.预热、干燥（吸热）；
b.挥发分析出（热解），并着火；
c.燃烧（挥发分、焦炭）（保证O2、足够温度）；
d.燃尽（残余焦炭/灰渣）q4。
3．气固多相燃烧过程是什么？
a.氧分子扩散到反应表面；
b.氧分子吸附于表面上；
c.在表面上发生燃烧反应，放出CO2等燃烧产物；
d.燃烧产物解吸附；
e.产物扩散到周围。
第6章燃烧设备及煤粉燃烧新技术
（一）本章的核心
掌握炉膛及燃烧器的设计和运行中的关健问题；
掌握三种煤粉炉的特点；
了解新型煤粉燃烧器及低负荷稳燃技术的设计思想；
掌握低NOx燃烧技术思想。
炉膛设计的几个热负荷；
炉膛内的结渣问题；
炉膛负压；
均等配风与分级配风；
四角切圆燃烧方式的优缺点；
残余旋转；
火焰偏斜；
双调风旋流燃烧器；
回流区；
墙式对冲燃烧的特点；
W型火焰锅炉的特点；
新型煤粉燃烧器及低负荷稳燃技术；
低NOx燃烧技术；
炉内的高温腐蚀问题。
在前面学习燃烧理论的基础上，对燃烧设备的结构和特性进行学习。
这一章的内容十分重要，与生产过程联系十分紧密。
炉膛截面热负荷容积热负荷燃烧器区域壁面热负荷回流区均等配风分级配风残余旋转四角不均假想切圆OFA喷口双调风旋流燃烧器卫燃带空气分级燃烧高温腐蚀
炉膛截面热负荷容积热负荷燃烧器区域壁面热负荷；
不同类型锅炉的对比。
理论联系实际，熟悉炉膛结构，多看书。
1．运行中炉膛内的重要的监测参数有哪些？
负压、氧量、炉膛出口烟温。
2．运行中影响炉膛内结渣的因素有哪些？
煤质、煤灰的熔化特性、煤粉细度、火焰中心的高低、近壁区的气氛、混配煤的情况、火焰偏斜、燃烧器上摆角度太大等。
3．四角切圆燃烧锅炉的优缺点有哪些？
优点：
着火稳定性、煤种适应性好；
利用燃尽；
热负荷的均匀性好。
缺点：
容易发生火焰偏斜、四角不均、残余旋转等现象。
4．回流区的作用是什么？
在旋流燃烧器出口处形成与主气流方向相反的回流运动，将火焰前方的高温烟气送回火焰根部加热煤粉气流。
5．双调风旋流燃烧器的主要特点和效果？
将二次内分为内外两层，风量可调，旋转强度可调。
可以适应煤质的变化；
防结渣、防高温腐蚀；
低污染。
6．W型火焰锅炉为何适合燃用无烟煤。
着火区的高温；
火焰行程长；
特殊的燃烧器。
7．为什么要浓淡分离？
浓的一侧有强化着火的作用，其着火热和着火温度均低。
分析题：
1、分析比较四角切圆燃烧锅炉和墙式对冲燃烧的特点？
2、分析煤质与四管爆漏的关系？
3、与燃烧过程有关的安全、经济问题有哪些？
4、与燃烧过程有关的污染问题有哪些，现场是如何解决的？
5、低负荷稳定燃烧技术的思想是什么？
第7章过热器和再热器
过热器和再热器结构、系统布置；
热偏差；
汽温特性；
汽温调节。
过热器和再热器结构；
不同容量锅炉过再热系统布置；
热偏差的产生原因和防治措施；
对流式和辐射式汽温特性；
汽温调节手段。
在前面学习完成炉侧的燃烧过程的基础上，开始学习锅侧的结构和特性。
相对来说这一章节比较独立。
辐射式、对流式过热器；
半辐射式过热器
热偏差对流式和辐射式汽温特性
对流式和辐射式汽温特性。
1、过热器、再热器汽温变化的特性是怎样的？
1）汽温随负荷的变化规律
辐射式过热器→1
对流式过热器→2
远离炉膛→3
屏式过热器→12之间
随负荷变化小
再热器与过热器相近
对流式加剧
辐射式变缓
由于辐射式与对流式的汽温特性正好相反，同时采用辐射式和对流式联合布置的过热器与再热器系统，可以得到较好的汽温特性，使调节幅度减小
过热器总体呈对流汽温特性（对流份额大）
变压运行时，调节汽门全开，机组负荷的改变依靠改变锅炉出口蒸汽压力来实现，但过热汽温与再热汽温仍然维持在额定值
2）过量空气系数对汽温的影响
3）火焰中心位置对汽温的影响
4）燃料对汽温的影响
5）受热无沾污及吹灰的影响。
2、汽温的调节方法有哪些？
1）喷水减温；
2）汽一汽热交换器；
3）蒸汽旁通；
4）烟气再循环；
5）尾部烟道挡板调温；
6）改变火焰中心位置的方法调温。
1.何谓热偏差及热偏差的危害？
热偏差：
由于诸多因素的影响，导致各平行管圈吸热量个不相同，管内蒸汽的焓增也不相同，这一现象称为过热器（或再热器）的热偏差。
2.吸热不均是如何导致的？
1）炉内温度场和速度场的分布；
2）切圆燃烧锅炉的残余旋转引起炉膛出口烟温和烟速的偏差；
3）运行操作不正常引起的温度场和速度场的不均匀性。
3.流量不均是怎么导致的？
吸热不均匀的影响；
温度场不均
速度场不均
1）锅炉炉膛中烟气温度场和速度场本身的不均匀性
2）四角切圆燃烧锅炉◊炉膛出口气流的残余
宽度方向的烟温、烟速不均
分隔屏消旋；
消旋风；
一、二次风反切；
3）运行操作不正常引起
四角不均→火焰偏斜
炉上部的煤粉再燃烧
水冷壁结渣→延续
4）节距不均匀：
大节距处→烟气走廊
5）过热器和再热器的结渣、积灰→自身吸热减少，烟温升高
4.减轻热偏差的方法有哪些？
1）受热量分级；
2）采用中间混合联箱；
3）管组分配；
4）集箱连接管左右交叉；
5）选择合适联箱的结构及连接的形式；
6）加装节流圈；
7）用流量不均匀消除吸热不均匀。
5、过热器、再热器沾污的特点及危害？
1）过热器、再热器上的积灰属高温烧结积灰；
2）会形成高温腐蚀；
3）会引起热偏差；
4）引起吸热压力下降。
6、过热器、再热器高温腐蚀及防止？
1）高温腐蚀的特点，与低温腐蚀的区别；
2）防止高温腐蚀的措施；
A控制管壁的温度
B采用低氧燃烧
C选择合适的炉膛出口烟温
D及时吹灰，合理组织燃烧。
第8章省煤器和空气预热器
熟悉省煤器和空气预热器的结构，了解其经济性与安全性；
掌握尾部三大问题的影响因素；
省煤器和三分仓式空气预热器的结构；
影响积灰的因素；
影响低温腐蚀的因素；
影响灰磨损的因素。
比较独立的一章。
低温腐蚀烟气露点三分仓式空气预热器
积灰与结焦概念的差别；
高温腐蚀与低温腐蚀的比较。
1、尾部受热面磨损的计算及影响因素？
1）磨损量的近似计算方法
2）磨损的影响因素
磨损量与飞灰冲击速度成3次方的关系
飞灰冲击速度→ 烟气流动速度
综合考虑磨损、积灰和传热三方面因素
管子排列方式的影响
灰粒特性
气流走向 重力的影响
管材硬度
烟气成分→低温腐蚀与磨损交替作用
烟气走廊
2．防磨损措施有哪些？
A选择合理的烟气速流；
B降低速度不均匀和飞灰浓度分布不均匀；
C加防磨损装置；
D降低飞灰浓度；
E采用膜式省煤器；
F减小灰粒直径；
G采用自上向下的烟气流动方式。
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