公用设备工程师动力工程.docx

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公用设备工程师动力工程

2012年公用设备工程师考试专业基础辅导资料

第一章锅炉概况

第一节概述

一.锅炉

将燃料的化学能转变成热能的装置，或者说：

是生产蒸汽或热水的设备。

国外称：

蒸汽发生器。

二.锅炉生产的产品

过热蒸汽、饱和蒸汽、热水

三.锅炉容量：

蒸汽锅炉：

以蒸发量计算D（t/n,kg/s）

热水锅炉：

以供热量计算Q（kj/h,MW）

四.锅炉参数

1.压力：

P（MPa），指锅炉出口处的压力;饱和蒸汽、热水时：

上古筒内压力;过热蒸汽：

高温过热器出口集箱内压力。

2.温度：

t（℃），指与压力P相对应处的介质温度。

但饱和蒸汽∵t与P存在对应关系，∴饱和蒸汽可不单独说明蒸汽温度。

过热蒸汽、热水，必须注明温度。

五.锅炉燃料

固体燃料：

煤，木柴;

液体燃料：

重油、原油、轻油;

气体燃料：

天然气、人工煤气、石油液化气、高炉（焦煤）煤气。

六.

锅炉设计、运行要求

1.保证达利设计参数

在长期运行条件下均能达到原设计的蒸发量

百分之十的超负荷（D）能力

D，压力

P，温度

t。

并在短时间有

2.安全可靠

本体结构足够的强度、刚度、支撑（吊袋）稳固、密封好、膨胀收缩有余地。

燃烧稳定、传热正常、水循环可靠、烟风流动通常、辅机及仪表工作可靠、调节灵敏。

3.经济高效

⑴热效率高：

燃烧完善，炉体保温性能好，排烟温度低但不产生负面影响。

⑵节省材料：

钢材：

优材优用。

控制锅筒数量和结构尺寸，小管径，膜式壁。

其他材料：

按需要合理用材

4.机械化自动化程度高

5.结构紧凑，占地面积小，安装检修方便。

上述一些要求可能是矛盾的，掌握的原则是：

在保证安全可靠的前提下，尽量提高经济性

第二节锅炉的基本构造和工作过程

一.锅炉的分类

1.按锅炉用途分类电站锅炉：

发电

工业锅炉：

工业用汽或供暖

热水锅炉：

民用采暖或供热

2.按锅炉容量分类

随着时代和技术进步，此项分类也在变化。

目前300MW以上机组配置的锅炉成为大容量锅炉。

1.按蒸汽压力分类低压：

P<2.5MPa

中压：

P≈3.9MPa

高压：

P≈10.8MPa

超高压：

P≈14.7MPa

亚临界压力：

P≈16.8-18.6MPa

超临界及超超临界压力：

P≈25-40MPa

2.按燃烧方式分类火床炉：

也称层燃炉;

煤粉炉：

四角燃烧，对冲燃烧，W火焰燃烧

旋风炉：

流化床锅炉：

3.按蒸发受热面循环方式分类

自然循环锅炉，控制循环锅炉，直流锅炉，低倍率及负荷循环锅炉。

二.结构型式（基本构造）

1.参加教课书中简图，讲解锅炉基本构造

（1）图2-2.双横锅筒水管锅炉P.13

层燃.饱和蒸汽，自然循环，属工业锅炉，典型链条炉

（2）图2-5.400/140型锅炉P.18

室燃.过热蒸汽，自然循环，电站炉

（3）图2-10400t/h直流锅炉P.25

室燃，过热蒸汽，直流循环，电站炉

（4）图2-11300MW亚临界压力直流锅炉P.26

室燃，过热蒸汽，直流循环，电站炉

（5）图2-141980t/h强制循环锅炉

室燃，过热蒸汽，控制循环，电站炉

1.本体主要部件

炉膛：

由水冷壁围成的空间，燃料燃烧场所。

燃烧器：

燃烧送进，点火，与空气的组织混合、调节。

水冷壁：

由光管排，鳍比管排或膜比管组成，辐射换热，蒸发受热面

过热器：

由蛇形管组成，设置在炉膛上方和水平烟道，辐射及对流换热，将饱和蒸汽加热为过热蒸汽，或进一步提高过热温度。

再热器：

由蛇形管组成，设置在水平烟道或尾部烟道，对流换热。

将汽机高压缸排气二次加热后送入汽机中压缸。

省煤器：

由蛇形管组成，设置在尾部烟道，对流换热，加热进入炉内经水温度。

空气预热器：

管式或回转式，对流换热，加热空气，强化燃烧。

颅墙：

由耐火材料和保温材料组合，分为重型和轻型两种。

对于火床炉、旋风炉及流化床炉，其燃烧装置不同，燃烧方式不同。

2.主要辅助装置

磨煤装置：

磨煤机，排粉机，粗粉及细粉分离器通风装置：

送风机，引风机，烟风机，烟囱

给水装置：

水泵，水处理设备

除尘装置：

除尘器（脱硫脱氧设备）

自控仪表：

安全，测量，控制仪表及阀门。

一.工作过程

1.燃料的燃烧过程

燃料和空气同时喷入炉膛内，边混合边燃烧，将燃料化学能转变为显热能，形成高温烟气。

燃烧方式不同导致了燃烧过程不同。

燃烧完善条件：

必要的高温，必须得空气，合适的空间，燃料空气良好混合。

2.烟气向水（汽）传热过程

炉内高温烟气与水冷壁辐射换热，此后在引风机抽力作用下，高温烟气流入各受热面进行对流换热。

最后烟气经除尘（脱硫）装置、烟囱排向大气。

水冷壁及各受热面吸热后又将热量传给管内的水或蒸汽。

3.水的受热和汽化过程

这是蒸汽的产生过程，可分为预热，蒸发，过热三个阶段。

预热：

将进入锅炉的较低温度经水加热到较高温度

电站炉：

由省煤器完成，加热至饱和温度左右。

工业炉：

有省煤器、水冷壁、锅炉管来共同完成。

蒸发：

将饱和水汽化成饱和蒸汽，由水冷壁完成。

过热：

将饱和蒸汽加热至额定的过热蒸汽，由过热器完成。

锅炉蒸汽参数不同→三个阶段的需要热量比例不同→受热面积不同。

四.汽水流动原理

从给水进口到过热蒸汽出口，锅炉生产蒸汽分为预热水，蒸发和过热三个阶段。

其中预热水和过热蒸汽分别在省煤器和过热器内完成。

不论哪一种型式锅炉，水及过热蒸汽的流动都是强制进行的。

蒸发阶段工质的循环方式有几种，其原理也不同。

1.自然循环：

原理：

依靠水和蒸汽密度差产生的压头使汽水循环流动。

特点：

H↑.△P↑→安全，结构简单，使用广泛，P<亚临界，

2.控制循环：

原理：

依靠循环系统中的循环泵的压力是汽水循环流动。

特点：

自然循环参数范围内均可采用。

压力较高时，安全性较自然循环更为可靠。

增设循环泵

3.直流锅炉：

原理：

依靠给水泵压力，水、汽水混合物及蒸汽一次经过全部受热面。

特点：

没有锅筒，水质和自控要求高，常用高压以上，临界以上只能用此

二.挥发分

挥发分—失去水分的干燥煤样在隔绝空气条件下加热至一定温度时所释放出的气态物质。

挥发分不是以现成状态存在于燃料中，而是在加热过程中煤中的部分有机物发生分解形成的。

挥发分主要成分：

及少量的O、N。

挥发分大小表示出煤的煤化程度，煤化程度低。

煤化程度低→挥发分析出温度低，反之亦然。

挥发分大小是煤的分类依据之一。

褐煤：

，易着火，燃烧，但水分少，热值低。

烟煤：

，较易着火，燃烧，热值高，主要锅炉燃烧。

贫煤：

，热值高，不易燃，较难着火。

无烟煤：

<10%，热值高，不易燃，着火，燃尽困难。

挥发分的热值差别很大，碳化程度低，热值低，如褐煤：

，反之即高，如无烟煤：

挥发分对于燃烧具有重要意义：

反之亦然。

一.焦结性

煤隔绝空气加热，水分蒸发，挥发分析出后残余物时焦灰（即固定碳和灰分）其形状有的呈粉末状，有的结成不同硬度的焦块。

焦炭的这种不同焦结性状，称之为焦结性。

焦结性对火床炉燃烧有很大影响。

不粘结煤（粉末状）→易被空气吹起，带起→q4。

强粘性结煤（硬块）→阻碍气流混合→难燃尽→q4

适宜选用弱粘性煤种。

一.煤的成分基准及换算

对于确定的煤，其C，H，O，N，S的绝对含量是不变的。

但N，A虽开采、运输、储存、气候条件的不同而变化，由此引起组成燃料各成分的质量百分数含量也随之变化。

因此，提供燃料成分分析数据时，必须标明其分析基础，只有分析基准相同的分析数据，才能正确说明燃料特性、评价、比较优劣。

分析基准，即：

计算参数，通常采用以下四个基准

1.收到基（原应用基）

收到基——以收到状态的煤为基准计算煤中全部成分的组合，其中包括全部水分。

用下角标ar表示（原用y表示）

Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%

2.空气干燥基（原分析基）

空干基——煤样在实验室规定的温度下自然干燥失去外部水分后，其余的成分组合。

用下角标ad表示（原用f表示）

Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%

3.干燥基（原干燥基）

干燥基——以去掉全部水分的煤为基准，用下标d表示（原用g表示），由于不受水分影响，用Ad表示煤的灰分含量更为标确。

Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad+Md=100%

4.干燥无灰基（原可燃基）

干燥无灰基——去掉全部水分和灰分的煤为基准，用下标daf表示（原用r表示）。

由于无水分和灰分影响，常用于比较两种煤中C,H,O,N,S成分含量的多少。

Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf+Adaf+Mdaf=100%

煤的成分及基准划分

Mf—外部水分;Mad—内部水分;Sr—可燃硫或称全硫;Sly—硫酸盐硫，已归入灰分。

各种基准之间的换算，参见教科书P.38

第二节煤的燃烧特性

煤的燃烧特性主要指：

发热量，挥发分，焦结性和灰熔点。

它们是选择锅炉燃烧设备，制定运行操作制度和节能改造的重要依据。

一.发热量

1.发热量—单位质量的煤完全燃烧时放出的全部热量（KJ/kg）。

发热量又分为高位发热量和低位发热量。

2.高热法热量—1kg煤完全燃烧后放出的全部热量，包括烟气中所有蒸汽全部凝结为水时放出的热量。

3.低位发热量—高位发热量中扣除水蒸汽的汽化潜热后的热量。

现在锅炉排烟温度一般在120℃以上，烟气中水蒸汽不可能凝结，汽化潜热未被利用，因此锅炉设计时采用低位发热量。

4.各种基高位发热量和低位发热量的换算

式中：

2512—常压下水的汽化潜热

（KJ/kg）9

—1kg氢燃烧后生成

9kg水蒸汽。

5.各种基准低位发热量见的换算。

参见

P41，表

3-2。

煤的发热量通常用氧弹测热气直接测定。

6.“标准煤”概念.

由于煤发热量差别太大，不能以消耗多少煤而论，为讨论问题方便，规定标准煤的受到基低位发热量为29308KJ/kg。

二.挥发分

挥发分—失去水分的干燥煤样在隔绝空气条件下加热至一定温度时所释放出的气态物质。

挥发分不是以现成状态存在于燃料中，而是在加热过程中煤中的部分有机物发生分解形成的。

挥发分主要成分：

及少量的O、N。

挥发分大小表示出煤的煤化程度，煤化程度低。

煤化程度低→挥发分析出温度低，反之亦然。

挥发分大小是煤的分类依据之一。

褐煤：

，易着火，燃烧，但水分少，热值低。

烟煤：

，较易着火，燃烧，热值高，主要锅炉燃烧。

贫煤：

，热值高，不易燃，较难着火。

无烟煤：

<10%，热值高，不易燃，着火，燃尽困难。

挥发分的热值差别很大，碳化程度低，热值低，如褐煤：

，反之即高，如无烟煤：

挥发分对于燃烧具有重要意义：

反之亦然。

一.焦结性

煤隔绝空气加热，水分蒸发，挥发分析出后残余物时焦灰（即固定碳和灰分）其形状有的呈粉末状，有的结成不同硬度的焦块。

焦炭的这种不同焦结性状，称之为焦结性。

焦结性对火床炉燃烧有很大影响。

不粘结煤（粉末状）→易被空气吹起，带起→q4。

强粘性结煤（硬块）→阻碍气流混合→难燃尽→q4

适宜选用弱粘性煤种。

第二节煤的燃烧特性

煤的燃烧特性主要指：

发热量，挥发分，焦结性和灰熔点。

它们是选择锅炉燃烧设备，制定运行操作制度和节能改造的重要依据。

一.发热量

1.发热量—单位质量的煤完全燃烧时放出的全部热量（KJ/kg）。

发热量又分为高位发热量和低位发热量。

2.高热法热量—1kg煤完全燃烧后放出的全部热量，包括烟气中所有蒸汽全部凝结为水时放出的热量。

3.低位发热量—高位发热量中扣除水蒸汽的汽化潜热后的热量。

现在锅炉排烟温度一般在120℃以上，烟气中水蒸汽不可能凝结，汽化潜热未被利用，因此锅炉设计时采用低位发热量。

5.各种基准低位发热量见的换算。

参见P41，表3-2。

煤的发热量通常用氧弹测热气直接测定。

6.“标准煤”概念.

由于煤发热量差别太大，不能以消耗多少煤而论，为讨论问题方便，规定标准煤的受到基低位发热量为29308KJ/kg。

四.灰熔点

1.煤中灰分的熔融性，称之为煤的灰熔点。

灰的成分复杂，多达几十种，主要是一些氧化物组成，但灰的熔点并不是各组成成分熔点的算术平均值。

由实验室确定。

2.灰熔点分为三个温度点

T1—变形温度试样变形

T2—软化温度试样软化

T3—流动温度试样熔化，流动。

1.灰的熔融性对锅炉工作的影响

熔融性强的煤种，对锅炉运行的安全性和传热性极为不利。

t↓→易结渣，水冷型，高温对流受热面结渣→热阻↑→传热量↓→负荷↓→锅炉出力不足;

Qp→q2→Qp→q2→η.煤粉炉水冷壁大渣下落→损坏炉底→不安全。

火床炉，燃料层结渣→阻碍通风→破坏燃烧→q4

锅炉设计：

炉膛出口烟温：

Qt>t2+（50~100）℃，严防高温对流受热面结渣