锅炉题和答案.doc

第一章：绪论
1、计算1台1025t/h亚临界压力自然循环锅炉的年耗煤量、灰渣排放量。已知，锅炉每年的运行小时数为6000h，每小时耗煤128t，煤的收到基灰分为Aar=8%。答：解：（1）每年的煤耗量
Ba=6000×128=76.8×104×8/100=6.144×104（t/a）
（2）每年的灰渣（飞灰、沉降灰、底渣之和）排放量

计算结果分析与讨论：
（1）燃煤锅炉是一种煤炭消耗量很大的发电设备。
（2）1台300MW机组每年排放的灰渣总量达到6.144万t，应当对电厂燃煤锅炉排放的固体废弃物进行资源化利用，以便降低对环境的污染。
2、分析煤粉炉传热过程热阻的主要构成及提高煤粉炉容量的技术瓶颈。
答：传热系数的倒数

其中，蒸汽或者水侧的对流放热系数α2=2000~4000W/(m2•K)，烟气侧的对流放热系数α1=50~80W/(•K)。导热热阻相对较小，可以忽略不计。因此锅炉的主要热阻出现在烟气侧。
要提高锅炉的容量，必须设法增加烟气侧的对流换热系数或者受热面面积。煤粉炉提高容量的技术瓶颈就是烟气侧对流放热系数太小。

3、分析随着锅炉容量增加，锅炉给水温度提高的原因。
答：（1）锅炉的容量越大（即蒸汽流量D越大），水蒸气的压力就会越高。根据水的热力学性质，压力越高，水的饱和温度越高。
（2）为了保证水冷壁的系热量主要用于蒸发，而不是用于未饱和水的加热。进入水冷壁的水的温度与对应压力下的饱和温度之间的差值基本上是常数。
（3）水在省煤器中吸热提高温度基本上是常数。
（4）综合分析（1）、（2），随着锅炉容量增加、水蒸气的压力就会提高。来自省煤器出口的水与未饱和温度之间的差值等于常数，因此省煤器出口的水温会随着锅炉的容量的提高而提高，有因为水在省煤器中吸热提高温度基本上是常数，所以省煤器的入口水温，即给水温度随着锅炉容量的提高而提高。
4、分析随着锅炉容量增加，锅炉蒸汽压力提高的原因。
答：（1）锅炉的容量越大（即蒸汽流量D越大），水蒸气的压力就会越高。对应的水的饱和温度以及给水温度越高。
（2）为了维持较高的给水温度，必须提高高压加热器的热源温度，即提高高压缸抽气的压力，如图1-1所示。

第二章：燃料及燃烧计算
1、简述煤粉的DT、ST、FT的用途
答：设计锅炉时，一般选取炉膛出口烟气温度不高于50（DT）或者100（ST）。
由《锅炉原理》表2-8提供的数据可知，一般来说炉膛出口烟气温度不好超过1100
2、分析煤的挥发分含量与锅炉炉膛高度的关系。
答：（1）挥发分越低，发热量越低的锅炉，炉膛高度的值越高。
（2）同一种炉型，相同的容量下，炉膛高度从高向低排列的顺序应当是：褐煤、无烟煤、贫煤、烟煤。
3、已知某煤的收到基分析数据如下:
Car=60%,Har=3%,Oar5%,Nar=1%,Sar=1%,Aar=20%,Mt=10%,试求该煤燃烧所需的理论空气量V0。
解：V0=0.0889（Car +0.375 Sar）+0.265 Har -0.0333 Oar
=0.0889×（60+0.375×1）+0.265×3-0.0333×5=5.9958m3/kg
答：该煤的理论空气量为5.9958 m3/kg。
4、已知煤的收到基成分为Car=56.22%，Har=3.15%，Oar=2.74%，Nar=0.88%，Sar=4%，Aar=26%，Mar=7%，试计算其高、低位发热量。
解：Qar’gr=[81Car+300Har-26（Oar-Sar）] ×4.1816
=[81×56.22+300×3-26（2.74-4）] ×4.1816
=23130.9kJ/kg
Qar’net=[ Qar’gr-(54Har+6Mar) ] ×4.1816
=[23130.9-(54×3.15+6×7)] ×4.1816
=22244kJ/kg
答：该煤收到基高位发热量为23130.9kJ/kg。低位发热量为22211kJ/kg。
5、根据下表和课本35页中表2-10的数据计算下列煤种的锅炉空气预热器烟气出口处的空气焓和烟气焓。（假设空气预热器烟气出口处的过量空气系数：无烟煤，1.38；贫煤，1.31；烟煤，1.28；洗中煤，1.39；褐煤，1.41。飞灰份额afh=0.95）
煤种
元素成分（%）
发热量（kJ/kg）
空干基水分(%)
干燥无灰基挥发物(%)
灰熔点（℃）
水分
灰分
碳
氢
氧
氮
硫
变形温度
软化温度
熔化温度
Mar
Aar
Car
Har
Oar
Nar
Sar
Qar，net，p
Mad
Vdaf
DT
ST

FT
京西无烟煤
5.0
22.8
67.9
1.7
2.0
0.4
0.2
23040
0.8
6.0
1260
1370
1430
徐州烟煤
10.0
13.5
63.0
4.1
6.7
1.5
1.2
24720
2.0
37.0
1100
1380
1450
龙凤洗中煤
15.0
29.8
42.9
3.4
7.5
0.9
0.5
16760
2.0
47.0
1380
1400
1400
元宝山褐煤
24.0
21.3
39.2
2.7
11.2
0.6
0.9
14580
1.6
37.0
1150
1300
1360
答：假设空气预热器烟气出口处的过量空气系数：无烟煤，1.38；贫煤，1.31；烟煤，1.28；洗中煤，1.39；褐煤，1.41。飞灰份额afh=0.95
理论空气焓

实际空气焓

理论烟气焓

飞灰焓

烟气焓

按照烟气成分分类
烟气中氧气的焓

烟气中氮气的焓

烟气中水蒸气的焓

三原子气体焓

烟气焓

将已知条件代入上述各式（见课本），计算结果见下表：
国内主要动力煤烟气焓(空气预热器烟气出口处) (kJ/㎏)
序号　
煤种
HN2
HRO2
HH2O
HO2
Hfh
Hy
1
京西无烟煤
1276
311
84
95
25
1791
2
阳泉无烟煤
1359
317
114
102
21
1912
3
焦作无烟煤
1273
303
101
95
23
1795
4
萍乡无烟煤
1228
278
126
92
27
1751
5
金竹山无烟煤
1267
300
103
95
24
1790
6
西山贫煤
1265
312
110
81
22
1789
7
淄博贫煤
1248
301
114
80
25
1767
8
芙蓉贫煤
1172
290
102
75
25
1663
9
抚顺烟煤
1095
261
164
65
16
1602
10
阜新烟煤
906
223
139
54
25
1346
11
开滦烟煤
1130
268
131
67
31
1627
12
大同烟煤
1349
328
146
80
13
1916
13
新汶烟煤
1170
282
140
69
21
1683
14
徐州烟煤
1199
290
152
71
15
1727
15
淮南烟煤
1149
279
138
68
22
1655
16
义马烟煤
905
229
142
54
18
1348
17
平顶山烟煤
1112
267
132
66
28
1605
18
开滦洗中煤
959
214
117
73
38
1401
19
龙凤洗中煤
897
197
141
68
33
1336
20
鹤岗洗中煤
913
204
121
69
38
1346
21
元宝山褐煤
785
181
146
62
23
1197
22
丰广褐煤
724
161
151
57
28
1122

由上表可知：
(1)烟气焓以氮气焓为主，其次依次为三原子气体的焓、水蒸气的焓、氧气的焓、飞灰的焓，个别煤种的计算结果与上述规律略有出入。
(2)即便是灰分很高的褐煤，烟气焓中飞灰焓的比例也很低。因此按照《锅炉原理》49页的公式作为判据忽略飞灰焓不会引起烟气焓计算结果的较大误差。为了更加直观的说明这个问题，将表3-8的结果进行数据处理得到表3-9。由表3-9可知，飞灰焓在烟气焓中的比例不会超过2.82％。将表3-9绘制成图3-2，可以直观地看出烟气焓中飞灰焓的比例很低。

第三章：锅炉机组热平衡
1、分析影响固体不完全燃烧损失的因素以及对锅炉效率的影响。
答：影响固体不完全燃烧损失的因素有以下几点。
过量空气系数。过量空气系数太大，炉膛温度偏低，燃烧不完全；过量空气系数太小，炉膛氧气浓度偏低，燃烧不完全。
煤的挥发分降低、发热量降低，固体不完全燃烧损失越大。
锅炉负荷率。锅炉负荷率越高，炉膛温度越高，煤的燃尽度越高。燃烧效率越高，固体不完全燃烧损失越小。
煤的灰熔点越低，煤粉燃烧中形成结渣的可能性越大。结渣中含有的固体碳元素越多，燃烧效率越低，固体不完全燃烧损失越大。
煤粉细度。煤粉平均颗粒粒径越大，燃尽所需要的时间越长，固体不完全燃烧损失越大。
排渣方式。在锅炉容量相同的条件下，固态排渣炉的固体不完全燃烧损失大于液态排渣煤粉锅炉。
燃烧方式。层燃锅炉的固体不完全燃烧损失大于循环流化床锅炉，循环流化床锅炉的固体不完全燃烧损失大于煤粉锅炉。
配风方式。分级配风可能造成不完全燃烧，增加固体不完全燃烧损失，降低锅炉效率。
煤粉分配均匀性。如果某一台旋流燃烧器或者某一个角的直流燃烧器的煤粉流量偏大，也会造成不完全燃烧，增加固体不完全燃烧损失，降低锅炉效率。
2、分析理论空气焓与煤的元素分析之间的关系。
答：
理论空气焓
Hko=VO（θ）k kJ/kg
理论空气量
VO=(1.866 Car+5.55Har+0.7Sar-0.7Oar)/21 m3/kg(标准状态下)
由以上两式可见
（1）煤的碳元素、氢元素、硫元素含量越高，氧元素含量越低，煤的理论空气量越大。可以近似理解为煤的收到基低位发热量越高，煤的理论空气量越大。
（2）煤的发热量越高，煤的理论空气量的焓越大。
3、叙述最佳过量空气系数的意义。
答：当炉膛出口过量空气系数α过大时，燃烧生成的烟气量增多，烟气在对流烟道中的温降减少，排烟温度升高，排烟量和排烟温度增大，使排烟热损失q2变大；但在一定范围内炉膛出口过量空气系数α增大，由于供氧充分，炉内气流混合扰动好，有利于燃烧，使燃烧损失q3+q4减小。因此，存在一个最佳的过量空气系数αzj，可使q2 、q3、 q4损失之和最小，锅炉效率η最高。最佳αzj可通过燃烧调整试验来确定，运行中应按最佳的αzj（O2）来控制炉内用风量。过剩空气系数α过小或过大都会使锅炉效率η降低。
第四章：煤粉制备系统及设备
1、煤粉为什么有爆炸的可能性？它的爆炸性与哪些因素有关？
答：煤粉很细，相对表面积很大，能吸附大量空气，随时都在进行着氧化。氧化放热使煤粉温度升高，氧化加强。如果散热条件不良，煤粉温度升高一定程度后，即可能自燃爆炸。煤粉的爆炸性与很多因素有关，主要的有：
（1 挥发分含量。挥发分Vdaf高，产生爆炸的可能性大，而对于Vdaf<10%的无烟煤，一般可不考虑其爆炸性。
（2） 煤粉细度。煤粉越细，爆炸的危险性越大。对于烟煤，当煤粉粒径大于100μm时，几乎不会发生爆炸。
（3） 气粉混合物浓度。危险浓度为1.2~20.kg/m3.在运行中。从便于煤粉输送及点燃考虑，一般还较难避开引起爆炸的浓度范围。
（4） 煤粉沉积。制粉系统中的煤粉沉积，往往会因逐渐自燃而成为引爆的火源。
（5） 气粉混合物中的氧气浓度。氧气浓度高，爆炸危险性大。在燃用Vdaf高的褐煤时，往往引入一部分炉烟干燥剂，也是防止爆炸的措施之一。
（6） 气粉混合物流速。流速低，煤粉有可能沉积；流速过高，可能引起静电火花。所以气粉混合物过高、过低对防爆都不利，一般气粉混合物流速控制为16~30m/s。
（7） 气粉混合物温度。温度高，爆炸危险性大。因此，运行中应根据Vdaf高低，严格控制磨煤机出口温度。
煤粉水分。过于干燥的煤粉爆炸危险性大。煤粉水分要根据挥发分Vdaf、煤粉储存与输送的可靠性以及燃烧的经济性综合考虑决定。
2、解释：经济细度
第五章：煤粉燃烧理论基础及燃烧设备
1、已知钢球磨煤机的最佳钢球充满系数,最佳转速与临界转速之间的关系为nzj/nlj=0.74～0.8。假定钢球磨煤机工作在最佳转速下，试计算钢球磨煤机的最佳充满系数并对计算结果进行分析与讨论。
解:以0.01为步长，将nzj/nlj=0.74～0.8代入

得到计算结果汇总于表4-3
最佳钢球充满系数与nzj/nlj的关系
nzj/nlj
ψzj
nzj/nlj
ψzj
0.74
0.203
0.78
0.185
0.75
0.199
0.79
0.181
0.76
0.194
0.8
0.177
0.77
0.190

计算结果分析与讨论:
（1） 从表4-3可知，最佳转速与临界转速的比值越高，最佳钢球充满系数越小。
钢球磨煤机的出力越大，筒体直径D越大，临界转速越小。临界转速越小，最佳转速与临界转速的比值越高，最佳钢球充满系数越小。因此大型钢球磨煤机的单位容积的钢球装载量会有所下降。
2、简述制粉系统的类型与煤种的关系。
答：制粉系统的类型：直吹式制粉系统、中间储仓式制粉系统、半直吹式系统。直吹式系统适用于烟煤和优质贫煤，中间储仓式制粉系统适用于无烟煤、贫煤、褐煤。三介质干燥风扇磨煤机直吹式制粉系统也适合于软褐煤。
3、简述三次风与制粉系统类型的关系。
答：中间储仓式热风送粉系统会有一股含有细颗粒的煤粉气流，含粉量约为总煤粉量的1/10，温度为70～80℃，这股煤粉气流称为三次风，必须送人炉膛进行燃烧。
4、解释活化能。
答：课本84
5、分析煤块、煤粒、煤粉着火、燃烧的特点。
答：（1）煤块的着火热足校，燃烧速度最慢。容易造成固体不完全燃烧损失。
（2）煤粒的着火热比较大，燃烧速度比较快，燃烧效率高。
（3）煤粉颗粒的着火热最大，燃烧速度最快，燃烧效率最高。
6、简述煤粉着火和熄火的条件（画出放热和散热曲线）
答：课本p91
6、简述旋流射流及直流射流的特性？什么是直流射流的主体段？
答：课本97和102
7、简述直流燃烧器的四角切圆布置中影响一次风煤粉气流偏斜的主要因素。
答：课本113
第六章：蒸发设备
1、简述炉膛及水冷壁的区别？
答：炉膛是煤粉燃烧的空间，水冷壁是蒸发受热面或汽化受热面。
2、汽包的作用是什么？
答：（1）汽包将水冷壁、下降管、过热器及省煤器等各种直径不等、根数不同、用途不一的管子有机地连接在一起。是锅炉加热、蒸发、过热三过程的中枢。
（2）将水冷壁来的汽水混合物进行汽水分离，分离出来的蒸汽进入过热器，水进入汽包下部水容积进行再次循环。
（3）汽包储存有一定数量的水和热，在运行工况变化时可以起一定的缓冲作用，从而稳定运行工况。
（4）汽包里的连续排污装置能保持炉水品质合格，清洗装置可以用给水清洗掉溶解在蒸汽中盐，从而保证蒸汽品质。汽包中的加药装置可防止蒸汽受热面结垢。

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