煤粉锅炉设备原理.doc

目录
第二章煤粉锅炉设备原理
第一节概述
第二节燃料特性
第三节煤的燃烧计算和锅炉机组的热平衡
第四节制粉系统
第五节燃烧设备
第六节蒸发系统与水循环
第七节过热器和再热器
第八节省煤器和空气预热器
第九节超临界锅炉特点

第二章煤粉锅炉设备原理
将燃料的化学能能转变成工质的热能，生产规定参数和品质的工质的设备称为锅炉。锅炉的燃烧设备为燃料提供良好的燃烧条件，以求能把燃料的化学能最大限度地释放出来并转化为热能，再利用换热装置利用烟气的热量把工质水加热成为热水或蒸汽。锅炉包括锅和炉两大部分，锅的原义是指在火上加热的盛水容器，炉是指燃烧燃料的场所。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为生产和生活提供所需要的热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，又叫蒸汽发生器，常简称为锅炉，是蒸汽动力装置的重要组成部分，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业等。用于发电的锅炉称为电站锅炉。
第一节概述
一、锅炉的发展
1720年，英国人海科（Haycock）首先发明了锅炉。这时的锅炉和开水壶没有多大区别，即在金属锅壳里充满水，在底部加热。锅炉结构如图2-1所示。

图2-11720年Haycock锅炉
18世纪上半叶，英国煤矿使用的蒸汽机，包括瓦特发明的初期蒸汽机在内，所用的蒸汽压力等于大气压力。18世纪下半叶改用高于大气压力的蒸汽。19世纪，常用的蒸汽压力提高到左右。与此相适应，最早的蒸汽锅炉是一个盛水的大直径圆筒形立式锅壳，后来改用卧式锅壳，在锅壳下方砖砌炉体中烧火。
随着锅炉越做越大，为了增加受热面积，在锅壳中加装火筒，在火筒前端烧火，烟气从火筒后面出来，通过砖砌的烟道排向烟囱并对锅壳的外部加热，称为火筒锅炉。开始只装一只火筒，称为单火筒锅炉或康尼许锅炉，后来加到两个火筒，称为双火筒锅炉或兰开夏锅炉。
1804年左右，在掌握了优质钢管的生产和胀管技术之后出现了火管锅炉。一些火管装在锅壳中，构成锅炉的主要受热面，火（烟气）在管内流过。在锅壳的存水线以下装上尽量多的火管，称为卧式外燃回火管锅炉。它的金属耗量较低，但需要很大的砌体。图2-2为早期的火管锅炉。
早期的这两种锅炉都是对装有大量饱和水的容器直接加热，存在引起灾难性的爆炸的危险。尤其是火管锅炉，燃料在相对密封的小空间里燃烧，爆炸危险更大。这种危险几乎危及工业的继续发展。火管锅炉被逐渐淘汰。
19世纪中叶，出现了水管锅炉。锅炉受热面是锅壳外的水管，取代了锅壳本身和锅壳内的火筒、火管。锅炉的受热面积和蒸汽压力的增加不再受到锅壳直径的限制，有利于提高锅炉蒸发量和蒸汽压力。这种锅炉中的圆筒形锅壳遂改名为锅筒，或称为汽包。初期的水管锅炉只用直水管，直水管锅炉的压力和容量都受到限制。图2-3为水管锅炉结构。

图2-21804年的Trevithick火管锅炉

图2-3水管锅炉
二十世纪初期，汽轮机开始发展，它要求配以容量和蒸汽参数较高的锅炉。直水管锅炉已不能满足要求。随着制造工艺和水处理技术的发展，出现了弯水管式锅炉。开始是采用多锅筒式。随着水冷壁、过热器和省煤器的应用，以及锅筒内部汽、水分离元件的改进，锅筒数目逐渐减少，既节约了金属，又有利于提高锅炉的压力、温度、容量和效率。
以前的火筒锅炉、火管锅炉和水管锅炉都属于自然循环锅炉，水汽在上升、下降管路中因受热情况不同，造成密度差而产生自然流动。在发展自然循环锅炉的同时，从1930年代开始应用直流锅炉，1940年代开始应用控制循环锅炉。
控制循环锅炉又称强制循环锅炉，它是在自然循环锅炉的基础上发展起来的。在下降管系统内加装循环泵，以加强蒸发受热面的水循环。直流锅炉中没有锅筒，给水由给水泵送入省煤器，经水冷壁和过热器等受热面，变成过热蒸汽送往汽轮机，各部分流动阻力全由给水泵来克服。
第二次世界大战以后，这两种型式的锅炉得到较快发展，因为当时发电机组要求高温高压和大容量。发展这两种锅炉的目的是缩小或不用锅筒，可以采用小直径管子作受热面，可以比较自由地布置受热面。随着自动控制和水处理技术的进步，它们渐趋成熟。在超临界压力时，直流锅炉是唯一可以采用的一种锅炉，1970年代投产的27MPa压力配1300MW发电机组仍然是目前世界上最大的单台容量机组，为双轴机组，共有9台，均在美国。单轴机组最大容量为1200MW，全世界仅有1台，在俄罗斯投运。后来又发展了由控制循环锅炉和直流锅炉结合而成的复合循环锅炉。
在锅炉的发展过程中，燃料种类对炉膛和燃烧设备有很大的影响。因此，不但要求发展各种炉型来适应不同燃料的燃烧特点，而且还要提高燃烧效率以节约能源。此外，炉膛和燃烧设备的技术改进还要求尽量减少锅炉排