燃煤锅炉原理

一、燃料与燃烧燃料液体燃料—石油及其制品—轻油、柴油、重油煤气—城市煤气、高炉煤气、焦炉煤气油页岩锅炉燃料气体燃料固体燃料煤—无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤、泥煤等木材，生物质沼气天然气、液化石油气我国常用燃料的特性(一)煤的分类简介煤的种类繁多，分类方法也各有不同。新的煤炭分类国家标准按煤的煤化程度由高到低分为无烟煤、烟煤和褐煤，分为14大类和17小类。(二)我国工业锅炉用煤分类及具代表煤种工业锅炉用煤的分类是根据煤的挥发分、水分、灰分及发热量分为无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤和石煤煤矸石5大类12小类。燃料的成分和成分分析•组成煤的有机物的元素主要是碳，其次是氢，还有氧、氮和硫等元素，煤中无机物元素主要是硅、铝、铁、钙、镁等。煤的成分分析煤的元素分析碳、氢、氧、氮、硫、灰分、水分煤的工业分析水分、挥发分、固定碳、灰分煤的成分表示收到基ACHONSbMadMf空气干燥基干燥基干燥无灰基焦炭挥发分水分灰分固定碳1、收到基asreceivedbasis（入炉煤）下标ar2、空气干燥基(空干基)air-driedbasis下标ad3、干燥基drybasis下标d4、干燥无灰基dryash-freebasis下标daf同一煤矿、煤层所采煤的可燃质成分变化很小，而水分、灰分变化会很大SP工业分析ProximateAnalysis按照煤的着火、燃烧过程中各成分的变化，分析煤中水分、挥发分、固定碳、灰分这四种成分的质量百分数，即煤的工业分析自然干燥外部水分加热干燥至145℃内部水分隔绝空气加热至920℃挥发分焦炭燃烧灰分余下的固定碳燃烧掉的1）水分Moisture(M)外部水分：自然干燥失去(freemoisture)内部水分：须加热干燥失去（也称分析水分）外部水分(Mf)＋内部水分(Mad)＝全水分(Mar)外部水分容易受季节、湿度的影响含量一般在1~30%，多在10%左右将失去水分的煤，隔绝空气，加热至920℃，使燃料中的有机物分解而释放出的气体主要成份：CmHn、H2、CO、H2S等可燃气体；O2、CO2、N2等不可燃气体挥发分一般用干燥无灰基表示Vdaf失去水分、挥发分后所余即焦炭（固定碳＋灰分）2）挥发分Volatile(V)3）灰分Ash(A)来源于：形成煤的植物本身的矿物质和成煤过程中进入的外来矿物质；开采、运输过程中掺杂进来的杂质大多数煤的灰分含量7%~40%灰分内在灰分外在灰分—产生于开采、运输、贮藏过程中一次灰分—成煤前植物中含有的矿物质，均匀分布在可燃质中二次灰分—在煤形成过程中，外界带入的杂质，呈粒状分布常用煤种•烟煤分类：一类、二类、三类挥发分水分灰分发热量Ⅰ类≥20%7～15%＞2511000～15500Ⅱ类≥20%715%25～4015500～19700Ⅲ类≥20%7～15%＜40＞19700设计煤种：二类烟煤AⅡ煤的发热量燃料的发热量是指单位物量的燃料完全燃烧时放出的热量。•高位发热量：高位发热量是指燃料完全燃烧后其烟气中的水蒸气以凝结水状态存在时所放出的热量，用Qgr，表示。•低位发热量：低位发热量是指燃料完全燃烧后其烟气中的水仍保持蒸汽状态时所放出的热量，用Qnet表示。燃烧就是指可燃物质与氧进行激烈化合并伴有放热和发光的物理－化学过程。在工程实际中，往往采取下列措施来实现燃烧过程：(1)向燃料中供入足量的空气，并使之充分均匀地混合。(2)有点火源，利用外部能源，使燃料空气混合物中的一小部分达到着火温度而开始燃烧。(3)具有发展燃烧过程的条件，包括维持稳定的高温区和一定的停留空间，保证燃烧反应顺利进行。本质是一种特殊的化学反应燃烧基本概念1）预热、干燥(吸热)2）挥发分析出(热解)，并着火3）燃烧(挥发分、焦炭)(保证O2、足够温度)4）燃尽(残余焦炭灰渣)锅炉内煤炭的燃烧，四个阶段往往交错进行。燃烧过程二、锅炉原理分类民用炉工业炉层燃方式链条炉电站锅炉(煤-劣质煤、重油、天然气、垃圾)悬浮燃烧方式室燃炉沸腾燃烧方式流化床锅炉•按锅炉的用途分类固定式锅炉按其用途可分为:(1)电站锅炉产生的蒸汽主要用于发电的锅炉。(2)工业锅炉蒸汽主要用于工业企业生产工艺过程以及采暖和生活用的锅炉。(3)热水锅炉用以产生热水供采暖,制冷和生活用的锅炉。•按锅炉容量分类按锅炉容量的大小,锅炉有大、中、小型之分,但它们之间没有固定,明确的分界。中低压(3.8MPa)高压9.8MPa超高压13.7MPa亚临界(16.7MPa)临界点(374.15℃，22.129Mpa)超临界机组SCsupercritical超超临界机组USCultra-supercritical★按锅炉的蒸汽压力分类按照锅炉出口额定蒸汽压力300MW的锅炉一般是亚临界压力600MW的大多为超临界压力按燃烧方式1．层燃燃烧层燃燃烧就是将煤放置在炉排上燃烧，煤的燃烧包括在煤层中的燃烧和煤层析出的可燃气体在煤层上方炉膛内的燃烧两部分。2．煤粉燃烧在煤粉炉中燃料是在炉膛空间内呈悬浮燃烧，属悬浮燃烧方式。3．流化床燃烧流化床燃烧是一种介于炉排燃烧和煤粉燃烧之间的一种燃烧方式。•按锅炉蒸发受热面内工质的流动方式分类•自然循环锅炉:蒸发受热面内的工质,依靠下降管中的水与上升管中的汽水混合物之间的密度差所产生的压力差进行循环的锅炉。–强制循环锅炉:蒸发受热面内的工质除了依靠水与汽水混合物的密度差之外,主要依靠锅水循环泵的压头进行循环的锅炉。–直流锅炉:只依靠给水泵的压头,一次通过锅炉各受热面产生蒸汽的锅炉,称为直流锅炉。–复合循环锅炉:由直流锅炉和强制循环锅炉综合发展来的,也可以说是对直流锅炉的一种改进。(二)锅炉的参数系列和技术经济指标1．锅炉的参数系列锅炉容量即锅炉的蒸发量,是指锅炉每小时所产生的蒸汽量,单位是t/h(或kg/s)锅炉的额定蒸发量是指在额定参数,额定给水温度和使用设计燃料,并保证热效率时所规定的蒸发量.锅炉最大连续蒸发量是指在额定参数,额定给水温度和使用设计燃料,长期连续运行时所能达到的最大蒸发量。•蒸汽锅炉的额定蒸汽参数是指额定蒸汽压力和额定蒸汽温度.–额定蒸汽压力是指蒸汽锅炉在规定的给水压力和规定的负荷范围内,长期连续运行时应予保证的出口蒸汽压力,单位是MPa.–额定蒸汽温度是指蒸汽锅炉在规定的负荷范围,额定蒸汽压力和额定的给水温度长期连续运行所必须保证的出口蒸汽温度,单位是oC–给水温度是指进入省煤器的水温，对无省煤器的锅炉则指进入锅筒的水温。2．工业锅炉的型号表示由三部分代码表示。第一部分中，锅炉总体形式代号用两个汉语拼音字母表示含义，额定蒸发量或额定热功率用阿拉伯数字代表t／h或MW。第二部分表示锅炉出口蒸汽(或热水)的参数，共分两段中间用斜线相连。第一段用阿拉伯数字表示额定蒸汽压力或允许的工作压力(MPa)；第二段用阿拉伯数字表示过热蒸汽温度或出水和进水温度(℃)。第三部分表示燃料种类，汉语拼音字母代表燃料类别，附以罗马数字代表燃料品种分类。锅炉的技术经济指标热效率送入锅炉的热量(燃料的热值)中被有效利用的百分数；如果将锅炉的辅助设备如风机、水泵、吹灰器等的消耗功率及蒸汽列入，则称净效率。锅炉的工作原理锅炉的基本构造锅炉设备的任务是使燃料通过燃烧将化学能转变为热能，并以此热能加热水，使其成为一定数量和质量的高温热水或者水蒸汽。锅炉的工作过程★煤的流程输煤除灰除渣燃料输送碎煤机除铁器给煤机送入炉内燃烧烟气、灰、渣★风烟系统送风机引风机烟气★汽水系统省煤器锅筒水冷壁主蒸汽管道分汽包/管网锅炉的组成(炉内、锅内)锅炉虽是一个整体，但从功能上可分成“炉侧”、“锅侧”炉锅煤、空气、烟水、汽给煤系统燃烧系统风烟系统汽水系统本体与辅机本体：炉膛、烟道、汽水系统（包括受热面、汽包、联箱和连接管道）、炉墙和构架等；辅助设备：送风机、引风机、给煤系统、给水设备和除灰除尘设备。锅炉的工作原理1．燃烧过程燃料在锅炉炉膛内燃烧。2．传热过程锅炉受热面有两大部分，炉膛受热面和对流受热面。3．水的受热和汽化过程该过程是饱和蒸汽的生产过程。•链条炉的加煤是从炉前由煤斗靠煤的自重下落于链条炉排上，炉排缓缓自前向后移动。煤层在炉排上随之移动依次完成燃烧的不同阶段。燃尽的灰渣由装置在炉排末端的除渣板(老鹰铁)铲落于灰渣斗。由于其加煤、清渣、除灰等主要操作都由机械完成，且运行可靠稳定，因此在我国得到普遍使用。•煤层的厚度由煤斗上的煤闸门控制，链条的运动速度由调速箱调节。调节煤层厚度和链条运动速度可实现链条炉的给煤量控制，从而改变锅炉的负荷。通常，煤层的厚度由燃料种类、成分和颗粒度确定。一般，高挥发分煤，采用薄煤层、快送煤的方式，以减少煤层上方气体成分沿炉排长度分布的不均匀性；对低挥发分煤，采用厚煤层、慢送煤的方式，防止产生前部断火，后部跑火的现象；对高水分及高灰分的劣质煤，也采用厚煤层、慢送煤的方式，保证前端着火稳定、后部燃尽良好。•燃煤随链条炉排运动，其燃烧过程呈现沿炉排长度分区的特点，由前至后的燃烧规律依次有如下特征：•(1)热力准备阶段处于炉排前部，燃料自煤斗下落后，一面随炉排缓慢移动，一面受炉内烟气从炉墙的辐射加热，水分逐渐蒸发后挥发分析出。对挥发分低的燃料，着火不容易，这一阶段时间较长，会占有较长的炉排长度区域；相反，对很容易着火的煤，又会出现烧煤闸的情况。这一阶段的空气量需求很小。•(2)炉排中部附近为焦炭猛烈燃烧区域，是链条炉燃烧的主要区段，温度可达1200—1340℃，调节合理的链条炉，灰中可燃物可降至15％以下。此阶段应供给大量的空气，以保证燃烧的需要，减少还原反应量。•(3)炉排的后部区域为燃尽区段，炉排上的燃料已基本燃尽并形成灰渣，随炉排运动而落入灰渣坑。在燃尽阶段的燃料层，上部受热最强，温度高，容易燃尽并最早形成灰渣，下层燃料空气供给充分，也容易燃尽而较早形成灰渣，只有中间层未燃尽的焦炭被上下灰渣所夹，使机械不完全燃烧损失增大。由于只剩下少量的可燃物，空气量的需求随之减少。但燃尽过程需要较长的时间，所以燃尽区的炉排长度相应较长。•由上特征，链条炉燃烧的合理工况可以通过调节各区段的空气供给量来实现，称之为分区配风。从燃烧需要看，原则性的配风量特征是前后两端少，中间多。炉排前后端送风量的减少可有效降低炉膛中总的过量空气系数，保证炉膛内的平均烟气温度，减少排烟损失；中间区段增大送风量，可强化燃烧。•由于燃烧过程沿炉排长度分区段进行，造成炉膛内气流沿长度方向的分片流动，前部气体成分中有数量相当的可燃气体，中间部分有还原气体，为能让这些成分燃尽，应加强炉膛内的空气扰动及混合；另外，燃料的着火比较困难，要设法采取适当的引燃措施，提高着火区的温度。因此，炉膛的没计应采用合理的炉拱、水冷壁面积。•炉拱分前拱和后拱。炉拱的作用是加强炉内气流的混合以及辐射传热，合理的炉拱设计可以帮助烟气内的可燃成分在炉膛内燃尽，燃料及时而稳定着火，从而提高锅炉的热效率。燃料特性不同时，所设计炉拱的作用有所不同：着火比较困难的低挥发分无烟煤，拱的作用应该保证及时着火，易燃的高挥发分烟煤，拱的主要作用是增强气流的混合，使可燃气体有更多的机会与氧混合而完全燃烧。•前拱：前拱位于炉排的前端，可加快新燃料的引燃过程，所以又称引燃拱。前拱设置目的是提高新燃料区的温度，其引燃机理是将来自火焰和高温烟气的热量通过辐射方式传递给新燃料，同时通过引导来自后部的高温烟气进入前拱区并停留尽可能多的时间以增强对流传热。•后拱：后拱位于炉排的后部，其作用是将炉排上方高温烟气输送到前拱区，大幅度增补那里的热量，以加速新燃料的引燃过程。后拱的引燃作用是与前拱相配合的，它还有一个直接引燃的作用，就是在输送高温烟气的同时，烟气也将炽热的炭粒夹带到前部，并散落到新燃料层上，形成炽热的炭粒层覆盖。•炉膛内设置的水冷壁面积大小必须考虑炉膛平均烟温的高低，过多的面积，会使炉膛内烟温过低，这对燃烧过程不利。若以炉膛出口烟温衡量，则温度条件应保证烟气内的可燃气体能够燃尽。通常，链条炉，炉膛出口烟温不应低于950℃。•二次风。在燃料层的上方由喷嘴送人高速