第8章锅炉的热平衡.ppt

8.3 锅炉的热平衡 热效率是锅炉的重要技术经济指标，它表明锅炉设备的完善程度和运行管理的水平。燃料是重要能源之一，提高锅炉热效率以节约燃料，是锅炉运行管理的一个重要方面。锅炉热平衡是研究燃料的热量在锅炉中利用的情况：有多少被有效利用；有多少变成了热量损失；这些损失又表现在哪些方面以及它们产生的原因。研究的目的是为了有效地提高锅炉的热效率。一、锅炉热平衡的组成 锅炉生产蒸汽或热水的热量主要来源于燃料燃烧生成的热量。但是进入炉内的燃料由于种种原因不可能完全燃烧放热，而燃烧放出的热量也不会全部有效地利用于生产蒸汽或热水，其中必有一部分热量被损失掉。为了确定锅炉的热效率，就需要使锅炉在正常运行工况下建立锅炉热量的收、支平衡关系，通常称为“热平衡”。热平衡的公式锅炉热平衡是以lNm3气体燃料(液、固燃料以lkg)为单位组成热量平衡的。锅炉热平衡的公式可写为：QrQl十Q2十Q3十Q4十Q5十Q6 (8-9)式中,QrlNm3燃料带入锅炉的热量，kJNm3；Ql锅炉有效利用热量，kJNm3；Q2排烟热损失，kJNm3；Q3-化学不完全燃烧热损失(针对气体)，Q4机械不完全燃烧热损失(针对固体)，Q5散热损失，kJNm3；Q6灰渣物理热损失及其他热损失，输入热量Qr 每Nm3燃料带入锅炉的热量Qr，指由锅炉范围以外输入的热量，不包括在锅炉内循环的热量，它由以下各项组成：式中ir燃料的物理显热，kJNm3；Qwl当外用来热源预热燃料或空气时带入的热量，kJNm3；燃料的物理显热可按下式计算：收到基燃料比热燃料温度，未预热取20锅炉效率 如果ir可忽略不计且Qwl为零时，则 如果在等式(8-9)两边分别除以Qr，则 q1+q2+q3+q4+q5+q6=100%锅炉正平衡效率 各项热损失 锅炉反平衡热效率 二、锅炉热效率 锅炉热效率可用热平衡试验方法测定，方法有正平衡试验和反平衡试验两种，试验必须在锅炉稳定运行工况下进行。1、正平衡法 Qgl=D(iq-igs)103+Dps(ips-igs)103 kJh 定期连续1、正平衡法当锅炉生产饱和蒸汽时，蒸汽干度一般都小于l(即湿度不等于零)。湿蒸汽的焓可按下式计算：对于热水锅炉，每小时有效吸热量Qg1按下式计算：式中 G热水锅炉每小时产热水量，th；热水锅炉进水及出水的焓，kJkg；(8-19)(8-20)供热锅炉常用正平衡来测定效率，因为只要测出燃料量B、燃料应用基低位发热量Qydw、锅炉蒸发量D以及蒸汽压力和温度，即可算出锅炉效率。这是一种常用的比较简单的方法。2、反平衡法 通过测出锅炉的各项热损失，应用式(8-16)来计算锅炉的热效率，这种方法称为反平衡法。正平衡法只能求得锅炉的热效率，不可能据此研究和分析影响锅炉热效率的种种因素，以寻求提高热效率的途径。这正是反平衡法的优势。对于小型锅炉以正平衡为主，辅以反平衡。对于大型锅炉，由于不易准确地测定燃料消耗量，因此锅炉热效率主要靠反平衡法来求得。三、固体（机械）不完全燃烧热损失q4 对于气体和液体燃料，q4=0。对于固体燃料，q4是由于进入炉膛的燃料中，有一部分没有参与燃烧或未燃尽而被排出炉外而引起的热损失。它由三部分组成。1）灰渣损失Qhz，未参与燃烧或未燃尽的碳粒与灰渣一同落入灰斗所造成的损失。2）漏煤损失Qlm，部分燃料经炉排落入灰坑造成的损失。对于煤粉炉，则Q1m0。3）飞灰损失Qfh，未燃尽的碳粒随烟气带走所造成的损失。机械不完全燃烧热损失是燃用固体燃料的锅炉热损失中的一个主要项目。四、气体（化学）不完全燃烧热损失 化学不完全燃烧热损失是由于部分一氧化碳、氢、甲烷等可燃气体未燃烧放热就随烟气排出所造成的损失。其热损失应为烟气中各可燃气体容积与它们的容积发热量乘积的总和。q3实际上烟气中含H2、CH4等气体很少，为了简化计算，可认为气体不完全燃烧产物只有CO，可用下列经验公式计算q3：q3=3.2CO%式中及CO在烟道同一测点取样测出的过量空气系数和CO的容积百分数。备注：1、实际送入炉内的空气量（VK)大于理论空气量（Vo)，多出的部分称为过量空气。=VK/Vo.民用燃具。1.051.20；供热锅炉的层燃炉1.31.8过小导致燃料化学能不充分发挥，过大烟气体积大，炉膛温度低，增加排烟损失。保证完全燃烧的情况下尽量接近1q3气体不完全燃烧热损失的大小与炉子的结构、燃料特性、燃烧过程的组织以及运行操作水平等因素有关。炉膛高度不够或炉膛体积太小，使烟气中一些可燃气体未能燃尽而离开炉子，增大其q3损失。当炉内水冷壁布置过多时，会使炉膛温度过低，不利于燃烧反应，也会增大q3损失。过小，可燃气体因得不到充分的氧而未能燃尽，使q3增大；如过大，使炉膛温度下降，也会使q3增大。运行中当负荷增加时，可燃气体在炉内停留时间减少，也会使q3增加。q3、q4的推荐值 表8-17 五、排烟热损失 由于技术经济条件的限制，烟气离开锅炉排入大气时，烟气温度比进入锅炉的空气温度要高很多，排烟所带走的热量损失简称为排烟热损失。影响排烟热损失的主要因素 排烟温度越高，排烟热损失越大。一般排烟温度每提高12-15，q2将增加1%，所以应尽量设法降低排烟温度。但是排烟温度过低经济上是不合理的，甚至技术上是不允许的。因尾部受热面处于低温烟道，烟气与工质的传热温差小，传热较弱；若排烟温度降得过低，传热温差也就更小，换热所需金属受热面就大大增加。此外，为了避免尾部受热面的腐蚀，排烟温度也不宜过低。当燃用含硫分较高的燃料时，排烟温度相应要高一些。因此必须根据燃料与金属耗量进行技术经济比较来合理决定排烟温度。供热锅炉的排烟温度约在150-200范围内。对于运行中的锅炉，受热面积灰或结渣将使排烟温度升高。所以在运行时，必须设法保持受热面的清洁，以减少q2损失。q2影响因素影响排烟容积大小的因素有炉膛出口过量空气系数1，烟道各处的漏风量及燃料所含水分。如炉墙及烟道漏风严重，1大；燃料水分高，则排烟容积就大，排烟损失就增加。为了减少排烟损失，必须尽力设法减少炉墙烟道各处的漏风，在锅炉安装施工时应重视炉墙、烟道等砌筑的严密性。但炉膛出口过量空气系数1的大小，应注意到它不仅与q2有关，还与q3、q4有关。减小1，q2可以降低，但q3、q4会增加。图8-3 q2、q3、q4、与的关系合理的1值应使q2、q3、q4三项热损失的总和最小。如图8-3所示。通常排烟热损失是锅炉热损失中较大的一项，一般装有省煤器的水管锅炉，q2约为612%；不装省煤器时，往往高达20%以上。六、散热损失 锅炉运行时，各部分炉墙、钢架、管道和其他附件等的表面温度均较周围空气温度为高，对于层燃炉为了拨火、清炉或投煤等原因常需打开炉门，这些都不可避免地将有热量散失于大气中，就形成了锅炉的散热损失。散热损失的大小主要决定了锅炉散热表面积的大小、表面温度及周围空气温度等因素。与水冷壁和炉墙的结构、保温层的性能和厚度有关。锅炉容量越大，燃料消耗量也大致成比例的增加。但由于锅炉外表面积并不随锅炉容量的增加而成正比例地增加(同其他设备），即对应于单位燃料的炉墙外表面积反而减少了，故q5损失随锅炉容量的增加而减小。在锅炉热力计算时需计及各段受热面烟道的散热损失。为了简化计算，一般用保热系数来计及各段烟道散热损失的大小。保热系数表示烟气在烟道中的放热量有多少被该烟道中的受热面所吸收。七、灰渣物理热损失及其它热损失 锅炉的其它热损失通常是指灰渣物理热损失Q6hz及冷却热损失Q61z 对于固体燃料，由于锅炉中排出的灰渣及漏煤的温度一般都在600800以上，因此应考虑灰渣物理热损失q6hz。此外，由于锅炉的某些部件采用了水冷却，而此冷却水未接入锅炉汽水循环系统中，被它吸收了锅炉的一部份热量并带出炉外，从而造成了热量损失q61z。八、燃料消耗量 锅炉每小时耗用的燃料称为锅炉的燃料消耗量，由式(8-22)可得燃料消耗量的计算式：对于固体燃料，考虑到不完全燃烧热损失Q4的存在，实际参加燃烧反应的燃料量应为，Bj称为小时计算燃料消耗量，在计算每小时燃料燃烧所需空气量及生成的烟气量时，均应按小时计算燃料消耗量Bj来计算。8.4 锅炉水循环及汽水分离 在蒸汽锅炉中，给水进入汽锅后就按一定的循环路线流动不已。在循环不息的流动过程中，水通过蒸发受热面被加热、汽化，产生蒸汽；而受热面金属壁则靠水循环及时将高温烟气传给的热量带走，使壁温保持在金属的允许工作温度范围内，从而保证蒸发受热面能长期可靠地工作。如果水循环组织不好，循环流动不良，即便是热水锅炉，也将会造成种种事故。一、锅炉的水循环 水和汽水混合物在锅炉蒸发受热面回路中的循环流动，称为锅炉的水循环。由于水的密度比汽水混合物的大，利用这种密度差所产生的水和汽水混合物的循环流动，叫做自然循环；借助水泵的压头使工质流动循环的叫强制循环。在供热锅炉中，除热水锅炉外，蒸汽锅炉几乎无一例外的都采用自然循环。（一）自然循环的基本原理 图8-3 自然循环回路示意图 循环回路的总高度H即为加热水区段Hs含汽区段Hq之和，即Hs+Hq=H m在水循环稳态下，则AA截面两边作用力相等的表达式可写为pg+(Hs+Hq)g-Pxj=pg+Hsg+Hqqg+Pss 经移项整理，便可得到下式：Hqg(-q)=Pxj+Pss PqNOTES1上式左边：是下降管和上升管中工质密度差引起的压头差，也就是驱动自然循环的动力，称为水循环的运动压头。等式的右边：恰好是循环回路的流动总阻力。此式的物理意义十分明确：当回路中水循环处于稳定流动时，水循环的运动压头等于整个循环回路的流动阻力。NOTES2可见，循环的运动压头取决于上升管中含汽区段的高度、饱和水与汽水混合物的密度差。1).增大回路的高度H，含汽区段高度也增加；2).加强上升管的受热，可使其中含汽率增高，这些都会使运动压头增高。3).当锅炉压力增高时，水汽密度差减少，组织稳定的自然循环就趋困难，所以高压锅炉总是设法提高循环回路的高度，以便获得必要的运动压头，或采用强制循环。NOTES3水循环运动压头中，用于克服下降管阻力Pxj的压头，在水循环计算中，叫循环回路的有效压头，以Syx表示，数值上即等于运动压头和上升管阻力之差，即Syx=Hqg(-q)-Pss=Pxj Pa自然循环回路的有效压头愈大，可用以克服的下降管阻力就愈大，也即循环的水量愈大，水循环愈强烈良好。（二）水循环的可靠性指标 1、循环流速、循环流速 循环流速，通常指的是循环回路中水进入上升管时的速度，用0表示，其计算式为：式中 G进入上升管的水流量，即循环水质量流量，kgh水进入上升管时的密度，近似取锅炉压力下的饱和水密度，kgm3；fss循环回路的上升管总截面积，m2。NOTES循环流速的大小，直接反映管内流动的水将管外传入的热量和管内产生的蒸汽泡带走的能力。循环流速愈大，工质放热系数愈大，带走的热量愈多，也即管壁的冷却条件愈好，金属就不会超温。所以，循环流速是用以判断锅炉水循环可靠性的重要指标之一。对于供热锅炉，由于工作压力低，汽、水的密度差大，对自然循环是有利的。水冷壁的循环流速，一般在0.42m/s，锅炉对流管束的循环流速约为0.21.5m/s。2、循环倍率 为了保证在上升管中有足够的水来冷却管壁，在每一循环回路中由下降管进入上升管的水流量G常常是几倍、甚至上百倍地大于同一时间内在上升管中产生的蒸汽量D。两者之比，称为循环回路的循环倍率 这是另一个用以说明水循环好坏的重要指标 NOTES循环倍率K的倒数即为上升管的含汽率，或汽水混合物的干度，以x表示。物理意义：单位质量的水在此循环回路中全部变成蒸汽，需经循环流动的次数。循环倍率K愈大，干度x愈小，它表示上升管出口处汽水混合物中水的份额愈大，冷却条件愈好，水循环愈安全。水的汽化潜热是随压力的增高面降低的，在上升管受热情况相同的条件下，压力愈高，K值愈小。蒸发量大的锅炉，上升管受热长度一般都较长或者上升管的热负荷较高，则K值也较小。供热锅炉的压力和容量都较小，上升管热负荷也不高，所以其循环倍率一般都很大，约在50200这一范围内变动，无需多虑循环倍率过低的问题。3、循环回路的特性曲线 对于结构已定的循环回路，下降管阻力是水循环流速0的函数，0增大，Pxj也增大。对上升管而言，在一定热负荷下，增大0时，使管内含汽率减小，上升管含汽区段中汽水混合物的平均密度q增大。这样，用于克服下降管阻力的有效压头Syx下降。只有在Syx与Pxj两者取得平衡时，即两曲线的交点A才是水循环的工作点。（三）自然循环锅炉的水循环故障 供热锅炉压力不高，容易保证良好的水循环。但在实际运行中，发生水循环故障的却不乏其例，常见的除上升管产生循环停滞、倒流和汽水分层之外，还有下降管带汽，它们都将会严重影响锅炉工作的安全和正常运行。1、循环的停滞和倒流 如果个别上升管的受热情况非常不良（由炉膛和燃烧设备的结构特性、管外挂渣积灰等引起），则会因受热微弱产生的有效运动压头不足以克服公共下降管的阻力，以致该上升管的循环流速趋近于零，这种现象称为循环停滞。如果接入锅筒水空间的某根上升管受热极差，其有效运动压头小于共同下降管阻力时，将会发生循环倒流现象。措施：1）、加大下降管及引出管截面积，2）、减少或避免并联的各上升管受热的不均匀性。2、汽水分层 在水平或微倾斜的上升管段，由于水汽的密度不同，当流速低时会出现汽水分层流动。汽水分层的程度取决于流动工况，是否会造成危害则要看这管段的受热情况。当汽水分层管段受热时，会引起管壁上下温差应力及汽水交界面的交变应力；管壁上部会结盐垢，使热阻变大，壁温升高。措施：供热锅炉压力不高，只要循环流速不低于0608 ms管子倾角不小于150，就不会产生汽水分层现象。3、下降管带汽 原因：1）、下降管入口阻力较大；2）、下降管管口距锅筒水位面太近；3）、下降管受热过强、上升管出口和下降管入口距离太近而又无良好的隔离装置等。不论何种原因引起的下降管带汽，所造成的后果是使其平均体积流量增大，流速加快，阻力增加，还使循环回路的运动压头降低，对水循环不利。减弱了水的循环流动。从而增大了出现循环停滞、倒流、自由水面等不正常流动现象的可能。二、蒸汽品质及汽水分离 杂质危害：蒸汽中的杂质包括气体杂质和非气体杂质两部分。前者主要有氧、氮、二氧化碳和氨气等，它们将对金属产生腐蚀作用；后者为蒸汽中的含盐主要来源于蒸汽带水，当含盐超过一定量时，会严重影响用汽设备的运行安全。由各蒸发受热面汇集于锅筒的汽水混合物，在锅筒的蒸汽空间中借重力或机械分离后，蒸汽引出。如果汽水分离效果不佳，蒸汽将严重带水，导致蒸汽过热器内壁沉积盐垢，恶化传热以致过热而被烧损。对于饱和蒸汽锅炉，蒸汽带水过高也难以满足用户需要，还会引起供汽管网的水击和腐蚀。蒸汽品质蒸汽品质指标：有蒸汽过热器，蒸汽湿度不大于1%；无过热器，蒸汽湿度应不大于3%；无过热器的锅壳式锅炉，蒸汽湿度不大于5%。影响蒸汽带水的因素：如锅炉的负荷、蒸汽压力、蒸汽空间高度和锅水含盐量等，但锅水含盐量的影响是主要的，它是使蒸汽品质变坏的主要根源。分离的原理：可分自然分离和机械分离两类。自然分离是利用汽水的密度差，在重力作用下使水、汽得以分离；机械分离则是依靠惯性力、离心力和附着力等使水从蒸汽中分离出来。汽水分离装置型式汽水分离装置型式：水下孔板、挡板、匀汽孔板、集汽管、蜗壳式分离器、波纹板及钢丝网分离器等多种。图7-4是几种常见汽水分离装置结构图。8-58.5 锅炉的燃烧方式与设备 汽锅和炉子是锅炉的两大基本组成部分。燃料在炉子中燃烧，燃烧放出的热量则为汽锅受热面吸收。只有在燃料燃烧良好的前提下，研究汽锅受热面如何更好地吸热才有意义。在燃烧技术中，把从氧和燃料可燃物质的混合、扩散至发光放热的剧烈氧化反应完成的整个过程，称为燃烧过程。它是一种复杂的物理化学综合过程，既需要提供温度和浓度条件，又需要一定的时间和空间条件。按照燃烧方式的不同，主要可划分：室燃炉燃料随空气流进入炉室呈悬浮状燃烧的炉子，又名悬燃炉，如燃气炉和燃油炉、煤粉炉。我国今后一个较长时期内都将大力发展燃气炉和燃油炉层燃炉燃料被层铺在炉排上进行燃烧的炉子，也叫火床炉。它是目前国内供热锅炉中采用得较多的一种燃烧设备，常以链条炉为代表形式。一、气体燃料燃烧方式及设备一、气体燃料燃烧方式及设备（一）气体燃料燃烧特点（一）气体燃料燃烧特点1、具有基本无公害燃烧的综合特性气体燃料是一种比较清洁的燃料。它的灰分、含硫量和含氮量比煤和油燃料要低得多。燃烧产物烟气中粉尘含量极少。同时，气体燃料由于采用管道输送，没有灰渣，基本消除了在运输、贮存过程中发生的有害气体、粉尘和噪声干扰。燃烧产物烟气还可以直接加热热水或对物料进行干燥。2、容易进行燃烧调节 燃烧气体燃料时，只要喷嘴选择合适，便可以在较宽范围内进行燃烧调节，而且还可以实现燃烧的微调，使其处于最佳状态。燃烧气体燃料不仅可以适应低过剩氧燃烧，而且具有能够迅速适应负荷变动的特性，从而也为降低燃料消耗、提高燃烧效率提供了有利条件。3、作业性好 与油燃料相比，气体燃料输运免去了一系列的降粘、保温、加热预处理等装置，在用户处也不需要贮存措施。燃气系统简单，操作管理方便，容易实现自动化。另外，气体燃料几乎没有灰分，允许大幅度提高烟气流速，受热面的积灰和污染远比燃煤、燃油时轻微，不需要吹灰设备。4、容易调整发热量 特别是在燃烧液化石油气燃料时，在避开爆炸范围的部分加入空气，可以按需要任意调整发热量。控制华白指数波动范围不超过5%。气体燃料的主要缺点是它与空气在一定比例下混合会形成爆炸性气体，而且气体燃料大多灵敏成分对人和动物是窒息性的或有毒的，对使用安全技术提出了较高的要求。（二）、燃气的燃烧方法 燃用发热量高的燃气，空气用量大，例如标态下1m3天然气或液化石油气需要1025m3的空气，因此要使燃气充分燃烧，需要大量空气与之混合。根据混合方式的不同，燃气的燃烧方法可分为三种：1、扩散式燃烧 燃气未预先与空气混合，燃烧所需的空气依靠扩散作用从周围大气中获得，这种燃烧方法称为扩散式燃烧，此时一次空气系数=0。扩散式燃烧的燃烧速度和燃烧完全程度主要取决于燃气与空气分子之间的扩散速度和混合的完全程度。气体分子之间的扩散由于其流态不同而有层流扩散和紊流扩散两种形式。（1）层流扩散燃烧 当燃气出口速度小，气流处于层流状态时，燃烧依靠分子扩散作用使周围空气进入燃烧区。由于分子扩散进行得比较缓慢，而燃烧的化学反应进行得很快，火焰焰面厚度很小。图 层流扩散火焰的结构（2）紊流扩散燃烧 当燃气流量逐渐增加时，火焰中心的气流速度也随之加大，但氧气向焰面的扩散速度基本不变，这就使焰面的收缩点距喷口越来越远，火焰长度不断增加，同时火焰表面积增大，单位时间内燃烧的燃气量也增加。当气流速度增加至某一临界值时，气体流动状态由层流转变为紊流。此时火焰顶点开始跳动，若气流速度继续加大，则火焰本身开始扰动。（3）扩散燃烧的特点（a）燃烧稳定，热负荷调节范围大，不会回火，脱火极限高，燃烧器工作稳定。（b）过剩空气量大，燃烧速度低，火焰温度低。（c）层流扩散燃烧强度低、火焰强，需较大的燃烧室。2、部分预混式燃烧 燃气与所需的部分空气预先混合而进行的燃烧，称部分预混式燃烧（又称大气式燃烧）。它的一次空气系数为01（0.20.8）。根据燃气-空气混合物出口速度流动状态的不同，形成不同的燃烧火焰，层流火焰和紊流火焰。部分预混式燃烧的特点:（1）由于燃烧前预混了部分空气，提高了燃烧速度，降低了不完全燃烧程度；（2）当一次空气系数适当时，这种燃烧方法有一定稳定范围。一次空气系数越大，燃烧稳定范围越小。3、完全预混式燃烧 燃气与所需的全部空气预先进行混合，即1，可燃混合物在稳焰装置（火道、燃烧室及其他）配合下，瞬时完成燃烧过程的燃烧方法称完全预混式燃烧，又称无焰式燃烧。完全预混式燃烧的条件：燃气和空气预先按化学当量比混合均匀，要有稳定的点火源，以保证燃烧的进行。火焰传播速度快，火道的容积热强度很高，燃烧温度很高，但火焰稳定性较差，易发生回火。(三)、常用的燃气燃烧器 按一次空气分类（1）扩散式燃烧器。一次空气系数为零（=0），燃气燃烧完全靠二次空气。（2）部分预混式燃烧器。（3）完全预混式燃烧器 按空气供给方法分类（1）引射式燃烧器。空气被燃气射流或燃气被空气射流吸入。（2）鼓风式燃烧器。用鼓风设备将空气送入。（3）自然引风式燃烧器。靠炉膛中的负压将空气吸入。1、管状自然引风扩散燃烧器 其头部由若干根辐射状的涡卷形火管组成，火孔布满了整个圆面，每个火焰都能充分地接触空气，燃烧较完全。火管一般由内径48mm的铜管或钢管制成。集成管内截面积应大于各火管内截面积之和。图8-6 卷管燃烧器 2、鼓风式扩散燃烧器 A、套管式燃烧器 应用最广泛、结构最简单、使用最可靠燃气速度不应高于80100m/s，（6kPa）。空气出口速度4060m/s（12.5kPa）。燃烧器出口处混合物流速可达2530m/s。图8-7 套管式燃烧器 B、旋流式燃烧器 特点是燃烧器本身带有旋流器。空气在旋流器作用下产生旋流，燃气则从分流器的喷孔或缝隙中喷出，两者强烈混合进入火道或炉膛中燃烧。根据旋流器的结构（蜗壳或导流叶片）和供气方法不同，又可做成多种形式。图8-8 中心供燃气轴向叶片旋流式燃烧器（2）、中心供燃气切向叶片旋流式燃烧器 图8-9 中心供燃气切向叶片旋流式燃烧器1-调风导筒手柄 2-滑轮 3-燃气分流器 4-火道 5-切向叶片 主要优点（1）由于排除了回火的可能性，所以具有极高的调节范围；（2）空气和燃气的预热温度可足够高，它仅受管道使用寿命和燃气热分解的限制；（3）可使火焰高温区离开炉衬内表面，提高了烧嘴砖及紧贴炉膛的燃烧器金属件寿命；（4）混合不在燃烧器内部进行，可显著地减小燃烧器尺寸，并使燃烧器达到极高的热负荷。（5）可以由气体燃料转为液体燃料，并且在燃气发热量和空气、燃气预热温度波动的情况下保持稳定的工作。燃气燃烧器改善燃气炉燃烧的技术措施改善气流相遇的条件加强混合、扰动预热燃气和空气改善燃气炉燃烧的技术措施旋转和循环气流烟气再循环：回流、提高烟气停留时间提高燃烧强度，注意回用适量二、液体燃料的燃烧方式及设备（一）、燃油的燃烧特点 燃油是一种液体燃料，它的沸点总是低于它的着火点，所以油的燃烧总是在气态下进行的。燃油经雾化后的油粒喷进炉膛以后，被炉内高温烟气所加热，进行气化，气化后的油气和周围空气中的氧相遇，形成火焰，燃烧产生的热量有一部分传给油粒，使油粒不断气化和燃烧，直到燃尽。理论理论分析和试验证明，油粒燃尽所需的时间与它的粒径平方成正比式中t燃尽时间，s；d0油粒粒径，mm；k燃烧速度常数，mm2/s。取决于燃料的性质，不同燃料的燃烧速度常数值相差不大。由上式知，假如最大油粒粒径比平均油粒粒径大5倍，则燃尽时间要长25倍。可见燃烧器的雾化质量对燃烧有重要影响。强化油的燃烧途径（1）提高雾化质量，减少油粒粒径。这样可以增大油粒的吸热面和气化面，从而加快油的气化速度。因为油粒气化速度与其粒径的大小有关，粒径愈小则气化愈快。（2）增大空气和油粒的相对速度。这样可以加速气体的扩散和混合，从而有效地加强燃烧。（3）合理配风。分别对不同区域及时供应适量的空气，以避免高温缺氧而产生炭黑并能在最少的过量空气下保证油的完全燃烧。（二）、燃油燃烧器类型 燃油燃烧器的最为重要的部件是燃油雾化器（或称油喷嘴），它的作用是把油雾化成雾状粒子，并使油雾保持一定的雾化角和流量密度，促其与空气混合，以强化燃烧过程和提高燃烧效率。油喷嘴的型式很多，常用的有机械雾化喷嘴、转杯式雾化喷嘴、蒸汽雾化喷嘴和空气雾化喷嘴等多种型式。（三）、常用的燃油燃烧器 1简单压力雾化喷嘴主要由雾化片、旋流片、分流片构成 进油压力一般为25MPa,最大负荷调节比为1:2 图8-10 切向槽式简单压力雾化喷嘴1.雾化片 2;2.旋流片 3.分流片 2回油式压力雾化喷嘴 图5-12 回油式压力雾化喷嘴1-螺母 2-雾化片 3-旋流片 4-分油嘴 5-喷油座 6-进油管 7-回油管两个简单压力雾化喷嘴对叠，主要功能有回油，便于调节负荷，可达1：4图8-11回油式压力雾化喷嘴由于回油的调节，负荷调节由于回油的调节，负荷调节比可以达到比可以达到1：43转杯式喷嘴 图8-12 转杯式喷嘴 结构复杂，材料制造运行要求高，但结构复杂，材料制造运行要求高，但负荷调节比可以达到负荷调节比可以达到1：84高压介质雾化喷嘴 内混式外混式高速喷射冲击油流吹散雾化5低压空气雾化喷嘴 空气风压为2.07.0kpa，喷嘴出力小16、调风器 调风器也叫配风器，它不仅是将燃烧所需的空气送入炉内，而且还能使进入炉内的空气形成有利的空气动力场（气流形状和速度分布），使之与油喷嘴喷出的油雾很好地混合，促成着火容易、火焰稳定及燃烧良好的运行工况。调风器一般由稳焰器、配风器、风箱和旋口四个部分组成。其中配风器结构形式很多，主要按气流流动的方式分为旋流式和平流式（或称直流式）两种。旋流式配风器旋流式配风器（如图8-16）所喷出的气流是旋转的，可使一、二次风产生旋流。在此调风器出口的中心位置装置有一个扩散锥，又称稳焰器，其作用一是使一次风产生一定的扩散，在火焰根部形成一个高温回流区，以点燃油雾，稳定燃烧；二是利用其锥体面上开设的多条狭长缝隙和缝后的斜翅使气流旋转，旋转方向与主气流相同。图8-16 旋流式配风器1-回油 2-进油 3-点火设备 4-圆筒形风门 5-二次风叶轮 6-稳焰器 7-风口平流式调风器图8-17 平流式调风器a)直筒式平流配风器 b)文丘利式平流配风器平流式配分器的优势温焰器的中心回流弱，保证着火且在根部有一定浓度氧气，防止燃油高温分解。二次风风速高，扰动强。射程长，后期混合好。流动阻力小。气流测量精度高，对低氧燃烧有利。无二次风叶轮，结构简单。油燃烧器油燃烧器改善燃油炉燃烧的措施低氧燃烧分级燃烧三、固体燃料的燃烧方式及设备（一）、煤的燃烧过程 A、着火前的热力准备阶段 B、挥发物与焦炭的燃烧阶段 C、燃尽阶段 有利燃烧的必需条件 第一，保持一定的高温环境，以便能产生急剧的燃烧反应；第二，供应燃料在燃烧中所需的充足而适量的空气；第三，采取适当措施以保证空气与燃料能很好接触、混合，并提供燃烧反应所必需的时间和空间；第四，及时排出燃烧产物烟气和灰渣。（二）、常见的燃煤炉链条炉 层燃炉是指煤被层铺在炉排上进行燃烧的炉子，也叫火床炉。它是目前国内供热锅炉中采用得最多的一种燃烧设备。机械化层燃炉的型式，有链条炉排炉、机械风力抛煤机炉、往复炉排炉、振动炉排炉和下饲燃料式炉等多种，其中以链条炉排炉在我国的应用最为广泛。链条炉排炉简称链条炉，是一种结构比较完善的层燃炉，至今已有百余年的历史。由于它的加煤、清渣、除灰等项主要操作都实现了机械化，运行可靠稳定，因此在我国，链条炉不仅在中小型电厂和容量较大的供热锅炉中普遍使用，而且在蒸发量仅0.5一l th的小型锅炉上也得以广泛的应用。1、链条炉的构造 图8-18 鳞片式炉排总图1煤斗2扇形挡板3煤闸门4防渣箱5老鹰铁6主动链轮7从动轮8炉排地支架上、下导轨9送风仓10拨火孔11人孔门12渣斗（1）链带式炉排 图 链带式炉排1-链轮2-煤斗3-煤闸门5-炉排6-隔风板7-老鹰铁8-主动链环9-炉排片10-圆钢（2）鳞片式炉排 图 鳞片式炉排结构1-链条 2-节距套管 3-拉杆 4-铸铁滚筒 5-炉排中间夹板（手枪板）6-侧密封夹板（边夹板）7-炉排片 3、链条炉的燃烧过程 链条炉的煤自煤斗滑落在冷炉排上，主要依靠来自炉膛的高温辐射，自上而下地着火、燃烧。显而易见，着火条件较差，是一种“单面引火”的炉子。链条炉的第二特点是燃烧过程的区段性。燃烧过程图8-19链条炉燃烧过程与烟气成分示图I-新燃料区-挥发物逸出、燃烧区 焦炭燃烧氧化区-焦炭燃烧还原区 IV-灰炭形成区 4、煤的性质对链条炉燃烧的影响 如煤的水分过高，将延长煤的着火阶段，使01点后移。一般以应用基水分8%10%为宜。灰分愈高，这种裹夹作用愈甚，增加了氧气向可燃物质扩散的阻力，焦炭燃尽愈加困难，为此，灰分含量和灰熔点要求：干燥基灰分不直大于30%，灰的熔化温度t3最好能高于1200。如挥发分低的贫煤和无烟煤，挥发物要在较高的温度下才会析出，着火困难，燃用粘结性强的煤，在高温下易在燃料层表面板结，通风严重受阻，不得不加强拨火操作，而使燃烧不够稳定。当燃用未经筛分的统煤时，因粒度大小不一，碎屑细末会嵌填于块煤之间，使干燥阶段中产生的水蒸汽不容易散逸，延缓了着火和燃烧过程 5、链条炉的燃烧调节及改善措施（1）分区配风（2）炉拱 通常把炉拱在在前、后炉墙下部砌筑凸向炉膛的炉膛叫前、后炉拱。炉拱在链条炉中有着相当重要的作用，它不但可以改变自燃料层上升的气流方向，使可燃气体与空气得以良好混合，为可燃气体燃尽创造条件的同时，炉拱还有加速新入炉煤着火燃烧的作用。（3）二次风 炉拱图8-20 炉拱与喉口及二次风的关系1-前拱2-后拱3-喉口4-二次风（三）、炉子的工作强度 主要有炉膛热强度和炉排热强度两个指标，表征燃料在炉内燃烧的强烈程度。对于室燃炉，用炉膛热强度来反应炉内燃烧的强烈程度。单位体积的炉膛，在单位时间内所燃烧的燃料的放热量，对于层燃炉 NOTES层燃炉的燃烧热强度都冠以“可见”两字。对于既定型式的炉子，qv、qR有一个合理的限值。过分提高炉膛热强度qv，会使烟气和它携带的可燃物在炉内时间缩短，也导致不完全燃烧损失增大。在室燃炉中，炉膛体积热强度的大小反映煤粉、油和气等气流通过炉膛的时间长短。但是，假如qv取得太小，炉膛体积增大，增加了锅炉制造费用和散热损失。当然，首要的是保证燃烧过程的基本完成，以烧好燃尽为原则。积长期生产实践的经验和科学研究成果，室燃炉、链条炉的主要热工特性列于表5-168.6 锅炉的受热面的布置型式 锅炉的出现和发展迄今已有二百余年的历史。其间，从低级到高级，由简单到复杂，随着生产力的发展和对锅炉容量、参数要求的不断提高，锅炉型式和锅炉技术得到了迅速的发展。一、锅炉受热面型式的演变 二、锅炉受压元件 1、烟管锅炉的主要受压元件（1）锅壳 作为烟管锅炉汽水空间外壳的筒形压力容器。锅壳内盛有水和饱和蒸汽，锅壳外各管座装有主汽阀、副汽阀、安全阀、放空阀、压力表和水位表以及进水管、排污管等。（2）封头（管钣）锅壳的封口部分。（3）炉胆（火筒）锅炉内随介质外压的筒形炉膛，作为内燃式烟管锅炉的燃烧空间和辐射受热面。炉胆通常有直炉胆和波形炉胆两种，也有在直炉胆中间加波形膨胀环的结构形式，（4）烟管（俗称火管，下同）2、水管锅炉的主要受压元件（1）锅筒（俗称汽包）水管锅炉中用以进行蒸汽分离净化、组成循环回路和蓄水的筒形压力容器。上锅筒（有汽、水空间）及下锅筒（只有水空间）。（2）水冷壁 布置在炉膛内壁，主要用水冷却的辐射受热面，其外部直接受火焰辐射、管内走水的水管。（3）锅炉管束 用作对流受热面的管束，其外部受烟气冲刷，管内由水流动吸热。（4）集箱 用以汇集或分配多根管子中介质的筒形压力容器。三、锅炉受热面的主要型式（一）、卧式内燃烟管锅炉 烟管锅炉，也称火管锅炉。目前，它还广泛使用于蒸汽需要量不大的用户，以满足生产和生活的需要。火管锅炉有卧式和立式两种。锅壳纵向轴线平行于地面的称为卧式锅炉，锅壳纵向轴线垂直于地面的称为立式锅炉。它们在结构上的共同特点是都有一个大直径的锅筒，其内部有火筒和为数众多的烟管。烟气折返空间的结构 根据炉胆后部烟气折返空间的结构形式可分为干背式锅炉和湿背式锅炉，干背式锅炉的烟气折返空间是由耐火材料围成的；湿背式锅炉的折返空间是由浸在炉水中的回燃室组成的，有些锅炉的水管后壁是密封的，高温烟气碰到后壁后折返沿炉胆内壁回到炉胆前部，卧式烟管锅炉的结构型式 表卧式干背式火管锅炉 图 美国CB卧式锅炉的烟气流程及受热面型式 CB锅炉的前后管钣采用扳边封头，烟管采用有缝薄壁管，第二回程烟道与管钣采用焊接连接，第三、四回程烟管则采用胀接连接。锅炉受热面为对称布置，炉胆布置在最低位置，称之为燃烧室低位设计，这样有利于将温度最高的燃烧室埋在炉水中，锅炉水位的安全范围能有所增大。卧式烟管锅炉卧式烟管锅炉NOTES近年来，在中小型燃气燃油锅炉的炉型发展方面，卧式烟管锅炉受到重视，其原因有：（1）高和宽尺寸较小，适合组装化的要求，锅壳结构也使锅炉围护结构简化，比组装水管锅炉有明显优点。（2）采用微正压燃烧时，密封问题容易解决，而且炉胆的开头有利于燃油燃气。（3）由于采用新的传热技术（如螺纹式烟管等）使传热性能接近一般水管锅炉水平，克服和烟管传热性能差的缺点。（4）对水处理要求低，水容积较大，对负荷变化的适应性强。（二）、卧式烟水管锅炉 图 KZL4-1.3-A型锅炉1-液压传动装置 2-链带式链条炉排 3-水冷壁管 4-前烟箱 5-烟管6-锅筒 7-后棚管 8-下降管 9-铸铁省煤器 10-排污管（三）、水管锅炉 容量在4t/h以上的国产蒸汽锅炉，除少数采用烟管锅炉型式外，目前大都采用了水管锅炉的结构型式。它与烟管锅炉相比较，在结构上没有特大直径的锅筒，富有弹性的弯水管替代直烟管，不但节约金属，更为提高容量和蒸汽参数创造了条件。在燃烧方面，由于炉膛不再受锅筒的限制，可以根据燃用燃料的特性自如处置，从而改善了燃烧条件，使热效率有较大的提高。从传热学观点来看，可以尽量组织烟气对水管受热面作横向冲刷，传热系数比纵向冲刷的烟管要高。此外，因水管锅炉有良好的水循环，水质一般又都经严格处理，所以即便在受热面蒸发率很高的条件下，也有可能使金属壁不致过热而损坏。加上水管锅炉受热面的布置简便，清垢除灰等条件也比烟管锅炉为好，因此它在近百年中得到了迅速的发展。水管锅炉型式 水管锅炉型式繁多，构造各异。按锅筒数目有单锅筒和双锅筒之分；就锅筒放置形式则又可分为纵置式、横置式和立置式等几种。因烟管锅炉的容量与参数受到结构限制，随着容量与参数的提高，水管锅炉的各项指标明显优于烟管锅炉。在中小容量范围内，水管锅炉的型式主要有D型、A型、O型三种布置（四）、热水锅炉 热水锅炉的结构型式与蒸汽锅炉基本相同，也有烟管(锅壳式)、水管和烟、水管组合式三类。在采暖工程中，热煤有热水和蒸汽两种。由于热水采暖比蒸汽采暖具有节约燃料、易于调温、运行安全和采暖房间温度波动小等优点，同时国家对热媒又作了政策性规定，要求大力发展热水采暖系统 与蒸汽锅炉相比，热水锅炉的最大特点是锅内介质不发生相变，始终都是水。热水锅炉无需蒸发受热面和汽水分离装置，一般也不设置水位表，有的连钢筋也没有，结构比较简单。其次，传热温差大，受热面一般不结水垢，热阻小，传热情况良好、热效率高，既节约燃料，又节省钢材，钢耗量比同容量的蒸汽锅炉约可降低30%。再则，对水质要求较低(但须除氧)，一般不会发生因结水垢而烧损受热面的事故，受压元件工作温度较低，又无需监视水位，热水锅炉的安全可靠性较好，操作也较简便。NOTES按生产热水的温度，可分低温热水锅炉和高温热水锅炉两类。前者送出的热水温度一般不高于95，后者出口水温则高于常压下的沸点温度，通常为130，高的可达180。如果按热水在锅内的流动方式，热水锅炉又可分强制流动(直流式)和自然循环两类。强制流动热水锅炉是靠循环水泵提供动力使水在锅炉各受热面中流动换热的。然循环热水锅炉，其锅内水的循环流动是主要靠下降管和上升管中的水温不同引起密度差异而造成的水柱重力差来驱动的。四、辅 助 受 热 面 锅炉本体中除汽锅和炉子两大基本组成部分外，还设置有辅助受热面蒸汽过热器、省煤器和空气预热器。显然，各轴助受热面是根据具体情况，按实际需要选择增设的。譬如，供热锅炉除生产工艺有要求或热电联供，一般较少设置蒸汽过热器，而省煤器则已作为节能装置被普遍采用。1、蒸汽过热器 蒸汽过热器是为把饱和蒸汽加热成为具有一定温度的过热蒸汽的装置 根据布置位置和传热方式，过热器可分为对流式、半辐射式和辐射式三种型式。对流式过热器位于对流烟道，吸收对流放热；供热锅炉采用的都为对流式过热器。如果按照蒸汽与烟气的流动方向，过热器又有顺流、逆流和混合流等多种型式 供热锅炉的过热汽温较低，一般不超过400 2、省煤器 省煤器是给水的预热设备。它装置在锅炉的尾部烟道，能有效地降低排烟温度，提高热效率，节约燃料。同时，由于提高了给水温度