锅炉基本知识

第一章锅炉基本知识第一节锅炉参数及容量锅炉的主要参数,包括锅炉产生热能的数量和质量两个方面的指标。如蒸汽锅炉的主要参数是生产蒸汽的数量和蒸汽的压力、温度,热水锅炉的主要参数是热水的流量和热水的压力、温度。一、压力压力是指垂直作用在单位面积上的力,通常叫压力(实际上是压强)。用符号p表示,单位是“MPa“。锅炉的压力是根据所用金属材料在一定温度条件下的强度,受压元件的几何形状以及受压特点等条件,按照国家颁布的有关强度计算标准,对各个受压元件分别进行壁厚计算,然后从中选出一个所能承受的压力最低值,作为这台锅炉的最高允许使用压力。蒸汽锅炉内为什么会有压力呢?这是因为锅炉内的水吸收热量后,由液体状态变成气体状态,体积膨胀。由于锅筒是密闭容器,蒸汽不能自由膨胀,而被迫压缩在锅筒内,因此对筒壁就产生压力。热水锅炉压力主要由热水本身的压力造成的。热水锅炉的水是由给水泵送入锅炉的,给水泵的出口压力减去管道阻力就是锅炉的给水压力。大气压力是指空气作用在地球表面上的质量力。由于1m3空气在0°C时的质量为1.29kg,所以地球上部的大气层对地球表面有一定的压力,这个压力叫大气压力。另外,随着使用的场合不同,度量压力的单位还有水银柱高度(mmHg、水柱高度(mH20)等,其换算关系如下:0.0981MPa=0.9678物理大气压=735.6mmHg=1OmH20=1kgf/cm2表压力是指以大气压力作为测量起点,即压力表指示的压力。表压力不是实际压力,因为当压力表指针为零时,实际上已受到周围一个大气压力的作用力,所以压力表指的数值,是指超过大气压力的部分。绝对压力是指以压力为零作为测量起点的,即实际压力。其数值就是表压力加0.1013MPa(大气压力)。表压力与绝对压力的关系:p绝=p表+(0.1013MPa)p表=p绝-(0.1013MPa)负压是指低于大气压力(俗称真空)。通常负压燃烧的锅炉正常燃烧时,打开炉门会感觉到周围空气吸向炉膛,这是炉膛内负压的缘故。一般炉膛出口保持负压2－3mm水柱。常用压力计量单位及其标识符号:1.兆帕（MPa）;千帕（kPa）;帕（Pa）※:压力单位的兆帕符号为MPa不要书写为Mpampa;千帕符号kPa不要书写为KPaKpa或kpa;帕的符号Pa不要书写为pa2.千克力/厘米2（kgf/cm2），※:压力单位的千克力/厘米2符号为kgf/cm2不要书写为Kgf/cm2;3.巴（bar）;毫巴（mbar），※:压力单位的巴和毫巴符号为bar和mbar不要书写为Bar和mBar4.压力计量单位的换算关系1兆帕（MPa）＝10千克力/厘米2（kgf/cm2）＝10巴（bar）二、温度温度是指物体冷热的程度(通常用符号t表示)。测量温度常用的单位是摄氏度,用°C表示。在锅炉设计计算中,常用绝对温度单位,用K表示。绝对温度的零度为零下273摄氏度(°C)。如果以T表示绝对温度的值,以t表示摄氏温度的值,其转换公式为:T=t+273K温度通常用摄氏温度(用符号°C表示)和华氏温度(用符号F表示)。目前我国常用的是摄氏温度。(1)摄氏温度:以水在一个大气压下开始沸腾时的温度(即沸点)为100°c,水开始结冰时的温度(即冰点)为0°c,中间分成100格,每格为1摄氏度。(2)华氏温度:以水的沸点为212°F,冰点为32°F,中间分成180格,每格为1华氏度。两种温度的换算关系如下:t°C=(5/9)(°F-32)蒸汽锅炉的额定蒸汽温度是指锅炉输出蒸汽的最高工作温度。一般锅炉铭牌上载明的蒸汽温度是以摄氏温度表示的。对于小型锅炉,使用的蒸汽绝大多数是从锅筒上部的主汽阀直接引出的,其蒸汽温度是指该锅炉工作压力下的饱和蒸汽温度。对于有过热器的锅炉,其蒸汽温度是指过热器后主汽阀出口处的过热蒸汽温度。热水锅炉的额定热水温度是指锅炉输出、热水的最高工作温度。锅炉铭牌上载明的热水温度也是以摄氏温度表示的。三、容量1.蒸发量蒸汽锅炉的出力是指每小时所产生的蒸汽数量,也称为锅炉的蒸发量,用以表示其产汽的能力。蒸发量又称为容量,用符号D来表示,常用的单位是“t/h“指的是这台锅炉的额定蒸发量。所谓额定蒸发量,是指锅炉燃用设计的燃料品种,并在设计参数下运行,即在规定的压力、温度和一定的热效率下,长期连续运行时每小时所产生的蒸汽量2.热功率热水锅炉的出力是指锅炉在确保安全的前提下长期连续运行,每小时输出热水的有效供热量,称为锅炉的额定热功率，其单位为“MW“。第二节水与蒸汽的性质一、水的三态1、固态⑴物質分子間的距離很小，⑵相互吸引得牢牢的，⑶有一定的形态和体积。⑷例如：冰块。2、液态：⑴分子與分子間的距離就較大⑵分子相互間的結合就沒有那麼緊密，所以水會流動。⑶有固定體積，⑷但無一定形狀。3、氣體：⑴分子間的距離最大，⑵沒有固定形狀⑶也沒有固定體積。二、锅炉水位形成原理三、饱和蒸汽和过热蒸汽的特性当液体在有限的密闭空间中蒸发时，液体分子通过液面进入上面空间，成为蒸汽分子。由于蒸汽分子处于紊乱的热运动之中，它们相互碰撞，并和容器壁以及液面发生碰撞，在和液面碰撞时，有的分子则被液体分子所吸引，而重新返回液体中成为液体分子。开始蒸发时，进入空间的分子数目多于返回液体中分子的数目，随着蒸发的继续进行，空间蒸汽分子的密度不断增大，因而返回液体中的分子数目也增多。当单位时间内进入空间的分子数目与返回液体中的分子数目相等时，则蒸发与凝结处于动平衡状态，这时虽然蒸发和凝结仍在进行，但空间中蒸汽分子的密度不再增大，此时的状态称为饱和状态。在饱和状态下的液体称为饱和液体，其对应的蒸汽是饱和蒸汽，但最初只是湿饱和蒸汽，待蒸汽中的水分完全蒸发后才是干饱和蒸汽。蒸汽从不饱和到湿饱和再到干饱和的过程温度是不增加的，干饱和之后继续加热则干饱和蒸汽温度会上升，成为过热蒸汽第三节燃料及燃烧一、燃料的分类1、燃料的定义：可以燃烧并能释放出热能加以利用的物质。2、燃料的分类：目前，世界上所用燃料可以分为两大类：核燃料、有机燃料。其中，有机燃料按用途可以分为工艺燃料、动力燃料；按物态可以分为：固体燃料、液体燃料、气体燃料。固体燃料：煤、油页岩、稻壳、甘蔗渣等。液体燃料：重油、渣油、轻柴油。气体燃料：天然气、高炉煤气、焦炉煤气、城市煤气。二、燃料的分析1、元素分析成分：C、H、O、N、S、A、M⑴、碳（C）燃料中主要的可燃成分。1kg碳完全燃烧时可释放33900kJ的热量。含碳量高的煤，发热量也高。但碳的着火点也高，所以含碳量高的煤着火和燃烧均较困难。煤的含碳量随地质年代增长而增加。煤的含碳量约为可燃成分总量的30～90％之间。⑵氢（H）燃料中重要的可燃成分。1kg氢完全燃烧时可释放125600kJ的热量。氢极易着火燃烧，含氢量高的燃料，不仅发热量高，而且容易着火燃烧。煤中氢的含量只有2～4％左右。地质年代愈久的煤，含氢量愈少。⑶硫（S）固体燃料中的硫包括三种形态，即有机硫、硫化铁硫和硫酸盐硫。前两种硫能参加燃烧，称为可燃硫，后一种硫不参加燃烧，算在灰分中。可燃硫虽然能够燃烧，但其放热量很少，仅为9050kJ/kg。硫的燃烧产物二氧化硫和三氧化硫气体部分愈烟气中的水蒸气结合生成亚硫酸及硫酸，会对锅炉低温受热面产生腐蚀，另一部分随烟气排入大气中，会污染环境。所以燃料中的硫是一种有害成分。⑷、氧燃料中的不可燃成分。其存在使得燃料中的可燃成分相对减少，使燃烧放出的热量降低。氧的含量随燃料地质年代的增长而降低，氧在无烟煤中仅有1～3％，在泥煤中最高可达35％。⑸、氮是一种有害元素。煤燃烧时，部分氮与氧化合生成有害气体，污染大气。氮在煤中的含量占可燃成分的0.5～2.5％。天然气中含氮量较少。液体燃料氮含量通常在0.2％以下。⑹、水分（M）燃料中的主要杂质。由于它的存在，不仅使燃料中可燃元素相对减少，发热量降低，而且燃料燃烧时水分汽化还要吸收热量，使炉膛温度降低，燃烧着火困难，排烟带走的热损失增加，同时还可能加剧尾部低温受热面的低温腐蚀和堵灰。煤中的水分由外水分和内水分两部分组成。内水分是凝聚或吸附在煤炭内部毛细孔中的水分，也称固有水分。内水分要将煤加热到105℃左右并持续一段时间才能除去。外水分是煤炭在开采、贮运过程中受外界影响而吸附或凝聚在煤炭颗粒表面的水分，它可以通过自然干燥除去。⑺、灰分（A）灰分是燃料中不可燃的固体矿物杂质。它不仅使固体燃料的发热量降低，燃烧困难，而且增加运煤、出灰的工作量和运输费用。此外，灰分中一部分飞灰在锅炉中随烟气流动，造成受热面和引风机磨损，排入大气污染环境。若灰的熔点过低，会造成炉排和受热面结渣，影响传热和正常燃烧。固体燃料中灰分含量变化很大，一般为5～50％。液体燃料中灰分很少，在0.1％以下。气体燃料基本不含灰分。⑻、燃料成分分析基准：四种分析基：收到基、空气干燥基、干燥基、干燥无灰基①、收到基：用准备燃烧的燃料成分总量为基准进行分析得出的各种成分，称为收到基成分②、空气干燥基：用经自然风干除去水分的燃料成分总量为基准进行分析得出的成分，称为空气干燥基成分③、干燥基：以烘干除去全部水分的燃料成分总量为基准分析得出的各种成分称为干燥基成分。④、干燥无灰基：以除去水分和灰分的燃料成分总量为基准分析得出的成分称为干燥无灰基干燥无灰基因无水、无灰，故其剩下的成分便不收水分、灰分的影响，是表示C、H、O、N、S成分百分数最稳定的基准，可作为燃料分类的依据。2、工业分析通过煤的元素分析可以测得煤的各种元素成分含量。但进行元素分析需要比较复杂的仪器和较高的技术，一般单位没有条件进行这项工作。工业分析则比较简单，一般情况下常采用工业分析法。（1）煤的工业分析煤的工业分析是测定煤的水分（M）、挥发分（V）、固定碳（V）、和灰分（A）的含量，用以表明煤的某些燃烧特性。在煤的着火、燃烧过程中，煤中各种成分的变化情况为：将煤加热到一定温度时，首先水分（M）被蒸发出来，接着再加热，煤中的H、O、N、S及部分C所组成的有机化合物便分解，变成气体挥发出来，这些气体称为挥发分（V），挥发分析出后，剩下的是焦炭，焦炭就是固定碳（C）和灰分（A）。再将焦炭加热灼烧至其质量不发生变化时取出冷却，剩余部分即灰分（A）。（2）燃料的发热量定义：燃料的发热量是指1kg燃料（气体燃料为1m3）完全燃烧时所放出的热量，单位为kJ/kg（或kJ/Nm3）。燃料的发热量分为高位发热量和低位发热量。高位发热量：燃料完全燃烧时放出的全部热量。它包含燃料燃烧时产生的水蒸气的汽化潜热，即认为烟气中的水蒸气完全凝结成水并放出汽化潜热。但是，锅炉实际运行时，烟气离开锅炉时还具有160～200℃的温度，烟气中的水蒸气不可能凝结成水而放出汽化潜热，故锅炉实际能利用的热量不包括水蒸气的汽化潜热。低位发热量：从高位发热量中扣除水蒸气汽化潜热后的发热量。实际工程中常用收到基低位发热量。（3）煤的分类采用表征煤的煤化程度的参数，即干燥无灰基挥发分Vdaf作为分类依据，将煤分为无烟煤、烟煤、贫煤、褐煤四类。（4）标准煤：收到基低位发热量等于29308kJ/kg（7000kcal/kg）的煤。（5）燃气分析：一般将发热量低于13000kj/m3的燃气称为低热值燃气；13000－30000kj/m3称为中热值燃气；高于30000kj/m3称为高热值燃气。三、燃烧的基本条件◆任何物质发生燃烧，都有一个由未燃烧状态转向燃烧状态的过程。燃烧过程的发生和发展，必须具备以下三个条件：1．可燃物凡是能与空气中的氧或其他氧化剂起化学反应的物质称可燃物，如木材、汽油、煤炭、纸张、硫等。2．氧化剂能帮助和支持可燃物燃烧的物质，即能与可燃物发生氧化反应的物质称氧化剂。通常我们所讲的氧化剂是指广泛存在于空气中的氧气。3．温度（引火源）引火源是指供给可燃物与助燃物发生燃烧反应的能量来源。一般分直接火源和间接火源两大类。直接火源：明火、电弧、电火花、瞬间高压放电的雷击能引燃任何可燃物。间接火源主要有：高温，指高温加热、烘烤、积热不散、机械设备故障发热、摩擦发热等。自燃起火，是指在即无明火、又无外来热源的情况下，物质本身自行发热、燃烧起火。四、燃料的燃烧燃