锅炉节能监管技术与方法.pdf

锅炉节能监管技术与 方法目录刖言第一章我国锅炉的节能现状及监管思路1.1 工业锅炉能效状况1.2 节能监管工作现状1.3 节能监管工作思路1.4 节能监管实施办法第二章工业锅炉节能2.1.燃料管理2.2 锅炉的运行管路2.3 设备维护管理2.4 工业锅炉节能技术第三章锅炉水处理及相关节能技术3.1 工业锅炉水处理的目的和意义3.2 锅炉水处理的任务3.3 锅炉水处理与节能技术3.4 工业锅炉水处理形势3.5 必须重视和加强工业锅炉水处理及相关节能工作 第四章锅炉能效检查及测试4.1 工业锅炉能效检查基本方法4.2 火电机组能效测试指标体系4.3 电站锅炉效率测试4.4 电站锅炉反平衡热效率计算4.5 影响电站锅炉热效率的因素与对策第一章 我国锅炉的节能现状及监管思路在节能降耗工作中，特种设备领域有较大的空间，尤以工业锅炉更为突出。工业锅炉是 节能降耗的重点对象和主攻方向，如何抓好工业锅炉的节能监管和技术服务，是质监部门服 务节能减排战略的重要职责和主要任务。1.1 工业锅炉能效状况1.1.1 我国能源状况我国人均剩余可采储的煤炭、石油、天然气数量分别为世界平均水平58.6%、7.69%、7.05%,到2020年，对国际石油市场的依存度将达50%。单位产值能耗方面，每百万美元生产总值能耗为1274吨标准煤，高于世界平均水平2.4 倍，高于美国2.5倍，高于欧盟4.9倍，高于日本8.7倍，高于印度0.43倍。单位产品能耗方面，电力、钢铁、有色、石化、建材、化工、轻工、纺织8个行业主要 产品单位能耗平均比国际先进水平高40%,火电供电煤耗高22.5%,大中型钢铁企业吨钢可 比能耗高21.4%,铜冶炼综合能耗高65%,水泥综合能耗高45.3%,大型合成氨综合能耗高 31.2%,纸和纸板综合能耗高120%o单位建筑面积能耗方面，目前我国单位建筑面积采暖能耗相当于气候条件相近发达国家 的23倍1.1.2 我国高耗能特种设备状况2008年底，高耗能特种设备约238万台，锅炉57.82万台，换热压力容器64.84万台，电梯115.31万台，每年递增幅度约为8%10%。1.1.3 高耗能特种设备用能及能效状况2007年，我国煤炭产量25.8亿吨，锅炉用煤22亿吨，占煤炭总产量的85%。高耗能特 种设备平均运行效率约为65%,锅炉运行效率比国际先进水平低1520%,每年多耗用燃煤 约7000万吨。我国石化工业年消费能源3亿多吨标准煤，占全国能源消费量15%左右，石 油、化工产能单位能耗较国际先进水平高出10%25%。换热压力容器热效率为60%70%,低于国际15%25%。2006年，全国电梯耗电量230亿度。如果采用变频、永磁同步电机等节能技术单机，可节 能30%,每年节电1亿度。1.2 节能监管工作现状我国特种设备节能监管体系刚刚启动，没有建立强制性的市场准入与退出机制，无法进 行全过程的节能监管，存在诸多问题亟待解决。1.2.1 特种设备节能法规标准不完善特种设备节能技术法规尚处于空白，换热压力容器容器、电梯产品没有能效标准，工业 锅炉产品虽然有能效指标但不合理。1.2.2 特种设备节能激励机制尚未建立能源价格偏低、能源成本占生产总成本比率低导致节能缺乏动力，市场准入与退出机制 尚未形成，国家财税政策对节能改造、节能产品、节能技术研发和推广应用支持力度不够，政府节能奖励没有长期有效的节能激励机制。1.2.3 特种设备节能服务机构培育发展不足特种设备节能服务市场尚未形成，鼓励节能服务机构发展的政策体系不完善，社会和使 用单位对节能服务认识不足，节能服务机构起点低、底子薄、能力弱，服务领域和范围窄。1.2.4 特种设备节能缺少必要的经费投入特种设备节能具有较明显的公益性特征，但目前尚无专项经费。能效标准的制定、节能 关键技术和共性技术的研究、节能改造、节能产品和节能技术的推广应用、节能宣传教育和 信息服务及表彰奖励等都急需资金投入。1.3 节能监管工作思路1.3.1 构建节能监管体系特种设备节能监管体系包括：1.特种设备节能法规标准体系以法律法规为依据、以安全技术规范为基本要求、以技术标准为基础。2.节能动态监管体系在安全监察组织网络和信息化网络的基础上，增加节能动态监管内容。3.节能责任体系明确特种设备生产、使用和检验检测单位以及政府部门的节能责任、责任定位及相互 关系。4.节能绩效评价体系科学评价节能监管部门、检验检测机构和相关企业的工作效果及对经济社会发展的贡 献。5.技术服务体系建立和完善涵盖特种设备节能咨询、设计、评估、检测、审计、认证、工程实施、运营 管理和节能技术、产品的推广示范等服务领域的技术服务体系。6.科技支撑体系组织检验检测技术机构、科研单位、企业、行业协会等建立行业大科技工作平台和管理 运行机制，有效整合特种设备科技资源，提升技术能力，组织对节能关键技术和共性技术开 展攻关，促进科技成果快速转化和推广应用。1.3.2明确节能监管职责特种设备节能监管工作涉及特种设备相关企业、检验检测机构、节能主管部门、质监部 门和各级地方政府，要通过建立完善政府推动、部门联动、企业主动、技术机构提供技术支 撑、社会共同参与的工作机制，采取监管与服务并举、服务优先的方法，积极推进节能监管 工作的开展。1.3.3全面掌握能效状况通过开展高耗能特种设备能效普查，摸清情况，全面掌握工业锅炉等高耗能特种设备能 效状况，采取针对性监管和节能技术服务措施。1.3.4提高节能服务能力鼓励、支持专业化节能服务公司提供节能设计、节能改造工程实施、运营管理等服务，倡导由专业化供暖服务公司提供锅炉供暖服务。在有条件的地区和行业，组织专家认定一批 节能技术措施，通过试点示范、技术培训和其它相关活动进行推广服务，创造良好的节能技 术环境。促进对使用单位提供高耗能特种设备节能管理技术服务工作的开展，促进能效和 考核等管理制度、岗位责任制度、技术档案、能效监测及数据记录、能耗计量统计等规范化、标准化，提高使用单位节能管理水平。建立在用工业锅炉、换热压力容器节能管理标准化示 范点，树立样板，组织相关使用单位参观学习，促进使用单位节能管理水平的提高。1.3.5加强生产使用环节的节能监管与服务1.强化设计审查。对高耗能特种设备描述或记录产品节能性能及功能的设计图纸、计 算书、说明书及其设计能效指标（目标值和限定值）等进行审查，符合能效标准的方可用于 制造。2.加强制造监管。对试制的特种设备新产品、新部件进行能效测试和等级评定（电梯 等机电类特种设备在型式试验的同时对节能性能进行试验），对未经测试，或没有达到限定 值的产品不允许批量生产；产品出厂随机文件应附有最佳运行工况条件及能效说明文件。3.开展安装、维修、改造监管。由各地测试机构实施相关的特种设备安装、维修、改 造后的能效测试，对未达到原产品能效指标要求的不得移交使用单位使用。4.逐步推进设备与系统监测、计量装置的配备，形成使用过程能效监管的必要条件，特种设备检验检测机构对特种设备安全性能定期检验的同时对节能项目的检查;对不符合能 效指标的，长期在低效率下运行的高耗能特种设备，使用单位应当分析原因，进行必要的诊 断，采取针对性的措施进行整改。5.对锅炉水（介）质处理定期检验，锅炉清洗进行监督检验，建立水质数据库。1.4节能监管实施办法L4.1高耗能特种设备范围高耗能特种设备是指在使用过程中能源消耗量或者转换量大，并具有较大节能空间的锅 炉、换热压力容器、电梯等特种设备。起重机械、游乐设施、客运索道、场（厂）内机动车 辆等特种设备也存在节能问题，但由于节能问题相对不突出，且尚无有效的节能技术与监管 办法，暂不纳入节能监管范围。1.4.2实施安全监察与节能监管结合机制的意义将节能监管纳入特种设备全过程安全监察范围，建立安全监察与节能监管相结合工作机 制，充分利用现有的行政资源推进节能降耗工作，有利于实现特种设备安全性与经济性的高 度统一，有利于特种设备节能监管工作的到位，有利于降低行政管理成本、减轻企业负担，有利于企业主体、政府引导、部门联动、突出重点、服务优先的节能工作格局形成，有利于 确保安全、节能降耗双重目标的实现。1.4.3高耗能特种设备设计的节能要求高耗能特种设备的设计应当在设备结构、系统设计、材料选用、工艺制定、计量与监控 装置配备等方面符合有关技术规范和标准的节能要求，不得设计不符合能效指标要求的产 品，设计文件需进行鉴定。L 4.4新产品能效测试要求高耗能特种设备新产品应当进行能效测试，经能效测试或者测试结果未达到能效指标要 求的，不得批量制造。锅炉、换热压力容器产品在试制时进行能效测试，电梯产品在安全性 能型式试验时进行能效测试。L 4.5制造、安装、改造、维修过程的监督检查要求高耗能特种设备制造、安装、改造、维修过程的节能监督检查与安全性能监督检验同时 进行。按照有关特种设备安全技术规范的规定，对影响设备或者系统能效的项目、能效测试 报告等进行节能监督检查，未经节能监督检查或者监督检查结果不符合要求的，不得出厂或 者交付使用。产品出厂文件应包括：产品能效测试报告、设备经济运行文件和操作说明。安 装、改造、维修不得降低产品及其系统的原有能效指标。1.4.6对使用单位的监督检查要求高耗能特种设备使用单位应建立健全节能管理岗位责任制和高耗能特种设备经济运行、能效计量监控与统计、能效考核等规程和制度。要按设计要求配备、安装辅机设备，安装能 效监控装置、能源计量器具，记录相关数据：（1）能源消耗记录；（2）反映设备加工转换 效率、贮运效率和终端利用效率的技术参数记录；（3）锅炉燃料的消耗量，进水、出水（汽）量及温度、压力，排烟温度等。设备技术档案应包括下列内容：（1）含有设计能效指标的设 计文件；（2）能效测试报告；（3）设备经济运行文件和操作说明书；（4）日常运行能效监控记录、能耗状况记录；（5）节能改造技术资料；（6）能效定期检查记录.1.4.7作业人员培训考核要求锅炉司炉工等高耗能特种设备作业人员的节能知识培训考核是节能监管的重要工作，要 将节能管理知识和节能操作技能纳入作业人员资格考核内容。督促使用单位经常性地开展节 能教育和培训，增强节能意识，提升节能操作技能。1.4.8锅炉水处理及化学清洗要求目前工业锅炉水质管理方面存在一些比较突出的问题。一是水处理设备方面，存在设备 选型不合理导致制水能力不足、与当地水质不匹配问题，以及日常使用中利用率低、维护不 良等问题；二是水处理作业人员方面，存在人员数量不足，人员知识结构和综合素质不满足 要求的问题；三是水质监督方面，由于重视程度不够、制度不完善、管理松懈等原因，造成 水质不符合要求，锅炉结垢严重，不仅降低了锅炉效率，而且可能导致安全事故。要按规定 切实做好锅炉水（介）质处理定期检验和锅炉化学清洗的监督检验。1.4.9在用设备定期能效检查要求检验机构在对特种设备定期检验时，按照特种设备安全技术规范和标准的要求对使用单 位的节能管理和高耗能特种设备能效状况进行检查。发现不符合特种设备安全技术规范要求 的，应当要求使用单位进行整改。当检查结果异常或者严重偏离设计参数难以判断其运行效 率时，应当进行能效测试，以准确评价其能效状况。发现特种设备及其系统的运行能效不符 合技术规范时，要分析原因，采取措施整改，进行节能改造，经整改仍不符合规范要求的，不得继续使用。国家明令淘汰的在用设备要在规定的期限内予以改造或更换，改造不合格的，不得继续使用。1.4.10能耗严重超标的界定1.生产、使用国家产业政策明令淘汰的，耗能高的特种设备产品或部件；2.特种设备运行能效严重低于相应安全技术规范或国家、行业标准的要求；3.特种设备长期在严重偏离特种设备设计能效工况范围运行,且单位耗能超过同类特种 设备。1.4.n不符合能效指标的界定1.在设计环节是指高耗能特种设备设计文件鉴定结果表明，特种设备产品、部件设计 能效低于相应安全技术规范和标准规定的能效指标要求；2.在制造环节是指能效测试结果表明特种设备产品、部件或试制的新产品、新部件能 效低于相应安全技术规范和标准要求的能效指标要求，或严重偏离特种设备产品、部件设计 能效范围；3.在安装、改造、维修环节是指安装、改造、维修后的能效测试结果表明高耗能特种设 备能效低于相应安全技术规范和标准要求的能效指标要求，或严重低于特种设备产品能效测 试结果；4.在使用环节是指特种设备运行能效低于相应安全技术规范和标准要求的能效指标要 求，或特种设备长期在严重偏离特种设备设计能效工况范围运行。第二章工业锅炉节能2.1 燃料管理燃料管理的核心是进行燃料量和质的管理，目的是便于司炉人员能够根据各种燃料 品质的差异合理进行燃烧调节，提高燃烧效率，并为管理者开展能效考核提供基础数据。燃料管理主要包括如下几个方面：燃料进厂验收制度一一进厂燃料按购货单据核对品质，过磅，记录入账；燃料分区存放制度一一按照进厂燃料的种类、价格及日期分区存放，标明燃料特性;燃料品质的调整一一对不同煤种的混配、以及对水分和颗粒度的调整；燃料消耗计量制度一一每台锅炉和每个班组都要分别计量，按燃料种类记录消耗情 况，做到能耗有指标，单耗有比较，以便于开展节能评比。2.1.1 燃料的分类与特点燃料是指煤炭、原油、天然气、焦煤、煤气、成品油、液化石油气、生物质和其他直 接或通过加工、转换而取得有用能源的各种资源。能源是自然界中能够直接或通过转换提供 某种形式能量的物质资源，它包含在一定条件下能够提供某种形式的能的物质或物质的运 动，也指可以从其获得热、光或动力等形式的能的资源，如水动力能、太阳能和风能等。工业锅炉燃料分为固体燃料、液体燃料和气体燃料三类如表2-1-1所示。表2.1-1 燃料的分类项目天然燃料人工燃料其他燃料固体燃料木材、煤炭木炭、焦炭、甘蔗渣、谷壳、垃圾等 生物质液体燃料石油汽油、柴油、煤油、重油、水煤浆废碱液气体燃料天然气高炉煤气、发生炉煤气、焦 炉煤气、液化石油气沼气、可燃废气2.1.2 燃料的成分锅炉燃料的品种虽然很多。但是它们的组成成分均为碳、氢、氧、氮、硫、水分和灰分 等。燃料的组成成分及作用如下：1.碳（C）是燃料的主要可燃成分。1kg碳完全燃烧时，能放出3.39X 107焦耳的热量;燃料含碳量越高，它的发热量也就越大；同时，碳的着火温度较高。含碳量越高的煤着火燃 烧就越困难。燃煤中碳的含量占可燃成分的5095%。2.氢（H）也是燃料的可燃成分。1kg氢完全燃烧时，能放出1.3X108焦耳的热量;燃 料含氢量越高，就越容易着火燃烧。3.氧（O）是燃料中的助燃成分。燃料含氧量越高，燃烧的速度就越快；但是含氧量 高会降低燃料的发热值。4.氮（N）既不能燃烧，又不能助燃。它的存在不但降低了燃料的发热值，而且它燃 烧后生成的轻微腐蚀性氮氧化合物一一NCh和NO3是有害气体。5.硫（S）燃料中的有害成分。1kg硫完全燃烧时，能放出1.1X107焦耳的热量。硫的 燃烧产物是二氧化硫（SO2）和三氧化硫（SO2）气体，与烟气中的水蒸汽结合会产生亚硫 酸和硫酸蒸汽而凝结在锅炉的尾部受热面上造成锅炉金属的腐蚀；同时二氧化硫（SO2）和 三氧化硫（SO2）气体从烟囱排出时会造成大气环境的污染，对人体和动植物造成危害。燃 料中的硫分有机硫和无机硫两种；有机硫和除硫酸盐外的无机硫都可以燃烧；如煤中的黄铁 矿硫等。但它们的发热量很低；煤中以硫酸盐形式存在的无机硫是不能燃烧的，它残留在灰 分之中形成灰渣的一部分。无机硫和有机硫的总和叫全硫，它的符号是St。6.水分（W）是燃料中的主要杂质，不能燃烧，它的存在降低了燃料中可燃成分的含 量，减少了燃料的发热值，而且在燃料燃烧时因吸收热量汽化而降低了炉膛温度热量；水份 在燃料燃烧后形成烟气中的水蒸汽，排烟时将大量的热量带走而降低了锅炉的效率。7.灰分（A）是燃料中不能燃烧的矿物质，也是燃料中主要杂质。在固体燃料中，灰 份的含量可达5060%。它在燃料中的含量越高，使燃料的发热值也就越小。同时锅炉的 出灰量增大，燃烧的灰份会使锅炉的受热面积灰，降低锅炉的热效率。烟气中含有的大量飞 灰颗粒高速的冲刷锅炉的受热面，会磨损锅炉的金属表面降低锅炉的使用寿命。大量的飞灰 从烟囱中排出，对周围的大气环境造成了污染。由此可见，燃料组成成分中只有碳和氢是对燃烧有利的；氧虽然无害，但对锅炉的燃烧 来说，作用也不大。其他成分都是有害的。2.1.3燃料的燃烧特性反映燃料燃烧特性的物理量有：燃点（闪点）、燃烧范围（爆炸范围）、着火点和发热量。1.燃点（闪点）所谓燃点是指该液体在空气中点燃后开始燃烧，并在液面上产生足够浓度的蒸汽能保持 继续燃烧时的最低温度。加热或冷却可燃性液体时,液面附近的蒸汽浓度正好达到该液体的燃烧范围（爆炸范围）的下限值时的液面温度，就称为该液体的燃点。可燃性液体的温度高于该液体的燃点时，靠近火源就会有发生着火爆炸的危险。燃点较低的可燃性液体称为易燃性液体。2.燃烧范围（爆炸范围）燃烧范围（爆炸范围）也称为爆炸极限；可燃性液体的蒸汽（或气体）与空气构成的混 合气体遇到火源则会剧烈的燃烧；当混合的比例达到一定的浓度范围时就会发生爆炸，浓度 太大或浓度太小都不会发生爆炸。引起爆炸的浓度范围叫做燃烧范围（爆炸范围），这个浓 度范围也称为该可燃物质的爆炸极限。用可燃性物质的蒸汽（气体）所占整个容量的百分比 来表示。在该浓度范围中，较低的浓度范围称为爆炸下限值，较高的浓度范围称为爆炸上限值。该浓度的范围越广，下限值越小，表示该物质引起燃烧的危险性就越大。常用可燃物质的着 火点及爆炸极限如表2-1-2所示。表212常用可燃物质的着火点及爆炸极限物质名称 气体（蒸汽）分子式着火点爆炸极限（vol%）下限上限甲烷ch45375.015.0乙烷C2H64723.012.5乙烯C2H44503.646乙快C2H23052.581丙烷C3H84322.19.5丁烷C4H102871.68.4汽油3001.47.6煤油2610.75.0氢气h25004.075氨气nh36511625一氧化碳co60912.5743.燃料的着火点在空气中对可燃性物质进行加热时，即使未靠近火焰或火花等火源也会着火，并开始燃 烧的最低温度就是该可燃物质的着火温度，又称着火点。实际上，当温度达到着火点时就能 引起燃料的剧烈氧化并发出光和热。部分固体燃料的着火点如表2-1-3所示。表2-1-3 部分燃料的着火点燃料名称木柴褐煤烟煤无烟煤焦炭着火点（）250350200350200500600700700燃料名称焦炉煤气天燃气高炉煤气重油煤油着火点（）4005505007505008003362506004.燃料的发热量燃料的发热量也称为燃料的热值，是指单位质量的燃料完全燃烧后所释放的热能。发热量的法定计量单位对于固体和液体燃料：单位符号是；KJ/g（千焦/克）、MJ/kg（兆焦/千克）；对于气体燃料；单位符号是J/Nm3。J/Nm3（焦耳/标准立方米）发热量的习惯计量单位为cal/g（卡/克）、kcal/kg（大卡/千克）或kcal/Nm?（大卡/标准 立方米）lcal/g（卡/克）-4.1868J/g（焦/克）；1焦耳等于1牛顿（N）力在力的方向上通过1米的位移所做的功。lJ=lN-m,lMJ=1000KJlMJ/kg=1000J/g=238.845896 cal/g工业锅炉的固体燃料主要是煤。我们将重点叙述煤及其燃烧特性。下面简单介绍液体燃 料和气体燃料。2.1.4液体燃料在常温和常压下为液体状态存在而具有可燃性质的物质叫做可燃液体，或称为液体燃 料。燃点较低的可燃液体危险性较大，通常被称为易燃液体。锅炉用的液体燃料有矿物油、水煤浆、黑液等。液体燃料的特点液体燃料与其他燃料相比有以下几个特征。1.发热量高，稳定，容易储存或运输。2.与煤炭燃烧相比，产生的煤灰较少，但是在燃烧重质油时若方法不正确则还是会产生一定的煤灰。3.重质油含硫磺成分，燃烧时会产生一定量的二氧化硫。4.虽然产生的烟灰量很少，但是有时灰分中的金属氧化物可能会造成运行故障发生。矿物油中的柴油是锅炉的常用液体燃料。柴油的特性可用粘度、比重、凝固点、闪点、发热量、硫份、水分和灰分等指标来表示。这些指标对柴油的燃烧、运输和储存都有影响。其中水分和灰分是在生产、运输、储存的过程中混入的杂质，含量很小。柴油分柴油和轻柴 油两种。反映油的流动性能的物理量叫做粘度。粘度大则流动性能差，粘度小则流动性能好。我 国通常是采用恩氏粘度计测量燃料油的粘度。方法是用某温度下200mL的油样从恩氏粘度 计流过的时间与20时200mL的蒸储水流过的时间之比值来表示的。测量结果叫恩氏粘度，用。E来表示。随着温度的上升，油的粘度会下降。一般，要将进入锅炉燃烧器的重柴油加热，使粘度 小于4。,才能保证它的充分雾化。然而，对重柴油加热温度也不能过高，不能大于110。否则它可能产生残炭而堵塞燃烧器中的小口径喷嘴。柴油分轻柴油和重柴油两类。国家标准GB252 2000规定轻柴油按凝点分为：10号、5号、0号、-10号、-20号、-35号和-50号七个牌号。20号柴油是重柴油。1 0号轻柴油适用于有预热设备的锅炉。5 号轻柴油适用于最低气温在8以上地区锅炉使用。0 号轻柴油适用于最低气温在4以上地区锅炉使用。-10号轻柴油适用于最低气温在-5以上地区锅炉使用。-20号轻柴油适用于最低气温在-14C以上地区锅炉使用。-30号轻柴油适用于最低气温在-29以上地区锅炉使用。-50号轻柴油适用于最低气温在-44以上地区锅炉使用。轻柴油的特性见表2-l-4o表214 柴油的特性表牌号1050-10-20-35-50运动粘度(20),mm2/s3.0 8.02.5 8.01.8 7.0闪点 不低于5545凝点，不高于1050-10-20-35-50冷滤点，不高于1284-5-14-29-44灰分，%(m/m)不大于0.01水分，%(V/V)不大于痕迹机械杂质无硫含量,%(m/m)不大于0.2柴油的凝点和冷滤点是表征柴油低温使用性能的重要指标。凝点（SP）是表明柴油在 低温环境中失去流动性的最高温度；冷滤点（CFPP）则可表明柴油通过柴油发动机供油系 统时能造成滤网堵塞的最高温度。对轻柴油而言，冷滤点比凝点指标在实际使用中显得更加 重要。这是因为冷滤点与柴油的低温使用性能直接相关，而凝点主要是与柴油的贮存、运输 有关。在柴油中加入很低浓度（1%。以下）的降凝剂就可大大改善柴油的低温流动性，力口齐I 方法灵活、简便。由于加入量少，不会改变柴油的其它性能指标，同时，使柴油的单位生产 成本远远低于其它降凝、降滤方法或途径所投入的成本。目前，我国大多数地区小型燃油锅炉都采用0号柴油。这是因为它的粘度很小，容易流 动。它的凝点、冷滤点低；燃点较高；收到基低位发热量为42900kJ/kg,发热量高；而水分、灰分、含硫量和机械杂质都很低；使用前不需要加热。一般说来，10号、20号重柴油适用于燃烧器里有中型喷嘴的燃烧器的锅炉。与标准煤相对应，收到基低位发热量等于41.82MJ/kg的油称为标准油。统计计算时可 能采用吨、万吨标准油。1kg标准煤的发热量相当于0.7kg标准油。GBJ16 87标准规定：闪点28的液体是火灾危险性为甲类的液体；闪点22860。的液体是火灾危险性为乙类的液体。锅炉燃料中，只有闪点V60C的柴油才是火灾危险性 为乙类的液体。21.5气体燃料气体燃料是指在常温常压下以气体状态存在的可燃气体；与液体、固体燃料相比，在过 量空气较少的情况下也容易完全燃烧。气体燃料中的氮、硫成分极少，因此氮氧化物（NOx）、硫氧化物（SOx）对大气的污染也较少；气体燃料对防止大气污染来说是最理想的燃料，然而由于储存气体燃料的容器如储 藏罐等需要高昂的费用，燃料费也比其他燃料高，因此有价格方面的劣势。1.气体燃料的分类气体燃料通常统称为煤气。它分为天然气和人工煤气两类。天然气分纯气田煤气和油田伴生煤气两种。天然气的收到基低位发热量等于36.6 54.4MJ/Nm3,属于高发热量气体燃料。人工煤气的品种很多，例如液化石油气、炼焦炉煤气、高炉煤气、发生炉煤气。除液化 石油气外，人工煤气均属于低发热量气体燃料。液化石油气的主要成分是丙烷和丁烷，发热 量为104.7MJ/Nm3左右。高炉煤气是炼铁厂的废气，主要成分是CO,但含有大量的CO2 和N2,所以收到基低位发热量等于34MJ/Nm3。发生炉煤气是煤在缺氧条件下燃烧的产品。依氧化剂的不同，分为空气煤气、水煤气和混合煤气。发生炉煤气的收到基低位发热量等于 5.66MJ/Nm3。锅炉的常用气体燃料是天然气、高炉煤气、焦炉煤气、水煤气，但也有小型锅炉使用液 化石油气的。1）天然气一般情况下指的是从地下开采出的气体中以碳氢化合物为主要成分的可燃气体。根据性 状不同，分为干性与湿性两种。湿性气体多产至油田地带，除了甲烷、乙烷外还有丙烷、丁 烷等气体，在提取天然汽油、液化石油气体后，供给所需方面。干性气体大部分是甲烷提炼 而成，含有微量二氧化碳。2）液化石油气（L P G）在常温下稍微加压，就很容易液化的石油类碳氢化合物，主要成分包括丙烷、丙烯、丁烷、丁烯。一般被简称为LPG（Liquefied Petroleum Gas）。有些液化石油气是炼制石油的副产品，也有的是从天然气中回收回来的，其中前者是 主要来源。用途方面，除了大部分用于家庭以外，还用于汽车、石油化学、都市燃气等领域。2.气体燃料的特性气体燃料除了天然气以外，还可以通过其他液体、固体燃料制造而成，一般具有如下特 点；1）燃烧效率高，过量空气少，可以完全燃烧，不产生煤灰。2）大部分燃料中不含硫磺，燃烧废气中不会产生二氧化硫。3）完全无灰分，不会产生尘埃。不过，由固体燃料制造的气体燃料除外。可燃气体的温度达到高度时，可以产生自燃。自燃点又叫自燃温度，是没有明火或电火 花等点火源引燃的条件下，物质在空气或氧气中被加热而自动燃烧、爆炸的最低温度。当存在一定能量的热源时，可燃混合物迅速燃烧并引起爆炸的浓度上下限叫做爆炸界 限。其最高浓度叫爆炸上限，最低浓度叫做爆炸下限。常用燃气的成分与爆炸极限如表2-1-5 所示。表2-1-5 常用燃气的成分与爆炸极限燃气种类天然气焦炉煤 气混合煤 气高炉煤 气高压气 化气液化石 油气液化石 油气体 积 成 分%h2一59.248.01.859.3一一co8.620.023.524.8C4H87.4ch498.023.413.00.3141.5一c3H6CmHn0.42.01.7一一10.0一C3H80.3一一一一4.550.0C4H100.3一一一0.426.250.0n21.03.61256.90.8一一O2一1.20.8一一一一CO2一2.04.517.50.9一一h2s一一一一0.9一一爆 炸 极 限上限15.035.642.676.446.89.79.0下限5.04.56.146.65.41.71.93.标准气的定义收到基低位发热量等于41.82MJ/Nm3的气体燃料称为1标准立方米标准气。在统计计算 时，可采用千标准立方米、百万标准立方米标准气。1千克标准煤的发热量相当于0.7标准立方米标准气。2.1.6固体燃料固体燃料分为煤炭类、木材类、杂质类等三种类型。与液体燃料和气体燃料相比，灰分及含水量的比例要大很多，一般情况下使用操作起来不是很方便。煤就是最常用的固体燃料。1.煤的分类按照国家的有关规定：我国工业锅炉用煤主要是依据煤的挥发份并参考水份、灰分的含 量来分类的。1）无烟煤无烟煤是煤化程度较高的煤，挥发份低，密度大，燃点高，无粘结性；无烟煤的挥发份 含量最低，一般挥发份VrWlO%,且挥发份析出的温度也较高，因而着火困难，燃尽也不容 易，但它燃烧时没有烟，仅有很短的青蓝色火焰，焦炭也没有黏结性。无烟煤的埋藏年代最 久，碳化程度最深，因而含碳量最高，一般含碳量（cy）高达40%,最高可达95%；而灰 分也很低，Ay=6%25%（少量Ay30%）；水份也很低，wy=l5%。所以发热量都很 高，一般Qdwy=2500032500kJ/kg。无烟煤俗称白煤，表面呈明亮的黑色光泽，密度较其 他煤大，且质地坚硬，不易碎裂，便于远途运输，我国的无烟煤的储藏量较大，仅次于烟煤,多分布于华北、西北和中南地区。2）烟煤烟煤是炭化程度高于褐煤而低于无烟煤的一种煤，其特点是挥发份产生范围宽；一般挥 发份vr=io45%,它的碳化程度比无烟煤低，含碳量Cy=4060%,少数可达75%；一 般来说，灰分Ay=7%30%,但是有的可高达50%；水份wy=318%.总的来说，烟煤 由于含碳量多，含氧量少，水份不大，灰分也不高，因而发热量也能达到20000-30000 kJ/kgo烟煤表面呈黑灰色，有光泽，质地较松软。贫煤是烟煤的一种，它变质程度高，挥发份最低的烟煤。挥发份Vr=1020%,着火 较困难，但不结渣。烟煤的结焦性能各不相同，有的呈粉状（如贫煤等），有的呈强结焦性（优质烟煤多属此 类）。3）褐煤是煤化程度低的煤；外观多呈褐色，光泽暗淡或呈沥青光泽，含有较高的内在 水分和不同数量的腐植酸，质脆易风化，不易储存，也不宜远途运输。它的挥发份V=40 50%,但它的水份和灰分很高，水份Wy=2050%,灰分Ay=6%50%,因而发热量很 低，Qdwy=1000021000 kJ/kgo4）石煤是一种腐泥形成的劣质煤。它是夹于煤层中的含可燃物很低的坚硬石块，Qdwy=4000-8000 kJ/kg,它的比重大，硬度高；外形象褐色石头；灰份通常高达5085%,挥 发份低，难以点燃。一般锅炉无法燃烧。5）油母页岩简称油页岩。它实际上是一种年青的高灰分腐泥质煤。它的外观大都呈片状,含有一定的油份，可燃质大部分是挥发份中的；可燃基挥发份可达7080%；易燃。但它 的灰分却高达6070%以上，收到基低位发热量一般在41878374kJ/kg左右。我国工业锅 炉用煤的分类与有关参数如表2-1-5所示。表2-1-5 我国工业锅炉用煤的分类与有关参数燃料彳冲类(%)wy(%)N(%)Qdwy(kJ/kg)石煤I类505055008400III类508400煤肝石50630011000褐煤402030840015000无烟煤I类5-10251500021000II类51021000III类5101021000贫煤10 201030三18800烟煤I类22071525 401100015000II类三205-106019700油母页岩10 20606300甘蔗渣240240 Fe2O3和CaO等四种，此外还可能有FeO、FeS2 MgO、Na2O K2O等物质。一般来说，煤灰中本身熔点高的物质（MgO,AI2O3,SiO2）愈多，灰的软化 温度也愈高。相反，增加熔点低的物质，如铁氧化物（FeO,Fe2O3）氧化钠、氧化钾（N.O,专0）、特别是增加FeS2（黄铁矿），会使灰的软化温度降低。但灰的软化温度并不是各种组 分熔点的算术平均值。有时，几种物质一起形成低熔点的共晶体，它的熔化温度比参与该共 晶体的任何一种物质的软化温度还低。煤在锅炉内燃烧时候，如果炉内温度高于煤灰的软化温度，固态的飞灰会变成具有粘性 的熔融状态的灰。当它碰到受热面时，就会粘附在受热面上而逐渐结焦，甚至还会在锅炉对 流过热器的管子之间搭桥，从而使传热热阻增大，导致炉温进一步提高，结焦愈来愈严重。炉内受热面结焦不但影响锅炉受热面的传热过程，而且可能会影响到锅炉的水循环系统，使 锅炉燃烧室的燃烧工况恶化。严重时会导致被迫停炉。对于层燃炉，熔渣可能堵塞炉排通风 口，影响空气流通，破坏燃烧，严重时可使炉排片烧坏。4）煤的燃烧过程煤的在锅炉内的燃烧过程分为煤的预热和干燥、析出挥发份和形成焦炭、可燃气体和焦 炭的燃烧、焦炭的燃尽和形成灰渣等四个阶段。煤的预热和干燥过程燃料进入炉膛内，在炉内高温烟气、炉墙、燃料层的高温辐射下，燃料温度逐渐升高，燃料中的水份开始汽化逸出，当达到100左右时，水份的蒸发格外的强烈。煤中的水份越 多，加热至着火温度所需的热量就越多，所需的时间就越长，直至完全烘干。在炉膛内加热 和干燥燃料的热源有两个，一个是与燃料相接触的高温烟气；一个是炉墙和炉拱对燃料的辐 射热。因此，炉膛的温度越高，燃料着火燃烧所需要的时间就越短，在这个阶段，燃料尚未 燃烧，因此不需要供给空气。这一阶段所需要的是供给足够的热量和保证燃料干燥所需的时 间。煤析出挥发份和形成焦炭的过程燃料温度在炉内继续升高到一定温度时开始进行热分解并析出挥发份。不同的燃料，由 于燃料中碳、氢、氧等元素的结合情况各不相同，即燃烧的结构不一致，所以析出挥发份的 温度也是不同的，褐煤开始析出挥发份的温度为130170C,烟煤为170290C,贫煤为 390c左右，无烟煤为380400C.对于需要较高温度才能析出挥发份的燃料，以及燃料的水 份过高时，为使燃料能很快的被烘干并析出挥发份，应设法使燃烧室维持较高的温度。为此 炉膛内不应布置过多的水冷壁或在水冷壁上加上一定的卫燃带，以减少受热面的吸热，提高 炉膛温度。挥发份的析出量还与燃料的加热速度有关；层燃炉的加热速度慢，生成量少；煤粉炉的 加热速度快，生成量多，挥发份含量高的可达3040%,发热量约为煤的50%.在这一阶段 中，燃烧条件仍然是温度（热量）启主要作用，也要保证一定的时间，而需要对空气量仍然 不多。可燃气体和焦炭的燃烧过程挥发份析出后，由于挥发份都是C、H、0、N、S的有机化合物，很容易着火，只要析 出的挥发份有足够的浓度，炉内的燃烧温度足够高，挥发份就开始着火，它形成黄色的明亮 火焰。挥发份燃烧将产生大量的热量并为以后的焦炭燃烧提供了良好的燃烧条件。但在另一 方面,挥发份的燃烧需要大量的空气,其燃烧强度取决于空气向挥发份燃烧表面扩散的速度，这就是扩散燃烧。挥发份燃烧放出的大量热量可以用来供给热量完成前两个阶段的燃烧过程 所需的热量，从而使燃烧不依赖外在热源而继续下去，因此，有时可以粗略的把挥发份的着 火温度看作燃料的着火温度。但此时因温度较低，燃料的燃烧反应不是很强烈。为了提高燃 烧速度，就必须把煤加热到更高的温度。使燃料的温度达到能够发生剧烈的氧化反应并放出 大量的热量，可以不依赖外来热源继续燃烧的的最低温度称为该燃料的着火温度，它可以用 来判断燃料着火的难易程度和着火的大致范围。在这一阶段，挥发份的燃烧是扩散燃烧，空 气的供给量是非常重要的。较高的温度可以使燃烧反应速度加快，对燃烧是十分有利的。焦炭的燃尽和形成灰渣挥发份析出并燃烧后，开始进入焦炭燃烧阶段。焦炭燃烧是表面燃烧，它的燃烧进度取 决于燃料中可燃碳和氧化合的化学反应速度以及氧向焦炭表面的扩散速度。当温度低于 9001000C时，化学反应速度应小于氧气向焦炭表面的扩散速度，此时，氧气供应十分充 分，总的燃烧速度取决于化学反应速度。当温度高于9001000C时，化学反应速度随着温 度的升高而呈指数增加，很快增加到与氧气向焦炭表面的扩散速度相当，再提高温度，化学 反应速度就会远远地超过氧气向焦炭表面的扩散速度，此时，总的燃烧速度就取决于氧的输 送速度了。也就是说，只要氧气扩散到焦炭表面就会立即被剧烈的燃烧过程所消耗掉，而氧 的扩散速度就决定了总的燃烧速度o由于大多数锅炉的燃烧设备是处于上述两种情况的过渡 区，因此，在这一阶段燃烧温度和氧气向焦炭表面的扩散速度非常重要的。止匕外，燃烧着的 焦炭表面往往有一层气膜，它是氧气向焦炭燃烧表面扩散的阻力，风速越高，气膜的阻力就 越小，燃烧反应就越加激烈。燃料在可燃物质燃尽会就会形成灰渣。由于固体燃料燃烧后期的焦炭燃烧是表面燃烧，燃尽过程是从外部向内部进行的，因此煤粒外部会先形成灰壳。灰壳的形成将阻止氧气向煤 粒内部扩散,被灰壳包裹住的可燃物就很难进一步燃烧。特别是含灰份较多的燃料更为严重。为了使燃料的可燃成分能尽量的全部燃尽，就要设法破坏灰壳。另外，燃烧温度和燃烧时间 在这个阶段中对保证燃料的燃尽是很重要的，而供给的空气量则不必很多，此时的空气主要 是起着冷却炉排的作用。在燃料燃烧的过程中，燃烧阶段的划分不是绝对的，有些阶段是交错进行的。因此对于 不同的煤种和不同燃烧方式的锅炉要根据燃料的实际燃烧过程对运行参数进行必要调整。5）煤的完全燃