任课教师,张 小 平
华中科技大学能源学院
,电站锅炉,
,电站锅炉, 内容提要
? 第一章 绪论
? 第三章 煤粉制备
及其系统
? 第五章 煤粉炉与
燃烧设备
? 第七章 锅炉受热面
烟侧运行问题
? 第九章 汽包及蒸汽
净化
? 第二章 锅炉燃料及
热力辅助计算
? 第四章 燃烧过程的
基本理论
? 第六章 锅炉受热面
及其工作特点
? 第八章 锅炉水动力
特性与传热
? 第十二章 锅炉本体的
设计与布置
? 锅炉的类型
? 电站煤粉锅炉机组的构成
? 锅炉机组的工作过程
? 锅炉参数及技术,经济性指标
? 电厂锅炉发展趋势
第一章 绪论
锅炉的类型
锅炉的分类根据不同的标准，可有多种分类方法，如表所示,
分类方式 锅炉类型 简要说明
按出口工质
物态
蒸汽锅炉 锅炉出口工质为蒸汽
热水锅炉 锅炉出口工质为热水
有机热载体炉 有机热载体（导热油）
按工质是否
在受热面管
内流动
水管锅炉 锅炉受热面管内流动的全部为工质
火管锅炉 锅炉受热面管内流动的全部为烟气
水火管锅炉 锅炉受热面管内流动的一部分为工质、一部分为烟气
锅炉工质按
用途
电站锅炉 用于发电厂带动汽轮机发电
工业锅炉 用于工业生产
生活锅炉 用于日常生活
锅炉的类型
按出口工质的
压力
有压锅炉 锅炉中工质带有一定压力
常压锅炉 锅炉中工质压力与外界大气压力一致，通常指常压热水锅炉
按锅炉所使用
的燃料的种类
燃煤锅炉 锅炉中使用的燃料为煤
燃油锅炉 锅炉中使用的燃料为燃油
燃气锅炉 锅炉中使用的燃料为燃气
其他燃料 木材、垃圾
按工质循环方
式
自然循环锅炉 利用下降管与上升管之间的介质密度差建立循环
强制循环锅炉 利用水泵强制工质按一定路径循环
按排渣方式
固态排渣锅炉 燃料燃烧后生成的灰渣呈固态排除
液态排渣锅炉 燃料燃烧后生成的灰渣呈液态从渣口流除
锅 炉
锅炉本体 辅助设备
锅炉机组
锅炉的汽水系统，用以完成水变成蒸汽
的吸热过程。由汽包，下降管，联箱，
导管及各热交换受热面等承压部件组成
锅炉的燃烧系统，用以完成煤的
燃烧过程。由炉膛，燃烧器，烟道
，炉墙构架等非承压部件组成。
送风机，引风机，燃料
供应及制备、除灰、除
渣,测量与控制等。
电站煤粉锅炉机组框图
1/2
亚临界参数自然循环燃煤锅炉
2/2
1-汽包； 2-下降管；
3-分隔屏； 4-后屏；
5-高温过热器； 6-高
温再热器； 7-水冷壁； 8-燃烧器； 9-燃烧
带； 10-空气预热器；
11-省煤器进口集箱；
12-省煤器； 13-低温
再热器； 14-低温过热
器； 15-折焰角； 16-
排渣装置
冷空气 烟气 烟气 烟气
烟囱 引风机 除尘器
空气预热器 细微灰粒 飞灰
（ 二次风 ） 灰渣沟
原煤 排粉风机
（ 一次风 ） 烟气 烟气
给煤机 磨煤机 燃烧器 炉膛 水平烟道 尾部烟道
原煤 风, 粉 风, 粉
未燃煤粒 灰渣
灰渣 灰渣
灰渣沟 排渣装置 冷灰斗
未燃煤粒 未燃煤粒
煤、风、烟系统
1/2
汽机主凝结水
水 水 汽水混合物
给水泵 省煤器 汽包 汽水分离器 ①
化学补充水 汽水混合物
下降管 下联箱 水冷壁 上联箱 导汽管
水 水 水 汽水混合物 汽水混合物
①
饱和蒸汽 过热蒸汽
过热器 汽轮机调节级
汽、水 系 统
2/2
锅 炉 参 数
额定蒸发量 在额定蒸汽参数, 额定给水温度和使用设计燃料, 保证热
效率时所规定的蒸发量, 单位为 t/h（ 或 kg/s）
?
?
?
1/5
最大连续蒸发量 （ 大型锅炉 ） 在额定蒸汽参数, 额定给水温度和使用
设计燃料, 长期连续运行所能达到的最大蒸发量, 单位为 t/h（ 或 kg/s ）
蒸汽锅炉额定蒸汽参数 在规定负荷范围内长期连续运行应能保证的出
口蒸汽参数,
? 额定蒸汽压力 （对应规定的给水压力），单位是 Mpa ；
? 额定蒸汽温度 （对应额定蒸汽压力和额定给水温度），单位是 0C。
我国电站锅炉参数、容量系列
参 数
容 量
( t.h-1)
发 电 功 率
MW
蒸汽压力
Mpa
蒸 汽 温度
℃
给 水 温度
℃
9.8
540
205～ 225
220； 410
50； 100
13.7
540/540 *
555/555 *
220～ 250
420； 670 125； 200
16.7
541/541 *
555/555 *
250～ 280
1025； 1000
300
17.3； 18.1；
18.3
541/541 *
260～ 290
1025； 2008
300； 600
24.2； 25.3；
26.4
541/566 *
545/545 *
270～ 290
1900； 1650
600
2/5
锅炉机组经济性指标
3/5
3q 4q
热效率 （ >90%）
净效率
燃烧效率
式中 Q 1— 锅炉有效利用热, kJ/kg；
Q r — 锅炉在单位时间内所消耗燃料的输入热量,kJ/kg；
— 锅炉机组自身所需的热量, kJ/kg；
— 锅炉机组自身电耗对应的热量, kJ/kg；
, — 锅炉化学、机械未完全燃烧热损失,%
)21(,%BQ QQQ
r
pq1
j ?
???? ?
? ? )31(,%qq11 43r ?????? ?
qQ
pQ
)11(,%100QQ
r
1g ???? ??
锅炉连续运行小时数 （ >5000）
锅炉在两次检修之间的运行小时数
4/5
锅炉可用率 （ 约 90%）
（ 总运行小时数 + 总备用小时数 ） / 统计期间总小时数 （ 一年 ）
锅炉的事故率 （ 约 1%）
锅炉总事故停炉小时数 /（ 总运行小时数 + 事故停炉小时数 ）
锅炉机组安全性指标
烟尘及有害气体排放标准
项 目
烟尘 /mg.m-3
SO2 /mg.m-3
NOX(以 NO2计 )/
mg.m-3
中国
200（ 城市 ）
500 （ 其他 ）
1200 （ 煤的含硫量
>1%时 ）
2100 (其他 )
650(固态排渣炉 )
1000(液态排渣炉 )
美国
40 (PM10)
1480
560～ 620
德国
50
400
200
日本
100
K值法确定
410
英国
100
400
650
5/5
电站锅炉发展趋势
加快发展大容量, 高参数机组
大容量, 高参数机组可适应生产发展的需要, 电站热效率高, 基建投资,
设备和运行费用降低；
但大机组可用率相对较低, 综合考虑, 单机容量稳定在 500～ 800MW
1/1
强化煤电环境保护, 发展洁净燃煤技术
燃煤的燃气 -蒸汽联合循环 (燃煤硫化床燃烧联合循环及整体煤气化联合
循环 ） 和超临界压力蒸汽循环可满足燃煤, 高效, 低污染要求
提高运行可靠性和灵活性
锅炉的可靠性涉及到设计, 设备制造及安装, 运行维护和生产管理等各
个方面；
运行灵活性要求大力发展中间负荷机组, 适应电网调峰需要 （ 低负荷,
两班制运行 ） ；提高机组的监控水平
? 煤的常规特性
? 煤的常规特性对锅炉工作的影响
? 煤的分类
? 燃料的燃烧计算
? 烟气分析
? 锅炉热平衡
? 习题
第二章 锅炉燃料及
热力辅助计算
煤的工业分析成分 水分 (M),灰分 (A),挥发分 (V),固定碳 (FC)
煤的组成特性
煤的元素分析成分 碳 (C),氢 (H),硫 (S),氧 (0),氮 (N)
? 可燃元素 C（ 固定碳和挥发分中的 C）, H,S（ 可燃硫 和硫
酸盐硫 ）
? 不可燃元素 （ 内部杂质 ） O,N
? 不可燃成分 （ 外部杂质 ） M（ 内, 外 ）, A
? 可燃气体 挥发份
煤中的氢, 氧, 氮, 硫与部分碳所组成的有机化合物加热后分解,
形成气体挥发出来
rS
lyS
1/8
煤的成分基准
收到基 （ ar） （ 原应用基 y）
以入炉煤 （ 包括煤的全部成分 ）
为基准
空气干燥基 （ ad ） （ 原分析基 f）
以风干状态煤 （ 除外部水分 ） 为基准
干燥基 （ d） （ 原干燥基 g）
以去掉全部水分煤为基准
干燥无灰基 （ daf） （ 原可燃基 r）
以去掉全部水分及灰分煤为基准
2/8
煤成分基准间的换算
)12(%100AMSNOHC ararararararar ???????? ?
)22(%1 0 0AMSNOHC adadadadadadad ???????? ?
)32(%100ASNOHC dddddd ??????? ?
)42(%100SNOHC d a fd a fd a fd a fd a f ?????? ?
不同基准之间的换算公式 X = K X0 … （ 2-9）
式中 X0, X — 某成分原基准及新基准质量百分比,%
K — 换算系数（见表 2-1）
ar
ar
ad
ad CM100
M100C ?
?
??例,
3/8
煤的发热量
煤的发热量 （ kJ/kg) 单位质量的煤完全燃烧时所释放的热量
低位发热量 （ Qnet） 烟气中的水蒸汽在锅炉中一般不会凝结, 形成水
蒸汽所吸收的汽化潜热无法被利用, 使煤的发热量降低, 降低后的发热
量称为低位发热量 。 低位发热量 （ 燃料在锅炉中的实际发热量 ） 小于高
位发热量
高位发热量 (Qgr) 煤的理论发热量, 由实验测得的 弹筒发热量 （ Qb）
减去校正值确定 （ 式 2-10）
4/8
干燥基 高, 低位发热量之间的换算
式中 r—— 水的汽化潜热, 通常取 r = 2510 kJ/kg
)142(H226Q100H9rQQ dgr.ddgr.dn e t.d ????????????? ?
收到基 高, 低位发热量之间的换算
)122(M1.25H2 2 6Q1 0 0M1 0 0H9rQQ arargr.ararargr.arn e t.ar ???????????? ??? ?
高、低 发热量间的换算
5/8
发热量各基准间的换算
高位发热量 (Qgr)各基准间的换算 采用表 （ 2－ 1） 换
算系数
低位发热量 (Qnet)各基准间的换算分三步进行
1,已知基准的 Qnet → 已知基准的 Qgr (式 2-12等 )
2,已知基准的 Qgr → 所求基准的 Qgr (采用上述换算系数 )
3,所求基准的 Qgr → 所求基准的 Qnet (式 2-12等 )
6/8
发热量相关值
标准煤 收到基低位发热量为 29270 kJ/kg的燃料为标准煤
标准煤耗量
式中, —— 分别为标准煤耗量与实际煤耗量
2 9 2 7 0
QBB n e t.ar
sb ??
bB sB
折算成分 相对于每 4182 kJ/kg收到基低位发热量的煤中所含的
收到基水分、灰分和硫分，称为折算水分、折算灰分和折算硫分
)162(,%4182Q MM
n e t.ar
arzs.ar ??? ?
)172(,%4 1 8 2Q AA
n e t.ar
arzs.ar ??? ?
)182(,%4 1 8 2Q SS
n e t.ar
arzs.ar ??? ?
7/8
煤的灰分特性
灰分特性影响因素
煤灰的化学组成
煤灰中酸性氧化物使灰熔点提高；碱性氧化物使灰熔点降低
煤灰周围高温介质的性质
氧化性介质中，灰熔点较高；还原性介质中，灰熔点较低
煤的灰分特性
用灰熔点表示，煤灰的角锥法确定
灰的变形温度 DT（原 t1）
灰的软化温度 ST（原 t2）
灰的流动温度 FT（原 t3）
8/8
煤中 V对锅炉工作的影响
挥发分 V
V的含量代表了煤的地质年龄,地质年龄越短，煤的碳化程度
越浅,V含量越多。
? V含量越多（ C含量越少）,V中含 O量亦多，其中的可燃成分
相应减少，这时,V的热值低
? V含量越多,煤的着火温度低,易着火燃烧
? V 多,V挥发使 煤的孔隙多，反应表面积大,反应速度加快
? V 多，煤中难燃的 固定碳含量便少,煤易于燃尽
? V 多,V着火燃烧造成高温,有利于碳的着火、燃烧
1/3
煤中 M,A对锅炉工作的影响
水分 M、灰分 A
? M,A 高，煤中可燃成分相对减少,煤的热值低
? M,A 高,M 蒸发,A熔融均要吸热,炉膛温度降低
? M,A 高,增加着火热或包裹碳粒,使煤着火、燃烧
与燃尽困难；
? M,A 高,q2,q3,q4,q6 增加,效率下降
? M,A 高,过热器易超温
? M,A 高,受热面腐蚀、堵灰、结渣及磨损加重
? M,A 高,煤粉制备困难或增加能耗
2/3
煤中 C,S,ST对锅炉工作的影响
灰熔点（ ST）
灰分在熔融状态下粘结在锅炉受热面上造成结渣，危
及锅炉运行的安全性和经济性。
对于固态排渣炉,ST< 1350℃ 可能结渣
含碳量 C
C 高，热值高；但不易着火、燃烧
硫分 S
? 可燃硫的热值低，含量少，对煤的着火、燃烧无明显影响
? 易造成受热面的堵灰；高、低温腐蚀
? 形成酸雨，污染环境
? 燃料中的硫化铁加剧磨煤部件的磨损
3/3
煤的分类
我国煤的主要分类指标 干燥无灰基挥发分 Vdaf含量
可分为三大类：褐煤 （ Vdaf含量＞ 37% ）,烟煤 （ Vdaf含量＞ 10% ）、
无烟煤 （ Vdaf含量 ≤ 10% ）
为反映煤的燃烧特性,电厂煤粉锅炉用煤还以 收到基低位发热量 Qar,net,
收到基水分、干燥基灰分、干燥基硫分及灰的熔融特性 DT,ST,FT作为参
考指标，分为五大类和十小类
其中 低（劣）质煤 单独燃烧有困难，或燃烧不稳定，或燃烧经济性差，
或煤中有害杂质含量高的煤,可分为五小类
为实现能源的综合利用,考虑各种工艺 （炼焦、燃烧、气化或液化等等）
对煤质的要求,每一类煤还要进一步划分为小类
1/5
大类别 小类别
分 类 指 标
挥发份
Vdaf(%)
灰分
(%)
水分
(%)
硫分
(%)
发热量
Qar,net
(MJ/kg)
灰融
特性
ST(0C)
无烟煤 超低挥发
份煤
>6.5 ～
10
>21.0
贫煤 低挥发份煤
>10～ 19
>18.5
烟煤 中挥发份煤
高挥发份煤
>19～ 27
>27～ 40
>16.5
>15.5
褐煤 超高挥发份
煤
>40
>11.5
电厂锅炉用煤分类
dA arM dS
2/5
电厂锅炉用煤分类
大类别 小类别
分 类 指 标
挥发份
Vdaf(%)
灰 分
(%)
水 分
(%)
硫 分
(%)
发热量
Qar,net
(MJ/kg)
灰融特
性
ST(0C)
低质煤 低发热量煤
超高灰分煤
超高水分煤
高硫煤
易结渣煤
≤ 10
>10～ 19
>19～ 27
>27～ 40
>40
>40
≤ 40
>46
>40
>12
>3
>12.5
<21.0
<18.5
<16.5
<15.5
<11.5
<1350
dA arM dS
3/5
煤的类型
4/5
无烟煤
? 碳化程度高，含碳量很高,达 95%，杂质很少，发热量很高,约
为 25000～ 32500 kJ/kg；
? 挥发份很少,小于 10%,Vdaf析出的温度较高（可达 400℃ ），着
火和燃尽均较困难,储存时不易自燃
褐煤
? 碳化程度低，含碳量低,约为 40～ 50%，水分及灰分很高，发热
量低,约 10000～ 21000 kJ/kg；
? 挥发分含量高,约 40～ 50%，甚至 60%，挥发分的析出温度低
（＜ 200℃ ），着火及燃烧均较容易
烟煤
碳化程度次于无烟煤，含碳量较高,一般为 40～ 60%,杂质少，发
热量较高,约为 20000～ 30000 kJ/kg；
挥发分含量较高,约 10～ 45%，着火及燃烧均较容易
? 贫煤 挥发分含量 10～ 20%的烟煤
挥发份较少,性质介于无烟煤与烟煤之间，燃烧性能方面比较接近
无烟煤；
? 劣质烟煤 挥发份 20～ 30%；但水分高，灰分更高的烟煤 发热
量低,为 11000～ 12500 kJ/kg
这两种烟煤着火及燃烧均较困难
煤的类型
5/5
燃料的燃烧工况
理论工况 燃料在没有过剩空气的情况下完全燃烧
燃烧产物 （ 烟气 ） 组成成分 CO2,SO2,N2和 H2O
理论烟气量
0yV
设计工况 实际送入的空气量大于理论空气量，以保证燃料完全燃烧
燃烧产物（烟气）组成成分 CO2,SO2,N2,H2O和剩余 O2
实际烟气量 Vy
实际工况 实际送入的空气量大于理论空气量，仍为不完全燃烧
燃烧产物（烟气）组成成分 CO2,SO2,N2, H2O、剩余 O2 和未完全
燃
烧气体 CO
实际烟气量 Vy
1/8
煤的燃烧反应
煤中可燃元素的燃烧反应 是燃烧计算的基础,1kg收到基燃料包括
Kg的碳,kg的氢,kg的硫
100
Car
100
Har
100
Sar
2/8
碳完全燃烧反应方程式
C + O2 → CO2
12 kg C + 22.41 Nm3 O2 → 22.41 Nm3 CO2
1kg C + 1.866 Nm3 O2 → 1.866 Nm3 CO2
1kg H + 5.56 Nm3 O2 → 11.1 Nm3 H2O
1kg S + 0.7 Nm3 O2 → 0.7 Nm3 SO2
燃烧所需要的空气量
3/8
理论空气量 V 0 1kg 燃料完全燃烧时所需要的最小空气量 (无剩余
氧 )可通过燃料中可燃元素（ C,H,S）的燃烧化学反应方程式求得
)1 0 0 O0, 7 - 1 0 0 S 0, 7 1 0 0 H5, 5 6 1 0 0C8 6 6.1(21.0 1V r ar ar ar a 0 ???
)232(O333.0H265.0)S375.0C(0 8 8 9.0 arararar ????? ?
实际空气量 V
式中 α, β — 分别为烟气侧和空气侧的过剩空气系数
0V)(V ????
0V
V)( ???
过剩空气系数 α 与漏风系数△ α
4/8
Δα各受热面处烟气侧漏风系数，
查表 2-7确定；△ V为烟道漏风量
为炉膛出口处过剩空气系数，
表征炉内燃烧状况的重要物理量，
在推荐值范围内选取
???
)242( ?? ???? ???? ??
0V
V????
?????????
过剩空气系数 β 与漏风系数△ α
zfky ??????? ???? ?? ??
kykyky ???? ??? ??
为空气预热器出、
进口处空气侧过剩空气系数
分别为炉
膛、制粉系统和空预器漏风系数，
查表 2-7确定
kyzf ??????,、?
kyky ??? ??,
5/8
烟 气 容 积
理论烟气容积 α =1、完全燃烧,O2 = 0； CO = 0 0
yV
)252(VVVV O OH0NRO0y 222 ???? ?
)282(kg/Nm,V0 1 6 1.01 0 0M24.11 0 0H1.11 30arar ???? ?
)27262(V79.01 0 0N8.01 0 0 )S3 7 5.0C(8 6 6.1 0ararar ～????? ?
6/8
实际烟气容积 α >1、完全（不完全）燃烧,O2 ≠0 ； CO=0（ CO≠0 ）
yV
22222 OOHNSOCOy VVVVVV ????? ? ? ? ?
000y V10161.0V1V ???????
)292(kg/Nm,V)1(0 1 6 1.1V 300y ????? ?
烟气的焓值
7/8
烟气焓 1kg燃料燃烧生成的烟气在定压下从 0（ ℃ ）加热到 （ ℃ ）
时所需要的热量 yH
?
为 1Nm3空气、烟气各成分和 1kg灰在温度为 ℃ 时的焓值，见表 2-9；
为烟气携带飞灰的质量份额。对固态排渣煤粉炉，取
fha
? ?ic? ?
95.09.0a fh ～?
fh0k0y HHH,、
为理想烟气焓、理想空气焓和飞灰焓
? ? ? ? ? ? )462(cVcVcVH OH0 OHN0NRORO0y 222222 ??????? ?
? ? )472(cVH k00k ??? ?
? ? )452(kg/kJ,HH1HH fh0k0yy ?????? ?
? ? )482(ca1 0 0AH hfharfh ??? ? 时可不计算6Q Aa4 1 8 2
n e t.ar
arfh ?
焓 温 表
8/8
烟气的焓值 取决于 燃料种类、过剩空气系数及烟气温度
yH
由（, α ）查焓温表可很快确定烟气温度 ；
由（, α ）查表可很快确定烟气焓
?
?
yH
yH
焓温表 对给定的燃料和各受热面前、后的过剩空气系数 α 计
算出该受热面对应烟气温度 范围内的烟气焓,制成的烟气
（ — ）表
?
?
yH
yH
)312(,%100NCOORO 222 ???????
烟气分析成分
)332(,%1 0 0VVO
gy
O
2 2 ??? ?
)342(,%100VVCO
gy
CO ??? ?
)352(,%1 0 0VVN
gy
N
2 2 ??? ?
)322(,%100VVRO
gy
RO
2
2 ??? ?
1/4
烟气分析 是以 1kg燃料燃烧生成的干烟气（除去水分后的烟气）容积为
基础，采用奥氏分析仪进行的
烟气分析 可得到 在干烟气 Vgy中所占的容积百分比
222 NCOORO,、、
判断燃烧状况
2/4
)402(21)CORO(OCO605.0RO 222 ??????? ?
不完全燃烧方程式
arar
ar
ar
ar
S3 7 5.0C
N0 3 8.0
8
O
H
35.2
?
??
??
式中 β 为燃料特性系数
)392(605.0 )ORO(RO21CO 222 ??? ????? ?
)432(,%1 21RO m a x2 ???? ?
?α =1、且完全燃烧,CO=0,O2= 0
完全燃烧方程式,
?α ＞ l、且完全燃烧,CO=0
)422(,%1 O21RO 22 ????? ?
锅炉常用燃料的 β 值和 RO2max 值见表 2-8。为保持炉内良好的燃
烧工况,运行中应监测并维持炉内一定的 RO2，使其尽量靠近 RO2max
判断燃烧状况
3/4
运行中过剩空气系数及
烟气容积的确定
4/4
RO2,O2 可由烟气分析或相关仪表测定
2
m a x
2
RO
RO?? )442(
O21
21
2
???? ?
过剩空气系数 完全燃烧且不计 β
OHgyy 2VVV ??
烟气容积
)382(kg/Nm,CORO )S3 7 5.0C(8 6 6.1V 3
2
arar
gy ??
?? ?
干烟气容积
)362(100V VVVORO
gy
cosoco
22
22 ?????? ?
锅炉热平衡方程式
)492(QQQQQQQ 654321r ??????? ?
)502(qqqqqq1 0 0 654321 ??????? ?
q1 = Qi / Qr × 100
式中 输入热量
Q1 有效利用热
Q2 排烟损失
Q3 化学不完全燃烧热损失
Q4 机械不完全燃烧热损失
Q5 散热损失
Q6 其他热损失
rQ
1/7
锅炉输入热量 Qr
对于燃煤锅炉, 若燃料和空气没有利用外界热量进
行预热, 且燃煤水分满足
则
6 3 0/QM n e t.arar ?
n e t.arr QQ ?
2/7
)512(kg/kJ,QQhQQ whwrrn e t.arr ????? ?
式中
wh
wr
r
Q
Q
h
— 燃料的物理显热；
— 外来热源加热空气时带入的热量；
— 雾化燃油所用蒸汽带入的热量
锅炉有效利用热 Q1
3/7
式中 Q 工质总吸热量, kJ/ s
B 燃料消耗量,kg/s
Dgr,Dzr,DPw 过热蒸汽量、再热蒸汽量和排污量,kg/s
,, h g s 过热蒸汽焓、饱和蒸汽焓和给水焓,kJ/kg
, 再热蒸汽出口和进口焓,kJ/kg
zrh? zrh?
grh? bsh
? ? ? ?? ?)hh(DhhDhhDB1Q gsbspwzrzrzrgsgrgr1 ???????????
5 4 )-(2k J / k g,BQ ??
空气在空气预热器中吸收的热量又返回炉膛，属锅炉内部热量
循环，锅炉热平衡中不予考虑
固体未完全燃烧热损失 q4
q4 锅炉主要热损之一, 取失决于燃料种类, 燃烧方式, 炉
膛型式与结构, 燃烧器设计与布置, 锅炉运行工况
? Vdaf小； （ Mar,Aar ） 大, q4 大；
? R90大, q4 大；
? 过大或过小, q4 大
? 煤粉在炉膛停留时间 τ 过小, q4 大
???
未完全燃烧热损失 q4
4/7
设计时,q4,按推荐数据选取 （ 表 2-10）
对固态排渣煤粉炉取 q4 =0.5～ 5 %
未完全燃烧热损失 包括 q4,q3
未被完全利用热损失 q2
排烟热损失 q2
式中 -- 排烟焓,取决于 与, kJ/kg
-- 进入锅炉的冷空气焓,kJ/kg
-- 排烟处过剩空气系数
）（ 572,%Q q100)HH(q
r
40lkpypy2 ????? ?
0lkH
py?
pyH py? py?
? 由 q2,受热面低温腐蚀及金属耗量综合确定 。
电站锅炉 约在 110～ 160℃ 之间 。
? 取决于 及烟道漏风 Δα，后者同时影响
py?
py?
py? py?????
5/7
对大中型锅炉 q2 约为 4～ 8%
未被完全利用热损失 包括 q2,q5,q6
未被完全利用热损失 q5
图 2-8 额定容量下锅炉的散热损失
散热损失 q5
额定负荷下的散热损失是外部冷却损失，可根据锅炉尾部受热
面的布置查图 2-8确定
D
Dqq
55 ???
55 qq ?、
DD ?、
-- 锅炉额定容量、运行
容量下的散热损失
-- 锅炉额定容量、运行容量
q5 与锅炉运行负荷近似成反比变化
6/7
热效率 η gr与燃料消耗量 B
热效率
? 正平衡
? 反平衡
,%1 0 0QQq
r
11g ???? ?
),%qqqqq(100 65432g ??????? ?
）（ 622s/kg,QQ100QQB
rg1
???? ?
?
燃料消耗量
）（ 632s/kg),100q1(BB 4j ??? ?
计算燃料消耗量
7/7
习 题
1,某锅炉燃用煤种的收到基成分为,
Car=59.6%； Har=2.0%； Sar=0.5%； Oar=0.8%； Nar=0.8%；
Aar=26.3%； Mar=10.0%； Qar.net=22186kJ/kg
烟气中的飞灰份额 afh=95%
计算,1） V0 2） 及 α =1.45时的 Vy
3） α =1.45,θ =300℃ 时的 Hy
2,某锅炉燃用无烟煤，计算得到完全燃烧所需理论空气量
V0为 5.81Nm3/kg，实测得到炉膛出口过剩氧量 O2为 4.846
（ %），如果炉膛的漏风系数 为 0.05，此时供给炉膛
的实际空气量是多少？
0yV
1/1
? ? ?
第三章 煤 粉 制 备
? 煤粉特性
? 磨煤机
? 制粉系统
煤粉细度 Rx
1/3
煤粉的细度 Rx（ Dx） 用具有标准筛孔尺寸的筛子进行筛分测定。如筛
孔边长为 xμ m，煤粉过筛后，漏下去的煤粉质量为 b，留在筛子上的煤粉
质量为 a，则煤粉细度可用筛子上的剩余率或通过率表示，即
Rx 越小或 Dx 越大，则煤粉越细
)13(,%1 0 0ba aR x ???? ? )23(,%1 0 0ba bD x ???? ?
或
煤粉经济细度 热损失 q4、制粉电耗 qdh、磨煤设备金属部件磨损
qms 之和为最小时的煤粉细度
)33(nV8.04R d a fzj90 ??? ?
其中 n 是表示煤粉颗粒分布的均匀性系数
煤粉均匀性系数 n
)53(
90
200
lg
R
100
lnlg
R
100
lnlg
n 90200 ?
?
? ?
R200< R90,n为正值；
当 R90一定时, n值越大, 则 R200越小, 说明煤粉中过粗的煤粉较少；
当 R200一定时, n值越大, 则 R90越大, 说明煤粉中过细的煤粉较少 。
n值越大, 煤粉中过粗和过细的煤粉均较少, 即煤粉粒度分布较均匀 。
n取决于磨煤机和粗粉分离器的型式, 一般取 n = 0.8～ 1.2。
2/3
煤的可磨性系数
哈氏可磨性指数 HGI
HGI< 62 为难磨煤； HGI>86 为易磨煤
煤的可磨性系数表示煤磨成一定细度的煤粉的难易程度。
与 HGI之间关系
)103(61.0H G I0 0 3 4.0K 25.1BTNkm ??? ?
BTNkmK
全苏热工研究所 （ BTH）
在风干状态下将质量相等的标准煤和试验煤由相同的粒度磨制成相同的
细度时, 消耗的能量之比 （ 式 3－ 7）
BTNkmK
<1.2 为难磨煤
>1.5 为易磨煤
BTNkmK
BTNkmK
3/3
单进单出 钢球磨 (低速磨 )
普通筒式钢球磨 的圆筒通过齿轮由电动机带动低速转动, 燃料和干
燥剂 （ 热空气 ） 从一端进入圆筒, 在圆筒内煤被干燥, 打碎并研磨成
粉, 随后被干燥剂从另一端带出 。
低速磨 主要有普通筒式钢球磨、双进双出筒式钢球磨
1/9
双进双出 钢球磨 (低速磨 )
双进双出筒式钢球磨 圆筒
两端的空心轴内有一空心圆
管, 圆管外装有螺旋输送装
置 。 两端的空心轴既是热风
和原煤的进口, 又是煤粉气
流混合物的出口 。 从而形成
两个相互对称又彼此独立的
磨煤回路的两个回路, 同时
使用时磨煤机出力最大；也
可以单独使用一个, 这时可
使磨煤出力降至 50％ 以下
? 轴颈内带热风空心管
? 轴颈内无热风空心管
2/9
n 过小, 筒内钢球与煤靠
与筒壁的摩擦力带上去, 形
成一个斜面, 然后沿斜面滑
落
钢球磨筒体最佳转速 nzj
n 处于上述两者之间, 钢球被带到一定高度, 沿抛物线落下, 钢球对
筒底的煤发生强烈撞击作用, 辅以研磨
磨煤作用最大时的转速称为最佳工作转速 nzj 经验表明,
nzj =（ 0.75-0.78） nlj
3/9
没有撞击作用，磨煤效果差。
n 影响磨煤出力和电耗
n 过大, 离心力很大, 球与煤随筒壁一同旋转, 产生这种状态的最低
转速称为临界转速 nlj
钢球磨最佳 通风量
Vtf 过小 筒内风速过小, 出口端钢球能量没有被充分利用,
只能带出的少量的细煤粉, 磨煤出力下降, 单位磨煤电耗大
Vtf 过大 筒内风速过大, 磨煤机出口煤粉过粗, 粗粉分
离器回粉量增大, 通风电耗增大
zj
tfV
最佳通风量 磨煤和通风电耗之和最小时的通风量,
的大小与煤的种类, 煤粉细度, 筒体容积及钢球充满
系数等有关 。
zjtfV
zjtfV
4/9
Vtf 直接影响燃料沿筒体长度的分布和磨煤出力
钢球磨出力
磨煤出力 Bm 在电耗一定并保证所需的煤粉细度的条件下, 磨煤
机在单位时间磨制的煤粉量 。 由磨煤机的结构尺寸, 被研磨的燃料特
性以及磨煤机的运行状况确定
5/9
干燥出力 Bg 在单位时间内将煤由原有水分干燥到所要求的煤粉水
分对应的煤粉量 。 由磨煤机的干燥条件确定
对高水分和较软的煤, Bm>Bg,而对于干和硬的煤, 则 Bg >Bm
磨煤机的运行出力 （ 具有一定细度和干燥程度的煤粉流量 Bm=Bg） 可以通
过调节进入磨煤机的干燥剂流量和温度来实现
钢球磨 特性
磨煤的单位电耗 Em 取决于磨煤出力 Bm 和消耗的电网功率 Ndw
kg/kJ,BNE
m
dw
m ?
筒体和钢球的质量比其中的燃料大许多倍, Ndw 主要消耗在
转动筒体和升举钢球上, 与磨煤出力 Bm 几乎无关
Em 随出力 Bm 的降低而增高, 在低负荷下运行不经济
钢球磨特性,结构简单, 对煤种适应性强, 出力大, 运行可靠；
但初投资大, 对锅炉负荷适应性差；单位电耗大, 噪音大
6/9
双进双出 钢球磨的特点
双进双出钢球磨可扩大钢球磨的负荷调节范围
双进双出钢球磨煤机响应锅炉负荷变化的时间非常短, 有利于低挥发分
煤的稳燃 其出力不是靠调整给煤机来控制, 而是靠调整一次风量控制 。
加大一次风阀门的开度, 风量及带出的煤粉流量同时增加, 因此, 在任何
负荷下, 煤粉浓度变化不大, 且煤粉细度降低
双进双出钢球磨煤机设有微动装置 磨煤机在停机或维修操作时以额
定转速的 1／ 100转速旋转, 可使筒内存煤及时散热防止自燃 。 故短时间停
机时不必将筒内的剩煤排空
双进双出钢球磨煤机应用检测制粉噪声或进出口差压的方法来控制筒内
的存煤量
双进双出钢球磨煤机保持了钢球磨煤种适应性广等所有优点, 同时大大
缩小了体积, 降低了磨煤机的能耗, 增强了适应锅炉负荷变化的能力
7/9
中 速 磨
原煤 经落煤管进入两组相对运动的碾磨件
之间，在压紧力的作用下被挤压、研磨成粉，
被甩至四周风环处。
8/9
中速磨 主要有盘式中速磨 （ 辊 -盘式 ）,
碗式中速磨 (辊 -碗式 RP,HP型 ),环式中速
磨 (辊 -环式 MPS型, 球 -环式 E型 )
热风 经风环进入磨煤机，对煤粉进行干燥
并将煤粉带入粗粉分离器进行分离，不合格的
煤粉返回磨煤机重磨，细粉则送出磨外。
中速磨布置紧凑，投资省，单位电耗小,
适宜变负荷运行； 但结构复杂,不宜磨水分太
大及太硬的煤种
高 速 磨 (风扇磨 )
高速磨 由叶轮, 带护甲的蜗壳和粗粉分离器组成, 装有冲击板的叶轮由电
动机带动高速旋转 。 原煤和干燥剂一起被吸入磨煤机内, 煤被转动的冲击板
打碎, 甩到护甲上再次被撞击成煤粉, 在风机压头的作用下由干燥剂携带经
粗粉分离器带出 。
高速磨结构简单, 金属耗量小, 负荷适应能力强, 特别适宜磨水分高的煤
种； 但部件磨损大, 不宜磨制较硬的煤种
9/9
钢球磨中储式制粉系统 有 热风送粉 和 乏气送粉 两种
1/8
钢球磨中储式热风送粉系统
空气经 送风机 → 空预器 → 一次
风机 → 一次风箱 → 混合器 （热气
与煤粉） → 一次风喷口
乏气经 细粉分离器 → 排粉机 →
乏气风箱 → 三次风喷口
适用无烟煤、贫煤及劣质煤
1-原煤仓； 4-给煤机； 7-钢球磨；
8-粗粉分离器； 9-排粉机； 10-
一次风箱； 12-燃烧器； 14-空预
器； 15-送风机； 17-细粉分离器；
21-煤粉仓； 22-给粉机； 23-混
合器； 24-乏气风箱； 25-三次风
喷口； 28-一次风机； 31-再循
环管
钢球磨中储式乏气送粉系统
2/8
1-原煤仓； 4-给煤机； 7-钢球
磨； 8-粗粉分离器； 9-排粉机；
10-一次风箱； 12-燃烧器；
14-空预器； 15-送风机； 17-
细粉分离器； 21-煤粉仓； 22-
给粉机； 23-混合器； 28-一次
风机； 31-再循环管
乏气经 细粉分离器 → 排
粉机 → 一次风箱 → 混合器
（乏气与煤粉） → 一次风
喷口
适用于烟煤等挥发分含
量高的煤种
钢球磨中储式系统再循环管
再循环管 将部分磨煤乏气从排粉风机后返回到磨煤机，然后再
回到排粉风机进行循环
再循环风 温度低，既可以调节磨煤机入口干燥剂的温度，又能
增加磨煤的通风量，并能兼顾燃烧所需一次风的要求，从而 协调磨煤、
干燥和燃烧三方面所需的风量
燃用挥发分高而水分不大的烟煤 要求磨煤通风量大，但干燥风量
小或干燥剂温度低，出现磨煤、干燥和燃烧所需风量的矛盾
运用再循环风,既可降低磨煤机入口干燥剂的温度，增加磨煤通风
量，又能兼顾燃烧所需一次风的需要
3/8
中速磨直吹式负压系统
排粉风机装在
磨煤机出口，整
个系统在负压下
运行
煤粉不会向外
泄漏，对环境污
染小
漏风大，排粉
风机磨损严重，
效率低，电耗大，
系统可靠性差。 4-磨煤机； 6-次风箱； 10-送风机； 12-空预
器； 15-排粉风机 4/8
中速磨直吹式制粉系统 有 正压 和 负压 系统； 正压系统 又有 热一次风
和 冷一次风 系统
中速磨直吹式正压热一次风系统
正压系统,一次风机布置在
磨煤机之前, 系统处于正压状
态下工作
无漏风；叶片磨损小
煤粉易外泄, 系统需设专门
的密封风机
热一次风系统,配置二分仓
回转式空预器 。 一次风机布置
在空预器与磨煤机之间, 输送
的是热空气
空气温度高, 比容大, 风机
体积大, 电耗高, 易发生高温
侵蚀, 运行效率及可靠性低
4-磨煤机； 6-次风箱； 10-送风机； 11-
热一次风机； 12-空预器； 19-密封风机
5/8
中速磨直吹式正压冷一次风系统
冷一次风系统,配置
三分仓回转式空预器。
一、二次风各自由单独
风机输送，风机处于空
预器之前，输送的是干
净的冷空气
空气温度低，比容小，
风机体积小，电耗低，
效率高；高压头冷一次
风机可兼作密封风机，
简化系统；热风温度不
受一次风机的限制，可
满足磨制较高水分煤种
的要求。
6/8
4-磨煤机； 6-次风箱； 10Ⅰ - 一次风
机； 10Ⅱ -二次风机； 12-空预器
高速磨直吹式系统
（ a） 热风干燥； （ b） 热风 -炉烟干燥
l-原煤仓； 3-给煤机； 4-下行干燥管； 5-磨煤机； 6-煤粉
分离器； 7-燃烧器； 8-二次风箱； 9-空预器； 10-送风机；
12-抽烟口； 13-混合器
7/8
? 磨制烟煤和水
分不高的褐煤
采用热风作为
干燥剂
? 磨制高水分的
褐煤
采用热风掺炉
烟作为干燥剂
两种制粉系统的比较
直吹式系统 系统简单, 设备部件少, 管路短, 阻力小, 初投资和
系统的建筑尺寸小, 输粉电耗较小；但磨煤机的工作直接影响锅炉的运
行, 锅炉机组的可靠性相对低些
8/8
储仓式系统 设有煤粉仓, 磨煤机可一直维持在经济工况下运行, 磨
煤机的工作对锅炉影响较小, 系统的可靠性高；但系统复杂, 设备部件多,
初投资及运行费用高
锅炉负荷变动时
? 储仓式系统 调节给粉机转数改变煤粉量, 既方便又灵敏；
? 直吹式系统 从改变给煤量开始, 经过整个系统才能改变煤粉量, 惰
性较大
第四章 燃烧过程的理论基础
化学反应速度
? 化学反应速度
固体燃料的燃烧
? 煤燃烧的四个阶段
? 煤和煤粉的燃烧特点
煤粉气流的着火与燃烧
? 着火与熄火的热力条件
? 煤粉气流的着火及影响
因素
? 影响反应速度的因素
? 焦碳的燃烧
? 煤粉气流着火热源
? 完全燃烧的条件
化学反应速度 在反应系统单位体积中物质 （ 反应物或生成物 ） 浓度
的变化率, 单位是 mol /（ cm3·s ）
对于反应式
?A＋ ?B → ?G＋ ?H
反应速度为
CA,CB,CG,CH 分别为反应物 A,B和生成物 G,H的浓度,mol/cm3
α, β, γ, δ 分别为相应的化学计量系数
)14(dtdC1dtdC1dtdC1dtdC1w HGBA ?????????????? ?
燃烧反应是一种发光放热的高速化学反应，同时伴随各种物理过程
均相燃烧 燃料和氧化剂物态相同，如气体燃料在空气中燃烧
多相燃烧 燃料和氧化剂物态不同，如固体燃料在空气中燃烧
化学反应速度
1/1
均相反应质量作用定律
质量作用定律 反映浓度对化学反应速度的影响
对于均相反应, 在一定温度下, 化学反应速度与参加反应各反
应物浓度乘积成正比, 各反应物浓度的幂指数等于其相应的化学
计量系数
1/4
对反应 ?A＋ ?B → ?G＋ ?H 质量作用定律可用下式表示
式中,k 为反应速度常数，表示单位物质浓度时的反应速度
)34(CkCw BA ?? ?? ?
在温度不变的情况下，反应物的浓度越高，分子的碰撞机会
越多，化学反应速度就越快。
多相反应质量作用定律
2/4
多相燃烧反应 在固体表面进行, 固体燃料浓度不变 （ CA=常
数 ）, 故多相反应速度 w是指在单位时间, 单位表面上反应物
（ 气相 ） 浓度的变化率
式中 fA－单位容积 两相混合物中固相物质的表面积；
CB－ 气相反应物质的浓度
???? BAB Ckf
dt
dCw
阿累尼乌斯定律
阿氏定律 反映温度对化学反应速度的影响
反应物浓度不变时, 反应速度常数 k 随温度变化的关系
式中 k0－ 频率因子, 近似为一常数
R,T,E － 通用气体常数, 热力学温度, 活化能
)44(ekk RT
E
0 ??
? ?
3/4
活化能 E 能够破坏原有化学键并建立新化学键所必须消耗的能量,
具有活化能的分子为活化分子 。 活化能 E与反应物种类有关, 挥发分含量
小的煤, E大
在一定的温度下, 活化能 E越大, 则反应速度常数 k值越小, 反应速率
越小；而在一定的活化能 E下, 温度越高, 则反应速度常数 k值越大, 反
应速率越大
压力对反应速度的影响
在反应容积不变的情况下, 反应系统压力增高,
就意味着反应物浓度增加, 化学反应速度增加
)64(pw n ?? ?
4/4
煤燃烧过程的四个阶段
预热干燥 煤被加热至 100℃ 左右, 煤粒表面及煤粒缝隙间的水被逐渐
蒸发出来 。 大量吸热
1/1
挥发份析出并着火 温度升至一定值, 煤中挥发分析出, 同时生成焦
碳 （ 固定碳 ） 。 挥发分的释放量及成分主要取决于升温速度 。 不同的煤,
开始析出挥发分的温度不同, 达到一定温度, 析出的挥发分就着火, 燃烧 。
对应的温度称煤的着火温度, 不同煤的着火温度不同 。 少量吸热
燃烧 挥发份 首先 燃烧造成高温, 包围焦炭的挥发分基本烧完且燃烧
产物离析后, 碳开始着火, 燃烧 。 大量放热
燃尽 残余的焦炭最后燃尽, 成为灰渣 。 少量放热
上述各阶段实际是交叉进行的；其中着火和燃尽是最重要的两个阶段,
着火是前提, 燃尽放热是目的
焦碳的燃烧反应
附加反应 C 及 C O 与空气中的水蒸汽产生的反应
C + H2 O →C O + H 2
C + 2 H2 O →C O 2 + 2 H2
CO + H2O → C O 2 + H2
1/6
一次反应 在一定温度下，碳和氧的化学反应可能有两种
C + O2 → C O2 C + O2 → C O
2
1
二次反应 一次反应的生成物 CO2,CO与初始反应物碳和氧
再次发生反应
C + C O2 → 2 C O C O + O2 → C O2
2
1
焦碳燃烧的动力学特性
2/6
氧气从外界扩散到炭粒周围,氧气通过灰
壳的阻力，到达炭粒的表面；
氧气吸附在炭粒表面；
高温下，炭粒和氧进行化学反应,生成
CO2和 CO，同时不可燃物生成灰渣（灰壳的
一部分）；
焦碳燃烧按下述程序进行
燃烧产物（ CO2和 CO）从炭粒表面上解吸析；
燃烧产物通过灰壳阻力向外扩散,其中 CO2直
接扩散在周围空气中,CO在扩散过程中遇氧气
又变成 CO2,然后再向远处空气中扩散
焦碳燃烧的动力学特性
焦碳的燃烧反应速度的影响因素 可以是化学的 （ 反应物的
吸附作用, 化学反应本身, 或生成物的脱附作用 ） ；也可以
是物理扩散的 （ 反应物或生成物向容积气相或颗粒气孔内的
气相的扩散 ）
焦碳的燃烧反应速度 取决于上述连续过程中最慢的某一个
阶段, 氧向碳粒表面的扩散或在碳表面发生的化学反应
3/6
碳的燃烧反应速度
焦碳的燃烧反应速度 取决于温度, 焦碳颗粒尺寸, 氧气浓度, 环境压
力和气体与焦碳颗粒之间的相对速度等
式中,mp― 焦碳颗粒质量；
ρ p― 焦碳粒颗密度；
P ― 压力；
χ 02― 氧气浓度；
d ― 焦碳颗粒的直径；
k ― 焦碳颗粒的反应速率常数
)74(Pdkdtdm 022Pp ?????? ?
4/6
碳的燃烧反应速度
5/6
反应速度常数 k 取决于碳粒表面的化学反应速度常数 kC 和氧的扩散速
度常数 kD
)84(k/1k/1 1k
DC
??? ?
其中
)94()RT Ee x p (Ak
PC
??? ?
)104(d R TD37.2k
aD
??? ?
式中 A 为反应前置系数； R 为通用气体常数
d 为碳粒直径；
D 为氧气扩散系数；
? 为 化学当量因子 。 若主要产物是 CO2,则 ?等于 1；若主要产物
是 CO,则 ?等于 2；
TP,Ta 分别为碳粒温度和边界层中气体平均温度
燃烧反应区域
6/6
动力区 燃烧反应的温度不高,kC很小,kD非常大，焦碳燃烧处于
化学动力控制下,反应速率常数 k=kC
燃烧反应速度 w 取决于碳粒表面的化学反应速度,是随温度的升高按
指数增大。 强化燃烧的措施是提高反应系统的温度
扩散区 燃烧反应温度较高,kC非常大,kD很小，焦碳燃烧处于扩
散控制下,反应速率常数 k=kD
燃烧反应速度 w 取决于氧气向碳粒表面的扩散速度。 强化燃烧的措
施是强化扰动，减小煤粉颗粒
过渡区 动力区与扩散区之间区域,强化燃烧的措施是 同时提高炉膛
温度和扩散速度
根据燃烧条件的不同，可将多相燃烧分为三种不同的区域
煤的燃烧特点
煤中含有水分 煤的燃烧过程中, 水蒸气很易和 C及 燃烧
产物 CO作用, 生成 CO2和 H2,H2再与 CO或 CO2反应 。 这种催化作
用, 使燃烧反应更加复杂并改变化学反应速度
1/2
煤中含有挥发分 挥发分对煤的着火燃烧有利；但另一方面,
挥发分析出燃烧, 消耗了大量氧气, 并增加了氧气向煤粒表面
的扩散阻力, 使燃烧过程的初期焦碳的燃烧速度下降
煤中含有矿物杂质 在燃烧过程会生成灰, 灰层包裹着碳粒,
会妨碍氧向碳粒表面的扩散, 或使碳粒反应表面减少, 使燃烧
难以进行, 燃尽困难
煤是一种多孔性物质 它受热时产生的水蒸气和挥发分, 不
但向煤粒表面四周的空间扩散, 而且还会向煤粒的内部空隙扩散
煤粉的燃烧特点
锅炉燃用煤粉的颗粒很小 （ 30～ 100μm）, 炉膛温度又很高, 煤粉在炉
膛中的加热速度可以达到 （ 104℃ /s或更高 ）, 总的挥发分释放时间小于
1秒, 而且挥发分很快地由炭粒表面逸出
2/2
煤粉快速加热时,煤中 挥发分的含量和成
分 都与慢速加热的挥发分常规测试方法不同
煤粉快速加热时,挥发分析出、着火和碳
的着火燃烧几乎是同时的,其中极小的煤粉
甚至可能先着火燃烧
煤燃烧的四个阶段不明显，挥发分析出过
程几乎延续到燃烧的最后阶段
煤粉快速加热时,焦碳在孔隙结构方面 与
慢速加热有很大差别 煤粉火焰中挥发分的析出曲线
煤粉气流的着火 由缓慢的氧化状态转化到快速的燃烧状态的瞬间过程
称为着火，转变时的瞬间温度称为 着火温度
着火和熄火的热力条件
1/3
)134()TT(FQ b2 ???? ?
? 燃烧过程中向周围介质的散热量 Q2为
式中 V,F ― 分别为 煤粉空气混合物容积和燃烧室壁面面积
α ― 混合物向燃烧室壁面的综合放热系数
T,Tb ― 分别为 反应系统温度和燃烧室壁面温度
)124(QVCekQ rnORT/E01 2 ?? ? ?
? 燃烧室内煤粉空气混合物燃烧时的放热量 Q1为
煤粉气流着火、熄火的热力条件
煤粉气流燃烧时要放出热量, 同时又向周围介质散热 。 这两个互相矛盾
过程的发展, 可能使燃烧过程发生 （ 着火 ） 或者停止 （ 熄火 ）
煤粉气流的 着火温度
放热曲线 Q1是一条指数曲线, 散热曲线 Q2接近于直线
2/3
点 2对应的温度即为着火温度 Tzh
Tb=Tb1（ 很低），散热线
与 Q1 交点 1为稳定平衡点，煤粉处于 低温缓慢氧化状态
2Q?
2Q?
Tb=Tb2,散热线
与 Q1 交点 2为不稳定平衡点，只要稍增
加系统的温度,Q1 > Q2,反应将自动加速过
渡到点 3高温稳定平衡点，此时，只要保证煤
粉和空气的不断供应，最后将稳定在高温燃
烧状态
2Q?
2Q?
煤粉气流的 熄火温度
? Tzh, Txh是在一定测试条件下的相对特
征值,Txh大于 Tzh。
? 强化着火的措施
在散热条件不变的情况下，增加可燃混
合物的初温、浓度和压力，加强放热
在放热条件不变时，提高燃烧室的保温，
减少放热
3/3
Tb=Tb2、强化散热，散热线
与 Q1 交点 4为 不稳定平衡点，只要反应系统温度稍降低,Q1 < Q2,
反应系统温度急剧下降过渡到点 5低温稳定平衡点，此时，煤粉只能产生
缓慢地氧化，而不能着火和燃烧，从而使燃烧过程中止（熄火）
点 4对应的温度即为熄火温度 Txh
2Q??
2Q??
煤粉气流的着火热源
1/2
煤粉气流着火热源 煤粉气流卷吸回流的高温烟气；火焰、炉墙等对煤粉
的辐射
)164()TT(r4)TT(ar4ddTcr34 4m4h02my2mm3 ???????????? ?
式中,r,?m,c ― 分别为煤粉半径 (m),密度 (kg/m3)和比热 (J/(kg·℃ ))；
Tm,Th― 分别为煤粉气流温度 (K),火焰温度 (K)
Ty — 回流烟气温度 (K)
τ ― 煤粉加热时间 (s)；
a ― 烟气对煤粉的对流放热系数, (W/(m2·℃ ))；
? ― 煤粉和周围介质的系统黑度；
右边第一项是高温回流烟气的对流热；第二项是火焰、炉墙等的辐射热
煤粉的加热方程式
2/2
煤粉气流的着火热源
细煤粉温升比粗煤粉快得多；
煤粉气流的着火主要是靠高温回
流烟气的加热
煤粉气流由初温 T0加热到着火温度 Tz 所需时间 τz 分别为
? 辐射为主要热源（曲线 2）
)194()TT(T3 cr 0z4
h0
mz ??
?
??? ?
)184(TT TTlna3 cr
zy
0ym
z ??
???? ?
? 高温回流烟气对流为主要热源（曲线 1）
煤粉气流 着火热
? ?
? ?? ? ? ?? ? )204(1 0 0Tc2 5 1 0
M1 0 0
MM
1 0 0Tc2 5 1 0
1 0 0
M
B
TT
1 0 0
M1 0 0
c
1 0 0
q1 0 0
crVBQ
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zhq
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r
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?
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????
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?
式中 Br― 每台燃烧器的燃料消耗量, kg/h
?r― 燃烧器送入炉内的空气所对应的过量空气系数
rl― 一次风量占炉膛出口相应总风量的百分比；
c1K, Cq, cd ― 一次风, 蒸汽及煤的比热, J/Nm3·K）
Mar,Mmf ― 煤的收到基水分, %,煤粉的水分, %
Tzh― 着火温度, K
T0― 煤粉一次风气流初温, K
1/5
煤粉气流的着火热 为将煤粉气流加热到着火温度所需的热量
对于热风送粉,煤粉气流的着火热为
? ?
? ?? ? ? ?? ? )204(1 0 0Tc2 5 1 0
M1 0 0
MM
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????
????
?
?
??
?
? ?
?
?
??
?
? 第一项为加热煤粉和一次风所需热量
? 第二项为煤粉中水分蒸发、过热所需热量
2/5
煤粉气流 着火热
煤特性、散热条件及初
温对着火的影响
燃料的性质
挥发分含量 Vdaf 小； 水分, 灰分含量高； 煤粉细度大, 则煤粉
气流着火温度提高, 着火热增大, 着火所需时间长, 着火点离
开燃烧器喷口的距离增大
3/5
炉内散热条件
减少炉内散热, 有利于着火 。 敷设卫燃带是稳定低挥发分煤着
火的有效措施, 但需预防结渣
煤粉气流的初温
提高初温 T0 可减少着火热 。 燃用低挥发分煤时应采用热风送粉
制粉系统, 提高预热空气温度
一次风量、一次风速
对着火的影响
一次风量 V1 （ V0 ?r γ1 ）
? V1过大, 着火热增加, 着火延迟
? V1过低, 燃烧初期由于缺氧, 化学反应速度减慢, 阻碍着火继续扩展
? V1在最佳值范围内选取 （ P80表 5-4和 P88表 5-7 ）
4/5
一次风速 w1
? w1过高, 通过单位截面积的流量增大, 降低煤粉气流的加热速度, 着
火距离加长, 着火推迟
? w1过低, 燃烧器喷口易烧坏, 煤粉管道堵塞
? w1在最佳值范围内选取 （ P80表 5-5和 P88表 5-7）
锅炉负荷 D
? D降低, 煤耗量 B 相应减少, 水冷壁总的吸热量 Q 也减少, 但减
少的幅度较小, 故 Q/B反而增加, 炉膛平均烟温及燃烧器区域烟温
降低, 对煤粉气流着火不利, 当锅炉负荷降到一定程度时, 会危及
着火的稳定性, 甚至可能引起熄火
锅炉的负荷对着火的影响
5/5
? 着火稳定性条件限制了煤粉锅炉负荷的调节范围 。 一般在没有
其他稳燃措施条件下, 固态排渣煤粉炉只能在高于 70% 额定负荷下
运行
煤粉气流完全燃烧的条件
1/3
? 最佳 应使 (q2 + q3 + q4)为最小
通过燃烧调整试验确定，并在运行
中尽量保持该值
???
对烟煤，可取 =1.15
对无烟煤、贫煤，可取 =1.2
???
???
? 值影响 q2,q3 和 q4
在一定范围内 减小,q2 降低，
但 q3, q4 会增加
???
???
供应充足而适量的空气量 α
炉膛出口过剩空气系数 可代表空
气量对燃烧过程的影响 ?
??
煤粉气流完全燃烧的条件
保证足够的炉膛温度
? 炉温高, 着火快, 燃烧速度快, 燃烧过程便进行得猛烈, 燃烧也
易于趋向完全
? 炉温过高, 不但会引起炉内结渣, 也会引起水冷壁的膜态沸腾
? 炉温在 （ 1000～ 2000℃ ） 范围内比较适宜
?
2/3
促进燃料与空气充分混合
煤粉完全燃烧应使煤粉和空气充分扰动混合 。 要求燃烧器的结构
特性优良, 一, 二次风配合良好, 炉内空气动力场均匀
保证足够的停留时间 τ
煤粉在炉内的停留时间 τ 煤粉自燃烧器出口至炉膛出口所
经历的时间
? τ过小,由于煤粉至炉膛出口处还没有烧完，但炉膛出口后温
度降低会使燃烧基本停止，造成燃烧热损失增大；同时引起炉
膛出口处过热器超温和结渣
? τ 取决于炉膛容积热强度、炉膛截面热强度和锅炉运行负荷
煤粉气流完全燃烧的条件
3/3
第五章 煤粉炉与燃烧设备
煤粉炉的炉膛
? 炉膛的作用与型式
煤粉燃烧器
? 燃烧器的作用与要求
? 燃烧器的类型与布置
? 煤粉火炬的稳燃技术
W型火焰燃烧方式
? W型火焰炉膛结构
? W型火焰燃烧方式的特点
燃烧污染物的控制方法
? N0X,S0X的控制技术
炉膛是燃料燃烧和热交换 （主要是辐射能交换） 的场所
? 保证燃料燃烧完全 （燃料在炉膛内有足够的停留时间）
? 布置合适的受热面、合理组织炉内热交换 满足锅炉容量的要求；同
时使烟气到达炉膛出口时被冷却到使其后的对流受热面不结渣和安全工
作所允许的温度
? 炉膛出口的 NOX和 SOX等排放量应符合环保要求
? 炉膛结构紧凑，金属耗量少、；制造、安装、检修方便
煤粉炉炉膛的作用
1/2
影响炉膛设计的主要因素
燃料特性、燃烧方式和排渣方式
煤粉锅炉炉膛型式
炉膛及燃
烧器
布置方式
Π型炉
切向燃
烧
半开式
Π型炉
切向燃烧
Π型炉
对冲（交错）
燃烧
Π型炉
前墙燃
烧
W型炉
W燃烧
炉膛
型式
排渣方式 固态 液态 固态 固态 固态
燃烧器
型式
直流式
直流式
旋流式
旋流式
旋流式
直流式
2/2
燃烧器的作用与要求
1/2
燃烧器的作用是将燃料与燃烧所需空气按一定的比例, 速
度和混合方式经喷口送入炉膛
? 保证燃料与空气充分混合、及时着火、稳定燃烧和燃尽，
燃烧效率较高
? 能形成良好的炉内空气动力场，火焰在炉内的充满程度好，
且不会冲墙贴壁，避免结渣
? 有较好的燃料适应性和负荷调节范围
? 能减少 NOX的生成，减少对环境的污染
? 结构简单，流动阻力较小
进入煤粉炉燃烧器的空气不是一次集中送进的, 按对着火,
燃烧有利而合理组织, 分批送入, 按作用不同, 可分为三种
一次风 携带煤粉送入燃烧器的空气。主要作用是输送煤粉
和满足燃烧初期对氧气的需要
通过燃烧器的空气
2/2
二次风 待煤粉气流着火后再送入的空气。二次风补充煤粉继
续燃烧所需要的空气，并起气流的扰动和混合的作用
三次风 对中间储仓式热风送粉系统，为充分利用细粉分离器
排出的含有 10%～ 15%细粉的乏气，由单独的喷口送入炉膛燃烧，
这股乏气称为三次风
燃烧器的类型与布置
直流燃烧器
? 直流射流
? 直流燃烧器的类型
? 直流燃烧器的布置
旋 流燃烧器
? 旋流射流
? 旋流燃烧器的类型与布置
1/1
1-喷口； 2-核心区；
3-边界层； 4-外边界；
5-内边界； 6-源点；
7-扩展角； 8-速度分布
等温自由射流的结构特
性及速度分布
WH=0,CH=0,TH>T0
直流射流空气动力特性
湍流自由射流 是直流燃烧器各喷口以较高的初速 （ Re≥105） 和一
定的浓度, 射入尺寸很大的炉膛空间 （ 炉膛内充满高温, 静止介质
（ 烟气 ）, 煤粉浓度为零 ） 的煤粉气流
湍流自由射流 除了做整体运动外, 流体微团还具有纵向脉动和横
向脉动, 后者对对热质交换起着重要作用
1/5
W0
C0
T0
1-喷口； 2-核心区；
3-边界层； 4-外边界；
5-内边界； 6-源点；
7-扩展角； 8-速度分布
WH=0,CH=0,TH>T0
直流射流空气动力特性
2/5
射流（煤粉气流）自喷口喷出后，沿着轴线方向运动，其边界上的流体
微团不断与周围介质发生热质交换和动量交换，将部分周围高温、静止介
质卷吸到射流中来，并随射流一起运动
射流横断面不断扩展,流量 Q增加； 煤粉浓度 C下降； 温度 T升高； 轴向
速度 W逐渐减慢,最后射流的能量完全消失在空间介质中
直流射流空气动力特性
3/5
射流核心区 射流中心尚未被周围气体混入，保持初速 w0的区域
湍流边界层 核心区维持初速 w0的边界称为 内边界； 射流与周围气体的
分界称为 外边界。 内、外边界间区域为 湍流边界层,其内为射流本身的流
体以及卷吸进来的周围气体
转折截面 核心区消失，只在射流轴线保持初速 w0的某点对应的截面。
在转折截面前的射流段称为 初始段,在转折截面后的射流称为 基本段
扩展角 射流外边界线的交点称为源点，其交角称为扩展角
1-喷口； 2-核心区；
3-边界层； 4-外边界；
5-内边界； 6-源点；
7-扩展角； 8-速度分布
WH=0,CH=0,TH>T0
直流射流空气动力特性
卷吸量 Q 外边界卷吸的高温烟气量
? 圆形喷口的卷吸量大于矩形喷口；
? 一个喷口分成总面积相等的若干个小喷口，卷吸量是增加的
? 直流 Q＜漩流 Q；直流射流适用于无烟煤，后期混合好
4/5
显然，射流卷吸周围气体越多，衰减较快。
直流湍流自由射流的 卷吸量相对较小，而射流的衰减较慢
射程 L 射流轴向速度 wm与射流初始速度 w0的比值降低到某一不为
零的数值（如 0.05）时的截面与喷口间的距离
射程 反映轴向速度 wm沿射流运动方向衰减的程度，即射流对周围气
体的穿透能力 。直流射程 L>漩流射程 L
射流的刚度 射流组的流动过程
射流在有限空间内，抵抗外界干扰不发生偏离轴线的能力。刚度不够，
射流偏移到炉墙，可能引起结渣；偏向其他射流，会干扰其正常工作
射流的初始动量越大，刚度越大
扩展角 θ
θ 可决定射流的形状及两相邻射流开始混
合点，其位置对煤粉气流着火和氧化剂的及
时补充有很大影响，直流湍流自由射流的 θ
相对较小
直流射流空气动力特性
5/5
直流燃烧器均等配风
均等配风 燃烧器 一, 二次风喷口相间布置, 即在二个
一次风喷口之间均等布置一个或二个二次风喷口, 各二
次风喷口的风量分配较均匀
均等配风 燃烧器 一, 二次风口间距较小, 有利于一,
二次风的较早混合, 使一次风煤粉气流着火后能迅速获
得足够的空气, 达到完全燃烧
1/3
直流燃烧器的一, 二, 三次风分别由垂直布置的一组圆形或矩形的喷
口以直流湍流自由射流的形式喷入炉膛, 根据燃煤特性不同, 一, 二次
风喷口的排列方式可分为均等配风和分级配风
均等配风 适用于燃用高挥发分煤种, 常称为 烟
煤, 褐煤型配风方式
分级配风燃烧器 一次风喷口相对集中布置, 并靠近燃烧
器的下部, 二次风喷口则分层布置, 一, 二次风喷口间保
持较大的距离, 燃烧所需要的二次风分阶段送入燃烧的煤
粉气流中, 强化气流的后期混合, 促使燃料燃烧与燃尽
分级配风燃烧器 一次风喷口高宽比大, 卷吸量大；煤粉
气流相对集中, 火焰中心温度高, 有利于低挥发分煤的着
火, 燃烧
直流燃烧器分级配风
2/3
分级配风 适合于燃用低挥发分煤种或劣质煤, 常称为 无
烟煤和贫煤配风方式
下二次风 防止煤粉离析，避免未燃烧的煤粉直接落入灰斗；托住火
焰不致过分下冲，避免冷灰斗结渣，风量较小
中二次风 是均等配风方式煤粉燃烧阶段所需氧气和湍流扰动的主要
风源，风量较大
上二次风 提供适量的空气保证煤粉燃尽，是分级配风方式煤粉燃烧
和燃尽的主要风源，风量较大
燃尽风 喷口位于整组燃烧器的最上部（三次风喷口之上），送入剩
余 15%的空气，实现富燃料燃烧，抑制燃烧区段温度，达到分级燃烧目
的，有效减少炉内 NOX生成量，有利于燃料的燃尽
周界风 位于一次风喷口的四周，周界风的风层薄；风量小；风速较
高。可防止喷口烧坏，适应煤质的变化
此外, 可布置的二次风还有侧二次风, 中心十字二次风和夹心风等
直流燃烧器各层二次风的作用
3/3
直流燃烧器 四角布置
切圆燃烧方式
切圆燃烧方式直流燃烧器的布置 炉膛四角或接近四角布置，四个角
燃烧器出口气流的轴线与炉膛中心的一个或两个假想圆相切，使气流在炉
内强烈旋转（图 5-6）
1/3
切圆燃烧方式的特点
? 煤粉气流着火所需热量,除依靠
本身外边界卷吸烟气和接受炉膛辐
射热以外,主要是靠来自上游邻角
正在剧烈燃烧的火焰的冲击和加热，
着火条件好
? 火焰在炉内充满度较好, 燃烧后
期气流扰动较强, 有利于燃尽, 煤
种适应性强
?风粉管布置复杂
一次风煤粉气流的偏斜
切圆燃烧方式 实际气流并不能完全沿轴线方向前进, 会出现一定的偏斜,
严重时会导致燃烧器出口射流贴墙或冲墙 。 造成炉膛水冷壁结渣
邻角气流的横向推力 其大小取决于四
角射流的旋转动量矩。其中二次风射流动
量矩起主要作用；一次风射流本身的动量
（刚性）则是维持气流不偏斜的内在因素 。
2/3
增加一次风动量或减少二次风动量, 可
减轻一次风射流的偏斜 。 但一次风速受着
火条件限制, 不能相应提高；而为加强炉
内气流的扰动, 二次风速也不宜降低 。 一,
二次风速推荐值见 P80表 5-5
假想切圆直径 dJX 较大的 dJX可使邻角火炬的高温烟气更易达到下角射
流的根部，扰动更强烈，有利于煤粉气流着火、燃尽； 但 dJX过大，射流
偏斜增大，容易引起水冷壁结渣；炉膛出口较大的残余旋转会引起烟温
和过热汽温偏差
一次风煤粉气流的偏斜
3/3
炉膛和燃烧器的结构特性 燃烧器射
流两侧卷吸烟气形成负压，内侧（向火
侧）夹角 α1大，且有上游邻角气流横扫
过来，补气条件充裕；面向炉墙的一侧
（外侧）夹角 α2小，且需从射流较远处
回流烟气或由射流上下两端来补气，补
气条件很差，射流两侧因此出现压差，
迫使射流偏向压力低的一侧
旋流燃烧器出口气流是一股绕燃烧器轴线旋转的旋转射流
一、二次风用不同管道与燃烧器连接，在燃烧器内一、二次风
通道隔开。 二次风射流均为旋转射流,一次风射流可以是旋转射流,
也可以是直流射流
旋流射流 空气动力特性
1/2
旋流 射流具有比直流射流大得多的扩展角，射流中心形成回流
区，射流内、外同时卷吸炉内高温烟气,卷吸量大
旋流燃烧器适用于 含挥发分较高的煤种
从燃烧 器喷出的气流具有很高的切向速度
和足够大的轴向速度,早期湍动混合强烈
轴向速度衰减较快，射流射程较短,后期
扰动较弱
旋流射流 空气动力特性
旋流强度 n 表征旋转射流旋转程度的特征参数, 随着 n的不同, 旋转
射流有三种不同的流动状态
封闭气流 n 较小,弱旋或不旋，中心没有回流区或回流区较小，回流
区负压小，主射流受到压缩，旋转射流呈封闭状态，其特性接近直流射流
开放气流 n 较大,射流内、外侧的压力差逐渐接近，射流中心形成较
大回流区，延长到速度很低处才封闭，形成开放式的结构
2/2
全扩散气流 n 和扩展角很大,射流外卷吸作用强烈，使外侧压力小
于中心压力，整个射流向外全部张开，外侧回流区全部消失
旋流燃烧器的类型
旋流燃烧器 根据旋流器的结构不同, 旋流燃烧器分为
? 蜗壳式旋流燃烧器 采用蜗壳作旋流器
? 叶片式旋流燃烧器 采用叶片作旋流器
型 式 旋 流 器 一 次 风 二 次 风
蜗壳型
双蜗壳
单蜗壳
叶片 +蜗壳
旋转
直流，带中心扩流锥
经蜗壳旋转
旋转
旋转
经叶片旋转
叶片型 轴向叶片
切向叶片
直流或弱旋
直流或弱旋
旋转
旋转
1/4
旋流燃烧器 的类型
直流蜗壳式 双蜗壳式 轴向可动叶轮式
2/4
旋流燃烧器的布置
旋流燃烧器前墙布置
不受炉膛截面宽, 深比限制,
布置方便, 与磨煤机联接煤粉
管道短
主气流上下两端形成明显的
停滞旋涡区, 炉膛火焰的充满
程度较差, 炉内火焰的扰动较
差, 不利于燃烧后期的扰动和
混合
3/4
旋流燃烧器的布置
燃烧器前后墙或两侧墙布置
两面墙上燃烧器喷出的火炬在炉膛中
央互相撞击后，火焰大部分向炉膛上方
运动，炉内的火焰充满程度较好，扰动
性也较强
若对冲的两个燃烧器负荷不相同，则
炉内高温火焰将向一侧偏移，造成结渣
旋流燃烧器炉顶布置 只在采用 W火焰
燃烧技术的较矮的下炉膛中才应用
4/4
煤粉火炬的稳燃技术
1/8
利用燃烧器的各种结构产生局部烟气的回流，增强对煤粉气流供热能力
? 用饨体产生回流,如钝体燃烧器等；
? 用速度差产生回流, 如大速差同轴射流燃烧器；
? 用叶片产生回流, 如旋流预燃室；
采用各种方法使煤粉气流在进入炉膛之
前进行浓缩分离,浓相 (0.8 ～ 1.2kg煤粉
/kg空气 )处于炉膛内的向火面，有利于着火
和燃烧，煤粉淡相 (0.2～ 0.4kg煤粉 /kg空气 )
处于水冷壁面，可减缓水冷壁遭受煤粉的
冲刷磨损、高温腐蚀和结渣
钝体燃烧器
钝体燃烧器是在直流燃烧器靠近一次风喷口 1出口处安装一个三角形
的非流线形物体 — 钝体 2
? 煤粉空气流经钝体后，在钝体后面 产生一个较大的高温回流区 3
2/8
? 煤粉气流由喷口射出，遇到钝体后，由于煤粉颗粒惯性大，在回流区
边缘附近集聚,形成一个高煤粉浓度区域
? 在钝体的导流下，一次风射流的扩展角显著增大，射流 外边界卷吸高
温烟气的能力有所增加
高浓度煤粉的稳燃作用
3/8
?提高煤粉化学反应速度
?降低煤粉气流着火温度
? 减少 煤粉气流的 着火热
? 增加辐射吸热量
? 降低污染物 Nox的排放
稳燃腔煤粉燃烧器
稳燃腔煤粉燃烧器 由稳燃腔 腔体, 钝体 和煤粉浓淡分离 三角滑块 组成
稳燃腔腔体 腔体使钝体后 回流区封闭,煤粉气流经钝体后一段距离
仍汇合成一股气流，不致改变炉内气体动力场；将钝体置于腔体内，钝体
前腔体有一渐扩段，相对减低了气流的速度，可避免 钝体烧坏，减轻磨损
三角形滑块 一次风直管段中的
三角形滑块可 进行煤粉的浓淡分离，
在燃烧器出口得到所需的煤粉浓相
和淡相进入炉膛燃烧
钝体 置于稳燃腔腔体中，煤粉气流流经钝体后 形成一个回流区,卷
吸炉内的高温烟气加热煤粉气流，强化着火、燃烧
4/8
双通道煤粉燃烧器
原燃烧器 一次风喷口上、下侧各开一个一次风口，形成双一次风通道
两股一次风以贴壁射流形式进入一突扩室,其间形成高温烟气回流,稳
定煤粉的着火和燃烧
5/8
两个一次风喷口两侧壁腰部布置腰部二次风
腰部风全开，可屏蔽一次风形成的高温烟气回流,用于调节煤粉着火点
位置，避免燃烧器两侧壁过热与结渣
双通道煤粉燃烧器
下一次风口两侧各装 1个直径为 Φ6～ 8mm的高速蒸汽射流管
流速可在 0～ 音速之间调节。高速气流产生的强烈回流与一次风射流产
生的烟气回流重合，进一步强化下一次风粉的着火；根据不同煤种对着火
热的要求,通过改变高速蒸汽射流的压力可改变高温烟气回流量。
适用于极难燃煤种。
6/8
双通道煤粉燃烧器是通过改变腰部二次风风量和高速射流蒸汽压力来控
制煤粉着火，达到低负荷稳燃和适应煤种变化的目的
水平浓缩煤粉燃烧器
燃烧器一次风管内采用百叶窗式浓缩器
百叶窗 将一次风在水平方向上分成浓、淡两股气流，百叶窗的最后一级
叶片可调，用来调节煤粉的浓缩比，以满足各种负荷和煤种变化的需要
7/8
燃烧器出口设置钝体和侧面风
钝体 用来形成一定的烟气回流起稳燃作用,侧面风 可保护水冷壁避免高
温腐蚀和结渣
WR燃烧器
煤粉气流通过管道弯头时,受离心力的作用分成浓淡两股,喷嘴中间
的水平肋片将其保持到离开喷口以后的一段距离，形成煤粉浓淡偏差燃烧
8/8
煤粉喷嘴出口处的波纹扩流锥,可在喷嘴出口形成一个稳定的回流区，
将高温烟气不断回流到煤粉火炬的根部，以维持煤粉气流的稳着火
WR 燃烧器又称直流式宽调节比摆动燃烧器, 是一种高浓度煤粉燃烧器
结构简单, 由喷嘴前端板, 波纹扩流锥及喷嘴整体套装而成
一次风喷嘴设有周界风,可避免一次风喷口烧坏； 由于周界风和一次
风首先混合，还可调节一次风煤粉浓度，以适应煤种变化
W型火焰炉膛结构
1/1
W形火焰炉膛 由下部的拱型着火炉膛
（燃烧室）和 上部的辐射炉膛 （燃尽室）
组成。前者的深度比后者约大 80～ 120%
燃尽室前后墙向外扩展构成炉顶拱，
并布置燃烧器,煤粉气流和二次风从炉
顶拱向下喷射，在燃烧室下部与三次风
相遇后，再 1800 转弯向上流经燃尽室炉
膛，形成 W形火焰,
W型火焰燃烧方式的特点
1/3
炉膛温度高
? 煤粉喷嘴出口处于燃烧中心
? 炉顶拱的辐射传热可提供部分着火热，同时
可减少对燃尽室的放热
? 着火区水冷壁敷设卫燃带
较低的 NOx生成量
空气沿着火焰行程逐步加入，易实现分级配风，
分段燃烧 。 可控制较低的过剩空气系数
炉膛内的火焰行程长，增加了煤粉在炉内的
停留时间
W型火焰燃烧方式的特点
烟气中的飞灰含量少
火焰在下部着火炉膛底部转弯 180° 向上流动时，
可使烟气中部分飞灰分离出来
有利于组织良好的着火、燃烧过程
可以采用直流燃烧器或轴向可动叶片旋流燃烧
器，也可采用高浓度煤粉燃烧器
有良好的负荷调节性能
负荷变化时，下部着火炉膛火焰中心温度变化不
大
2/3
适用于无烟煤等低挥发分煤的燃烧
旋风分离式煤粉燃烧器
50％的空气和少量（约占 10％～ 20％）煤粉组成的低浓度煤粉气流 从
旋风分离器上部的抽气管通过燃烧器乏气喷嘴送入炉膛 （三次风）
3/3
50％的空气和 80%以上的煤粉形成的高浓
度煤粉气流 从旋风分离器下部流出，然后垂
直向下通过主燃烧器进入炉膛 （一次风）
调节乏气量是适应煤种变化的一种手段
煤质变差，开大乏气调节挡板，抽出的乏
气量增加，煤粉浓度随之增加，有利于煤粉
气流的着火，燃烧
主燃烧器两侧有高速 二次风 气流同时喷入
N0X,S0X的控制技术
影响 NOx生成的主要因素
? 温度 燃烧过程中, 温度越高, 生成的 NOx量越大
? 过剩空气系数 ? =1.1～ 1.2范围内, NOx的生成量最大, 偏离这个范围
NOx的生成量明显减少
? 燃煤性质 燃煤中的含 N 量越高, 燃烧过程中转化为 NOx也就越多
低 NOx的燃烧技术
主要有 分级燃烧，再燃烧法，浓淡偏差燃烧，低氧燃烧和烟气再循环 等
硫的脱除技术
主要有 煤炭脱硫、燃烧过程脱硫 和 烟气脱硫
对于电站锅炉设备，炉内喷钙脱硫是一种较简便的方法
1/5
分级（空气）燃烧
空气分级燃烧 将燃烧所需的空气分两阶段从燃烧器送入
? 第一级 送入理论空气量的 80%左右, 使燃料在缺氧, 富燃条件下燃
烧, 燃烧速度和炉膛温度降低, 抑制了 Nox 的生成
? 第二级 以二次风形式送入剩余空气, 使燃料在空气过剩区域燃尽,
空气量虽多, 但火焰温度较低, 生成的 NOx也较少
总的 NOx生成量降低
2/5
分级（空气）燃烧的类型
燃烧室中的分级燃烧 主燃烧器上部设
OFA空气喷口
主燃烧器送入约 80%的 空气量（ ? <1），
燃烧器区处于富燃状态； OFA 喷口送入剩余
空气 （燃尽风） （ ? >1），使燃料燃尽
燃烧室沿高度分成富燃区和燃尽区
3/5
燃烧器分级燃烧 二次风分成两部分送入
一部分二次风在煤粉着火后及时送入 (?
<1）,在火焰根部形成富燃区；剩余的二次
风稍迟送入（ ? >1），形成了燃尽区，促进
煤粉燃尽
再燃烧法（燃料分级燃烧）
炉内燃烧分成三个区域
一次燃烧区（主燃烧区） (80～ 85)%的燃料以正常过剩空气系数
（ ??1）配置空气进行燃烧，为氧化性或稍还原性气氛
4/5
再燃烧区（第二燃烧区） 其余 (15～ 20)%的
燃料以再燃燃料（二次燃料）的形式被喷入，形
成富燃料 （ ??1）,还原性气氛。 燃烧生成碳氢
化合物基团，并与一次燃烧区内生成的 NOX 反应,
NOX 被还原为 N2
燃尽区 送入二次风（顶部燃尽风）,保证
燃料燃尽（ ??1）
炉内喷钙脱硫
炉内钙基脱硫剂 — 石灰石（ CaCO3） 石灰石进入炉膛后，受热分解的
CaO和 CO2,CaO与炉内 SO2 反应形成固体 CaSO4，经除尘器脱除
炉内脱硫剂送入位置 炉内温度为 950?1200℃ 范围处，避免 CaSO4在
高温下分解
炉内脱硫剂送入方式
? 从一次风或三次风喷口送入, 脱硫剂在炉内停留的时间较长, 有充分
的反应时间, 但炉内高温区会使部分已形成的 CaSO4分解
? 从炉膛出口附近送入, 温度较适合 CaO与 SO2反应, 生成的 CaSO4也不
会被分解, 但反应时间较短, 可导致反应减缓或终止
5/5
存在的主要问题 烟气中含灰量增加，导致受热面沾污、结
渣与磨损加重；灰中的钙与酸液反应生成不溶于水的 CaSO4，造
成空预器堵塞
第六章 锅炉受热面及工作特点
锅炉蒸发受热面及系统
? 水冷壁结构
? 锅炉水循环系统
? 直流锅炉水冷壁
过热器与再热器
? 过热器与再热器的结构形式
? 蒸汽温度调节
? 热偏差
? 亚临界锅炉蒸汽系统典型布置
尾部受热面
? 省煤器及布置
? 空气预热器的类型
水冷壁的结构
水冷壁 分 光管壁、膜式壁 两种 膜式壁炉膛气密性好,可减少漏风,降
低热损失,提高锅炉效率；有较大的辐射受热面积，可降低受热面金属
耗量；炉墙重量轻，便于采用悬吊结构；可防止管壁超温。
1/2
水冷壁的结构
内螺纹管水冷壁 工质在管内流动时产生强烈的扰动。把液体压向
壁面，强迫汽泡脱离管壁被水带走，破坏膜态汽层。可有效防止膜态
沸腾产生，避免管壁超温。用于炉内高热负荷区域的膜式水冷壁，确
保水冷壁安全可靠。
2/2
自然循环锅炉水循环系统
大容量锅炉沿炉膛周界热负荷分布不
均，水冷壁中间部位较两边高，燃烧器区
域附近热负荷最大，炉膛四角和下部受热
最弱，因此水冷壁吸热不均，造成水循环
故障。为提高水循环可靠性 将水冷壁设计
成若干个独立的循环回路
SG1025/18.1锅炉水冷壁根据炉膛水平
截面热负荷分布曲线共分为 32个循环回路。
前、后、两侧各 6个回路，四个炉角各 2个
回路
1/4
自然循环锅炉水循环系统
后水冷壁上部 常作成一个折焰角,同时拉出
部分管束作为 后墙悬吊管,折焰角以一定的角
度向后上方延伸形成水平烟道，然后垂直向上
形成 排管 与上集箱连接，可增加水平烟道长度，
改善炉膛出口烟气的空气动力特性，增长烟气
流程，强化烟气的混合
水冷壁上部通过上集箱固定在支架上，下部
则悬挂着下集箱,可自由膨胀
燃烧器区域布置 卫燃带,以提高炉膛温度
在四面墙的高热负荷区域 采用了内螺纹管，
以保证水冷壁工作的安全性
2/4
自然循环锅炉水循环系统
来自省煤器的 给水 经 汽包 分别进入 4个
大直径集中 下降管,其下端分别接一个 分
配器,并通过 96根 供水管 与 32个 下集箱 相
连。然后经 32组 648根 膜式水冷壁、折焰角、
后墙水冷壁悬吊管、水平烟道底部、后墙
排管 向上流动，水被逐渐加热形成 汽水混
合物,通过 26个 上集箱 106根 导汽管 被引入
汽包，进行汽水分离
饱和蒸汽 由 18根连接管引入顶棚过热器
进口集箱；
饱和水 留在汽包下部，连同不断送入汽
包的给水一起进入下降管
3/4
4/4
强制循环锅炉水循环系统
4根 大直径集中下降管 从 汽包 底部引出并与 汇
集联箱 连接,3台 循环泵 （一台备用）通过吸入
短管与汇集联箱相连，每台循环泵通过 2根 出水
管 与 环形下水包 （由前、后、左右四侧水包组成）
的 前下水包 连接。 经由 890根 水冷壁管, 5个 上
集箱 和 48根 导汽管,回到 汽包。
循环泵台数与下降管根数不等，下降管中的水
通过汇集联箱分配到各循环泵，可均衡循环泵的
入口流量，有利于提高循环泵运行的可靠性
l-汽包； 2-下降管； 3-汇合联箱； 4-管环泵；
5-循环泵出口阀； 6-循环泵出口管； 7-环形联
箱 （ 下水包 ） ； 11-后墙延伸水冷壁； 12-水冷
壁出口联箱； 13-汽水引出管； 14-折焰角
直流锅炉水冷壁 形式主要有 螺旋管圈型 和 垂直上升管屏型
螺旋管圈型水冷壁
螺旋管圈型水冷壁 由若干根水冷壁组成管带, 沿炉膛四面倾斜上升,
无水平段, 各管带均匀地分布在炉膛四壁, 任一高度上管带的受热几乎完
全相同
螺旋管圈型水冷壁的特点
? 沿炉膛四周热负荷不均匀影响小
? 管圈内工质可保证足够高的质量流速, 以减轻
传热恶化的影响
? 工质焓值较高的管带后段, 可以布置在炉内热
负荷较低区域, 对防止管壁超温有利
? 大锅炉宽管带, 各管间热偏差较大；支吊困难
适用于超临界和亚临界压力, 燃料适应性广
1/4
UP型垂直上升管屏水冷壁
UP型垂直上升管屏 包括一次上升和上升 -上升
一次上升型 （ a） 给水一次流经全部四面墙水冷壁管屏,
没有下降管, 管屏沿高度分为上, 中和下部三个辐射区,
各区段之间设有混合器, 用以消除平行管子间的热偏差
特点：系统简单, 流动阻力小；相邻管屏外侧管间壁温
差较小；可采用全悬吊结构；水力特性较为稳定；但对锅
炉负荷适应性较差, 金属耗量大
上升 -上升型 （ b） 炉膛下部高热负荷区域布置两个串
联回路, 用于提高管内工质质量流速以避免流动异常和传
热恶化
2/4
（ a）（ b）
FW型 垂直上升管屏水冷壁
多次垂直上升管屏 炉膛下部高热负荷区域减小管屏的宽度, 炉外加设
下降管, 形成多次垂直上升；在上部较低热负荷区, 仍采用一次垂直上升
管屏
3/4
FW型垂直上升管屏 为多次垂直上升管屏
多次垂直上升管屏的特点
? 既可保证高热负荷区有较高的质量流速, 达到充分冷却的目的；又可
减少高负荷下水冷壁的流动阻力；同时可避免采用刚度差的小直径管
? 有不受热的下降管, 工质流程长, 系统阻力较大；
? 相邻两屏内工质的含汽率不同, 管间壁温差大, 使各屏热膨胀不同 。
应尽量减少管屏串联的次数
在炉膛折焰角以上采
用垂直上升管屏, 以便
采用全悬吊结构；炉膛
上部热负荷较低, 两相
邻垂直管屏外侧管子的
管壁温差较小, 不至于
造成膜式水冷壁损坏
在炉膛高热负荷区采
用螺旋管圈型水冷壁,
以减小炉内热偏差
直流锅炉水冷壁布置
4/4
对流式过热器和再热器
由蛇形管及进出口联箱组成,可分为 立式, 卧式布置；顺流, 逆流和混
合流连接；顺列, 错列排列
1/3
大容量锅炉对流受热面的主要特点
? 连接管和蛇形管采用 φ 60,φ 63等较大的管径，以增强管子刚性，降低
受热面阻力
? 蛇形管均采用不同管径、不同壁厚的异种钢焊接管，以适应不同热负荷
区域的需要
? 蛇形管多采用顺列排列，管束的外表积灰很容易被吹灰器清除，可有效
防止受热面污染
? 管内工质应保持一定的质量流速，以保证金属管壁得到充分的冷却
半辐射、辐射式过、再热器
布置
? 半辐射式 布置在炉膛出口烟窗处, 称
为后屏
? 辐射式 布置在炉膛上部的前墙和两侧
的前半部或布置在炉膛顶部或悬挂在炉膛
上部靠近前墙处, 分别称为墙式, 顶棚式
和前屏 （ 分隔屏 ）
做成挂屏形式，由 U型管及进出口联箱构成
2/3
1-前墙管； 2,3-两侧墙管
4-上联箱工质引出管
半辐射、辐射式过、再热器
作用
? 改善工质汽温特性；
? 降低锅炉金属耗量；
? 降低炉膛出口烟温,防止排列密集的对流受热面结渣；
? 消除气流的残余扭转，减少沿烟道宽度的热偏差；
大节距的前屏可对炉膛出口烟气起阻尼和分割导流作用
改善受热面工作条件的措施
? 布置在远离火焰中心的炉膛上部；
? 作为低温级受热面；
? 采用较高的质量流速
3/3
锅炉负荷
蒸汽温度与锅炉负荷之间的关系称之为汽温特性, 采用不同传热方
式的过热器与再热器, 汽温变化特性不同
运行中影响汽温的因素
1/8
? 对流受热面 锅炉负荷 D增加, 流经
对流受热面烟速和烟温提高, 工质焓增
升高, 出口蒸汽温度上升, 图中曲线 2
? 辐射受热面 锅炉负荷 D增加, 工质流量和 煤耗量 B相应增加, 炉内
辐射热 Qf 并不按比例增多, Qf /D 减少, 辐射受热面中蒸汽的焓增减
少, 出口蒸汽的温度下降, 图中曲线 1,炉膛出口烟温因此上升
? 采用辐射一对流式受热面, 可获得较
为平坦的汽温变化特性, 减小汽温调节
幅度, 提高机组对负荷变化的适应性
运行中影响汽温的因素
过量空气系数 α
α 增加, 炉膛温度水平降低, 辐射传热减弱, 辐射受热面出口汽温降
低；对流过热器则由于燃烧生成的烟气量增多, 烟气流速增大, 对流传
热加强, 导致 出口过热汽温升高,以后者为主
2/8
给水温度 tgs
tgs降低, 煤耗量 B增加, 炉内烟气量增加, 出口烟温增加, 对流受热
面出口 蒸汽温度因此升高 。 辐射式受热面的出口汽温影响不大
燃料性质
燃煤中的 M和 A增加, 烟气容积增大, 烟速提高；而炉内温度水平降低,
出口烟温升高, 过热器出口汽温升高 。 煤粉变粗时, 煤粉在炉内燃烬时
间增长, 火焰中心上移, 导致汽温升高
受热面污染情况
过热器之前的受热面发生积灰或结渣时, 进入过热器区
域的烟温增高, 过热汽温上升； 过热器本身严重积灰, 结
渣或管内结垢时, 导致汽温下降
运行中影响汽温的因素
3/8
燃烧器的运行方式
摆动燃烧器喷嘴向下倾斜或多排燃烧器从上排喷嘴切换
至下排, 由于火焰中心下移, 会使汽温下降 。 反之, 汽温
则会升高
汽温调节
运行中规定汽温偏离额定值的波动不能超过一 10℃ ～十 5℃
? 汽温过高, 金属的许用应力下降, 危及机组的安全运行；
? 汽温下降,循环热效率降低；再热汽温变化过于剧烈，还会引起汽
机中压缸的转子与汽缸之间的相对胀差变化，汽机振动增大
? 蒸汽侧调节 通过改变蒸汽热焓调节汽温, 主要有喷水减温器
4/8
? 烟气侧调节 通过改变锅炉内辐射受热面和对流受热面的吸热量分
配比例的方法 （ 如烟气再循环, 摆动燃烧器 ） 或改变流经过热器, 再
热器烟气量的方法 （ 如分隔烟气挡板 ） 调节汽温
蒸汽调温的主要方式
喷水减温器是将清洁度很
高的水直接喷入过热蒸汽中
以降低汽温
喷水减温装置通常安装在
过热器连接管道或联箱中
主要有旋涡式, 多孔喷管
式两种
结构简单, 调节灵敏, 易
于自动化, 可靠性高
喷水减温方法
5/8
分隔道挡板
用挡板将尾部烟道分隔成两
个并列烟道, 其一布置再热器,
另一侧布置过热器
6/8
调节布置在受热面后的烟气
挡板开度, 可改变流经两烟道的
烟气量达到调节再热汽温的目的
结构简单, 操作方便但延迟
较大, 挡板宜布置在烟温低于
400 OC 的区域, 以免烧坏
烟气再循环
采用再循环风机从锅炉尾部低
温烟道中 (一般为省煤器后 )抽出
一部分温度为 250～ 350O C的烟气,
从炉膛底部 (如冷灰斗下部 )送回
到炉膛, 用以改变锅炉内辐射和
对流受热面吸热量的比例, 从而
达到调节汽温的目的
7/8
耗电量增大, 风机磨损大 。
国内多用于燃油锅炉
改变火焰中心位置
摆动式燃烧器
燃烧器上下摆动土 20～ 300,炉膛出
口烟温变化约 110～ 140℃, 调温幅度
可达 40～ 60℃ 。 燃烧器上倾角过大会
增加燃料的未完全燃烧损失；下倾角
过大又会造成冷灰斗的结渣
摆动式燃烧器调节再热汽温的同时, 会影响到过热汽温
锅炉在满负荷运行时, 过热汽温和再热汽温均达到额定值, 过热器减温
水量理论上为零；锅炉负荷下降, 再热汽温下降, 燃烧器向上摆动, 过热
汽温随之上升, 需要增加减温水量 。 负荷降到 50％ ～ 60％ 额定负荷时, 过
热器减温水量达到最大
停用各层燃烧器
调温幅度较小, 一般应与其它调温方式配合使用
8/8
热偏差的概念
1/6
令 η q = ； η F = ； η G =
则有
式中,η q, η F 和 η G 分别为吸热、结构和流量不均匀系数
pjp qq pjP FF
)46(GFq ?????? ?
pjp GG
显然, 越大, 偏差管与管组工质平均温度偏差越大, 偏差管易超温 ?
式中,△ hp 为偏差管焓增, △ hp = qpFp/Gp；
△ h0 为管组平均焓增, △ h0 = q0F0/G0
q,F,G 分别为管外壁热负荷, 受热面积及工质流量
热偏差是沿烟道宽度方向并列管子间因吸热不均和工质流量不均引起的
现象, 蒸汽焓增大于管组平均值的管子称偏差管, 热偏差程度用热偏差系
数 φ 表示
)36(hh pjp ????? ?
沿烟道宽度方向烟气速度场和温度场不均匀 炉膛四壁水冷壁的吸热与
粗糙表面使炉壁附近烟气温度及流速远比火焰中心低, 并延伸到对流烟道,
是造成过热器并列管组热力不均的主要原因
烟气侧热力不均（吸热不均）
2/6
烟气走廊 并列过热器管中个别管排间较大的节距形成 。 较大的烟气流
通截面使流阻小, 烟速大, 对流传热强；且具有较大的辐射层厚度, 辐射
吸热增加, 造成热力不均
受热面不同程度的污染
燃烧器负荷不一致, 火焰中心偏斜；炉膛上部或过热器局部地区发生 煤
粉再燃烧
炉膛出口烟气流的残余扭转
各并列管圈进, 出口压降 △ p 取决于进, 出口联箱中压力的变
化, 而后者又取决于受热面的连接方式, Z形连接方式各并列管圈
的 △ p 偏差最大, 多管连接方式最小
△ p大的管圈, 蒸汽流量大, △ p 的偏差造成各管流量的不均
3/6
工质侧水力不均（流量不均）
= =
）（ 76KK
pjpp
ppjpj ?
???
??? ?
pj
p
G
GG?
工质比容 υ 并列管受热不均时, 受热强的管吸热量多, 工质温度
高, 比容 υ 增大, 蒸汽流量减小
管圈的阻力特性 K 与管子的结构尺寸, 粗糙度等有关, 管圈的 K
值越大, 即阻力越大, 流量越小
工质侧 水力 不均（流量不均）
发生热偏差时, 平列管子中吸热量大的管子, 热负荷较高 （ 热负
荷不均匀系数 η q>1）, 工质流量又较小 （ 流量不均匀系数 η G <1）,
故工质焓增大, 管子出口工质温度和管壁温度相应升高
4/6
即使各并列管圈 △ p,K相同, 因受热不均, 工质比容不同也将导
致流量不均, 使热偏差增大
)46(
G
Fq ?
?
???? ? = =
）（ 76KK
pjpp
ppjpj ?
???
??? ?
pj
p
G
GG?
减少热偏差的措施
5/6
运行中确保燃烧稳定；烟气均匀充满炉膛；适时投入吹灰器减少
积灰和结渣，沿炉膛宽度方向速度场和温度场尽量均匀
受热面分级 （ 段 ）
- ＝ （ -1）
在 一定的情况下, -
与 成正比, 将受热面分成多级,
每一级工质的平均焓增 减小,
偏差管出口汽温及管组平均汽温的
偏差就会减小
)86(h p ?? ?ph? pjh? ?
? ph? pjh?
pjh?
pjh?
减少热偏差的措施
受热面各级之间通过中间联箱进行混合；联箱连接管左右交叉, 避免
前一级的热偏差延续到下一级而造成各级受热面热偏差的迭加
采用流量分配均匀的 U形或多管连接方式
采用各种定距装置, 保证受热面节距,
防止在运行中的摆动, 有效地消除管, 屏
间的, 烟气走廊,
根据管圈所处的热负荷 采用不同的管径和
不同壁厚的蛇形管管圈, 均匀各管流量
6/6
为提高再热气温的能力, 再热器向炉膛内移动或靠近, 增强辐射传热
采用摆动燃烧器的蒸汽系统
1/2
提高再热汽温的调节能力, 再热汽温的调节响应特性比较灵敏
再热器高温布置, 与采用烟气挡板调节方式相比, 再热器的受热面
积约减少 65 ％ ；使再热蒸汽流动阻力控制在 0.2MPa以下
大部分过热器向炉膛内移动或靠近, 再热器受热面布置在对流传热较强
的水平烟道后部及尾部烟道中
采用烟气挡板的蒸汽系统
再热器受热面较多
且处于低温烟道, 再
热汽温调节反应灵敏
性较差, 汽温达到稳
定的时间比摆动燃烧
器调温时间略长
2/2
过热器高温布置,
与摆动燃烧器调温方
式相比, 过热器受热
面约减少 25％
省煤器 及布置
省煤器 有铸铁式和钢管式 两种
1/1
钢管省煤器 由蛇形管及进出口联箱组成
? 蛇形管在烟道中垂直于前墙布置（ a）
管子支吊简单，水速较小；但对于倒 U
型锅炉，所有蛇形管靠近后墙部分磨损严
重
? 蛇形管在烟道中平行于前墙布置（ b）
只有后墙附近几根蛇形管磨损较大。但
水速较高,阻力较大
（ a） （ b）
管式空气预热器
管式空气预热器 由多根平行
错列钢管焊在上, 下管板上构
成立方形箱体
空气预热器 有 管式与回转式 两种
1/2
管式空气预热器 中烟气在管
内由上而下纵向流动, 空气从
管外横向流过, 两者成 交叉流
动 。 热量连续地由烟气通过管
壁传给空气
为强化传热, 在箱体水平方向
装有若干 中间管板, 以提高空
气流速
回转式空气预热器 与管式相比结构紧
凑, 外形小, 重量轻, 不易腐蚀 。 但结
构复杂, 漏风量较前者大
回转式空气预热器
回转式空气预热器 中烟气和空气逆向
交替地通过同一蓄热板受热面, 完成热
量的交换 。 若被加热的空气需要不同温
度, 则采用三分仓回转式空气预热器 。
此时, 空气流通区分为一次空气和二次
空气两个通道 。
2/2
回转式空气预热器 分 受热面转动 和 风罩转动； 前者有
二分仓和三分仓二种，后者有单流道和双流道二种
第七章 锅炉受热面烟侧
运行问题
? 水冷壁的结渣
? 省煤器受热面的磨损
? 空气预热器低温腐蚀
水冷壁的结渣
结渣的产生
液态的渣粒在凝固之前冲刷水冷壁或炉墙形成, 结渣是自动加剧过程
1/3
结渣的危害
? 受热面吸热减少, 炉温升高, 水冷壁高温腐蚀；燃烧工况恶化； 燃料消
耗量增加；
? 炉膛出口烟温及排烟温度升高,过热蒸汽超温；降低锅炉出力和效率；
? 大块焦渣自行脱落时可能压灭炉膛火焰, 导致熄火, 并会砸坏冷灰斗水
冷壁管, 造成设备损坏；
? 造成烟通的局部堵塞, 增加烟道阻力和引风机的负荷, 使厂用电增大
水冷壁 管外烟气温度最高，易发生结渣、高温腐蚀及水动力异常
影响水冷壁结渣因素
煤质特性
? 煤灰熔点温度 ST低, 灰粒向水冷壁运动过程中没有凝固, 易形成结渣
? 高灰粘度的煤灰一旦在炉内形成结渣, 会 自动加剧
炉内温度与空气动力场
切圆直径偏大, 火焰偏斜, 贴壁或冲墙形成炉内局部结渣
燃烧器区域壁面热负荷 qrr
qrr较大, 燃烧器区域释放的热量大, 炉温高, 易引起炉内结渣
卫燃带
敷设 卫燃带的炉膛炉温较高, 易在粗糙卫燃带壁面上形成结渣
2/3
水冷壁结渣的防治
选择适当的炉膛热强度及切圆直径； 避免炉内温度过高
组织良好的空气动力场, 避免火焰偏斜, 贴壁冲墙；炉内局部温度过高
保持适当的过剩空气量, 过剩空气量大, 炉膛出口气温升高；过剩空气
量太小, 燃烧不完全, 造成还原性气氛使灰熔点温度降低, 促进炉内结渣
避免锅炉超负荷运行
采用 适当的煤粉细度, 提高煤粉的均匀度
加强运行监视, 及时吹灰, 清渣
? 炉膛结渣, 煤耗量增加, 炉膛出口烟气温度升高, 蒸汽温度升高且减温
水量增大, 锅炉排烟温度升高；
? 炉膛出口结渣时, 炉膛的负压值减小, 严重时甚至会出现正压
3/3
温度较低的尾部烟道, 具有一定硬度和速度的灰粒对管壁产
生的磨损为冲击磨损, 它是冲刷磨损与撞击磨损的综合结果
1/2
省煤器磨损与影响因素
磨损严重部位 倒 U型锅炉尾部烟道靠近后墙部分省煤器蛇形管
影响磨损的主要因素
? 烟气流速 wy 磨损量近似与 wy 的 3.3次方成正比
? 管子的排列方式 烟气横冲错列第二排管子磨损最大
? 灰粒特性与浓度 锐利有棱角, 大直径高比重, 高浓度灰粒磨
损大
? 烟气走廊 烟速高, 磨损大
磨损使受热面管壁变薄 强度下降, 易发生泄露, 爆管
合理选择烟气流速 (表 7-2)
减少烟气中飞灰浓度与烟
速分布不均匀系数
降低煤粉细度 R90
采用膜式或肋片式省煤器
磨损严重部位加装防磨装
置, 如防磨板 a）, 阻流板
b）, 护瓦 c）, d）, 防磨条
e） 等
防磨措施
2/2
低温腐蚀 由于金属壁温低于酸露点, 烟气中硫酸蒸汽凝
结对壁面产生的腐蚀 。 酸露点越高, 腐蚀的范围就越大
低温腐蚀
1/4
烟气酸露点 tld 主要取决于燃料 Szs与 Azs,前者显著提高
tld；后者可减低 tld(7-4式 )
低温腐蚀 造成管子穿孔, 炉内送风不足, 锅炉效率降低；
加重烟道堵灰
低温腐蚀 多发生在空预器冷段
低温腐蚀速度与受热面上凝结的酸浓度以及受热面管壁温度 tb有
关
低温腐蚀机理
2/4
tb 降低, 凝结的酸量先增多后减少；酸浓度下降
凝结酸量越多, 腐蚀越大；酸浓度在 52%～ 56%范围内腐蚀最严重
3/4
低温腐蚀机理
空预器沿烟气流动方向 tb 逐渐降低
D点 随着 tb降低, 凝结酸量增加, tb还较高, w增加, 约在低于烟气
露点 20?45℃ 壁温处 D点, 酸凝结量接近最大, 酸浓度也进入最大腐蚀区,
w达最大值
B点 tb继续下降, 酸凝结量和浓度均下降,
w亦下降, 直到腐蚀最轻点 B,即水露点附近
B点之后 烟气中的 SO2溶解于水生成亚硫酸
溶液, 使金属的腐蚀又急剧增加
壁温在烟气露点以下 20?45℃ 区及水露点以
下为严重腐蚀区，两严重腐蚀区之间存在一个
腐蚀较轻的区域
E点 硫酸蒸汽开始凝结, 酸浓度还很高, 在 80%以上, 但凝结酸量
不多, 故腐蚀速度 w较低
提高空预器冷端壁温 冷端壁温取决于进风温度和排烟温度 。 常用
蒸汽抽汽加热和热风再循环来提高进风温度, 进风温度加热值取决于燃
用燃料的特性
减轻低温腐蚀措施
4/4
空预器冷段受热面采用耐腐蚀材料 采用 玻璃管 或 09铜钢管, 耐腐
蚀的 Corten-A钢, 涂搪瓷 传热元件和陶瓷元件；采用 热管
降低 烟气露点
采用低过量空气系数燃烧, 减少 SO3的生成量, 降低烟
气露点
采用 添加剂氧化镁 （ MgO）, 氧化钙 （ CaO）, 白云石
（ CaCO3 + MgCO3） 喷入燃烧室, 作为吸收剂, 中和烟气中
SO2,降低露点, 并使积灰松软, 便于清除
第八章 锅炉水动力特性与传热
锅炉水动力学基础
? 汽水混合物的流型与传热
? 两相流体的基本参数
自然循环 锅炉的水循环及 计算
? 自然循环的基本概念
? 简单循环回路水循环计算
? 自然循环故障及其可靠性校验
强制流动锅炉
? 控制循环锅炉
? 直流循环
? 复合循环锅炉
? 弹状结构 含汽率 x 增大, 汽泡开始合并成弹状大汽泡, 形成阻力
较小的汽弹
1/4
两相流体的流动结构
? 泡状结构 当汽水混合物中含汽率 x 较小时, 蒸汽呈细小的汽泡,
主要在管子中心部分向上运动
汽水混合物在垂直管中作上升运动
汽、液两相数量，即质量含汽率 x 不断变化；汽、液两相间存在相
对运动；产生汽泡趋中效应
? 雾状结构 当含汽率 x 再增大时, 管壁上水膜变薄, 汽流将水
膜撕破成小水滴分布于蒸汽流中被带走, 汽与水形成雾状混合
物, 称为雾状或液雾结构
两相流体的流动结构
? 柱状结构 含汽率 x 继续增大, 弹状汽泡汇合成汽柱并沿着管
子中心流动, 而水则成环状沿着管壁流动, 形成汽柱状或称水
膜环状流动结构
2/4
两相流体的流动结构
汽水混合物在水平管中流动
在浮力作用下,形成管子上部蒸汽偏多的不对称流动结构。 随着流
速减小，流动结构的不对称性增加。当流速小到一定程度时，形成分
层流动。管子上部与蒸汽接触，管壁温度升高，可能过热损坏；在汽
水分层的交界面处，由于汽水波动，可能产生疲劳损坏
3/4
汽水混合物流速愈小；含汽率愈大；管子的倾角 ?愈小，汽水分层愈
易发生。对自然循环锅炉，管子倾角应大于 30?，以防止发生分层流动
水冷壁管内饱和沸腾可分为核态沸腾和沸腾传热恶化两种工况
水冷壁管内传热
核态沸腾 汽泡强烈扰动, 传热性能良好, 管内壁温度接近于水的饱
和温度, 得到良好的冷却
沸腾传热恶化
? 第一类传热恶化 （ 膜态沸腾 ） 热负荷很高, 管内壁汽化核心急剧增
加, 形成连续的汽膜, 对流放热系数 α2 急剧下降, 管壁得不到液体冷却
超温破坏 。 特性参数为临界热负荷, 对应的 x 为临界含汽率
? 第二类传热恶化 （ 蒸干 ） 热负荷比前者低, 但含汽率很高时 （ 出现
液雾状 ）, 汽流将水膜撕破或因蒸发使水膜部分或全部消失, 管壁直接
与蒸汽接触而得不到液体的足够冷却, 对流放热系数 α2 急剧下降, 金属
壁温 tb 急剧增加造成管子过热而烧坏, 特性参数是工质的界限含汽率
4/4
两相流体的速度
质量流速 单位时间流经单位流通截面的工质质量
??
)38()s.m/(kg,F/G 2 ???? ?
循环流速 w0 上升管开始沸腾处的饱和水的质量流速
式中,G为工质的质量流量； 为容积流量
)48(s/m,'FGw 0 ??? ?
??? /GV
1/4
两相流体的速度
折算速度 假定 蒸汽或水容积占据管子全部截面时的速度
式中,D为蒸汽质量流量
s/m,"FD"w 0 ?? s/m,'F )DG('w 0 ???
混合物速度
)68(s/m,"wwF DF DGF VVFVw 00h ????? ???? ????????? ?
hw
真实速度
)148(s/m,'F DGFV'w ''' ????? ?
)158(s/m,"F DFV"w ""
"
???? ?
2/4
两相流体的含汽率
3/4
容积含汽率 ? 蒸汽容积流量与汽水混合物容积流量之比
)138()1X/1(/1 1VV " ??? ?? ?????? ?
质量含汽率 X 汽水混合物中蒸汽的质量流量与汽水混合
物总质量流量之比
)118('w ""wGDX
0
0 ?????? ?
截面含汽率 φ 蒸汽所占截面与管子总截面之比
上升流动 C<1,φ <β ；下降流动 C>1,φ >β
)178(CwwFF h ??????????? ?
4/4
两相流体的密度
G,Di → X i → β i→ φ i→ ρ i→ h ρ ig（重位压头）
混合物密度 ρ h
? ? )188("''V V"V'VG "'h ?????????????? ?
真实密度 ρ zs
)218(m/kg),(F d h dhFdhF 3zs ?? ???? ???? ??? ?????? ???? ?
自然循环的基本概念
自然循环的工作原理 下降管中水与上升
管中汽水混合物间的重位压头差 使
水在回路中产生环形流动, 又称为水循环
? ?g'h h???
1/2
）（ 408pgHpgH siixjxj ???? ????? ?
简单循环回路压差平衡式 (取向下为正 )
式中 H,Hi ― 下降管的高度 （ 即循环回路
的高度 ） 及上升管各区段的高度, m；
― 下降管中工质及上升管各区
段工质的平均密度, kg/m3；
?Pxj,?Ps― 下降管及上升管流动阻力损
失, Pa
ixj,??
自然循环的基本概念
运动压头 S y d 下降管与上升管中工质柱重差, 维持回路自然
循环的动力, 用以克服下降管与上升管中工质的流动阻力
）（）（ 418SppgH ydxjsixj ??????? ??? ?
2/2
）（ 398x1DGK ??? ?
循环倍率 K 循环回路中水流量 G与回路中产生的蒸汽量 D之
比, 即 1kg水全部变成蒸汽需在回路中循环多少次
有效压头 S y x 在数值上等于下降管的阻力
）（）（ 428SppgH yxxjsixj ??????? ??? ?
简单回路水循环计算
1/10
自然循环锅炉 水循环计算的目的
? 确定各回路平均循环流速 w0,工质流量 G；循环倍率 Kh
? 确定锅炉总的循环倍率 Kg
? 检验水循环的可靠性
压差法 水循环计算
）（ 408pgHpgH siixjxj ???? ????? ?
xjxjxj pgHp ????? ?
siis pgHp ??? ??? ?
? ??? ? sxj pp
上升管受热,含汽率 X 不断增加, 各截面两相
流动参数不同, 应分区段进行计算, 把结构,
受热相同的划为一段 。 A是上升管开始沸腾点
上升管区段的划分
热水段 Hrs 从下联箱到 A点是热水段, 其中
Hrq为热前段 。 采用单相流动计算公式
上升管进入炉膛 （ B点 ）, 水具有一定欠焓,
开始沸腾点 A的位置需计算确定
含汽段 Hq 热水段以外的上升管管段均为含
汽段, 采用两相流体公式进行计算
2/10
上升管区段的划分
导汽管 不受热, 含汽率不变
对引入汽包汽空间的导汽管, 导汽管
最高点到超过水位那一段高度为提升段高
度 Hcq,应与导汽管分开计算
? 热后段 Hrh 上升管离开炉膛到上联箱间
管段, 该管段不受热, 若 >10％ 上升管总
长, 则分开单独计算
? 当热负荷, 管径或管倾斜角度变化较
大, 水冷壁敷设卫燃带时含汽段应再分段
3/10
上升管进入炉膛处（ B点） 工质欠焓
式中 为饱和水的焓值随压力增大而
增大的梯度 kJ/（ kg·Pa）
? B点工质欠焓 不考虑下降管受热和带汽
)458(pphhh qhB ??? ?????? ?
ph ???
4/10
开始加热点 B工质欠焓 △ hB
? 锅水欠焓
式中, 分别为 饱和水焓和锅水焓；
为 省煤器出口水焓
)18(
k
hh
)448(hhh
smg
ggqh
?
????
?
?????
表?
?
gh? gh
smh?
上升管进入炉膛处（ B点） 工质欠焓
? ?? ? phppgHHhh rqxjrqqhB ? ??????? ??????
? B点工质欠焓 △ hB
? 静压变化 ?p
rqrq2xj1 pgHppgHp ??? ?????? ??
? ? rqxjrq12 ppgHHppp ????? ??????
式中,Δ pxj,Δprq— 分别为下降系统及 热
前段流动阻力, Pa；
p1,p2 — 分别为汽包压力及炉
膛 入口 B处压力, Pa
5/10
热水段高度 Hrs的计算
? Δ H 段 工质因压力减少而引起饱和水焓的
减少量
p
hg'H
?
????
6/10
Δ H 段高度
开始沸腾点 A工质欠焓 △ hA为零
在不考虑下降管受热和带汽的情况下
0phg'HHGH Qhh
1
1BA ?
?
??????????
HGHQ
1
1 ?
H1 为受热一段高度；
Q1,G 分别 为受热一段吸热量和工质流量
? Δ H 段 工质吸热引起的焓增
热水段高度 Hrs的计算
? ?? ?
)468(
g
p
h
GH
Q
p
h
ppgHHh
H
HHH
1
1
rqxjrqqh
rq
rqrs
?
? ?
?
??
?
?
??
????? ????
??
???
?
热水段高度 Hrs
? ?? ?
g
p
h
GH
Q
p
h
ppgHHh
H
1
1
rqxjrqqh
? ?
?
??
?
?
??
????? ????
??
? Δ H 段高度
7/10
简单回路水循环计算程序 （图解法）
结构数据 按锅炉有关图纸查取
热力数据 按锅炉热力计算书查取
画出蒸发受热面汽水系统图
确定上升系统与下降系统的分界点
分配热负荷 根据炉内热负荷分布曲线, 确定每个回路各区段
的热负荷及 蒸发量 Di
选择整台锅炉循环倍率假设值 Kg, 算出 锅水欠焓假设值 △ hqh
划分循环回路 管屏分组 （ 划分计算回路 ）, 上升管分段
8/10
简单回路水循环计算程序 （图解法）
9/10
假定三个循环流速 w0
? 计算 热水段高度 Hrsi
? 计算密度 w0i → Gi,Di → Xi → β i→ φ i→ ρ i
? 计算重位压头 hiρ ig
? 计算上升管流动阻力
确定上升管系统压差
? 计算下降管流动阻力
确定下降管系统压差
sip?
xjip?
)pgH( siii ??? ??? sip
)pgH( x jixj ????? xjip
简单回路水循环计算程序 （图解法）
分别作出 与 曲线, 两曲线的交点即为系统工作
点, 从而 确定该回路总压差 Σ △ p0,循环流速 w0, 循环流量 G及循环倍率
Kh
0s wp ?? ? 0xj wp ?? ?
10/10
校核,锅水欠焓的计算值与假设值之差不超过 12.6kJ/kg,且相对误差
不超过 30%,认为合格, 否则需要重算
确定 整台锅炉循环倍率的计算值, 锅水欠焓的计算值
?
??
D
GK
g qhh?
W0 W0 W0 （ G） W0
自然循环特性
自然循环特性 热负荷与循环流速之间的关系
锅炉热负荷 Q上升,D上升,X上升,
? ? 上升 → ?S 下降 → H（ ?’ -?S） g 上升 → Syd 上升 → w0 上升
? Δ ps 上升 → w0 下降
Q 增加, Syd 增加起主要作用, w0
上升；而 Q 增加过大, 阻力增加起主
要作用, 反使 w0下降
1/10
自补偿能力 随锅炉热负荷 Q(质量含
汽率 x)的增加, 循环回路水流量 G(循环
水流速 w0 )相应增大的能力
可避免管壁超温
自然循环特性
界限循环倍率和推荐循环倍率
锅炉压力 (Mpa) 3.92～ 5.88 10.2～ 11.76 13.73～ 15.69 16.67～ 18.63
锅炉蒸发量 (t/h) 35～ 240 160～ 420 400～ 670 ≥ 800
界限循环倍率 Kjx 10 5 3 >2.5
推荐循环倍率 15～ 25 7～ 15 4～ 8 4～ 6
循环倍率 K 衡量锅炉水循环可靠性的指标之一
K过大（ x 过小 ), 运动压头太小,可能出现循环停滞等水循环故障；
K过小（ x 过大），将失去自补偿能力，造成管壁超温
2/10
界限循环倍率 Kjx 对应 自然循环失去 自补偿能力（最高循环流速）
时的循环倍率
回路循环倍率 K 应大于界限循环倍率 Kjx,对应的质量含汽率 X应小
于临界质量合汽车 Xlj
自然循环故障及安全性检查
自然循环锅炉 蒸发受热面金属安全工作的条件是保证管子内壁有连
续水膜覆盖
? 受热最弱上升管不出现流动的 停滞, 倒流, 汽水分层 等水循环故障；
? 受热最强上升管不发生 沸腾传热恶化
? 下降管不出现 带汽或汽化
自然循环锅炉 在压力低于 11MPa或 受热管局部热负荷低于 400kw／ m2时
一般不会出现传热恶化, 正常水力工况破坏是蒸发管过热的主要原因,
即管壁经常或周期性地与停滞或缓慢流动的蒸汽接触, 造成管壁超温 。
自然循环锅炉 在超高压以上, 尤其在亚临界压力以上, 因含汽率较
高, （ 锅炉容量增大, 炉膛周界相对减小, 水冷壁根数减少而长度增
加 ）, 循环倍率较低, 可能出现第二类传热恶化, 必须采取相应措施
3/10
并联的上升管组在共同的压差 ∑ Δ ps 下运行 。 当管组中各管受热不均
匀时, 受热弱的管中含汽率少, 运动压头小, 循环流速降低, 可能发生
循环异常
循环停滞、自由水面和倒流现象
上升管引入汽包水空间 当受热弱的管中水流量等于蒸发量, 即
G=D时, 将出现 循环停滞 现象
上升管引入汽包汽空间 发生循环停滞时管中工质无法到达上升管
的最高点, 出现 自由水面 。 自由水面以下区域, 产生少量蒸汽, 以上的
区域为缓慢流动的蒸汽
上升管引入汽包水空间 当管组压差 Δ p 小于受热弱管子液柱重
H?sg 时, 受热管中的水就自上往下流, 称为 倒流
4/10
循环停滞 汽泡通过基本静止的水面上浮, 管子
弯头处蒸汽积累, 出现 自由水面 时, 水面以上管壁
与蒸汽接触, 均使冷却能力下降, 管子易超温爆管；
自由水面上下波动, 还会引起疲劳破坏
循环停滞、自由水面和倒流危害
倒流 当水的倒流速度与汽泡上浮速度相等,
即汽泡处于上, 下波动状态而形成蒸汽塞时, 会
把管子烧坏
5/10
? 汽包中的水进入下降管时, 因流阻和加速产生
压降 使进口处发生自汽化
下降管带汽与汽化
? 下降管进口截面上部形成涡漩漏斗状, 蒸汽被
吸入下降管中
? 汽包水容积内所含蒸汽被带入下降管中
? 下降管受热产生蒸汽
6/10
下降管带汽或汽化，会使管中工质密度减小，运动
压头下降，影响回路水循环
提高自然循环安全性措施
减小并联管子吸热不均 保持炉内温度场均匀
? 设计时将整面水冷壁 划分为若干个独立的循环回路； 采用四角布置
燃烧器；将炉膛四角上 1～ 2根管子取消或将炉膛设计成八角形
? 运行中 避免火焰偏斜；防止水冷壁管积灰和结渣；限制最小负荷,
避免因部分燃烧器停用造成更大的吸热不均
? 沿高度方向采用多个小功率燃烧器；减小炉内热偏差, 避免局部热
负荷过高
降低汽水导管和下降管中的流动阻力, 提高循环流速和循环倍率
可采用增加管子的流通截面, 采用大直径的管子, 减少管子的长度
和弯头等措施
7/10
提高自然循环安全性措施
水冷壁管 采用适当的管径
较小的管径可以节省金属耗量；但从水循环安全方面考虑, 应维持足
够大的循环流速 W。 和不太高的含汽率 X,故 大容量锅炉不应采用过小的
管径
? 在一定负荷和工作压力下, 随着 的增大, W 0X 值升高 d/?
? 大容量锅炉炉膛周界的相对长度减小, 水冷壁管数量减少, 但高度
增加, 即每根管产生的蒸汽量增加, 水冷壁管出口含汽率 X 和循环流速
W。 都比较高
8/10
提高自然循环安全性措施
? 防止下降管带汽
对高压以上锅炉, 在下降管入口处加装栅格板；采用大
直径集中下降管时, 应在入口处加装十字板或栅格板
? 防止下降管进口自汽化
式中 h — 为 下降管进口以上到正常水位的高度；
wxj,?i — 分别下降管中的水速和 进口阻力系数
下降管进口之上应保证一定的水柱高度, 且水速不能过大
? ? )578(2w1hg 2xjj ?? ????? ? ? )588(g2w5.1h 2xj ?? ?
9/10
避免下降管带汽或自汽化
提高自然循环安全性措施
使流体在管内产生旋转流动或破坏汽膜边界层, 避免传热恶化
? 采用内螺纹管 在管子内壁上开出单头或多头螺旋形槽道, 当
工质在内螺纹管内流动时, 发生强烈扰动, 将水压向壁面并迫使
汽泡脱离壁面被水带走, 破坏汽膜层的形成, 使管内壁温度降低
? 加装扰流子 扰流子是塞在管中的螺旋状金属薄片 。 在推迟传
热恶化和降低壁温方面, 扰流子可起到与内螺纹管类似的作用,
在强化传热方面不及内螺纹管
10/10
控制循环锅炉及特点
控制循环锅炉 具有汽包，循环回路下降管系统增设循环泵，工质流动
的动力为循环泵的压头和工质重位差
? 可采用小直径水冷壁，水冷壁可自由布置
? 采用体积较小的高效分离器，可减小汽包直径
? 工质质量流速较高，循环倍率较 自然循环 小，
一般为 3?5； 循环稳定，不易出现循环异常，但可
能出现流动不稳定、脉动等
? 工质强制流动，可使各承压部件均匀受热或冷
却，缩短锅炉启、仃时间
1/1
压力提高，机组热经济性提高；但 压力增至一定值，汽水密度差 ?’ -?”
下降，运动压头下降；汽水分离困难，必然取消汽包，强制流动锅炉是锅
炉发展的必然结果。主要有直流锅炉、控制循环锅炉和复合循环锅炉三种
直流锅炉 工作原理
直流锅炉 没有汽包, 给水在给水泵压头的作用下, 顺序流过热水
段, 蒸发段和过热段受热面一次将给水全部变成过热蒸汽, 蒸发区
循环倍率 K=1
? 热水段, 水的焓和温度逐渐增高,
比容略有加大, 压力则由于流动阻
力而有所降低
? 蒸发段, 汽水混合物的焓继续提高,
比容急剧增加, 压力降低较快, 相应的
饱和温度随着压力的降低亦降低一些
沿管子长度方向工质参数变化情况
? 过热段, 蒸汽焓, 温度和比容均增大,
压力则由于流动阻力较大而下降更快
1/4
直流锅炉 工作特点
加热、蒸发和过热受热面
没有固定的界限，汽温变化大
如减小给水量，开始沸腾点
前移，加热水段长度 L1缩小，
蒸发段长度 L2也缩小，锅炉受
热管总长度不变，故过热段长
度 L3相对增大，过热汽温上升
无汽包，无下降管，水冷
壁可采用小管径,耗钢少；
但电耗相对较大；水冷壁可
自由布置，适用于任何压力
2/4
设有专门的启动系统 以便在启动时有足够的水量通过蒸发受热面，
保护管壁不致被烧坏
直流锅炉 工作特点
对燃料、给水和空气的自动控制及调节要求较高 直流锅炉的水容
积及相应蓄热能力小，对负荷变动较敏感；工质预热、蒸发和过热段间
无固定界限，若燃料、给水比例失调，不能保证供给合格蒸汽
起动和停炉速度比较快 直流锅炉没有厚壁的汽包, 起动和停炉过
程中锅炉各部分加热和冷却均匀
3/4
直流锅炉 工作特点
无自补偿能力
蒸发受热面可能出现流动不稳定、脉动、热偏差，危及锅炉安全运
行，可采用在蒸发管进口加装节流圈等措施
管内换热处于膜态沸腾状态下，管壁可能超温破坏 直流锅炉蒸发
受热面中，水要从开始沸腾一直到完全蒸发
汽包锅炉中由于循环倍率高，蒸发受热面出口的蒸汽含量 X 较 低，
管内换热属于泡状沸腾，壁温可得到充分冷却
对给水品质的要求很高 无 汽包，不能进行连续排污
4/4
复合循环工作原理
1/3
复合循环与控制循环的区别
没有汽包, 代之以简单的汽水分离
器
复合循环与直流锅炉的区别
在省煤器和水冷壁之间装设循环泵,
混合器和分配器等, 依靠锅水循环泵压
头将蒸发受热面出口的部分或全部工质
进行再循环, 蒸发系统中除直流流量外,
还有循环泵提供的循环流量
复合循环包括低循环倍率复合循环和
部分负荷复合循环两种
低倍率复合循环锅炉
低倍率复合循环锅炉又称全负荷复
合循环锅炉
控制阀只起节流作用, 在整个负荷
范围内, 投入循环泵运行, 实现再循
环 。 水冷壁工质出口平均干度小于 1，
循环倍率约为 1.2?1.4
低倍率复合循环锅炉 多用于亚临界
参数
1-省煤器； 2-混合器； 3-循环泵； 4-控制
阀； 5-节流圈； 6-水冷壁； 7-汽水分离器
2/3
1-省煤器； 2-混合器； 3-循环泵；
4-控制阀； 5-节流圈； 6-水冷壁；
7-汽水分离器
部分负荷复合循环锅炉
部分负荷复合循环锅炉 用控制
阀进行循环方式的切换
? 在一定负范围内开启控制阀,
按再循环方式运行
? 当锅炉负荷达一定值 （ 30?70%
额定负荷 ） 后, 关闭控制阀, 循
环泵作为给水泵起增压作用, 按
直流锅炉方式运行
? 即保证了低负荷下必须的工质
质量流速；又降低了高负荷下的
流动阻力
部分负荷复合循环锅炉适用于
亚临界及超临界参数
3/3
第九章 汽包及蒸汽净化
? 蒸汽的品质与污染
? 蒸汽的净化
? 亚临界参数锅炉汽包与内部装置
蒸汽品质及
对锅炉、汽轮机工作的影响
蒸汽的品质是指蒸汽中钠盐、硅酸,CO2、和 NH3等杂质含量的多少
过热器 杂质沉积在管子内壁形成盐垢，使蒸汽流通截面变小，
流阻增加；传热减弱,管壁温度升高
1/5
蒸汽管道阀门 可能引起阀门动作失灵、漏汽
汽轮机通流部分 改变叶片型线，减少蒸汽流通面积，增加阻力，
出力及效率降低；严重时，可造成调速机构卡涩、轴向力增大，破
坏转子止推轴承；叶片结盐垢严重，还可能影响转子的平衡而造成
重大事故
蒸汽质量监督标准
电站锅炉蒸汽品质按水利电力部颁发的, 火力发电厂水汽化学监
督导则, 中规定的蒸汽质量标准执行
表 9-1 电站锅炉饱和蒸汽和过热蒸汽质量监督标准
蒸汽压力
（ MPa）
含盐量 （ 以 含钠 量表 示 Na+）
（ μ g/kg）
二氧化硅
SiO2(μ g/kg)
凝汽式电厂
热电厂
< 6
≯ 15
≯ 20
≯ 25
> 6
≯ 10
≯ 20
2/5
饱和蒸汽的机械携带
机械携带 饱和蒸汽携带含盐浓度较大的锅水水滴
? 由于机械携带, 蒸汽的含盐量
式中 为锅水含盐量,mg／ kg
）（，ω 19kg/mgS1 0 0S gssq ?? ?
gsS
sqS
机械携带量 的多少取决于 蒸汽的带水量 及 锅水含盐浓度 。 前者以蒸汽
湿度 ω表示, 即蒸汽含水量占湿蒸汽重量的百分比
? 影响蒸汽带水的主要因素 为锅炉负荷、锅炉工作压力、汽包蒸汽空
间高度、锅水含盐量及汽包内部装置等
3/5
蒸汽的选择性携带
选择性携带 饱和蒸汽具有直接溶解盐分的能力, 即蒸汽溶盐, 蒸
汽对不同盐分的溶解能力不同, 蒸汽的溶盐具有选择性
? 蒸汽对某种物质的溶解量用分配系数 a来表示, 分配系数 a是指某
物质溶解于蒸汽的量 （ mg／ kg） 与该物质溶解于锅水中的量 （ mg／
kg） 之比, 即
)49(%1 0 0SSa
gs
m
q ??? ? )59(kg/mg,S100aS gsmq ?? ?
? 蒸汽的溶盐能力随压力升高而增大
? 蒸汽对不同盐类的溶解有选择性,硅酸（ H2SiO3）分配系数最大；硅酸
盐等分配系数最小
4/5
对高压和超高压以上的锅炉,蒸汽污染是由蒸汽带水和溶盐两
种原因引起的,即蒸汽既携带锅水又溶解盐类，此时，蒸汽中所
含某物质的总量为
)69(kg/mg,S100 aSSS gsmqsqq ?????? ?
)79(kg/mg,S1 0 0KS gsq ?? ?
式中 K为蒸汽的携带系数,K =ω＋ a，％。
大容量锅炉蒸汽的污染
5/5
汽水分离装置
汽水分离装置 的主要工作原理是 利用水和汽的密度差 和 离心力作用
1/5
汽水分离装置 包括 挡板, 孔板 （ 有水下孔板和集汽孔板 ）, 百叶
窗分离器 （ 波形板分离器 ）, 旋风分离器
百叶窗分离器 由很多平行波纹板组成, 可卧式或立式布置, 蒸汽
与水平行反向或互相垂直流动
柱形筒式旋风分离器
汽水混合物以一定的速度沿切线方向进入筒
体, 产生旋转, 水滴由于离力作用被抛向筒壁,
并沿筒壁流下, 蒸汽则由中心上升
柱形筒体旋风分离器
? 溢流环 装在圆筒顶部, 以防贴筒水膜被
上升汽流撕破重新使蒸汽带水
? 圆形底板 位于筒底中心, 底板周围的环
形通道内装有倾斜导叶, 使水稳定地流入汽包
水容积中, 以防止水向下排出时将蒸汽带出
? 波形板顶帽 装在分离器的顶部, 再次
使汽水分离
2/5
涡轮式分离器
汽水混合物由分离器底部轴向
进入, 固定式导向叶片产生的离
心力使工质产生强烈旋转而分离,
水被抛到内筒壁向上运动, 通过
集汽短管与内筒之间的环形截面
流入疏水夹层, 然后折向下流,
进入汽包水容积；蒸汽则由筒体
的中心部分上升经波形板分离器
进入汽包蒸汽空间
1-梯形顶帽； 2-百叶窗板； 3-集汽短管；
4-钩头； 5-固定式导向叶片； 6-芯子； 7-
外筒； 8-内筒； 9-疏水夹层； 10-支撑螺栓
涡轮式旋风分离器
涡轮式分离器 分离高效高，体
积小；但阻力较大，常用于强制
循环锅炉
3/5
蒸汽清洗
蒸汽清洗 使蒸汽通过洁净的清洗水 （ 一般为给水 ）, 利用清洗水
与锅水含盐浓度差来降低蒸汽溶解携带的盐分
蒸汽清洗 主要用于减少溶解性携带, 也可减少蒸汽机械携带的盐
分, 因为经清洗的蒸汽带出的水为含盐浓度较低的清洁水, 而不是锅水
大机组汽包的相对长度减少, 加装清洗装置有困难；由于蒸汽溶解硅
酸的分配系数随之增大, 清洗装置效率明显下降
亚临界压力汽包炉, 主要靠改善给水条件来保证蒸汽品质, 可不采用
蒸汽清洗装置
4/5
排 污
连续排污
连续不断地 从汽包中排出因水蒸发 含盐量不断增大的部分锅水, 代之以
比较纯净的给水, 以获得符合品质要求 （ 含盐量和碱度保持在规定值内 ）
的蒸汽
连续排污应从锅水含盐量最大的部位 （ 通常是 汽包水容积靠近蒸发面处 ）
引出
定期排污
用以排除水中的沉渣, 铁锈, 以防这些杂质在水冷壁管中结垢和堵塞
定期排污应从 循环回路的最低位置, 即沉淀物积聚最多的地方 （ 如水
冷壁下部联箱或大直径下降管底部 ） 引出, 间断进行
5/5
1/2
亚临界参数锅炉汽包与内部装置
汽包 采用 上, 下不等壁厚结构, 汽包内壁设置弧形衬套 5,由沿汽包长
度延伸的挡板构成 。 汽水混合物由上部进入汽包, 沿弧形衬套向下流动,
均匀加热汽包壁, 可减少汽包上下壁温差及相应的热应力
下降管 管座位于汽包底部, 保证下
降管入口上部有最大的水层高度, 以
防下降管进口处工质汽化； 下降管入
口处装有十字架 8,以消除大直径下降
管进口产生漏斗形水面, 防止蒸汽进
入下降管, 保证锅炉水循环的安全 。
汽包筒体上部 有 饱和蒸汽引出管管
座 1,汽水混合物引入管管座 2； 汽包
筒体下部 有 给水管管座, 连续排污管
管座 12和 给水调节器管座
亚临界参数锅炉汽包与内部装置
? 涡轮式旋风分离器 6沿汽包长度方向分两排对称布置，对汽水混合物 进
行第一次粗分离
2/2
? 波形板干燥器 3 在汽包顶部沿长
度方向分前后两组（每组两排，对
称布置）呈鸟翼状倾斜的立式, V”
形,进行第三次分离
? 立式波形板 （又称顶帽）布置在
分离器的顶部,进行第二次分离
汽水混合物 经三次分离，水经 疏
水管 4引至汽包水容积，蒸汽通过顶
部布置的多孔板进行均流，经 饱和
蒸汽引出管 将蒸汽引至炉顶过热器
第十二章 电站锅炉本
体的设计与布置
锅炉本体的典型布置
? Π 型布置锅炉
? 塔型、半塔型布置锅炉
锅炉主要设计参数的选择
? 炉膛热强度
? 炉膛出口烟气温度
? 排烟温度
? 热空气温度
? 工质与烟气速度
Π 型布置锅炉
Π 型布置 （ a） 应用范围最广 。 由垂直柱
体炉膛, 水平烟道和下行对流烟道组成
Π 型布置锅炉 高度较低，安装方便；烟气在
竖井中向下流动，受热面易于布置成逆流传热
方式；燃料进给设备和排烟口都在锅炉底层，
送风机、引风机、除尘器等笨重设备可布置在
地面，减轻了厂房和锅炉构架的负载，可以采
用简便的悬吊结构
Π 型布置锅炉 占地较大；烟道转弯易引起飞
灰对受热面的局部磨损
1/1
塔型、半塔型布置锅炉
塔型布置锅炉 （ e） 对流烟道布置在炉膛的上方, 锅炉笔直向上发
展, 取消了不宜布置受热面的转弯室
塔型布置锅炉 占地面积小；对流烟道有自身通风作用, 烟气阻力小；
烟气在对流受热面中不改变流动方向, 烟气中的飞灰不会因离心力而集
中造成受热面的磨损, 对于多灰燃料非常有利 。 适用于燃用烟煤以及正
压燃烧的燃油, 燃气锅炉 。
1/1
半塔型布置锅炉 （ f） 空气预热器,
送, 引风机, 除尘器等笨重设备布置在
地面, 以减轻锅炉构架和厂房的负载,
避免汽, 水管道过长
炉膛容积热强度 qv
1/4
表明在炉膛单位容积内每小时燃料燃烧所释放的热量
式中 — 炉膛容积, m3
)912(m/kw,VBQq 3n e t.arv ?? ?
?
?v
vq
过大
? 过小,Hf 过小,锅炉达不到出力
? 炉膛及炉膛出口烟气温度 偏高，易结渣； 偏高,q2 增大；
? 煤粉气流在炉膛停留的时间 τ 过小，（ q3,q4）增大,均使 减小
py?
?g?
vq
?????,a
?v
vq 的选取与锅炉容量, 燃烧方式, 燃料特性等有关
炉膛容积热强度 qv
过小,
过大,偏低，着火困难，燃烧不稳定；造价高
vq
?v a?
2/4
炉膛容积热强度 的大小应能保证燃料燃烧完全 （ 燃料在炉膛
内有足够的停留时间 ）, 并使烟气在炉膛内冷却到不使炉膛出口
对流受热面结渣的程度 （ 炉膛内布置足够的受热面 ）
vq
锅炉容量增大, 炉膛壁面面积的增加落后于容量的增加 。 为保证
锅炉安全运行, 避免对流受热面结渣, 应以烟气的冷却条件来选
取, 故大容量锅炉的 要比中, 小容量锅炉选得小一些
vq vq
推荐值见 P247
vq
炉膛截面热强度 qa
? 的选取与燃料性质、燃烧方式和排渣方式等有关,推荐范围见 P248
aq
表示燃烧器区域炉膛单位截面上每小时燃料的释热强度
式中 A,n - 燃烧器区域炉膛截面积及燃烧器层数
或)1012(m/kw,ABQq 2n e t.ara ?? ?
aq
）（ 1112nqq aac ?? ?
3/4
? 锅炉设计时，可根据选用的, 确定炉膛容积和截面积,并 由此
决定炉膛宽度、深度及高度
vq aq
? 无烟煤 值小，而 值大,炉膛呈瘦高形，以保证煤粉气流及时着
火，完全燃烧
vq aq
燃烧器区域壁面热 强度 qr
4/4
愈大, 说明火焰愈集中, 燃烧器区域的温度水平就愈高,
对燃料的稳定着火有利, 但易造成燃烧器区域的壁面结渣
rq
表示燃烧器区域单位炉壁面积上燃料每小时释放的热量
式中 — 燃烧器区域的炉壁面积, m2
a,b — 炉膛宽度和深度, m
n — 燃烧器的层数
— 各层燃烧器的间距, m
rq
)1212(m/kw,FBQq 2
r
n e t.arr ?? ?
rF
)1312(m,h)1n)(ba(2F jr ???? ?
jh
推荐值见 P248 rq
炉膛出口烟气温度
1/1
炉膛出口烟气温度 凝渣管或屏式过热器前的烟温
? 锅炉受热面的 辐射和对流传热的最佳比值 （ 辐射受热面和对流
受热面的金属耗量及总成本最小 ） 对应的 约为 1250℃
???
???
? 为保证炉膛出口处 对流受热不结渣, 不应超过灰分开始变形
的温度 DT。 如灰分软化温度 ST与变形温度 DT之差小于 100, 则取
<(ST-100)℃
???
???
? 当炉膛出口处布置着屏式受热面时, 炉膛出口烟温 一般
取 1100～ 1200℃
对于易结渣的燃料, 应保持在 1000～ 1050℃ 范围
???
???
????
排烟温度 θ py
1/1
排烟温度 燃料费用和尾部受热面金属费用总和最少时所对应
的温度
? 排烟温度 低, 排烟热损失小, 锅炉 热效率高, 节约燃料；但由
于尾部受热面传热温压降低, 金属耗量增多
py?
py?
? 含硫量较高的燃料，排烟温度 应取较高值,以避免低温腐蚀
和堵灰对锅炉工作可靠性的影响 py?
大、中型锅炉排烟温度 的 推荐值见表 12-3
py?
热空气温度 trk
1/1
? 热空气温度 的选取主要取决于燃料的性质
着火性能好和水分低的燃料，采用较低的 ；着火性能差或水分较
多的燃料，采用较高的
rkt
rkt
rkt
? 热空气温度 值的选择还与制粉系统的干燥剂种类、锅炉的排渣
方式等有关
大、中型锅炉热空气温度 的 推荐值见表 12-4
rkt
rkt
工质质量流速 ρω
1/2
受热面中水和蒸汽的质量流速 对受热面运行的安全性和经济
性有很大影响 ??
? 质量流速 太低，工质的传热能力下降，受热面管壁温度升高，
影响受热面的安全运行
? 质量流速 太高，工质的流动阻力大（一般过热器系统的总阻力
应不大于过热器出口压力的 10%；再热系统的总阻力应不大于再热蒸汽
进口压力的 10%；省煤器中水的阻力应不大于汽包压力的 10%）
? 对于非沸腾式省煤器，质量流速 的下限应避免受热面内部的氧
腐蚀；对于沸腾式省煤器，则应避免管内工质的汽水分层
??
??
??
质量流速 的推荐值见表 12-5中 ??
烟气流速 wy
烟气流速 Wy 影响受热面运行的安全性和经济性
? 烟速 Wy 过低，受热面积灰加重，受热面面积增加或传热下降
? 烟速 Wy 过高，飞灰磨损加重
2/2
锅炉额定负荷下，考虑磨损后横向冲刷受热面的极限烟速
对于一般的煤为 9～ 10 m/s；
对于灰多和灰分磨蚀性较强的燃料为 7～ 8 m/s；
对于灰少和磨蚀性较弱的煤为 10～ 12 m／ s
谢谢！
考 试 题 目
1,煤的元素分析与工业分析成分是什么？
挥发分、水分及灰分对锅炉工作有什么影
响？
2,何谓煤粉细度？试述钢球磨中储式制粉
系统工质流程。
3,试述煤的三个燃烧区域的特点及相应的
燃烧强化措施。
4,直流燃烧器喷口布置有几种形式？在什
么情况下采用分级配风？为什么？
考 试 题 目
5,电站锅炉运行中，调节蒸汽温度的主要
方法有那些？它的工作原理和特点是什么？
6,为什么大型电站锅炉需采用对流－辐射
式过热器系统？
7,试述电站燃煤锅炉的主要系统及工质流
程。
华中科技大学能源学院
,电站锅炉,
,电站锅炉, 内容提要
? 第一章 绪论
? 第三章 煤粉制备
及其系统
? 第五章 煤粉炉与
燃烧设备
? 第七章 锅炉受热面
烟侧运行问题
? 第九章 汽包及蒸汽
净化
? 第二章 锅炉燃料及
热力辅助计算
? 第四章 燃烧过程的
基本理论
? 第六章 锅炉受热面
及其工作特点
? 第八章 锅炉水动力
特性与传热
? 第十二章 锅炉本体的
设计与布置
? 锅炉的类型
? 电站煤粉锅炉机组的构成
? 锅炉机组的工作过程
? 锅炉参数及技术,经济性指标
? 电厂锅炉发展趋势
第一章 绪论
锅炉的类型
锅炉的分类根据不同的标准，可有多种分类方法，如表所示,
分类方式 锅炉类型 简要说明
按出口工质
物态
蒸汽锅炉 锅炉出口工质为蒸汽
热水锅炉 锅炉出口工质为热水
有机热载体炉 有机热载体（导热油）
按工质是否
在受热面管
内流动
水管锅炉 锅炉受热面管内流动的全部为工质
火管锅炉 锅炉受热面管内流动的全部为烟气
水火管锅炉 锅炉受热面管内流动的一部分为工质、一部分为烟气
锅炉工质按
用途
电站锅炉 用于发电厂带动汽轮机发电
工业锅炉 用于工业生产
生活锅炉 用于日常生活
锅炉的类型
按出口工质的
压力
有压锅炉 锅炉中工质带有一定压力
常压锅炉 锅炉中工质压力与外界大气压力一致，通常指常压热水锅炉
按锅炉所使用
的燃料的种类
燃煤锅炉 锅炉中使用的燃料为煤
燃油锅炉 锅炉中使用的燃料为燃油
燃气锅炉 锅炉中使用的燃料为燃气
其他燃料 木材、垃圾
按工质循环方
式
自然循环锅炉 利用下降管与上升管之间的介质密度差建立循环
强制循环锅炉 利用水泵强制工质按一定路径循环
按排渣方式
固态排渣锅炉 燃料燃烧后生成的灰渣呈固态排除
液态排渣锅炉 燃料燃烧后生成的灰渣呈液态从渣口流除
锅 炉
锅炉本体 辅助设备
锅炉机组
锅炉的汽水系统，用以完成水变成蒸汽
的吸热过程。由汽包，下降管，联箱，
导管及各热交换受热面等承压部件组成
锅炉的燃烧系统，用以完成煤的
燃烧过程。由炉膛，燃烧器，烟道
，炉墙构架等非承压部件组成。
送风机，引风机，燃料
供应及制备、除灰、除
渣,测量与控制等。
电站煤粉锅炉机组框图
1/2
亚临界参数自然循环燃煤锅炉
2/2
1-汽包； 2-下降管；
3-分隔屏； 4-后屏；
5-高温过热器； 6-高
温再热器； 7-水冷壁； 8-燃烧器； 9-燃烧
带； 10-空气预热器；
11-省煤器进口集箱；
12-省煤器； 13-低温
再热器； 14-低温过热
器； 15-折焰角； 16-
排渣装置
冷空气 烟气 烟气 烟气
烟囱 引风机 除尘器
空气预热器 细微灰粒 飞灰
（ 二次风 ） 灰渣沟
原煤 排粉风机
（ 一次风 ） 烟气 烟气
给煤机 磨煤机 燃烧器 炉膛 水平烟道 尾部烟道
原煤 风, 粉 风, 粉
未燃煤粒 灰渣
灰渣 灰渣
灰渣沟 排渣装置 冷灰斗
未燃煤粒 未燃煤粒
煤、风、烟系统
1/2
汽机主凝结水
水 水 汽水混合物
给水泵 省煤器 汽包 汽水分离器 ①
化学补充水 汽水混合物
下降管 下联箱 水冷壁 上联箱 导汽管
水 水 水 汽水混合物 汽水混合物
①
饱和蒸汽 过热蒸汽
过热器 汽轮机调节级
汽、水 系 统
2/2
锅 炉 参 数
额定蒸发量 在额定蒸汽参数, 额定给水温度和使用设计燃料, 保证热
效率时所规定的蒸发量, 单位为 t/h（ 或 kg/s）
?
?
?
1/5
最大连续蒸发量 （ 大型锅炉 ） 在额定蒸汽参数, 额定给水温度和使用
设计燃料, 长期连续运行所能达到的最大蒸发量, 单位为 t/h（ 或 kg/s ）
蒸汽锅炉额定蒸汽参数 在规定负荷范围内长期连续运行应能保证的出
口蒸汽参数,
? 额定蒸汽压力 （对应规定的给水压力），单位是 Mpa ；
? 额定蒸汽温度 （对应额定蒸汽压力和额定给水温度），单位是 0C。
我国电站锅炉参数、容量系列
参 数
容 量
( t.h-1)
发 电 功 率
MW
蒸汽压力
Mpa
蒸 汽 温度
℃
给 水 温度
℃
9.8
540
205～ 225
220； 410
50； 100
13.7
540/540 *
555/555 *
220～ 250
420； 670 125； 200
16.7
541/541 *
555/555 *
250～ 280
1025； 1000
300
17.3； 18.1；
18.3
541/541 *
260～ 290
1025； 2008
300； 600
24.2； 25.3；
26.4
541/566 *
545/545 *
270～ 290
1900； 1650
600
2/5
锅炉机组经济性指标
3/5
3q 4q
热效率 （ >90%）
净效率
燃烧效率
式中 Q 1— 锅炉有效利用热, kJ/kg；
Q r — 锅炉在单位时间内所消耗燃料的输入热量,kJ/kg；
— 锅炉机组自身所需的热量, kJ/kg；
— 锅炉机组自身电耗对应的热量, kJ/kg；
, — 锅炉化学、机械未完全燃烧热损失,%
)21(,%BQ QQQ
r
pq1
j ?
???? ?
? ? )31(,%qq11 43r ?????? ?
pQ
)11(,%100QQ
r
1g ???? ??
锅炉连续运行小时数 （ >5000）
锅炉在两次检修之间的运行小时数
4/5
锅炉可用率 （ 约 90%）
（ 总运行小时数 + 总备用小时数 ） / 统计期间总小时数 （ 一年 ）
锅炉的事故率 （ 约 1%）
锅炉总事故停炉小时数 /（ 总运行小时数 + 事故停炉小时数 ）
锅炉机组安全性指标
烟尘及有害气体排放标准
项 目
烟尘 /mg.m-3
SO2 /mg.m-3
NOX(以 NO2计 )/
mg.m-3
中国
200（ 城市 ）
500 （ 其他 ）
1200 （ 煤的含硫量
>1%时 ）
2100 (其他 )
650(固态排渣炉 )
1000(液态排渣炉 )
美国
40 (PM10)
1480
560～ 620
德国
50
400
200
日本
100
K值法确定
410
英国
100
400
650
5/5
电站锅炉发展趋势
加快发展大容量, 高参数机组
大容量, 高参数机组可适应生产发展的需要, 电站热效率高, 基建投资,
设备和运行费用降低；
但大机组可用率相对较低, 综合考虑, 单机容量稳定在 500～ 800MW
1/1
强化煤电环境保护, 发展洁净燃煤技术
燃煤的燃气 -蒸汽联合循环 (燃煤硫化床燃烧联合循环及整体煤气化联合
循环 ） 和超临界压力蒸汽循环可满足燃煤, 高效, 低污染要求
提高运行可靠性和灵活性
锅炉的可靠性涉及到设计, 设备制造及安装, 运行维护和生产管理等各
个方面；
运行灵活性要求大力发展中间负荷机组, 适应电网调峰需要 （ 低负荷,
两班制运行 ） ；提高机组的监控水平
? 煤的常规特性
? 煤的常规特性对锅炉工作的影响
? 煤的分类
? 燃料的燃烧计算
? 烟气分析
? 锅炉热平衡
? 习题
第二章 锅炉燃料及
热力辅助计算
煤的工业分析成分 水分 (M),灰分 (A),挥发分 (V),固定碳 (FC)
煤的组成特性
煤的元素分析成分 碳 (C),氢 (H),硫 (S),氧 (0),氮 (N)
? 可燃元素 C（ 固定碳和挥发分中的 C）, H,S（ 可燃硫 和硫
酸盐硫 ）
? 不可燃元素 （ 内部杂质 ） O,N
? 不可燃成分 （ 外部杂质 ） M（ 内, 外 ）, A
? 可燃气体 挥发份
煤中的氢, 氧, 氮, 硫与部分碳所组成的有机化合物加热后分解,
形成气体挥发出来
rS
lyS
1/8
煤的成分基准
收到基 （ ar） （ 原应用基 y）
以入炉煤 （ 包括煤的全部成分 ）
为基准
空气干燥基 （ ad ） （ 原分析基 f）
以风干状态煤 （ 除外部水分 ） 为基准
干燥基 （ d） （ 原干燥基 g）
以去掉全部水分煤为基准
干燥无灰基 （ daf） （ 原可燃基 r）
以去掉全部水分及灰分煤为基准
2/8
煤成分基准间的换算
)12(%100AMSNOHC ararararararar ???????? ?
)22(%1 0 0AMSNOHC adadadadadadad ???????? ?
)32(%100ASNOHC dddddd ??????? ?
)42(%100SNOHC d a fd a fd a fd a fd a f ?????? ?
不同基准之间的换算公式 X = K X0 … （ 2-9）
式中 X0, X — 某成分原基准及新基准质量百分比,%
K — 换算系数（见表 2-1）
ar
ar
ad
ad CM100
M100C ?
?
??例,
3/8
煤的发热量
煤的发热量 （ kJ/kg) 单位质量的煤完全燃烧时所释放的热量
低位发热量 （ Qnet） 烟气中的水蒸汽在锅炉中一般不会凝结, 形成水
蒸汽所吸收的汽化潜热无法被利用, 使煤的发热量降低, 降低后的发热
量称为低位发热量 。 低位发热量 （ 燃料在锅炉中的实际发热量 ） 小于高
位发热量
高位发热量 (Qgr) 煤的理论发热量, 由实验测得的 弹筒发热量 （ Qb）
减去校正值确定 （ 式 2-10）
4/8
干燥基 高, 低位发热量之间的换算
式中 r—— 水的汽化潜热, 通常取 r = 2510 kJ/kg
)142(H226Q100H9rQQ dgr.ddgr.dn e t.d ????????????? ?
收到基 高, 低位发热量之间的换算
)122(M1.25H2 2 6Q1 0 0M1 0 0H9rQQ arargr.ararargr.arn e t.ar ???????????? ??? ?
高、低 发热量间的换算
5/8
发热量各基准间的换算
高位发热量 (Qgr)各基准间的换算 采用表 （ 2－ 1） 换
算系数
低位发热量 (Qnet)各基准间的换算分三步进行
1,已知基准的 Qnet → 已知基准的 Qgr (式 2-12等 )
2,已知基准的 Qgr → 所求基准的 Qgr (采用上述换算系数 )
3,所求基准的 Qgr → 所求基准的 Qnet (式 2-12等 )
6/8
发热量相关值
标准煤 收到基低位发热量为 29270 kJ/kg的燃料为标准煤
标准煤耗量
式中, —— 分别为标准煤耗量与实际煤耗量
2 9 2 7 0
QBB n e t.ar
sb ??
bB sB
折算成分 相对于每 4182 kJ/kg收到基低位发热量的煤中所含的
收到基水分、灰分和硫分，称为折算水分、折算灰分和折算硫分
)162(,%4182Q MM
n e t.ar
arzs.ar ??? ?
)172(,%4 1 8 2Q AA
n e t.ar
arzs.ar ??? ?
)182(,%4 1 8 2Q SS
n e t.ar
arzs.ar ??? ?
7/8
煤的灰分特性
灰分特性影响因素
煤灰的化学组成
煤灰中酸性氧化物使灰熔点提高；碱性氧化物使灰熔点降低
煤灰周围高温介质的性质
氧化性介质中，灰熔点较高；还原性介质中，灰熔点较低
煤的灰分特性
用灰熔点表示，煤灰的角锥法确定
灰的变形温度 DT（原 t1）
灰的软化温度 ST（原 t2）
灰的流动温度 FT（原 t3）
8/8
煤中 V对锅炉工作的影响
挥发分 V
V的含量代表了煤的地质年龄,地质年龄越短，煤的碳化程度
越浅,V含量越多。
? V含量越多（ C含量越少）,V中含 O量亦多，其中的可燃成分
相应减少，这时,V的热值低
? V含量越多,煤的着火温度低,易着火燃烧
? V 多,V挥发使 煤的孔隙多，反应表面积大,反应速度加快
? V 多，煤中难燃的 固定碳含量便少,煤易于燃尽
? V 多,V着火燃烧造成高温,有利于碳的着火、燃烧
1/3
煤中 M,A对锅炉工作的影响
水分 M、灰分 A
? M,A 高，煤中可燃成分相对减少,煤的热值低
? M,A 高,M 蒸发,A熔融均要吸热,炉膛温度降低
? M,A 高,增加着火热或包裹碳粒,使煤着火、燃烧
与燃尽困难；
? M,A 高,q2,q3,q4,q6 增加,效率下降
? M,A 高,过热器易超温
? M,A 高,受热面腐蚀、堵灰、结渣及磨损加重
? M,A 高,煤粉制备困难或增加能耗
2/3
煤中 C,S,ST对锅炉工作的影响
灰熔点（ ST）
灰分在熔融状态下粘结在锅炉受热面上造成结渣，危
及锅炉运行的安全性和经济性。
对于固态排渣炉,ST< 1350℃ 可能结渣
含碳量 C
C 高，热值高；但不易着火、燃烧
硫分 S
? 可燃硫的热值低，含量少，对煤的着火、燃烧无明显影响
? 易造成受热面的堵灰；高、低温腐蚀
? 形成酸雨，污染环境
? 燃料中的硫化铁加剧磨煤部件的磨损
3/3
煤的分类
我国煤的主要分类指标 干燥无灰基挥发分 Vdaf含量
可分为三大类：褐煤 （ Vdaf含量＞ 37% ）,烟煤 （ Vdaf含量＞ 10% ）、
无烟煤 （ Vdaf含量 ≤ 10% ）
为反映煤的燃烧特性,电厂煤粉锅炉用煤还以 收到基低位发热量 Qar,net,
收到基水分、干燥基灰分、干燥基硫分及灰的熔融特性 DT,ST,FT作为参
考指标，分为五大类和十小类
其中 低（劣）质煤 单独燃烧有困难，或燃烧不稳定，或燃烧经济性差，
或煤中有害杂质含量高的煤,可分为五小类
为实现能源的综合利用,考虑各种工艺 （炼焦、燃烧、气化或液化等等）
对煤质的要求,每一类煤还要进一步划分为小类
1/5
大类别 小类别
分 类 指 标
挥发份
Vdaf(%)
灰分
(%)
水分
(%)
硫分
(%)
发热量
Qar,net
(MJ/kg)
灰融
特性
ST(0C)
无烟煤 超低挥发
份煤
>6.5 ～
10
>21.0
贫煤 低挥发份煤
>10～ 19
>18.5
烟煤 中挥发份煤
高挥发份煤
>19～ 27
>27～ 40
>16.5
>15.5
褐煤 超高挥发份
煤
>40
>11.5
电厂锅炉用煤分类
dA arM dS
2/5
电厂锅炉用煤分类
大类别 小类别
分 类 指 标
挥发份
Vdaf(%)
灰 分
(%)
水 分
(%)
硫 分
(%)
发热量
Qar,net
(MJ/kg)
灰融特
性
ST(0C)
低质煤 低发热量煤
超高灰分煤
超高水分煤
高硫煤
易结渣煤
≤ 10
>10～ 19
>19～ 27
>27～ 40
>40
>40
≤ 40
>46
>40
>12
>3
>12.5
<21.0
<18.5
<16.5
<15.5
<11.5
<1350
dA arM dS
3/5
煤的类型
4/5
无烟煤
? 碳化程度高，含碳量很高,达 95%，杂质很少，发热量很高,约
为 25000～ 32500 kJ/kg；
? 挥发份很少,小于 10%,Vdaf析出的温度较高（可达 400℃ ），着
火和燃尽均较困难,储存时不易自燃
褐煤
? 碳化程度低，含碳量低,约为 40～ 50%，水分及灰分很高，发热
量低,约 10000～ 21000 kJ/kg；
? 挥发分含量高,约 40～ 50%，甚至 60%，挥发分的析出温度低
（＜ 200℃ ），着火及燃烧均较容易
烟煤
碳化程度次于无烟煤，含碳量较高,一般为 40～ 60%,杂质少，发
热量较高,约为 20000～ 30000 kJ/kg；
挥发分含量较高,约 10～ 45%，着火及燃烧均较容易
? 贫煤 挥发分含量 10～ 20%的烟煤
挥发份较少,性质介于无烟煤与烟煤之间，燃烧性能方面比较接近
无烟煤；
? 劣质烟煤 挥发份 20～ 30%；但水分高，灰分更高的烟煤 发热
量低,为 11000～ 12500 kJ/kg
这两种烟煤着火及燃烧均较困难
煤的类型
5/5
燃料的燃烧工况
理论工况 燃料在没有过剩空气的情况下完全燃烧
燃烧产物 （ 烟气 ） 组成成分 CO2,SO2,N2和 H2O
理论烟气量
0yV
设计工况 实际送入的空气量大于理论空气量，以保证燃料完全燃烧
燃烧产物（烟气）组成成分 CO2,SO2,N2,H2O和剩余 O2
实际烟气量 Vy
实际工况 实际送入的空气量大于理论空气量，仍为不完全燃烧
燃烧产物（烟气）组成成分 CO2,SO2,N2, H2O、剩余 O2 和未完全
燃
烧气体 CO
实际烟气量 Vy
1/8
煤的燃烧反应
煤中可燃元素的燃烧反应 是燃烧计算的基础,1kg收到基燃料包括
Kg的碳,kg的氢,kg的硫
100
Car
100
Har
100
Sar
2/8
碳完全燃烧反应方程式
C + O2 → CO2
12 kg C + 22.41 Nm3 O2 → 22.41 Nm3 CO2
1kg C + 1.866 Nm3 O2 → 1.866 Nm3 CO2
1kg H + 5.56 Nm3 O2 → 11.1 Nm3 H2O
1kg S + 0.7 Nm3 O2 → 0.7 Nm3 SO2
燃烧所需要的空气量
3/8
理论空气量 V 0 1kg 燃料完全燃烧时所需要的最小空气量 (无剩余
氧 )可通过燃料中可燃元素（ C,H,S）的燃烧化学反应方程式求得
)1 0 0 O0, 7 - 1 0 0 S 0, 7 1 0 0 H5, 5 6 1 0 0C8 6 6.1(21.0 1V r ar ar ar a 0 ???
)232(O333.0H265.0)S375.0C(0 8 8 9.0 arararar ????? ?
实际空气量 V
式中 α, β — 分别为烟气侧和空气侧的过剩空气系数
0V)(V ????
0V
V)( ???
过剩空气系数 α 与漏风系数△ α
4/8
Δα各受热面处烟气侧漏风系数，
查表 2-7确定；△ V为烟道漏风量
为炉膛出口处过剩空气系数，
表征炉内燃烧状况的重要物理量，
在推荐值范围内选取
???
)242( ?? ???? ???? ??
0V
V????
?????????
过剩空气系数 β 与漏风系数△ α
zfky ??????? ???? ?? ??
kykyky ???? ??? ??
为空气预热器出、
进口处空气侧过剩空气系数
分别为炉
膛、制粉系统和空预器漏风系数，
查表 2-7确定
kyzf ??????,、?
kyky ??? ??,
5/8
烟 气 容 积
理论烟气容积 α =1、完全燃烧,O2 = 0； CO = 0 0
yV
)252(VVVV O OH0NRO0y 222 ???? ?
)282(kg/Nm,V0 1 6 1.01 0 0M24.11 0 0H1.11 30arar ???? ?
)27262(V79.01 0 0N8.01 0 0 )S3 7 5.0C(8 6 6.1 0ararar ～????? ?
6/8
实际烟气容积 α >1、完全（不完全）燃烧,O2 ≠0 ； CO=0（ CO≠0 ）
yV
22222 OOHNSOCOy VVVVVV ????? ? ? ? ?
000y V10161.0V1V ???????
)292(kg/Nm,V)1(0 1 6 1.1V 300y ????? ?
烟气的焓值
7/8
烟气焓 1kg燃料燃烧生成的烟气在定压下从 0（ ℃ ）加热到 （ ℃ ）
时所需要的热量 yH
?
为 1Nm3空气、烟气各成分和 1kg灰在温度为 ℃ 时的焓值，见表 2-9；
为烟气携带飞灰的质量份额。对固态排渣煤粉炉，取
fha
? ?ic? ?
95.09.0a fh ～?
fh0k0y HHH,、
为理想烟气焓、理想空气焓和飞灰焓
? ? ? ? ? ? )462(cVcVcVH OH0 OHN0NRORO0y 222222 ??????? ?
? ? )472(cVH k00k ??? ?
? ? )452(kg/kJ,HH1HH fh0k0yy ?????? ?
? ? )482(ca1 0 0AH hfharfh ??? ? 时可不计算6Q Aa4 1 8 2
n e t.ar
arfh ?
焓 温 表
8/8
烟气的焓值 取决于 燃料种类、过剩空气系数及烟气温度
yH
由（, α ）查焓温表可很快确定烟气温度 ；
由（, α ）查表可很快确定烟气焓
?
?
yH
yH
焓温表 对给定的燃料和各受热面前、后的过剩空气系数 α 计
算出该受热面对应烟气温度 范围内的烟气焓,制成的烟气
（ — ）表
?
?
yH
yH
)312(,%100NCOORO 222 ???????
烟气分析成分
)332(,%1 0 0VVO
gy
O
2 2 ??? ?
)342(,%100VVCO
gy
CO ??? ?
)352(,%1 0 0VVN
gy
N
2 2 ??? ?
)322(,%100VVRO
gy
RO
2
2 ??? ?
1/4
烟气分析 是以 1kg燃料燃烧生成的干烟气（除去水分后的烟气）容积为
基础，采用奥氏分析仪进行的
烟气分析 可得到 在干烟气 Vgy中所占的容积百分比
222 NCOORO,、、
判断燃烧状况
2/4
)402(21)CORO(OCO605.0RO 222 ??????? ?
不完全燃烧方程式
arar
ar
ar
ar
S3 7 5.0C
N0 3 8.0
8
O
H
35.2
?
??
??
式中 β 为燃料特性系数
)392(605.0 )ORO(RO21CO 222 ??? ????? ?
)432(,%1 21RO m a x2 ???? ?
?α =1、且完全燃烧,CO=0,O2= 0
完全燃烧方程式,
?α ＞ l、且完全燃烧,CO=0
)422(,%1 O21RO 22 ????? ?
锅炉常用燃料的 β 值和 RO2max 值见表 2-8。为保持炉内良好的燃
烧工况,运行中应监测并维持炉内一定的 RO2，使其尽量靠近 RO2max
判断燃烧状况
3/4
运行中过剩空气系数及
烟气容积的确定
4/4
RO2,O2 可由烟气分析或相关仪表测定
2
m a x
2
RO
RO?? )442(
O21
21
2
???? ?
过剩空气系数 完全燃烧且不计 β
OHgyy 2VVV ??
烟气容积
)382(kg/Nm,CORO )S3 7 5.0C(8 6 6.1V 3
2
arar
gy ??
?? ?
干烟气容积
)362(100V VVVORO
gy
cosoco
22
22 ?????? ?
锅炉热平衡方程式
)492(QQQQQQQ 654321r ??????? ?
)502(qqqqqq1 0 0 654321 ??????? ?
q1 = Qi / Qr × 100
式中 输入热量
Q1 有效利用热
Q2 排烟损失
Q3 化学不完全燃烧热损失
Q4 机械不完全燃烧热损失
Q5 散热损失
Q6 其他热损失
rQ
1/7
锅炉输入热量 Qr
对于燃煤锅炉, 若燃料和空气没有利用外界热量进
行预热, 且燃煤水分满足
则
6 3 0/QM n e t.arar ?
n e t.arr QQ ?
2/7
)512(kg/kJ,QQhQQ whwrrn e t.arr ????? ?
式中
wh
wr
r
Q
Q
h
— 燃料的物理显热；
— 外来热源加热空气时带入的热量；
— 雾化燃油所用蒸汽带入的热量
锅炉有效利用热 Q1
3/7
式中 Q 工质总吸热量, kJ/ s
B 燃料消耗量,kg/s
Dgr,Dzr,DPw 过热蒸汽量、再热蒸汽量和排污量,kg/s
,, h g s 过热蒸汽焓、饱和蒸汽焓和给水焓,kJ/kg
, 再热蒸汽出口和进口焓,kJ/kg
zrh? zrh?
grh? bsh
? ? ? ?? ?)hh(DhhDhhDB1Q gsbspwzrzrzrgsgrgr1 ???????????
5 4 )-(2k J / k g,BQ ??
空气在空气预热器中吸收的热量又返回炉膛，属锅炉内部热量
循环，锅炉热平衡中不予考虑
固体未完全燃烧热损失 q4
q4 锅炉主要热损之一, 取失决于燃料种类, 燃烧方式, 炉
膛型式与结构, 燃烧器设计与布置, 锅炉运行工况
? Vdaf小； （ Mar,Aar ） 大, q4 大；
? R90大, q4 大；
? 过大或过小, q4 大
? 煤粉在炉膛停留时间 τ 过小, q4 大
???
未完全燃烧热损失 q4
4/7
设计时,q4,按推荐数据选取 （ 表 2-10）
对固态排渣煤粉炉取 q4 =0.5～ 5 %
未完全燃烧热损失 包括 q4,q3
未被完全利用热损失 q2
排烟热损失 q2
式中 -- 排烟焓,取决于 与, kJ/kg
-- 进入锅炉的冷空气焓,kJ/kg
-- 排烟处过剩空气系数
）（ 572,%Q q100)HH(q
r
40lkpypy2 ????? ?
0lkH
py?
pyH py? py?
? 由 q2,受热面低温腐蚀及金属耗量综合确定 。
电站锅炉 约在 110～ 160℃ 之间 。
? 取决于 及烟道漏风 Δα，后者同时影响
py?
py?
py? py?????
5/7
对大中型锅炉 q2 约为 4～ 8%
未被完全利用热损失 包括 q2,q5,q6
未被完全利用热损失 q5
图 2-8 额定容量下锅炉的散热损失
散热损失 q5
额定负荷下的散热损失是外部冷却损失，可根据锅炉尾部受热
面的布置查图 2-8确定
D
Dqq
55 ???
55 qq ?、
DD ?、
-- 锅炉额定容量、运行
容量下的散热损失
-- 锅炉额定容量、运行容量
q5 与锅炉运行负荷近似成反比变化
6/7
热效率 η gr与燃料消耗量 B
热效率
? 正平衡
? 反平衡
,%1 0 0QQq
r
11g ???? ?
),%qqqqq(100 65432g ??????? ?
）（ 622s/kg,QQ100QQB
rg1
???? ?
?
燃料消耗量
）（ 632s/kg),100q1(BB 4j ??? ?
计算燃料消耗量
7/7
习 题
1,某锅炉燃用煤种的收到基成分为,
Car=59.6%； Har=2.0%； Sar=0.5%； Oar=0.8%； Nar=0.8%；
Aar=26.3%； Mar=10.0%； Qar.net=22186kJ/kg
烟气中的飞灰份额 afh=95%
计算,1） V0 2） 及 α =1.45时的 Vy
3） α =1.45,θ =300℃ 时的 Hy
2,某锅炉燃用无烟煤，计算得到完全燃烧所需理论空气量
V0为 5.81Nm3/kg，实测得到炉膛出口过剩氧量 O2为 4.846
（ %），如果炉膛的漏风系数 为 0.05，此时供给炉膛
的实际空气量是多少？
0yV
1/1
? ? ?
第三章 煤 粉 制 备
? 煤粉特性
? 磨煤机
? 制粉系统
煤粉细度 Rx
1/3
煤粉的细度 Rx（ Dx） 用具有标准筛孔尺寸的筛子进行筛分测定。如筛
孔边长为 xμ m，煤粉过筛后，漏下去的煤粉质量为 b，留在筛子上的煤粉
质量为 a，则煤粉细度可用筛子上的剩余率或通过率表示，即
Rx 越小或 Dx 越大，则煤粉越细
)13(,%1 0 0ba aR x ???? ? )23(,%1 0 0ba bD x ???? ?
或
煤粉经济细度 热损失 q4、制粉电耗 qdh、磨煤设备金属部件磨损
qms 之和为最小时的煤粉细度
)33(nV8.04R d a fzj90 ??? ?
其中 n 是表示煤粉颗粒分布的均匀性系数
煤粉均匀性系数 n
)53(
90
200
lg
R
100
lnlg
R
100
lnlg
n 90200 ?
?
? ?
R200< R90,n为正值；
当 R90一定时, n值越大, 则 R200越小, 说明煤粉中过粗的煤粉较少；
当 R200一定时, n值越大, 则 R90越大, 说明煤粉中过细的煤粉较少 。
n值越大, 煤粉中过粗和过细的煤粉均较少, 即煤粉粒度分布较均匀 。
n取决于磨煤机和粗粉分离器的型式, 一般取 n = 0.8～ 1.2。
2/3
煤的可磨性系数
哈氏可磨性指数 HGI
HGI< 62 为难磨煤； HGI>86 为易磨煤
煤的可磨性系数表示煤磨成一定细度的煤粉的难易程度。
与 HGI之间关系
)103(61.0H G I0 0 3 4.0K 25.1BTNkm ??? ?
BTNkmK
全苏热工研究所 （ BTH）
在风干状态下将质量相等的标准煤和试验煤由相同的粒度磨制成相同的
细度时, 消耗的能量之比 （ 式 3－ 7）
BTNkmK
<1.2 为难磨煤
>1.5 为易磨煤
BTNkmK
BTNkmK
3/3
单进单出 钢球磨 (低速磨 )
普通筒式钢球磨 的圆筒通过齿轮由电动机带动低速转动, 燃料和干
燥剂 （ 热空气 ） 从一端进入圆筒, 在圆筒内煤被干燥, 打碎并研磨成
粉, 随后被干燥剂从另一端带出 。
低速磨 主要有普通筒式钢球磨、双进双出筒式钢球磨
1/9
双进双出 钢球磨 (低速磨 )
双进双出筒式钢球磨 圆筒
两端的空心轴内有一空心圆
管, 圆管外装有螺旋输送装
置 。 两端的空心轴既是热风
和原煤的进口, 又是煤粉气
流混合物的出口 。 从而形成
两个相互对称又彼此独立的
磨煤回路的两个回路, 同时
使用时磨煤机出力最大；也
可以单独使用一个, 这时可
使磨煤出力降至 50％ 以下
? 轴颈内带热风空心管
? 轴颈内无热风空心管
2/9
n 过小, 筒内钢球与煤靠
与筒壁的摩擦力带上去, 形
成一个斜面, 然后沿斜面滑
落
钢球磨筒体最佳转速 nzj
n 处于上述两者之间, 钢球被带到一定高度, 沿抛物线落下, 钢球对
筒底的煤发生强烈撞击作用, 辅以研磨
磨煤作用最大时的转速称为最佳工作转速 nzj 经验表明,
nzj =（ 0.75-0.78） nlj
3/9
没有撞击作用，磨煤效果差。
n 影响磨煤出力和电耗
n 过大, 离心力很大, 球与煤随筒壁一同旋转, 产生这种状态的最低
转速称为临界转速 nlj
钢球磨最佳 通风量
Vtf 过小 筒内风速过小, 出口端钢球能量没有被充分利用,
只能带出的少量的细煤粉, 磨煤出力下降, 单位磨煤电耗大
Vtf 过大 筒内风速过大, 磨煤机出口煤粉过粗, 粗粉分
离器回粉量增大, 通风电耗增大
zj
tfV
最佳通风量 磨煤和通风电耗之和最小时的通风量,
的大小与煤的种类, 煤粉细度, 筒体容积及钢球充满
系数等有关 。
zjtfV
zjtfV
4/9
Vtf 直接影响燃料沿筒体长度的分布和磨煤出力
钢球磨出力
磨煤出力 Bm 在电耗一定并保证所需的煤粉细度的条件下, 磨煤
机在单位时间磨制的煤粉量 。 由磨煤机的结构尺寸, 被研磨的燃料特
性以及磨煤机的运行状况确定
5/9
干燥出力 Bg 在单位时间内将煤由原有水分干燥到所要求的煤粉水
分对应的煤粉量 。 由磨煤机的干燥条件确定
对高水分和较软的煤, Bm>Bg,而对于干和硬的煤, 则 Bg >Bm
磨煤机的运行出力 （ 具有一定细度和干燥程度的煤粉流量 Bm=Bg） 可以通
过调节进入磨煤机的干燥剂流量和温度来实现
钢球磨 特性
磨煤的单位电耗 Em 取决于磨煤出力 Bm 和消耗的电网功率 Ndw
kg/kJ,BNE
m
dw
m ?
筒体和钢球的质量比其中的燃料大许多倍, Ndw 主要消耗在
转动筒体和升举钢球上, 与磨煤出力 Bm 几乎无关
Em 随出力 Bm 的降低而增高, 在低负荷下运行不经济
钢球磨特性,结构简单, 对煤种适应性强, 出力大, 运行可靠；
但初投资大, 对锅炉负荷适应性差；单位电耗大, 噪音大
6/9
双进双出 钢球磨的特点
双进双出钢球磨可扩大钢球磨的负荷调节范围
双进双出钢球磨煤机响应锅炉负荷变化的时间非常短, 有利于低挥发分
煤的稳燃 其出力不是靠调整给煤机来控制, 而是靠调整一次风量控制 。
加大一次风阀门的开度, 风量及带出的煤粉流量同时增加, 因此, 在任何
负荷下, 煤粉浓度变化不大, 且煤粉细度降低
双进双出钢球磨煤机设有微动装置 磨煤机在停机或维修操作时以额
定转速的 1／ 100转速旋转, 可使筒内存煤及时散热防止自燃 。 故短时间停
机时不必将筒内的剩煤排空
双进双出钢球磨煤机应用检测制粉噪声或进出口差压的方法来控制筒内
的存煤量
双进双出钢球磨煤机保持了钢球磨煤种适应性广等所有优点, 同时大大
缩小了体积, 降低了磨煤机的能耗, 增强了适应锅炉负荷变化的能力
7/9
中 速 磨
原煤 经落煤管进入两组相对运动的碾磨件
之间，在压紧力的作用下被挤压、研磨成粉，
被甩至四周风环处。
8/9
中速磨 主要有盘式中速磨 （ 辊 -盘式 ）,
碗式中速磨 (辊 -碗式 RP,HP型 ),环式中速
磨 (辊 -环式 MPS型, 球 -环式 E型 )
热风 经风环进入磨煤机，对煤粉进行干燥
并将煤粉带入粗粉分离器进行分离，不合格的
煤粉返回磨煤机重磨，细粉则送出磨外。
中速磨布置紧凑，投资省，单位电耗小,
适宜变负荷运行； 但结构复杂,不宜磨水分太
大及太硬的煤种
高 速 磨 (风扇磨 )
高速磨 由叶轮, 带护甲的蜗壳和粗粉分离器组成, 装有冲击板的叶轮由电
动机带动高速旋转 。 原煤和干燥剂一起被吸入磨煤机内, 煤被转动的冲击板
打碎, 甩到护甲上再次被撞击成煤粉, 在风机压头的作用下由干燥剂携带经
粗粉分离器带出 。
高速磨结构简单, 金属耗量小, 负荷适应能力强, 特别适宜磨水分高的煤
种； 但部件磨损大, 不宜磨制较硬的煤种
9/9
钢球磨中储式制粉系统 有 热风送粉 和 乏气送粉 两种
1/8
钢球磨中储式热风送粉系统
空气经 送风机 → 空预器 → 一次
风机 → 一次风箱 → 混合器 （热气
与煤粉） → 一次风喷口
乏气经 细粉分离器 → 排粉机 →
乏气风箱 → 三次风喷口
适用无烟煤、贫煤及劣质煤
1-原煤仓； 4-给煤机； 7-钢球磨；
8-粗粉分离器； 9-排粉机； 10-
一次风箱； 12-燃烧器； 14-空预
器； 15-送风机； 17-细粉分离器；
21-煤粉仓； 22-给粉机； 23-混
合器； 24-乏气风箱； 25-三次风
喷口； 28-一次风机； 31-再循
环管
钢球磨中储式乏气送粉系统
2/8
1-原煤仓； 4-给煤机； 7-钢球
磨； 8-粗粉分离器； 9-排粉机；
10-一次风箱； 12-燃烧器；
14-空预器； 15-送风机； 17-
细粉分离器； 21-煤粉仓； 22-
给粉机； 23-混合器； 28-一次
风机； 31-再循环管
乏气经 细粉分离器 → 排
粉机 → 一次风箱 → 混合器
（乏气与煤粉） → 一次风
喷口
适用于烟煤等挥发分含
量高的煤种
钢球磨中储式系统再循环管
再循环管 将部分磨煤乏气从排粉风机后返回到磨煤机，然后再
回到排粉风机进行循环
再循环风 温度低，既可以调节磨煤机入口干燥剂的温度，又能
增加磨煤的通风量，并能兼顾燃烧所需一次风的要求，从而 协调磨煤、
干燥和燃烧三方面所需的风量
燃用挥发分高而水分不大的烟煤 要求磨煤通风量大，但干燥风量
小或干燥剂温度低，出现磨煤、干燥和燃烧所需风量的矛盾
运用再循环风,既可降低磨煤机入口干燥剂的温度，增加磨煤通风
量，又能兼顾燃烧所需一次风的需要
3/8
中速磨直吹式负压系统
排粉风机装在
磨煤机出口，整
个系统在负压下
运行
煤粉不会向外
泄漏，对环境污
染小
漏风大，排粉
风机磨损严重，
效率低，电耗大，
系统可靠性差。 4-磨煤机； 6-次风箱； 10-送风机； 12-空预
器； 15-排粉风机 4/8
中速磨直吹式制粉系统 有 正压 和 负压 系统； 正压系统 又有 热一次风
和 冷一次风 系统
中速磨直吹式正压热一次风系统
正压系统,一次风机布置在
磨煤机之前, 系统处于正压状
态下工作
无漏风；叶片磨损小
煤粉易外泄, 系统需设专门
的密封风机
热一次风系统,配置二分仓
回转式空预器 。 一次风机布置
在空预器与磨煤机之间, 输送
的是热空气
空气温度高, 比容大, 风机
体积大, 电耗高, 易发生高温
侵蚀, 运行效率及可靠性低
4-磨煤机； 6-次风箱； 10-送风机； 11-
热一次风机； 12-空预器； 19-密封风机
5/8
中速磨直吹式正压冷一次风系统
冷一次风系统,配置
三分仓回转式空预器。
一、二次风各自由单独
风机输送，风机处于空
预器之前，输送的是干
净的冷空气
空气温度低，比容小，
风机体积小，电耗低，
效率高；高压头冷一次
风机可兼作密封风机，
简化系统；热风温度不
受一次风机的限制，可
满足磨制较高水分煤种
的要求。
6/8
4-磨煤机； 6-次风箱； 10Ⅰ - 一次风
机； 10Ⅱ -二次风机； 12-空预器
高速磨直吹式系统
（ a） 热风干燥； （ b） 热风 -炉烟干燥
l-原煤仓； 3-给煤机； 4-下行干燥管； 5-磨煤机； 6-煤粉
分离器； 7-燃烧器； 8-二次风箱； 9-空预器； 10-送风机；
12-抽烟口； 13-混合器
7/8
? 磨制烟煤和水
分不高的褐煤
采用热风作为
干燥剂
? 磨制高水分的
褐煤
采用热风掺炉
烟作为干燥剂
两种制粉系统的比较
直吹式系统 系统简单, 设备部件少, 管路短, 阻力小, 初投资和
系统的建筑尺寸小, 输粉电耗较小；但磨煤机的工作直接影响锅炉的运
行, 锅炉机组的可靠性相对低些
8/8
储仓式系统 设有煤粉仓, 磨煤机可一直维持在经济工况下运行, 磨
煤机的工作对锅炉影响较小, 系统的可靠性高；但系统复杂, 设备部件多,
初投资及运行费用高
锅炉负荷变动时
? 储仓式系统 调节给粉机转数改变煤粉量, 既方便又灵敏；
? 直吹式系统 从改变给煤量开始, 经过整个系统才能改变煤粉量, 惰
性较大
第四章 燃烧过程的理论基础
化学反应速度
? 化学反应速度
固体燃料的燃烧
? 煤燃烧的四个阶段
? 煤和煤粉的燃烧特点
煤粉气流的着火与燃烧
? 着火与熄火的热力条件
? 煤粉气流的着火及影响
因素
? 影响反应速度的因素
? 焦碳的燃烧
? 煤粉气流着火热源
? 完全燃烧的条件
化学反应速度 在反应系统单位体积中物质 （ 反应物或生成物 ） 浓度
的变化率, 单位是 mol /（ cm3·s ）
对于反应式
?A＋ ?B → ?G＋ ?H
反应速度为
CA,CB,CG,CH 分别为反应物 A,B和生成物 G,H的浓度,mol/cm3
α, β, γ, δ 分别为相应的化学计量系数
)14(dtdC1dtdC1dtdC1dtdC1w HGBA ?????????????? ?
燃烧反应是一种发光放热的高速化学反应，同时伴随各种物理过程
均相燃烧 燃料和氧化剂物态相同，如气体燃料在空气中燃烧
多相燃烧 燃料和氧化剂物态不同，如固体燃料在空气中燃烧
化学反应速度
1/1
均相反应质量作用定律
质量作用定律 反映浓度对化学反应速度的影响
对于均相反应, 在一定温度下, 化学反应速度与参加反应各反
应物浓度乘积成正比, 各反应物浓度的幂指数等于其相应的化学
计量系数
1/4
对反应 ?A＋ ?B → ?G＋ ?H 质量作用定律可用下式表示
式中,k 为反应速度常数，表示单位物质浓度时的反应速度
)34(CkCw BA ?? ?? ?
在温度不变的情况下，反应物的浓度越高，分子的碰撞机会
越多，化学反应速度就越快。
多相反应质量作用定律
2/4
多相燃烧反应 在固体表面进行, 固体燃料浓度不变 （ CA=常
数 ）, 故多相反应速度 w是指在单位时间, 单位表面上反应物
（ 气相 ） 浓度的变化率
式中 fA－单位容积 两相混合物中固相物质的表面积；
CB－ 气相反应物质的浓度
???? BAB Ckf
dt
dCw
阿累尼乌斯定律
阿氏定律 反映温度对化学反应速度的影响
反应物浓度不变时, 反应速度常数 k 随温度变化的关系
式中 k0－ 频率因子, 近似为一常数
R,T,E － 通用气体常数, 热力学温度, 活化能
)44(ekk RT
E
0 ??
? ?
3/4
活化能 E 能够破坏原有化学键并建立新化学键所必须消耗的能量,
具有活化能的分子为活化分子 。 活化能 E与反应物种类有关, 挥发分含量
小的煤, E大
在一定的温度下, 活化能 E越大, 则反应速度常数 k值越小, 反应速率
越小；而在一定的活化能 E下, 温度越高, 则反应速度常数 k值越大, 反
应速率越大
压力对反应速度的影响
在反应容积不变的情况下, 反应系统压力增高,
就意味着反应物浓度增加, 化学反应速度增加
)64(pw n ?? ?
4/4
煤燃烧过程的四个阶段
预热干燥 煤被加热至 100℃ 左右, 煤粒表面及煤粒缝隙间的水被逐渐
蒸发出来 。 大量吸热
1/1
挥发份析出并着火 温度升至一定值, 煤中挥发分析出, 同时生成焦
碳 （ 固定碳 ） 。 挥发分的释放量及成分主要取决于升温速度 。 不同的煤,
开始析出挥发分的温度不同, 达到一定温度, 析出的挥发分就着火, 燃烧 。
对应的温度称煤的着火温度, 不同煤的着火温度不同 。 少量吸热
燃烧 挥发份 首先 燃烧造成高温, 包围焦炭的挥发分基本烧完且燃烧
产物离析后, 碳开始着火, 燃烧 。 大量放热
燃尽 残余的焦炭最后燃尽, 成为灰渣 。 少量放热
上述各阶段实际是交叉进行的；其中着火和燃尽是最重要的两个阶段,
着火是前提, 燃尽放热是目的
焦碳的燃烧反应
附加反应 C 及 C O 与空气中的水蒸汽产生的反应
C + H2 O →C O + H 2
C + 2 H2 O →C O 2 + 2 H2
CO + H2O → C O 2 + H2
1/6
一次反应 在一定温度下，碳和氧的化学反应可能有两种
C + O2 → C O2 C + O2 → C O
2
1
二次反应 一次反应的生成物 CO2,CO与初始反应物碳和氧
再次发生反应
C + C O2 → 2 C O C O + O2 → C O2
2
1
焦碳燃烧的动力学特性
2/6
氧气从外界扩散到炭粒周围,氧气通过灰
壳的阻力，到达炭粒的表面；
氧气吸附在炭粒表面；
高温下，炭粒和氧进行化学反应,生成
CO2和 CO，同时不可燃物生成灰渣（灰壳的
一部分）；
焦碳燃烧按下述程序进行
燃烧产物（ CO2和 CO）从炭粒表面上解吸析；
燃烧产物通过灰壳阻力向外扩散,其中 CO2直
接扩散在周围空气中,CO在扩散过程中遇氧气
又变成 CO2,然后再向远处空气中扩散
焦碳燃烧的动力学特性
焦碳的燃烧反应速度的影响因素 可以是化学的 （ 反应物的
吸附作用, 化学反应本身, 或生成物的脱附作用 ） ；也可以
是物理扩散的 （ 反应物或生成物向容积气相或颗粒气孔内的
气相的扩散 ）
焦碳的燃烧反应速度 取决于上述连续过程中最慢的某一个
阶段, 氧向碳粒表面的扩散或在碳表面发生的化学反应
3/6
碳的燃烧反应速度
焦碳的燃烧反应速度 取决于温度, 焦碳颗粒尺寸, 氧气浓度, 环境压
力和气体与焦碳颗粒之间的相对速度等
式中,mp― 焦碳颗粒质量；
ρ p― 焦碳粒颗密度；
P ― 压力；
χ 02― 氧气浓度；
d ― 焦碳颗粒的直径；
k ― 焦碳颗粒的反应速率常数
)74(Pdkdtdm 022Pp ?????? ?
4/6
碳的燃烧反应速度
5/6
反应速度常数 k 取决于碳粒表面的化学反应速度常数 kC 和氧的扩散速
度常数 kD
)84(k/1k/1 1k
DC
??? ?
其中
)94()RT Ee x p (Ak
PC
??? ?
)104(d R TD37.2k
aD
??? ?
式中 A 为反应前置系数； R 为通用气体常数
d 为碳粒直径；
D 为氧气扩散系数；
? 为 化学当量因子 。 若主要产物是 CO2,则 ?等于 1；若主要产物
是 CO,则 ?等于 2；
TP,Ta 分别为碳粒温度和边界层中气体平均温度
燃烧反应区域
6/6
动力区 燃烧反应的温度不高,kC很小,kD非常大，焦碳燃烧处于
化学动力控制下,反应速率常数 k=kC
燃烧反应速度 w 取决于碳粒表面的化学反应速度,是随温度的升高按
指数增大。 强化燃烧的措施是提高反应系统的温度
扩散区 燃烧反应温度较高,kC非常大,kD很小，焦碳燃烧处于扩
散控制下,反应速率常数 k=kD
燃烧反应速度 w 取决于氧气向碳粒表面的扩散速度。 强化燃烧的措
施是强化扰动，减小煤粉颗粒
过渡区 动力区与扩散区之间区域,强化燃烧的措施是 同时提高炉膛
温度和扩散速度
根据燃烧条件的不同，可将多相燃烧分为三种不同的区域
煤的燃烧特点
煤中含有水分 煤的燃烧过程中, 水蒸气很易和 C及 燃烧
产物 CO作用, 生成 CO2和 H2,H2再与 CO或 CO2反应 。 这种催化作
用, 使燃烧反应更加复杂并改变化学反应速度
1/2
煤中含有挥发分 挥发分对煤的着火燃烧有利；但另一方面,
挥发分析出燃烧, 消耗了大量氧气, 并增加了氧气向煤粒表面
的扩散阻力, 使燃烧过程的初期焦碳的燃烧速度下降
煤中含有矿物杂质 在燃烧过程会生成灰, 灰层包裹着碳粒,
会妨碍氧向碳粒表面的扩散, 或使碳粒反应表面减少, 使燃烧
难以进行, 燃尽困难
煤是一种多孔性物质 它受热时产生的水蒸气和挥发分, 不
但向煤粒表面四周的空间扩散, 而且还会向煤粒的内部空隙扩散
煤粉的燃烧特点
锅炉燃用煤粉的颗粒很小 （ 30～ 100μm）, 炉膛温度又很高, 煤粉在炉
膛中的加热速度可以达到 （ 104℃ /s或更高 ）, 总的挥发分释放时间小于
1秒, 而且挥发分很快地由炭粒表面逸出
2/2
煤粉快速加热时,煤中 挥发分的含量和成
分 都与慢速加热的挥发分常规测试方法不同
煤粉快速加热时,挥发分析出、着火和碳
的着火燃烧几乎是同时的,其中极小的煤粉
甚至可能先着火燃烧
煤燃烧的四个阶段不明显，挥发分析出过
程几乎延续到燃烧的最后阶段
煤粉快速加热时,焦碳在孔隙结构方面 与
慢速加热有很大差别 煤粉火焰中挥发分的析出曲线
煤粉气流的着火 由缓慢的氧化状态转化到快速的燃烧状态的瞬间过程
称为着火，转变时的瞬间温度称为 着火温度
着火和熄火的热力条件
1/3
)134()TT(FQ b2 ???? ?
? 燃烧过程中向周围介质的散热量 Q2为
式中 V,F ― 分别为 煤粉空气混合物容积和燃烧室壁面面积
α ― 混合物向燃烧室壁面的综合放热系数
T,Tb ― 分别为 反应系统温度和燃烧室壁面温度
)124(QVCekQ rnORT/E01 2 ?? ? ?
? 燃烧室内煤粉空气混合物燃烧时的放热量 Q1为
煤粉气流着火、熄火的热力条件
煤粉气流燃烧时要放出热量, 同时又向周围介质散热 。 这两个互相矛盾
过程的发展, 可能使燃烧过程发生 （ 着火 ） 或者停止 （ 熄火 ）
煤粉气流的 着火温度
放热曲线 Q1是一条指数曲线, 散热曲线 Q2接近于直线
2/3
点 2对应的温度即为着火温度 Tzh
Tb=Tb1（ 很低），散热线
与 Q1 交点 1为稳定平衡点，煤粉处于 低温缓慢氧化状态
2Q?
2Q?
Tb=Tb2,散热线
与 Q1 交点 2为不稳定平衡点，只要稍增
加系统的温度,Q1 > Q2,反应将自动加速过
渡到点 3高温稳定平衡点，此时，只要保证煤
粉和空气的不断供应，最后将稳定在高温燃
烧状态
2Q?
2Q?
煤粉气流的 熄火温度
? Tzh, Txh是在一定测试条件下的相对特
征值,Txh大于 Tzh。
? 强化着火的措施
在散热条件不变的情况下，增加可燃混
合物的初温、浓度和压力，加强放热
在放热条件不变时，提高燃烧室的保温，
减少放热
3/3
Tb=Tb2、强化散热，散热线
与 Q1 交点 4为 不稳定平衡点，只要反应系统温度稍降低,Q1 < Q2,
反应系统温度急剧下降过渡到点 5低温稳定平衡点，此时，煤粉只能产生
缓慢地氧化，而不能着火和燃烧，从而使燃烧过程中止（熄火）
点 4对应的温度即为熄火温度 Txh
2Q??
2Q??
煤粉气流的着火热源
1/2
煤粉气流着火热源 煤粉气流卷吸回流的高温烟气；火焰、炉墙等对煤粉
的辐射
)164()TT(r4)TT(ar4ddTcr34 4m4h02my2mm3 ???????????? ?
式中,r,?m,c ― 分别为煤粉半径 (m),密度 (kg/m3)和比热 (J/(kg·℃ ))；
Tm,Th― 分别为煤粉气流温度 (K),火焰温度 (K)
Ty — 回流烟气温度 (K)
τ ― 煤粉加热时间 (s)；
a ― 烟气对煤粉的对流放热系数, (W/(m2·℃ ))；
? ― 煤粉和周围介质的系统黑度；
右边第一项是高温回流烟气的对流热；第二项是火焰、炉墙等的辐射热
煤粉的加热方程式
2/2
煤粉气流的着火热源
细煤粉温升比粗煤粉快得多；
煤粉气流的着火主要是靠高温回
流烟气的加热
煤粉气流由初温 T0加热到着火温度 Tz 所需时间 τz 分别为
? 辐射为主要热源（曲线 2）
)194()TT(T3 cr 0z4
h0
mz ??
?
??? ?
)184(TT TTlna3 cr
zy
0ym
z ??
???? ?
? 高温回流烟气对流为主要热源（曲线 1）
煤粉气流 着火热
? ?
? ?? ? ? ?? ? )204(1 0 0Tc2 5 1 0
M1 0 0
MM
1 0 0Tc2 5 1 0
1 0 0
M
B
TT
1 0 0
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?
?
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?
式中 Br― 每台燃烧器的燃料消耗量, kg/h
?r― 燃烧器送入炉内的空气所对应的过量空气系数
rl― 一次风量占炉膛出口相应总风量的百分比；
c1K, Cq, cd ― 一次风, 蒸汽及煤的比热, J/Nm3·K）
Mar,Mmf ― 煤的收到基水分, %,煤粉的水分, %
Tzh― 着火温度, K
T0― 煤粉一次风气流初温, K
1/5
煤粉气流的着火热 为将煤粉气流加热到着火温度所需的热量
对于热风送粉,煤粉气流的着火热为
? ?
? ?? ? ? ?? ? )204(1 0 0Tc2 5 1 0
M1 0 0
MM
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????
????
?
?
??
?
? ?
?
?
??
?
? 第一项为加热煤粉和一次风所需热量
? 第二项为煤粉中水分蒸发、过热所需热量
2/5
煤粉气流 着火热
煤特性、散热条件及初
温对着火的影响
燃料的性质
挥发分含量 Vdaf 小； 水分, 灰分含量高； 煤粉细度大, 则煤粉
气流着火温度提高, 着火热增大, 着火所需时间长, 着火点离
开燃烧器喷口的距离增大
3/5
炉内散热条件
减少炉内散热, 有利于着火 。 敷设卫燃带是稳定低挥发分煤着
火的有效措施, 但需预防结渣
煤粉气流的初温
提高初温 T0 可减少着火热 。 燃用低挥发分煤时应采用热风送粉
制粉系统, 提高预热空气温度
一次风量、一次风速
对着火的影响
一次风量 V1 （ V0 ?r γ1 ）
? V1过大, 着火热增加, 着火延迟
? V1过低, 燃烧初期由于缺氧, 化学反应速度减慢, 阻碍着火继续扩展
? V1在最佳值范围内选取 （ P80表 5-4和 P88表 5-7 ）
4/5
一次风速 w1
? w1过高, 通过单位截面积的流量增大, 降低煤粉气流的加热速度, 着
火距离加长, 着火推迟
? w1过低, 燃烧器喷口易烧坏, 煤粉管道堵塞
? w1在最佳值范围内选取 （ P80表 5-5和 P88表 5-7）
锅炉负荷 D
? D降低, 煤耗量 B 相应减少, 水冷壁总的吸热量 Q 也减少, 但减
少的幅度较小, 故 Q/B反而增加, 炉膛平均烟温及燃烧器区域烟温
降低, 对煤粉气流着火不利, 当锅炉负荷降到一定程度时, 会危及
着火的稳定性, 甚至可能引起熄火
锅炉的负荷对着火的影响
5/5
? 着火稳定性条件限制了煤粉锅炉负荷的调节范围 。 一般在没有
其他稳燃措施条件下, 固态排渣煤粉炉只能在高于 70% 额定负荷下
运行
煤粉气流完全燃烧的条件
1/3
? 最佳 应使 (q2 + q3 + q4)为最小
通过燃烧调整试验确定，并在运行
中尽量保持该值
???
对烟煤，可取 =1.15
对无烟煤、贫煤，可取 =1.2
???
???
? 值影响 q2,q3 和 q4
在一定范围内 减小,q2 降低，
但 q3, q4 会增加
???
???
供应充足而适量的空气量 α
炉膛出口过剩空气系数 可代表空
气量对燃烧过程的影响 ?
??
煤粉气流完全燃烧的条件
保证足够的炉膛温度
? 炉温高, 着火快, 燃烧速度快, 燃烧过程便进行得猛烈, 燃烧也
易于趋向完全
? 炉温过高, 不但会引起炉内结渣, 也会引起水冷壁的膜态沸腾
? 炉温在 （ 1000～ 2000℃ ） 范围内比较适宜
?
2/3
促进燃料与空气充分混合
煤粉完全燃烧应使煤粉和空气充分扰动混合 。 要求燃烧器的结构
特性优良, 一, 二次风配合良好, 炉内空气动力场均匀
保证足够的停留时间 τ
煤粉在炉内的停留时间 τ 煤粉自燃烧器出口至炉膛出口所
经历的时间
? τ过小,由于煤粉至炉膛出口处还没有烧完，但炉膛出口后温
度降低会使燃烧基本停止，造成燃烧热损失增大；同时引起炉
膛出口处过热器超温和结渣
? τ 取决于炉膛容积热强度、炉膛截面热强度和锅炉运行负荷
煤粉气流完全燃烧的条件
3/3
第五章 煤粉炉与燃烧设备
煤粉炉的炉膛
? 炉膛的作用与型式
煤粉燃烧器
? 燃烧器的作用与要求
? 燃烧器的类型与布置
? 煤粉火炬的稳燃技术
W型火焰燃烧方式
? W型火焰炉膛结构
? W型火焰燃烧方式的特点
燃烧污染物的控制方法
? N0X,S0X的控制技术
炉膛是燃料燃烧和热交换 （主要是辐射能交换） 的场所
? 保证燃料燃烧完全 （燃料在炉膛内有足够的停留时间）
? 布置合适的受热面、合理组织炉内热交换 满足锅炉容量的要求；同
时使烟气到达炉膛出口时被冷却到使其后的对流受热面不结渣和安全工
作所允许的温度
? 炉膛出口的 NOX和 SOX等排放量应符合环保要求
? 炉膛结构紧凑，金属耗量少、；制造、安装、检修方便
煤粉炉炉膛的作用
1/2
影响炉膛设计的主要因素
燃料特性、燃烧方式和排渣方式
煤粉锅炉炉膛型式
炉膛及燃
烧器
布置方式
Π型炉
切向燃
烧
半开式
Π型炉
切向燃烧
Π型炉
对冲（交错）
燃烧
Π型炉
前墙燃
烧
W型炉
W燃烧
炉膛
型式
排渣方式 固态 液态 固态 固态 固态
燃烧器
型式
直流式
直流式
旋流式
旋流式
旋流式
直流式
2/2
燃烧器的作用与要求
1/2
燃烧器的作用是将燃料与燃烧所需空气按一定的比例, 速
度和混合方式经喷口送入炉膛
? 保证燃料与空气充分混合、及时着火、稳定燃烧和燃尽，
燃烧效率较高
? 能形成良好的炉内空气动力场，火焰在炉内的充满程度好，
且不会冲墙贴壁，避免结渣
? 有较好的燃料适应性和负荷调节范围
? 能减少 NOX的生成，减少对环境的污染
? 结构简单，流动阻力较小
进入煤粉炉燃烧器的空气不是一次集中送进的, 按对着火,
燃烧有利而合理组织, 分批送入, 按作用不同, 可分为三种
一次风 携带煤粉送入燃烧器的空气。主要作用是输送煤粉
和满足燃烧初期对氧气的需要
通过燃烧器的空气
2/2
二次风 待煤粉气流着火后再送入的空气。二次风补充煤粉继
续燃烧所需要的空气，并起气流的扰动和混合的作用
三次风 对中间储仓式热风送粉系统，为充分利用细粉分离器
排出的含有 10%～ 15%细粉的乏气，由单独的喷口送入炉膛燃烧，
这股乏气称为三次风
燃烧器的类型与布置
直流燃烧器
? 直流射流
? 直流燃烧器的类型
? 直流燃烧器的布置
旋 流燃烧器
? 旋流射流
? 旋流燃烧器的类型与布置
1/1
1-喷口； 2-核心区；
3-边界层； 4-外边界；
5-内边界； 6-源点；
7-扩展角； 8-速度分布
等温自由射流的结构特
性及速度分布
WH=0,CH=0,TH>T0
直流射流空气动力特性
湍流自由射流 是直流燃烧器各喷口以较高的初速 （ Re≥105） 和一
定的浓度, 射入尺寸很大的炉膛空间 （ 炉膛内充满高温, 静止介质
（ 烟气 ）, 煤粉浓度为零 ） 的煤粉气流
湍流自由射流 除了做整体运动外, 流体微团还具有纵向脉动和横
向脉动, 后者对对热质交换起着重要作用
1/5
W0
C0
T0
1-喷口； 2-核心区；
3-边界层； 4-外边界；
5-内边界； 6-源点；
7-扩展角； 8-速度分布
WH=0,CH=0,TH>T0
直流射流空气动力特性
2/5
射流（煤粉气流）自喷口喷出后，沿着轴线方向运动，其边界上的流体
微团不断与周围介质发生热质交换和动量交换，将部分周围高温、静止介
质卷吸到射流中来，并随射流一起运动
射流横断面不断扩展,流量 Q增加； 煤粉浓度 C下降； 温度 T升高； 轴向
速度 W逐渐减慢,最后射流的能量完全消失在空间介质中
直流射流空气动力特性
3/5
射流核心区 射流中心尚未被周围气体混入，保持初速 w0的区域
湍流边界层 核心区维持初速 w0的边界称为 内边界； 射流与周围气体的
分界称为 外边界。 内、外边界间区域为 湍流边界层,其内为射流本身的流
体以及卷吸进来的周围气体
转折截面 核心区消失，只在射流轴线保持初速 w0的某点对应的截面。
在转折截面前的射流段称为 初始段,在转折截面后的射流称为 基本段
扩展角 射流外边界线的交点称为源点，其交角称为扩展角
1-喷口； 2-核心区；
3-边界层； 4-外边界；
5-内边界； 6-源点；
7-扩展角； 8-速度分布
WH=0,CH=0,TH>T0
直流射流空气动力特性
卷吸量 Q 外边界卷吸的高温烟气量
? 圆形喷口的卷吸量大于矩形喷口；
? 一个喷口分成总面积相等的若干个小喷口，卷吸量是增加的
? 直流 Q＜漩流 Q；直流射流适用于无烟煤，后期混合好
4/5
显然，射流卷吸周围气体越多，衰减较快。
直流湍流自由射流的 卷吸量相对较小，而射流的衰减较慢
射程 L 射流轴向速度 wm与射流初始速度 w0的比值降低到某一不为
零的数值（如 0.05）时的截面与喷口间的距离
射程 反映轴向速度 wm沿射流运动方向衰减的程度，即射流对周围气
体的穿透能力 。直流射程 L>漩流射程 L
射流的刚度 射流组的流动过程
射流在有限空间内，抵抗外界干扰不发生偏离轴线的能力。刚度不够，
射流偏移到炉墙，可能引起结渣；偏向其他射流，会干扰其正常工作
射流的初始动量越大，刚度越大
扩展角 θ
θ 可决定射流的形状及两相邻射流开始混
合点，其位置对煤粉气流着火和氧化剂的及
时补充有很大影响，直流湍流自由射流的 θ
相对较小
直流射流空气动力特性
5/5
直流燃烧器均等配风
均等配风 燃烧器 一, 二次风喷口相间布置, 即在二个
一次风喷口之间均等布置一个或二个二次风喷口, 各二
次风喷口的风量分配较均匀
均等配风 燃烧器 一, 二次风口间距较小, 有利于一,
二次风的较早混合, 使一次风煤粉气流着火后能迅速获
得足够的空气, 达到完全燃烧
1/3
直流燃烧器的一, 二, 三次风分别由垂直布置的一组圆形或矩形的喷
口以直流湍流自由射流的形式喷入炉膛, 根据燃煤特性不同, 一, 二次
风喷口的排列方式可分为均等配风和分级配风
均等配风 适用于燃用高挥发分煤种, 常称为 烟
煤, 褐煤型配风方式
分级配风燃烧器 一次风喷口相对集中布置, 并靠近燃烧
器的下部, 二次风喷口则分层布置, 一, 二次风喷口间保
持较大的距离, 燃烧所需要的二次风分阶段送入燃烧的煤
粉气流中, 强化气流的后期混合, 促使燃料燃烧与燃尽
分级配风燃烧器 一次风喷口高宽比大, 卷吸量大；煤粉
气流相对集中, 火焰中心温度高, 有利于低挥发分煤的着
火, 燃烧
直流燃烧器分级配风
2/3
分级配风 适合于燃用低挥发分煤种或劣质煤, 常称为 无
烟煤和贫煤配风方式
下二次风 防止煤粉离析，避免未燃烧的煤粉直接落入灰斗；托住火
焰不致过分下冲，避免冷灰斗结渣，风量较小
中二次风 是均等配风方式煤粉燃烧阶段所需氧气和湍流扰动的主要
风源，风量较大
上二次风 提供适量的空气保证煤粉燃尽，是分级配风方式煤粉燃烧
和燃尽的主要风源，风量较大
燃尽风 喷口位于整组燃烧器的最上部（三次风喷口之上），送入剩
余 15%的空气，实现富燃料燃烧，抑制燃烧区段温度，达到分级燃烧目
的，有效减少炉内 NOX生成量，有利于燃料的燃尽
周界风 位于一次风喷口的四周，周界风的风层薄；风量小；风速较
高。可防止喷口烧坏，适应煤质的变化
此外, 可布置的二次风还有侧二次风, 中心十字二次风和夹心风等
直流燃烧器各层二次风的作用
3/3
直流燃烧器 四角布置
切圆燃烧方式
切圆燃烧方式直流燃烧器的布置 炉膛四角或接近四角布置，四个角
燃烧器出口气流的轴线与炉膛中心的一个或两个假想圆相切，使气流在炉
内强烈旋转（图 5-6）
1/3
切圆燃烧方式的特点
? 煤粉气流着火所需热量,除依靠
本身外边界卷吸烟气和接受炉膛辐
射热以外,主要是靠来自上游邻角
正在剧烈燃烧的火焰的冲击和加热，
着火条件好
? 火焰在炉内充满度较好, 燃烧后
期气流扰动较强, 有利于燃尽, 煤
种适应性强
?风粉管布置复杂
一次风煤粉气流的偏斜
切圆燃烧方式 实际气流并不能完全沿轴线方向前进, 会出现一定的偏斜,
严重时会导致燃烧器出口射流贴墙或冲墙 。 造成炉膛水冷壁结渣
邻角气流的横向推力 其大小取决于四
角射流的旋转动量矩。其中二次风射流动
量矩起主要作用；一次风射流本身的动量
（刚性）则是维持气流不偏斜的内在因素 。
2/3
增加一次风动量或减少二次风动量, 可
减轻一次风射流的偏斜 。 但一次风速受着
火条件限制, 不能相应提高；而为加强炉
内气流的扰动, 二次风速也不宜降低 。 一,
二次风速推荐值见 P80表 5-5
假想切圆直径 dJX 较大的 dJX可使邻角火炬的高温烟气更易达到下角射
流的根部，扰动更强烈，有利于煤粉气流着火、燃尽； 但 dJX过大，射流
偏斜增大，容易引起水冷壁结渣；炉膛出口较大的残余旋转会引起烟温
和过热汽温偏差
一次风煤粉气流的偏斜
3/3
炉膛和燃烧器的结构特性 燃烧器射
流两侧卷吸烟气形成负压，内侧（向火
侧）夹角 α1大，且有上游邻角气流横扫
过来，补气条件充裕；面向炉墙的一侧
（外侧）夹角 α2小，且需从射流较远处
回流烟气或由射流上下两端来补气，补
气条件很差，射流两侧因此出现压差，
迫使射流偏向压力低的一侧
旋流燃烧器出口气流是一股绕燃烧器轴线旋转的旋转射流
一、二次风用不同管道与燃烧器连接，在燃烧器内一、二次风
通道隔开。 二次风射流均为旋转射流,一次风射流可以是旋转射流,
也可以是直流射流
旋流射流 空气动力特性
1/2
旋流 射流具有比直流射流大得多的扩展角，射流中心形成回流
区，射流内、外同时卷吸炉内高温烟气,卷吸量大
旋流燃烧器适用于 含挥发分较高的煤种
从燃烧 器喷出的气流具有很高的切向速度
和足够大的轴向速度,早期湍动混合强烈
轴向速度衰减较快，射流射程较短,后期
扰动较弱
旋流射流 空气动力特性
旋流强度 n 表征旋转射流旋转程度的特征参数, 随着 n的不同, 旋转
射流有三种不同的流动状态
封闭气流 n 较小,弱旋或不旋，中心没有回流区或回流区较小，回流
区负压小，主射流受到压缩，旋转射流呈封闭状态，其特性接近直流射流
开放气流 n 较大,射流内、外侧的压力差逐渐接近，射流中心形成较
大回流区，延长到速度很低处才封闭，形成开放式的结构
2/2
全扩散气流 n 和扩展角很大,射流外卷吸作用强烈，使外侧压力小
于中心压力，整个射流向外全部张开，外侧回流区全部消失
旋流燃烧器的类型
旋流燃烧器 根据旋流器的结构不同, 旋流燃烧器分为
? 蜗壳式旋流燃烧器 采用蜗壳作旋流器
? 叶片式旋流燃烧器 采用叶片作旋流器
型 式 旋 流 器 一 次 风 二 次 风
蜗壳型
双蜗壳
单蜗壳
叶片 +蜗壳
旋转
直流，带中心扩流锥
经蜗壳旋转
旋转
旋转
经叶片旋转
叶片型 轴向叶片
切向叶片
直流或弱旋
直流或弱旋
旋转
旋转
1/4
旋流燃烧器 的类型
直流蜗壳式 双蜗壳式 轴向可动叶轮式
2/4
旋流燃烧器的布置
旋流燃烧器前墙布置
不受炉膛截面宽, 深比限制,
布置方便, 与磨煤机联接煤粉
管道短
主气流上下两端形成明显的
停滞旋涡区, 炉膛火焰的充满
程度较差, 炉内火焰的扰动较
差, 不利于燃烧后期的扰动和
混合
3/4
旋流燃烧器的布置
燃烧器前后墙或两侧墙布置
两面墙上燃烧器喷出的火炬在炉膛中
央互相撞击后，火焰大部分向炉膛上方
运动，炉内的火焰充满程度较好，扰动
性也较强
若对冲的两个燃烧器负荷不相同，则
炉内高温火焰将向一侧偏移，造成结渣
旋流燃烧器炉顶布置 只在采用 W火焰
燃烧技术的较矮的下炉膛中才应用
4/4
煤粉火炬的稳燃技术
1/8
利用燃烧器的各种结构产生局部烟气的回流，增强对煤粉气流供热能力
? 用饨体产生回流,如钝体燃烧器等；
? 用速度差产生回流, 如大速差同轴射流燃烧器；
? 用叶片产生回流, 如旋流预燃室；
采用各种方法使煤粉气流在进入炉膛之
前进行浓缩分离,浓相 (0.8 ～ 1.2kg煤粉
/kg空气 )处于炉膛内的向火面，有利于着火
和燃烧，煤粉淡相 (0.2～ 0.4kg煤粉 /kg空气 )
处于水冷壁面，可减缓水冷壁遭受煤粉的
冲刷磨损、高温腐蚀和结渣
钝体燃烧器
钝体燃烧器是在直流燃烧器靠近一次风喷口 1出口处安装一个三角形
的非流线形物体 — 钝体 2
? 煤粉空气流经钝体后，在钝体后面 产生一个较大的高温回流区 3
2/8
? 煤粉气流由喷口射出，遇到钝体后，由于煤粉颗粒惯性大，在回流区
边缘附近集聚,形成一个高煤粉浓度区域
? 在钝体的导流下，一次风射流的扩展角显著增大，射流 外边界卷吸高
温烟气的能力有所增加
高浓度煤粉的稳燃作用
3/8
?提高煤粉化学反应速度
?降低煤粉气流着火温度
? 减少 煤粉气流的 着火热
? 增加辐射吸热量
? 降低污染物 Nox的排放
稳燃腔煤粉燃烧器
稳燃腔煤粉燃烧器 由稳燃腔 腔体, 钝体 和煤粉浓淡分离 三角滑块 组成
稳燃腔腔体 腔体使钝体后 回流区封闭,煤粉气流经钝体后一段距离
仍汇合成一股气流，不致改变炉内气体动力场；将钝体置于腔体内，钝体
前腔体有一渐扩段，相对减低了气流的速度，可避免 钝体烧坏，减轻磨损
三角形滑块 一次风直管段中的
三角形滑块可 进行煤粉的浓淡分离，
在燃烧器出口得到所需的煤粉浓相
和淡相进入炉膛燃烧
钝体 置于稳燃腔腔体中，煤粉气流流经钝体后 形成一个回流区,卷
吸炉内的高温烟气加热煤粉气流，强化着火、燃烧
4/8
双通道煤粉燃烧器
原燃烧器 一次风喷口上、下侧各开一个一次风口，形成双一次风通道
两股一次风以贴壁射流形式进入一突扩室,其间形成高温烟气回流,稳
定煤粉的着火和燃烧
5/8
两个一次风喷口两侧壁腰部布置腰部二次风
腰部风全开，可屏蔽一次风形成的高温烟气回流,用于调节煤粉着火点
位置，避免燃烧器两侧壁过热与结渣
双通道煤粉燃烧器
下一次风口两侧各装 1个直径为 Φ6～ 8mm的高速蒸汽射流管
流速可在 0～ 音速之间调节。高速气流产生的强烈回流与一次风射流产
生的烟气回流重合，进一步强化下一次风粉的着火；根据不同煤种对着火
热的要求,通过改变高速蒸汽射流的压力可改变高温烟气回流量。
适用于极难燃煤种。
6/8
双通道煤粉燃烧器是通过改变腰部二次风风量和高速射流蒸汽压力来控
制煤粉着火，达到低负荷稳燃和适应煤种变化的目的
水平浓缩煤粉燃烧器
燃烧器一次风管内采用百叶窗式浓缩器
百叶窗 将一次风在水平方向上分成浓、淡两股气流，百叶窗的最后一级
叶片可调，用来调节煤粉的浓缩比，以满足各种负荷和煤种变化的需要
7/8
燃烧器出口设置钝体和侧面风
钝体 用来形成一定的烟气回流起稳燃作用,侧面风 可保护水冷壁避免高
温腐蚀和结渣
WR燃烧器
煤粉气流通过管道弯头时,受离心力的作用分成浓淡两股,喷嘴中间
的水平肋片将其保持到离开喷口以后的一段距离，形成煤粉浓淡偏差燃烧
8/8
煤粉喷嘴出口处的波纹扩流锥,可在喷嘴出口形成一个稳定的回流区，
将高温烟气不断回流到煤粉火炬的根部，以维持煤粉气流的稳着火
WR 燃烧器又称直流式宽调节比摆动燃烧器, 是一种高浓度煤粉燃烧器
结构简单, 由喷嘴前端板, 波纹扩流锥及喷嘴整体套装而成
一次风喷嘴设有周界风,可避免一次风喷口烧坏； 由于周界风和一次
风首先混合，还可调节一次风煤粉浓度，以适应煤种变化
W型火焰炉膛结构
1/1
W形火焰炉膛 由下部的拱型着火炉膛
（燃烧室）和 上部的辐射炉膛 （燃尽室）
组成。前者的深度比后者约大 80～ 120%
燃尽室前后墙向外扩展构成炉顶拱，
并布置燃烧器,煤粉气流和二次风从炉
顶拱向下喷射，在燃烧室下部与三次风
相遇后，再 1800 转弯向上流经燃尽室炉
膛，形成 W形火焰,
W型火焰燃烧方式的特点
1/3
炉膛温度高
? 煤粉喷嘴出口处于燃烧中心
? 炉顶拱的辐射传热可提供部分着火热，同时
可减少对燃尽室的放热
? 着火区水冷壁敷设卫燃带
较低的 NOx生成量
空气沿着火焰行程逐步加入，易实现分级配风，
分段燃烧 。 可控制较低的过剩空气系数
炉膛内的火焰行程长，增加了煤粉在炉内的
停留时间
W型火焰燃烧方式的特点
烟气中的飞灰含量少
火焰在下部着火炉膛底部转弯 180° 向上流动时，
可使烟气中部分飞灰分离出来
有利于组织良好的着火、燃烧过程
可以采用直流燃烧器或轴向可动叶片旋流燃烧
器，也可采用高浓度煤粉燃烧器
有良好的负荷调节性能
负荷变化时，下部着火炉膛火焰中心温度变化不
大
2/3
适用于无烟煤等低挥发分煤的燃烧
旋风分离式煤粉燃烧器
50％的空气和少量（约占 10％～ 20％）煤粉组成的低浓度煤粉气流 从
旋风分离器上部的抽气管通过燃烧器乏气喷嘴送入炉膛 （三次风）
3/3
50％的空气和 80%以上的煤粉形成的高浓
度煤粉气流 从旋风分离器下部流出，然后垂
直向下通过主燃烧器进入炉膛 （一次风）
调节乏气量是适应煤种变化的一种手段
煤质变差，开大乏气调节挡板，抽出的乏
气量增加，煤粉浓度随之增加，有利于煤粉
气流的着火，燃烧
主燃烧器两侧有高速 二次风 气流同时喷入
N0X,S0X的控制技术
影响 NOx生成的主要因素
? 温度 燃烧过程中, 温度越高, 生成的 NOx量越大
? 过剩空气系数 ? =1.1～ 1.2范围内, NOx的生成量最大, 偏离这个范围
NOx的生成量明显减少
? 燃煤性质 燃煤中的含 N 量越高, 燃烧过程中转化为 NOx也就越多
低 NOx的燃烧技术
主要有 分级燃烧，再燃烧法，浓淡偏差燃烧，低氧燃烧和烟气再循环 等
硫的脱除技术
主要有 煤炭脱硫、燃烧过程脱硫 和 烟气脱硫
对于电站锅炉设备，炉内喷钙脱硫是一种较简便的方法
1/5
分级（空气）燃烧
空气分级燃烧 将燃烧所需的空气分两阶段从燃烧器送入
? 第一级 送入理论空气量的 80%左右, 使燃料在缺氧, 富燃条件下燃
烧, 燃烧速度和炉膛温度降低, 抑制了 Nox 的生成
? 第二级 以二次风形式送入剩余空气, 使燃料在空气过剩区域燃尽,
空气量虽多, 但火焰温度较低, 生成的 NOx也较少
总的 NOx生成量降低
2/5
分级（空气）燃烧的类型
燃烧室中的分级燃烧 主燃烧器上部设
OFA空气喷口
主燃烧器送入约 80%的 空气量（ ? <1），
燃烧器区处于富燃状态； OFA 喷口送入剩余
空气 （燃尽风） （ ? >1），使燃料燃尽
燃烧室沿高度分成富燃区和燃尽区
3/5
燃烧器分级燃烧 二次风分成两部分送入
一部分二次风在煤粉着火后及时送入 (?
<1）,在火焰根部形成富燃区；剩余的二次
风稍迟送入（ ? >1），形成了燃尽区，促进
煤粉燃尽
再燃烧法（燃料分级燃烧）
炉内燃烧分成三个区域
一次燃烧区（主燃烧区） (80～ 85)%的燃料以正常过剩空气系数
（ ??1）配置空气进行燃烧，为氧化性或稍还原性气氛
4/5
再燃烧区（第二燃烧区） 其余 (15～ 20)%的
燃料以再燃燃料（二次燃料）的形式被喷入，形
成富燃料 （ ??1）,还原性气氛。 燃烧生成碳氢
化合物基团，并与一次燃烧区内生成的 NOX 反应,
NOX 被还原为 N2
燃尽区 送入二次风（顶部燃尽风）,保证
燃料燃尽（ ??1）
炉内喷钙脱硫
炉内钙基脱硫剂 — 石灰石（ CaCO3） 石灰石进入炉膛后，受热分解的
CaO和 CO2,CaO与炉内 SO2 反应形成固体 CaSO4，经除尘器脱除
炉内脱硫剂送入位置 炉内温度为 950?1200℃ 范围处，避免 CaSO4在
高温下分解
炉内脱硫剂送入方式
? 从一次风或三次风喷口送入, 脱硫剂在炉内停留的时间较长, 有充分
的反应时间, 但炉内高温区会使部分已形成的 CaSO4分解
? 从炉膛出口附近送入, 温度较适合 CaO与 SO2反应, 生成的 CaSO4也不
会被分解, 但反应时间较短, 可导致反应减缓或终止
5/5
存在的主要问题 烟气中含灰量增加，导致受热面沾污、结
渣与磨损加重；灰中的钙与酸液反应生成不溶于水的 CaSO4，造
成空预器堵塞
第六章 锅炉受热面及工作特点
锅炉蒸发受热面及系统
? 水冷壁结构
? 锅炉水循环系统
? 直流锅炉水冷壁
过热器与再热器
? 过热器与再热器的结构形式
? 蒸汽温度调节
? 热偏差
? 亚临界锅炉蒸汽系统典型布置
尾部受热面
? 省煤器及布置
? 空气预热器的类型
水冷壁的结构
水冷壁 分 光管壁、膜式壁 两种 膜式壁炉膛气密性好,可减少漏风,降
低热损失,提高锅炉效率；有较大的辐射受热面积，可降低受热面金属
耗量；炉墙重量轻，便于采用悬吊结构；可防止管壁超温。
1/2
水冷壁的结构
内螺纹管水冷壁 工质在管内流动时产生强烈的扰动。把液体压向
壁面，强迫汽泡脱离管壁被水带走，破坏膜态汽层。可有效防止膜态
沸腾产生，避免管壁超温。用于炉内高热负荷区域的膜式水冷壁，确
保水冷壁安全可靠。
2/2
自然循环锅炉水循环系统
大容量锅炉沿炉膛周界热负荷分布不
均，水冷壁中间部位较两边高，燃烧器区
域附近热负荷最大，炉膛四角和下部受热
最弱，因此水冷壁吸热不均，造成水循环
故障。为提高水循环可靠性 将水冷壁设计
成若干个独立的循环回路
SG1025/18.1锅炉水冷壁根据炉膛水平
截面热负荷分布曲线共分为 32个循环回路。
前、后、两侧各 6个回路，四个炉角各 2个
回路
1/4
自然循环锅炉水循环系统
后水冷壁上部 常作成一个折焰角,同时拉出
部分管束作为 后墙悬吊管,折焰角以一定的角
度向后上方延伸形成水平烟道，然后垂直向上
形成 排管 与上集箱连接，可增加水平烟道长度，
改善炉膛出口烟气的空气动力特性，增长烟气
流程，强化烟气的混合
水冷壁上部通过上集箱固定在支架上，下部
则悬挂着下集箱,可自由膨胀
燃烧器区域布置 卫燃带,以提高炉膛温度
在四面墙的高热负荷区域 采用了内螺纹管，
以保证水冷壁工作的安全性
2/4
自然循环锅炉水循环系统
来自省煤器的 给水 经 汽包 分别进入 4个
大直径集中 下降管,其下端分别接一个 分
配器,并通过 96根 供水管 与 32个 下集箱 相
连。然后经 32组 648根 膜式水冷壁、折焰角、
后墙水冷壁悬吊管、水平烟道底部、后墙
排管 向上流动，水被逐渐加热形成 汽水混
合物,通过 26个 上集箱 106根 导汽管 被引入
汽包，进行汽水分离
饱和蒸汽 由 18根连接管引入顶棚过热器
进口集箱；
饱和水 留在汽包下部，连同不断送入汽
包的给水一起进入下降管
3/4
4/4
强制循环锅炉水循环系统
4根 大直径集中下降管 从 汽包 底部引出并与 汇
集联箱 连接,3台 循环泵 （一台备用）通过吸入
短管与汇集联箱相连，每台循环泵通过 2根 出水
管 与 环形下水包 （由前、后、左右四侧水包组成）
的 前下水包 连接。 经由 890根 水冷壁管, 5个 上
集箱 和 48根 导汽管,回到 汽包。
循环泵台数与下降管根数不等，下降管中的水
通过汇集联箱分配到各循环泵，可均衡循环泵的
入口流量，有利于提高循环泵运行的可靠性
l-汽包； 2-下降管； 3-汇合联箱； 4-管环泵；
5-循环泵出口阀； 6-循环泵出口管； 7-环形联
箱 （ 下水包 ） ； 11-后墙延伸水冷壁； 12-水冷
壁出口联箱； 13-汽水引出管； 14-折焰角
直流锅炉水冷壁 形式主要有 螺旋管圈型 和 垂直上升管屏型
螺旋管圈型水冷壁
螺旋管圈型水冷壁 由若干根水冷壁组成管带, 沿炉膛四面倾斜上升,
无水平段, 各管带均匀地分布在炉膛四壁, 任一高度上管带的受热几乎完
全相同
螺旋管圈型水冷壁的特点
? 沿炉膛四周热负荷不均匀影响小
? 管圈内工质可保证足够高的质量流速, 以减轻
传热恶化的影响
? 工质焓值较高的管带后段, 可以布置在炉内热
负荷较低区域, 对防止管壁超温有利
? 大锅炉宽管带, 各管间热偏差较大；支吊困难
适用于超临界和亚临界压力, 燃料适应性广
1/4
UP型垂直上升管屏水冷壁
UP型垂直上升管屏 包括一次上升和上升 -上升
一次上升型 （ a） 给水一次流经全部四面墙水冷壁管屏,
没有下降管, 管屏沿高度分为上, 中和下部三个辐射区,
各区段之间设有混合器, 用以消除平行管子间的热偏差
特点：系统简单, 流动阻力小；相邻管屏外侧管间壁温
差较小；可采用全悬吊结构；水力特性较为稳定；但对锅
炉负荷适应性较差, 金属耗量大
上升 -上升型 （ b） 炉膛下部高热负荷区域布置两个串
联回路, 用于提高管内工质质量流速以避免流动异常和传
热恶化
2/4
（ a）（ b）
FW型 垂直上升管屏水冷壁
多次垂直上升管屏 炉膛下部高热负荷区域减小管屏的宽度, 炉外加设
下降管, 形成多次垂直上升；在上部较低热负荷区, 仍采用一次垂直上升
管屏
3/4
FW型垂直上升管屏 为多次垂直上升管屏
多次垂直上升管屏的特点
? 既可保证高热负荷区有较高的质量流速, 达到充分冷却的目的；又可
减少高负荷下水冷壁的流动阻力；同时可避免采用刚度差的小直径管
? 有不受热的下降管, 工质流程长, 系统阻力较大；
? 相邻两屏内工质的含汽率不同, 管间壁温差大, 使各屏热膨胀不同 。
应尽量减少管屏串联的次数
在炉膛折焰角以上采
用垂直上升管屏, 以便
采用全悬吊结构；炉膛
上部热负荷较低, 两相
邻垂直管屏外侧管子的
管壁温差较小, 不至于
造成膜式水冷壁损坏
在炉膛高热负荷区采
用螺旋管圈型水冷壁,
以减小炉内热偏差
直流锅炉水冷壁布置
4/4
对流式过热器和再热器
由蛇形管及进出口联箱组成,可分为 立式, 卧式布置；顺流, 逆流和混
合流连接；顺列, 错列排列
1/3
大容量锅炉对流受热面的主要特点
? 连接管和蛇形管采用 φ 60,φ 63等较大的管径，以增强管子刚性，降低
受热面阻力
? 蛇形管均采用不同管径、不同壁厚的异种钢焊接管，以适应不同热负荷
区域的需要
? 蛇形管多采用顺列排列，管束的外表积灰很容易被吹灰器清除，可有效
防止受热面污染
? 管内工质应保持一定的质量流速，以保证金属管壁得到充分的冷却
半辐射、辐射式过、再热器
布置
? 半辐射式 布置在炉膛出口烟窗处, 称
为后屏
? 辐射式 布置在炉膛上部的前墙和两侧
的前半部或布置在炉膛顶部或悬挂在炉膛
上部靠近前墙处, 分别称为墙式, 顶棚式
和前屏 （ 分隔屏 ）
做成挂屏形式，由 U型管及进出口联箱构成
2/3
1-前墙管； 2,3-两侧墙管
4-上联箱工质引出管
半辐射、辐射式过、再热器
作用
? 改善工质汽温特性；
? 降低锅炉金属耗量；
? 降低炉膛出口烟温,防止排列密集的对流受热面结渣；
? 消除气流的残余扭转，减少沿烟道宽度的热偏差；
大节距的前屏可对炉膛出口烟气起阻尼和分割导流作用
改善受热面工作条件的措施
? 布置在远离火焰中心的炉膛上部；
? 作为低温级受热面；
? 采用较高的质量流速
3/3
锅炉负荷
蒸汽温度与锅炉负荷之间的关系称之为汽温特性, 采用不同传热方
式的过热器与再热器, 汽温变化特性不同
运行中影响汽温的因素
1/8
? 对流受热面 锅炉负荷 D增加, 流经
对流受热面烟速和烟温提高, 工质焓增
升高, 出口蒸汽温度上升, 图中曲线 2
? 辐射受热面 锅炉负荷 D增加, 工质流量和 煤耗量 B相应增加, 炉内
辐射热 Qf 并不按比例增多, Qf /D 减少, 辐射受热面中蒸汽的焓增减
少, 出口蒸汽的温度下降, 图中曲线 1,炉膛出口烟温因此上升
? 采用辐射一对流式受热面, 可获得较
为平坦的汽温变化特性, 减小汽温调节
幅度, 提高机组对负荷变化的适应性
运行中影响汽温的因素
过量空气系数 α
α 增加, 炉膛温度水平降低, 辐射传热减弱, 辐射受热面出口汽温降
低；对流过热器则由于燃烧生成的烟气量增多, 烟气流速增大, 对流传
热加强, 导致 出口过热汽温升高,以后者为主
2/8
给水温度 tgs
tgs降低, 煤耗量 B增加, 炉内烟气量增加, 出口烟温增加, 对流受热
面出口 蒸汽温度因此升高 。 辐射式受热面的出口汽温影响不大
燃料性质
燃煤中的 M和 A增加, 烟气容积增大, 烟速提高；而炉内温度水平降低,
出口烟温升高, 过热器出口汽温升高 。 煤粉变粗时, 煤粉在炉内燃烬时
间增长, 火焰中心上移, 导致汽温升高
受热面污染情况
过热器之前的受热面发生积灰或结渣时, 进入过热器区
域的烟温增高, 过热汽温上升； 过热器本身严重积灰, 结
渣或管内结垢时, 导致汽温下降
运行中影响汽温的因素
3/8
燃烧器的运行方式
摆动燃烧器喷嘴向下倾斜或多排燃烧器从上排喷嘴切换
至下排, 由于火焰中心下移, 会使汽温下降 。 反之, 汽温
则会升高
汽温调节
运行中规定汽温偏离额定值的波动不能超过一 10℃ ～十 5℃
? 汽温过高, 金属的许用应力下降, 危及机组的安全运行；
? 汽温下降,循环热效率降低；再热汽温变化过于剧烈，还会引起汽
机中压缸的转子与汽缸之间的相对胀差变化，汽机振动增大
? 蒸汽侧调节 通过改变蒸汽热焓调节汽温, 主要有喷水减温器
4/8
? 烟气侧调节 通过改变锅炉内辐射受热面和对流受热面的吸热量分
配比例的方法 （ 如烟气再循环, 摆动燃烧器 ） 或改变流经过热器, 再
热器烟气量的方法 （ 如分隔烟气挡板 ） 调节汽温
蒸汽调温的主要方式
喷水减温器是将清洁度很
高的水直接喷入过热蒸汽中
以降低汽温
喷水减温装置通常安装在
过热器连接管道或联箱中
主要有旋涡式, 多孔喷管
式两种
结构简单, 调节灵敏, 易
于自动化, 可靠性高
喷水减温方法
5/8
分隔道挡板
用挡板将尾部烟道分隔成两
个并列烟道, 其一布置再热器,
另一侧布置过热器
6/8
调节布置在受热面后的烟气
挡板开度, 可改变流经两烟道的
烟气量达到调节再热汽温的目的
结构简单, 操作方便但延迟
较大, 挡板宜布置在烟温低于
400 OC 的区域, 以免烧坏
烟气再循环
采用再循环风机从锅炉尾部低
温烟道中 (一般为省煤器后 )抽出
一部分温度为 250～ 350O C的烟气,
从炉膛底部 (如冷灰斗下部 )送回
到炉膛, 用以改变锅炉内辐射和
对流受热面吸热量的比例, 从而
达到调节汽温的目的
7/8
耗电量增大, 风机磨损大 。
国内多用于燃油锅炉
改变火焰中心位置
摆动式燃烧器
燃烧器上下摆动土 20～ 300,炉膛出
口烟温变化约 110～ 140℃, 调温幅度
可达 40～ 60℃ 。 燃烧器上倾角过大会
增加燃料的未完全燃烧损失；下倾角
过大又会造成冷灰斗的结渣
摆动式燃烧器调节再热汽温的同时, 会影响到过热汽温
锅炉在满负荷运行时, 过热汽温和再热汽温均达到额定值, 过热器减温
水量理论上为零；锅炉负荷下降, 再热汽温下降, 燃烧器向上摆动, 过热
汽温随之上升, 需要增加减温水量 。 负荷降到 50％ ～ 60％ 额定负荷时, 过
热器减温水量达到最大
停用各层燃烧器
调温幅度较小, 一般应与其它调温方式配合使用
8/8
热偏差的概念
1/6
令 η q = ； η F = ； η G =
则有
式中,η q, η F 和 η G 分别为吸热、结构和流量不均匀系数
pjp qq pjP FF
)46(GFq ?????? ?
pjp GG
显然, 越大, 偏差管与管组工质平均温度偏差越大, 偏差管易超温 ?
式中,△ hp 为偏差管焓增, △ hp = qpFp/Gp；
△ h0 为管组平均焓增, △ h0 = q0F0/G0
q,F,G 分别为管外壁热负荷, 受热面积及工质流量
热偏差是沿烟道宽度方向并列管子间因吸热不均和工质流量不均引起的
现象, 蒸汽焓增大于管组平均值的管子称偏差管, 热偏差程度用热偏差系
数 φ 表示
)36(hh pjp ????? ?
沿烟道宽度方向烟气速度场和温度场不均匀 炉膛四壁水冷壁的吸热与
粗糙表面使炉壁附近烟气温度及流速远比火焰中心低, 并延伸到对流烟道,
是造成过热器并列管组热力不均的主要原因
烟气侧热力不均（吸热不均）
2/6
烟气走廊 并列过热器管中个别管排间较大的节距形成 。 较大的烟气流
通截面使流阻小, 烟速大, 对流传热强；且具有较大的辐射层厚度, 辐射
吸热增加, 造成热力不均
受热面不同程度的污染
燃烧器负荷不一致, 火焰中心偏斜；炉膛上部或过热器局部地区发生 煤
粉再燃烧
炉膛出口烟气流的残余扭转
各并列管圈进, 出口压降 △ p 取决于进, 出口联箱中压力的变
化, 而后者又取决于受热面的连接方式, Z形连接方式各并列管圈
的 △ p 偏差最大, 多管连接方式最小
△ p大的管圈, 蒸汽流量大, △ p 的偏差造成各管流量的不均
3/6
工质侧水力不均（流量不均）
= =
）（ 76KK
pjpp
ppjpj ?
???
??? ?
pj
p
G
GG?
工质比容 υ 并列管受热不均时, 受热强的管吸热量多, 工质温度
高, 比容 υ 增大, 蒸汽流量减小
管圈的阻力特性 K 与管子的结构尺寸, 粗糙度等有关, 管圈的 K
值越大, 即阻力越大, 流量越小
工质侧 水力 不均（流量不均）
发生热偏差时, 平列管子中吸热量大的管子, 热负荷较高 （ 热负
荷不均匀系数 η q>1）, 工质流量又较小 （ 流量不均匀系数 η G <1）,
故工质焓增大, 管子出口工质温度和管壁温度相应升高
4/6
即使各并列管圈 △ p,K相同, 因受热不均, 工质比容不同也将导
致流量不均, 使热偏差增大
)46(
G
Fq ?
?
???? ? = =
）（ 76KK
pjpp
ppjpj ?
???
??? ?
pj
p
G
GG?
减少热偏差的措施
5/6
运行中确保燃烧稳定；烟气均匀充满炉膛；适时投入吹灰器减少
积灰和结渣，沿炉膛宽度方向速度场和温度场尽量均匀
受热面分级 （ 段 ）
- ＝ （ -1）
在 一定的情况下, -
与 成正比, 将受热面分成多级,
每一级工质的平均焓增 减小,
偏差管出口汽温及管组平均汽温的
偏差就会减小
)86(h p ?? ?ph? pjh? ?
? ph? pjh?
pjh?
pjh?
减少热偏差的措施
受热面各级之间通过中间联箱进行混合；联箱连接管左右交叉, 避免
前一级的热偏差延续到下一级而造成各级受热面热偏差的迭加
采用流量分配均匀的 U形或多管连接方式
采用各种定距装置, 保证受热面节距,
防止在运行中的摆动, 有效地消除管, 屏
间的, 烟气走廊,
根据管圈所处的热负荷 采用不同的管径和
不同壁厚的蛇形管管圈, 均匀各管流量
6/6
为提高再热气温的能力, 再热器向炉膛内移动或靠近, 增强辐射传热
采用摆动燃烧器的蒸汽系统
1/2
提高再热汽温的调节能力, 再热汽温的调节响应特性比较灵敏
再热器高温布置, 与采用烟气挡板调节方式相比, 再热器的受热面
积约减少 65 ％ ；使再热蒸汽流动阻力控制在 0.2MPa以下
大部分过热器向炉膛内移动或靠近, 再热器受热面布置在对流传热较强
的水平烟道后部及尾部烟道中
采用烟气挡板的蒸汽系统
再热器受热面较多
且处于低温烟道, 再
热汽温调节反应灵敏
性较差, 汽温达到稳
定的时间比摆动燃烧
器调温时间略长
2/2
过热器高温布置,
与摆动燃烧器调温方
式相比, 过热器受热
面约减少 25％
省煤器 及布置
省煤器 有铸铁式和钢管式 两种
1/1
钢管省煤器 由蛇形管及进出口联箱组成
? 蛇形管在烟道中垂直于前墙布置（ a）
管子支吊简单，水速较小；但对于倒 U
型锅炉，所有蛇形管靠近后墙部分磨损严
重
? 蛇形管在烟道中平行于前墙布置（ b）
只有后墙附近几根蛇形管磨损较大。但
水速较高,阻力较大
（ a） （ b）
管式空气预热器
管式空气预热器 由多根平行
错列钢管焊在上, 下管板上构
成立方形箱体
空气预热器 有 管式与回转式 两种
1/2
管式空气预热器 中烟气在管
内由上而下纵向流动, 空气从
管外横向流过, 两者成 交叉流
动 。 热量连续地由烟气通过管
壁传给空气
为强化传热, 在箱体水平方向
装有若干 中间管板, 以提高空
气流速
回转式空气预热器 与管式相比结构紧
凑, 外形小, 重量轻, 不易腐蚀 。 但结
构复杂, 漏风量较前者大
回转式空气预热器
回转式空气预热器 中烟气和空气逆向
交替地通过同一蓄热板受热面, 完成热
量的交换 。 若被加热的空气需要不同温
度, 则采用三分仓回转式空气预热器 。
此时, 空气流通区分为一次空气和二次
空气两个通道 。
2/2
回转式空气预热器 分 受热面转动 和 风罩转动； 前者有
二分仓和三分仓二种，后者有单流道和双流道二种
第七章 锅炉受热面烟侧
运行问题
? 水冷壁的结渣
? 省煤器受热面的磨损
? 空气预热器低温腐蚀
水冷壁的结渣
结渣的产生
液态的渣粒在凝固之前冲刷水冷壁或炉墙形成, 结渣是自动加剧过程
1/3
结渣的危害
? 受热面吸热减少, 炉温升高, 水冷壁高温腐蚀；燃烧工况恶化； 燃料消
耗量增加；
? 炉膛出口烟温及排烟温度升高,过热蒸汽超温；降低锅炉出力和效率；
? 大块焦渣自行脱落时可能压灭炉膛火焰, 导致熄火, 并会砸坏冷灰斗水
冷壁管, 造成设备损坏；
? 造成烟通的局部堵塞, 增加烟道阻力和引风机的负荷, 使厂用电增大
水冷壁 管外烟气温度最高，易发生结渣、高温腐蚀及水动力异常
影响水冷壁结渣因素
煤质特性
? 煤灰熔点温度 ST低, 灰粒向水冷壁运动过程中没有凝固, 易形成结渣
? 高灰粘度的煤灰一旦在炉内形成结渣, 会 自动加剧
炉内温度与空气动力场
切圆直径偏大, 火焰偏斜, 贴壁或冲墙形成炉内局部结渣
燃烧器区域壁面热负荷 qrr
qrr较大, 燃烧器区域释放的热量大, 炉温高, 易引起炉内结渣
卫燃带
敷设 卫燃带的炉膛炉温较高, 易在粗糙卫燃带壁面上形成结渣
2/3
水冷壁结渣的防治
选择适当的炉膛热强度及切圆直径； 避免炉内温度过高
组织良好的空气动力场, 避免火焰偏斜, 贴壁冲墙；炉内局部温度过高
保持适当的过剩空气量, 过剩空气量大, 炉膛出口气温升高；过剩空气
量太小, 燃烧不完全, 造成还原性气氛使灰熔点温度降低, 促进炉内结渣
避免锅炉超负荷运行
采用 适当的煤粉细度, 提高煤粉的均匀度
加强运行监视, 及时吹灰, 清渣
? 炉膛结渣, 煤耗量增加, 炉膛出口烟气温度升高, 蒸汽温度升高且减温
水量增大, 锅炉排烟温度升高；
? 炉膛出口结渣时, 炉膛的负压值减小, 严重时甚至会出现正压
3/3
温度较低的尾部烟道, 具有一定硬度和速度的灰粒对管壁产
生的磨损为冲击磨损, 它是冲刷磨损与撞击磨损的综合结果
1/2
省煤器磨损与影响因素
磨损严重部位 倒 U型锅炉尾部烟道靠近后墙部分省煤器蛇形管
影响磨损的主要因素
? 烟气流速 wy 磨损量近似与 wy 的 3.3次方成正比
? 管子的排列方式 烟气横冲错列第二排管子磨损最大
? 灰粒特性与浓度 锐利有棱角, 大直径高比重, 高浓度灰粒磨
损大
? 烟气走廊 烟速高, 磨损大
磨损使受热面管壁变薄 强度下降, 易发生泄露, 爆管
合理选择烟气流速 (表 7-2)
减少烟气中飞灰浓度与烟
速分布不均匀系数
降低煤粉细度 R90
采用膜式或肋片式省煤器
磨损严重部位加装防磨装
置, 如防磨板 a）, 阻流板
b）, 护瓦 c）, d）, 防磨条
e） 等
防磨措施
2/2
低温腐蚀 由于金属壁温低于酸露点, 烟气中硫酸蒸汽凝
结对壁面产生的腐蚀 。 酸露点越高, 腐蚀的范围就越大
低温腐蚀
1/4
烟气酸露点 tld 主要取决于燃料 Szs与 Azs,前者显著提高
tld；后者可减低 tld(7-4式 )
低温腐蚀 造成管子穿孔, 炉内送风不足, 锅炉效率降低；
加重烟道堵灰
低温腐蚀 多发生在空预器冷段
低温腐蚀速度与受热面上凝结的酸浓度以及受热面管壁温度 tb有
关
低温腐蚀机理
2/4
tb 降低, 凝结的酸量先增多后减少；酸浓度下降
凝结酸量越多, 腐蚀越大；酸浓度在 52%～ 56%范围内腐蚀最严重
3/4
低温腐蚀机理
空预器沿烟气流动方向 tb 逐渐降低
D点 随着 tb降低, 凝结酸量增加, tb还较高, w增加, 约在低于烟气
露点 20?45℃ 壁温处 D点, 酸凝结量接近最大, 酸浓度也进入最大腐蚀区,
w达最大值
B点 tb继续下降, 酸凝结量和浓度均下降,
w亦下降, 直到腐蚀最轻点 B,即水露点附近
B点之后 烟气中的 SO2溶解于水生成亚硫酸
溶液, 使金属的腐蚀又急剧增加
壁温在烟气露点以下 20?45℃ 区及水露点以
下为严重腐蚀区，两严重腐蚀区之间存在一个
腐蚀较轻的区域
E点 硫酸蒸汽开始凝结, 酸浓度还很高, 在 80%以上, 但凝结酸量
不多, 故腐蚀速度 w较低
提高空预器冷端壁温 冷端壁温取决于进风温度和排烟温度 。 常用
蒸汽抽汽加热和热风再循环来提高进风温度, 进风温度加热值取决于燃
用燃料的特性
减轻低温腐蚀措施
4/4
空预器冷段受热面采用耐腐蚀材料 采用 玻璃管 或 09铜钢管, 耐腐
蚀的 Corten-A钢, 涂搪瓷 传热元件和陶瓷元件；采用 热管
降低 烟气露点
采用低过量空气系数燃烧, 减少 SO3的生成量, 降低烟
气露点
采用 添加剂氧化镁 （ MgO）, 氧化钙 （ CaO）, 白云石
（ CaCO3 + MgCO3） 喷入燃烧室, 作为吸收剂, 中和烟气中
SO2,降低露点, 并使积灰松软, 便于清除
第八章 锅炉水动力特性与传热
锅炉水动力学基础
? 汽水混合物的流型与传热
? 两相流体的基本参数
自然循环 锅炉的水循环及 计算
? 自然循环的基本概念
? 简单循环回路水循环计算
? 自然循环故障及其可靠性校验
强制流动锅炉
? 控制循环锅炉
? 直流循环
? 复合循环锅炉
? 弹状结构 含汽率 x 增大, 汽泡开始合并成弹状大汽泡, 形成阻力
较小的汽弹
1/4
两相流体的流动结构
? 泡状结构 当汽水混合物中含汽率 x 较小时, 蒸汽呈细小的汽泡,
主要在管子中心部分向上运动
汽水混合物在垂直管中作上升运动
汽、液两相数量，即质量含汽率 x 不断变化；汽、液两相间存在相
对运动；产生汽泡趋中效应
? 雾状结构 当含汽率 x 再增大时, 管壁上水膜变薄, 汽流将水
膜撕破成小水滴分布于蒸汽流中被带走, 汽与水形成雾状混合
物, 称为雾状或液雾结构
两相流体的流动结构
? 柱状结构 含汽率 x 继续增大, 弹状汽泡汇合成汽柱并沿着管
子中心流动, 而水则成环状沿着管壁流动, 形成汽柱状或称水
膜环状流动结构
2/4
两相流体的流动结构
汽水混合物在水平管中流动
在浮力作用下,形成管子上部蒸汽偏多的不对称流动结构。 随着流
速减小，流动结构的不对称性增加。当流速小到一定程度时，形成分
层流动。管子上部与蒸汽接触，管壁温度升高，可能过热损坏；在汽
水分层的交界面处，由于汽水波动，可能产生疲劳损坏
3/4
汽水混合物流速愈小；含汽率愈大；管子的倾角 ?愈小，汽水分层愈
易发生。对自然循环锅炉，管子倾角应大于 30?，以防止发生分层流动
水冷壁管内饱和沸腾可分为核态沸腾和沸腾传热恶化两种工况
水冷壁管内传热
核态沸腾 汽泡强烈扰动, 传热性能良好, 管内壁温度接近于水的饱
和温度, 得到良好的冷却
沸腾传热恶化
? 第一类传热恶化 （ 膜态沸腾 ） 热负荷很高, 管内壁汽化核心急剧增
加, 形成连续的汽膜, 对流放热系数 α2 急剧下降, 管壁得不到液体冷却
超温破坏 。 特性参数为临界热负荷, 对应的 x 为临界含汽率
? 第二类传热恶化 （ 蒸干 ） 热负荷比前者低, 但含汽率很高时 （ 出现
液雾状 ）, 汽流将水膜撕破或因蒸发使水膜部分或全部消失, 管壁直接
与蒸汽接触而得不到液体的足够冷却, 对流放热系数 α2 急剧下降, 金属
壁温 tb 急剧增加造成管子过热而烧坏, 特性参数是工质的界限含汽率
4/4
两相流体的速度
质量流速 单位时间流经单位流通截面的工质质量
??
)38()s.m/(kg,F/G 2 ???? ?
循环流速 w0 上升管开始沸腾处的饱和水的质量流速
式中,G为工质的质量流量； 为容积流量
)48(s/m,'FGw 0 ??? ?
??? /GV
1/4
两相流体的速度
折算速度 假定 蒸汽或水容积占据管子全部截面时的速度
式中,D为蒸汽质量流量
s/m,"FD"w 0 ?? s/m,'F )DG('w 0 ???
混合物速度
)68(s/m,"wwF DF DGF VVFVw 00h ????? ???? ????????? ?
hw
真实速度
)148(s/m,'F DGFV'w ''' ????? ?
)158(s/m,"F DFV"w ""
"
???? ?
2/4
两相流体的含汽率
3/4
容积含汽率 ? 蒸汽容积流量与汽水混合物容积流量之比
)138()1X/1(/1 1VV " ??? ?? ?????? ?
质量含汽率 X 汽水混合物中蒸汽的质量流量与汽水混合
物总质量流量之比
)118('w ""wGDX
0
0 ?????? ?
截面含汽率 φ 蒸汽所占截面与管子总截面之比
上升流动 C<1,φ <β ；下降流动 C>1,φ >β
)178(CwwFF h ??????????? ?
4/4
两相流体的密度
G,Di → X i → β i→ φ i→ ρ i→ h ρ ig（重位压头）
混合物密度 ρ h
? ? )188("''V V"V'VG "'h ?????????????? ?
真实密度 ρ zs
)218(m/kg),(F d h dhFdhF 3zs ?? ???? ???? ??? ?????? ???? ?
自然循环的基本概念
自然循环的工作原理 下降管中水与上升
管中汽水混合物间的重位压头差 使
水在回路中产生环形流动, 又称为水循环
? ?g'h h???
1/2
）（ 408pgHpgH siixjxj ???? ????? ?
简单循环回路压差平衡式 (取向下为正 )
式中 H,Hi ― 下降管的高度 （ 即循环回路
的高度 ） 及上升管各区段的高度, m；
― 下降管中工质及上升管各区
段工质的平均密度, kg/m3；
?Pxj,?Ps― 下降管及上升管流动阻力损
失, Pa
ixj,??
自然循环的基本概念
运动压头 S y d 下降管与上升管中工质柱重差, 维持回路自然
循环的动力, 用以克服下降管与上升管中工质的流动阻力
）（）（ 418SppgH ydxjsixj ??????? ??? ?
2/2
）（ 398x1DGK ??? ?
循环倍率 K 循环回路中水流量 G与回路中产生的蒸汽量 D之
比, 即 1kg水全部变成蒸汽需在回路中循环多少次
有效压头 S y x 在数值上等于下降管的阻力
）（）（ 428SppgH yxxjsixj ??????? ??? ?
简单回路水循环计算
1/10
自然循环锅炉 水循环计算的目的
? 确定各回路平均循环流速 w0,工质流量 G；循环倍率 Kh
? 确定锅炉总的循环倍率 Kg
? 检验水循环的可靠性
压差法 水循环计算
）（ 408pgHpgH siixjxj ???? ????? ?
xjxjxj pgHp ????? ?
siis pgHp ??? ??? ?
? ??? ? sxj pp
上升管受热,含汽率 X 不断增加, 各截面两相
流动参数不同, 应分区段进行计算, 把结构,
受热相同的划为一段 。 A是上升管开始沸腾点
上升管区段的划分
热水段 Hrs 从下联箱到 A点是热水段, 其中
Hrq为热前段 。 采用单相流动计算公式
上升管进入炉膛 （ B点 ）, 水具有一定欠焓,
开始沸腾点 A的位置需计算确定
含汽段 Hq 热水段以外的上升管管段均为含
汽段, 采用两相流体公式进行计算
2/10
上升管区段的划分
导汽管 不受热, 含汽率不变
对引入汽包汽空间的导汽管, 导汽管
最高点到超过水位那一段高度为提升段高
度 Hcq,应与导汽管分开计算
? 热后段 Hrh 上升管离开炉膛到上联箱间
管段, 该管段不受热, 若 >10％ 上升管总
长, 则分开单独计算
? 当热负荷, 管径或管倾斜角度变化较
大, 水冷壁敷设卫燃带时含汽段应再分段
3/10
上升管进入炉膛处（ B点） 工质欠焓
式中 为饱和水的焓值随压力增大而
增大的梯度 kJ/（ kg·Pa）
? B点工质欠焓 不考虑下降管受热和带汽
)458(pphhh qhB ??? ?????? ?
ph ???
4/10
开始加热点 B工质欠焓 △ hB
? 锅水欠焓
式中, 分别为 饱和水焓和锅水焓；
为 省煤器出口水焓
)18(
k
hh
)448(hhh
smg
ggqh
?
????
?
?????
表?
?
gh? gh
smh?
上升管进入炉膛处（ B点） 工质欠焓
? ?? ? phppgHHhh rqxjrqqhB ? ??????? ??????
? B点工质欠焓 △ hB
? 静压变化 ?p
rqrq2xj1 pgHppgHp ??? ?????? ??
? ? rqxjrq12 ppgHHppp ????? ??????
式中,Δ pxj,Δprq— 分别为下降系统及 热
前段流动阻力, Pa；
p1,p2 — 分别为汽包压力及炉
膛 入口 B处压力, Pa
5/10
热水段高度 Hrs的计算
? Δ H 段 工质因压力减少而引起饱和水焓的
减少量
p
hg'H
?
????
6/10
Δ H 段高度
开始沸腾点 A工质欠焓 △ hA为零
在不考虑下降管受热和带汽的情况下
0phg'HHGH Qhh
1
1BA ?
?
??????????
HGHQ
1
1 ?
H1 为受热一段高度；
Q1,G 分别 为受热一段吸热量和工质流量
? Δ H 段 工质吸热引起的焓增
热水段高度 Hrs的计算
? ?? ?
)468(
g
p
h
GH
Q
p
h
ppgHHh
H
HHH
1
1
rqxjrqqh
rq
rqrs
?
? ?
?
??
?
?
??
????? ????
??
???
?
热水段高度 Hrs
? ?? ?
g
p
h
GH
Q
p
h
ppgHHh
H
1
1
rqxjrqqh
? ?
?
??
?
?
??
????? ????
??
? Δ H 段高度
7/10
简单回路水循环计算程序 （图解法）
结构数据 按锅炉有关图纸查取
热力数据 按锅炉热力计算书查取
画出蒸发受热面汽水系统图
确定上升系统与下降系统的分界点
分配热负荷 根据炉内热负荷分布曲线, 确定每个回路各区段
的热负荷及 蒸发量 Di
选择整台锅炉循环倍率假设值 Kg, 算出 锅水欠焓假设值 △ hqh
划分循环回路 管屏分组 （ 划分计算回路 ）, 上升管分段
8/10
简单回路水循环计算程序 （图解法）
9/10
假定三个循环流速 w0
? 计算 热水段高度 Hrsi
? 计算密度 w0i → Gi,Di → Xi → β i→ φ i→ ρ i
? 计算重位压头 hiρ ig
? 计算上升管流动阻力
确定上升管系统压差
? 计算下降管流动阻力
确定下降管系统压差
sip?
xjip?
)pgH( siii ??? ??? sip
)pgH( x jixj ????? xjip
简单回路水循环计算程序 （图解法）
分别作出 与 曲线, 两曲线的交点即为系统工作
点, 从而 确定该回路总压差 Σ △ p0,循环流速 w0, 循环流量 G及循环倍率
Kh
0s wp ?? ? 0xj wp ?? ?
10/10
校核,锅水欠焓的计算值与假设值之差不超过 12.6kJ/kg,且相对误差
不超过 30%,认为合格, 否则需要重算
确定 整台锅炉循环倍率的计算值, 锅水欠焓的计算值
?
??
D
GK
g qhh?
W0 W0 W0 （ G） W0
自然循环特性
自然循环特性 热负荷与循环流速之间的关系
锅炉热负荷 Q上升,D上升,X上升,
? ? 上升 → ?S 下降 → H（ ?’ -?S） g 上升 → Syd 上升 → w0 上升
? Δ ps 上升 → w0 下降
Q 增加, Syd 增加起主要作用, w0
上升；而 Q 增加过大, 阻力增加起主
要作用, 反使 w0下降
1/10
自补偿能力 随锅炉热负荷 Q(质量含
汽率 x)的增加, 循环回路水流量 G(循环
水流速 w0 )相应增大的能力
可避免管壁超温
自然循环特性
界限循环倍率和推荐循环倍率
锅炉压力 (Mpa) 3.92～ 5.88 10.2～ 11.76 13.73～ 15.69 16.67～ 18.63
锅炉蒸发量 (t/h) 35～ 240 160～ 420 400～ 670 ≥ 800
界限循环倍率 Kjx 10 5 3 >2.5
推荐循环倍率 15～ 25 7～ 15 4～ 8 4～ 6
循环倍率 K 衡量锅炉水循环可靠性的指标之一
K过大（ x 过小 ), 运动压头太小,可能出现循环停滞等水循环故障；
K过小（ x 过大），将失去自补偿能力，造成管壁超温
2/10
界限循环倍率 Kjx 对应 自然循环失去 自补偿能力（最高循环流速）
时的循环倍率
回路循环倍率 K 应大于界限循环倍率 Kjx,对应的质量含汽率 X应小
于临界质量合汽车 Xlj
自然循环故障及安全性检查
自然循环锅炉 蒸发受热面金属安全工作的条件是保证管子内壁有连
续水膜覆盖
? 受热最弱上升管不出现流动的 停滞, 倒流, 汽水分层 等水循环故障；
? 受热最强上升管不发生 沸腾传热恶化
? 下降管不出现 带汽或汽化
自然循环锅炉 在压力低于 11MPa或 受热管局部热负荷低于 400kw／ m2时
一般不会出现传热恶化, 正常水力工况破坏是蒸发管过热的主要原因,
即管壁经常或周期性地与停滞或缓慢流动的蒸汽接触, 造成管壁超温 。
自然循环锅炉 在超高压以上, 尤其在亚临界压力以上, 因含汽率较
高, （ 锅炉容量增大, 炉膛周界相对减小, 水冷壁根数减少而长度增
加 ）, 循环倍率较低, 可能出现第二类传热恶化, 必须采取相应措施
3/10
并联的上升管组在共同的压差 ∑ Δ ps 下运行 。 当管组中各管受热不均
匀时, 受热弱的管中含汽率少, 运动压头小, 循环流速降低, 可能发生
循环异常
循环停滞、自由水面和倒流现象
上升管引入汽包水空间 当受热弱的管中水流量等于蒸发量, 即
G=D时, 将出现 循环停滞 现象
上升管引入汽包汽空间 发生循环停滞时管中工质无法到达上升管
的最高点, 出现 自由水面 。 自由水面以下区域, 产生少量蒸汽, 以上的
区域为缓慢流动的蒸汽
上升管引入汽包水空间 当管组压差 Δ p 小于受热弱管子液柱重
H?sg 时, 受热管中的水就自上往下流, 称为 倒流
4/10
循环停滞 汽泡通过基本静止的水面上浮, 管子
弯头处蒸汽积累, 出现 自由水面 时, 水面以上管壁
与蒸汽接触, 均使冷却能力下降, 管子易超温爆管；
自由水面上下波动, 还会引起疲劳破坏
循环停滞、自由水面和倒流危害
倒流 当水的倒流速度与汽泡上浮速度相等,
即汽泡处于上, 下波动状态而形成蒸汽塞时, 会
把管子烧坏
5/10
? 汽包中的水进入下降管时, 因流阻和加速产生
压降 使进口处发生自汽化
下降管带汽与汽化
? 下降管进口截面上部形成涡漩漏斗状, 蒸汽被
吸入下降管中
? 汽包水容积内所含蒸汽被带入下降管中
? 下降管受热产生蒸汽
6/10
下降管带汽或汽化，会使管中工质密度减小，运动
压头下降，影响回路水循环
提高自然循环安全性措施
减小并联管子吸热不均 保持炉内温度场均匀
? 设计时将整面水冷壁 划分为若干个独立的循环回路； 采用四角布置
燃烧器；将炉膛四角上 1～ 2根管子取消或将炉膛设计成八角形
? 运行中 避免火焰偏斜；防止水冷壁管积灰和结渣；限制最小负荷,
避免因部分燃烧器停用造成更大的吸热不均
? 沿高度方向采用多个小功率燃烧器；减小炉内热偏差, 避免局部热
负荷过高
降低汽水导管和下降管中的流动阻力, 提高循环流速和循环倍率
可采用增加管子的流通截面, 采用大直径的管子, 减少管子的长度
和弯头等措施
7/10
提高自然循环安全性措施
水冷壁管 采用适当的管径
较小的管径可以节省金属耗量；但从水循环安全方面考虑, 应维持足
够大的循环流速 W。 和不太高的含汽率 X,故 大容量锅炉不应采用过小的
管径
? 在一定负荷和工作压力下, 随着 的增大, W 0X 值升高 d/?
? 大容量锅炉炉膛周界的相对长度减小, 水冷壁管数量减少, 但高度
增加, 即每根管产生的蒸汽量增加, 水冷壁管出口含汽率 X 和循环流速
W。 都比较高
8/10
提高自然循环安全性措施
? 防止下降管带汽
对高压以上锅炉, 在下降管入口处加装栅格板；采用大
直径集中下降管时, 应在入口处加装十字板或栅格板
? 防止下降管进口自汽化
式中 h — 为 下降管进口以上到正常水位的高度；
wxj,?i — 分别下降管中的水速和 进口阻力系数
下降管进口之上应保证一定的水柱高度, 且水速不能过大
? ? )578(2w1hg 2xjj ?? ????? ? ? )588(g2w5.1h 2xj ?? ?
9/10
避免下降管带汽或自汽化
提高自然循环安全性措施
使流体在管内产生旋转流动或破坏汽膜边界层, 避免传热恶化
? 采用内螺纹管 在管子内壁上开出单头或多头螺旋形槽道, 当
工质在内螺纹管内流动时, 发生强烈扰动, 将水压向壁面并迫使
汽泡脱离壁面被水带走, 破坏汽膜层的形成, 使管内壁温度降低
? 加装扰流子 扰流子是塞在管中的螺旋状金属薄片 。 在推迟传
热恶化和降低壁温方面, 扰流子可起到与内螺纹管类似的作用,
在强化传热方面不及内螺纹管
10/10
控制循环锅炉及特点
控制循环锅炉 具有汽包，循环回路下降管系统增设循环泵，工质流动
的动力为循环泵的压头和工质重位差
? 可采用小直径水冷壁，水冷壁可自由布置
? 采用体积较小的高效分离器，可减小汽包直径
? 工质质量流速较高，循环倍率较 自然循环 小，
一般为 3?5； 循环稳定，不易出现循环异常，但可
能出现流动不稳定、脉动等
? 工质强制流动，可使各承压部件均匀受热或冷
却，缩短锅炉启、仃时间
1/1
压力提高，机组热经济性提高；但 压力增至一定值，汽水密度差 ?’ -?”
下降，运动压头下降；汽水分离困难，必然取消汽包，强制流动锅炉是锅
炉发展的必然结果。主要有直流锅炉、控制循环锅炉和复合循环锅炉三种
直流锅炉 工作原理
直流锅炉 没有汽包, 给水在给水泵压头的作用下, 顺序流过热水
段, 蒸发段和过热段受热面一次将给水全部变成过热蒸汽, 蒸发区
循环倍率 K=1
? 热水段, 水的焓和温度逐渐增高,
比容略有加大, 压力则由于流动阻
力而有所降低
? 蒸发段, 汽水混合物的焓继续提高,
比容急剧增加, 压力降低较快, 相应的
饱和温度随着压力的降低亦降低一些
沿管子长度方向工质参数变化情况
? 过热段, 蒸汽焓, 温度和比容均增大,
压力则由于流动阻力较大而下降更快
1/4
直流锅炉 工作特点
加热、蒸发和过热受热面
没有固定的界限，汽温变化大
如减小给水量，开始沸腾点
前移，加热水段长度 L1缩小，
蒸发段长度 L2也缩小，锅炉受
热管总长度不变，故过热段长
度 L3相对增大，过热汽温上升
无汽包，无下降管，水冷
壁可采用小管径,耗钢少；
但电耗相对较大；水冷壁可
自由布置，适用于任何压力
2/4
设有专门的启动系统 以便在启动时有足够的水量通过蒸发受热面，
保护管壁不致被烧坏
直流锅炉 工作特点
对燃料、给水和空气的自动控制及调节要求较高 直流锅炉的水容
积及相应蓄热能力小，对负荷变动较敏感；工质预热、蒸发和过热段间
无固定界限，若燃料、给水比例失调，不能保证供给合格蒸汽
起动和停炉速度比较快 直流锅炉没有厚壁的汽包, 起动和停炉过
程中锅炉各部分加热和冷却均匀
3/4
直流锅炉 工作特点
无自补偿能力
蒸发受热面可能出现流动不稳定、脉动、热偏差，危及锅炉安全运
行，可采用在蒸发管进口加装节流圈等措施
管内换热处于膜态沸腾状态下，管壁可能超温破坏 直流锅炉蒸发
受热面中，水要从开始沸腾一直到完全蒸发
汽包锅炉中由于循环倍率高，蒸发受热面出口的蒸汽含量 X 较 低，
管内换热属于泡状沸腾，壁温可得到充分冷却
对给水品质的要求很高 无 汽包，不能进行连续排污
4/4
复合循环工作原理
1/3
复合循环与控制循环的区别
没有汽包, 代之以简单的汽水分离
器
复合循环与直流锅炉的区别
在省煤器和水冷壁之间装设循环泵,
混合器和分配器等, 依靠锅水循环泵压
头将蒸发受热面出口的部分或全部工质
进行再循环, 蒸发系统中除直流流量外,
还有循环泵提供的循环流量
复合循环包括低循环倍率复合循环和
部分负荷复合循环两种
低倍率复合循环锅炉
低倍率复合循环锅炉又称全负荷复
合循环锅炉
控制阀只起节流作用, 在整个负荷
范围内, 投入循环泵运行, 实现再循
环 。 水冷壁工质出口平均干度小于 1，
循环倍率约为 1.2?1.4
低倍率复合循环锅炉 多用于亚临界
参数
1-省煤器； 2-混合器； 3-循环泵； 4-控制
阀； 5-节流圈； 6-水冷壁； 7-汽水分离器
2/3
1-省煤器； 2-混合器； 3-循环泵；
4-控制阀； 5-节流圈； 6-水冷壁；
7-汽水分离器
部分负荷复合循环锅炉
部分负荷复合循环锅炉 用控制
阀进行循环方式的切换
? 在一定负范围内开启控制阀,
按再循环方式运行
? 当锅炉负荷达一定值 （ 30?70%
额定负荷 ） 后, 关闭控制阀, 循
环泵作为给水泵起增压作用, 按
直流锅炉方式运行
? 即保证了低负荷下必须的工质
质量流速；又降低了高负荷下的
流动阻力
部分负荷复合循环锅炉适用于
亚临界及超临界参数
3/3
第九章 汽包及蒸汽净化
? 蒸汽的品质与污染
? 蒸汽的净化
? 亚临界参数锅炉汽包与内部装置
蒸汽品质及
对锅炉、汽轮机工作的影响
蒸汽的品质是指蒸汽中钠盐、硅酸,CO2、和 NH3等杂质含量的多少
过热器 杂质沉积在管子内壁形成盐垢，使蒸汽流通截面变小，
流阻增加；传热减弱,管壁温度升高
1/5
蒸汽管道阀门 可能引起阀门动作失灵、漏汽
汽轮机通流部分 改变叶片型线，减少蒸汽流通面积，增加阻力，
出力及效率降低；严重时，可造成调速机构卡涩、轴向力增大，破
坏转子止推轴承；叶片结盐垢严重，还可能影响转子的平衡而造成
重大事故
蒸汽质量监督标准
电站锅炉蒸汽品质按水利电力部颁发的, 火力发电厂水汽化学监
督导则, 中规定的蒸汽质量标准执行
表 9-1 电站锅炉饱和蒸汽和过热蒸汽质量监督标准
蒸汽压力
（ MPa）
含盐量 （ 以 含钠 量表 示 Na+）
（ μ g/kg）
二氧化硅
SiO2(μ g/kg)
凝汽式电厂
热电厂
< 6
≯ 15
≯ 20
≯ 25
> 6
≯ 10
≯ 20
2/5
饱和蒸汽的机械携带
机械携带 饱和蒸汽携带含盐浓度较大的锅水水滴
? 由于机械携带, 蒸汽的含盐量
式中 为锅水含盐量,mg／ kg
）（，ω 19kg/mgS1 0 0S gssq ?? ?
gsS
sqS
机械携带量 的多少取决于 蒸汽的带水量 及 锅水含盐浓度 。 前者以蒸汽
湿度 ω表示, 即蒸汽含水量占湿蒸汽重量的百分比
? 影响蒸汽带水的主要因素 为锅炉负荷、锅炉工作压力、汽包蒸汽空
间高度、锅水含盐量及汽包内部装置等
3/5
蒸汽的选择性携带
选择性携带 饱和蒸汽具有直接溶解盐分的能力, 即蒸汽溶盐, 蒸
汽对不同盐分的溶解能力不同, 蒸汽的溶盐具有选择性
? 蒸汽对某种物质的溶解量用分配系数 a来表示, 分配系数 a是指某
物质溶解于蒸汽的量 （ mg／ kg） 与该物质溶解于锅水中的量 （ mg／
kg） 之比, 即
)49(%1 0 0SSa
gs
m
q ??? ? )59(kg/mg,S100aS gsmq ?? ?
? 蒸汽的溶盐能力随压力升高而增大
? 蒸汽对不同盐类的溶解有选择性,硅酸（ H2SiO3）分配系数最大；硅酸
盐等分配系数最小
4/5
对高压和超高压以上的锅炉,蒸汽污染是由蒸汽带水和溶盐两
种原因引起的,即蒸汽既携带锅水又溶解盐类，此时，蒸汽中所
含某物质的总量为
)69(kg/mg,S100 aSSS gsmqsqq ?????? ?
)79(kg/mg,S1 0 0KS gsq ?? ?
式中 K为蒸汽的携带系数,K =ω＋ a，％。
大容量锅炉蒸汽的污染
5/5
汽水分离装置
汽水分离装置 的主要工作原理是 利用水和汽的密度差 和 离心力作用
1/5
汽水分离装置 包括 挡板, 孔板 （ 有水下孔板和集汽孔板 ）, 百叶
窗分离器 （ 波形板分离器 ）, 旋风分离器
百叶窗分离器 由很多平行波纹板组成, 可卧式或立式布置, 蒸汽
与水平行反向或互相垂直流动
柱形筒式旋风分离器
汽水混合物以一定的速度沿切线方向进入筒
体, 产生旋转, 水滴由于离力作用被抛向筒壁,
并沿筒壁流下, 蒸汽则由中心上升
柱形筒体旋风分离器
? 溢流环 装在圆筒顶部, 以防贴筒水膜被
上升汽流撕破重新使蒸汽带水
? 圆形底板 位于筒底中心, 底板周围的环
形通道内装有倾斜导叶, 使水稳定地流入汽包
水容积中, 以防止水向下排出时将蒸汽带出
? 波形板顶帽 装在分离器的顶部, 再次
使汽水分离
2/5
涡轮式分离器
汽水混合物由分离器底部轴向
进入, 固定式导向叶片产生的离
心力使工质产生强烈旋转而分离,
水被抛到内筒壁向上运动, 通过
集汽短管与内筒之间的环形截面
流入疏水夹层, 然后折向下流,
进入汽包水容积；蒸汽则由筒体
的中心部分上升经波形板分离器
进入汽包蒸汽空间
1-梯形顶帽； 2-百叶窗板； 3-集汽短管；
4-钩头； 5-固定式导向叶片； 6-芯子； 7-
外筒； 8-内筒； 9-疏水夹层； 10-支撑螺栓
涡轮式旋风分离器
涡轮式分离器 分离高效高，体
积小；但阻力较大，常用于强制
循环锅炉
3/5
蒸汽清洗
蒸汽清洗 使蒸汽通过洁净的清洗水 （ 一般为给水 ）, 利用清洗水
与锅水含盐浓度差来降低蒸汽溶解携带的盐分
蒸汽清洗 主要用于减少溶解性携带, 也可减少蒸汽机械携带的盐
分, 因为经清洗的蒸汽带出的水为含盐浓度较低的清洁水, 而不是锅水
大机组汽包的相对长度减少, 加装清洗装置有困难；由于蒸汽溶解硅
酸的分配系数随之增大, 清洗装置效率明显下降
亚临界压力汽包炉, 主要靠改善给水条件来保证蒸汽品质, 可不采用
蒸汽清洗装置
4/5
排 污
连续排污
连续不断地 从汽包中排出因水蒸发 含盐量不断增大的部分锅水, 代之以
比较纯净的给水, 以获得符合品质要求 （ 含盐量和碱度保持在规定值内 ）
的蒸汽
连续排污应从锅水含盐量最大的部位 （ 通常是 汽包水容积靠近蒸发面处 ）
引出
定期排污
用以排除水中的沉渣, 铁锈, 以防这些杂质在水冷壁管中结垢和堵塞
定期排污应从 循环回路的最低位置, 即沉淀物积聚最多的地方 （ 如水
冷壁下部联箱或大直径下降管底部 ） 引出, 间断进行
5/5
1/2
亚临界参数锅炉汽包与内部装置
汽包 采用 上, 下不等壁厚结构, 汽包内壁设置弧形衬套 5,由沿汽包长
度延伸的挡板构成 。 汽水混合物由上部进入汽包, 沿弧形衬套向下流动,
均匀加热汽包壁, 可减少汽包上下壁温差及相应的热应力
下降管 管座位于汽包底部, 保证下
降管入口上部有最大的水层高度, 以
防下降管进口处工质汽化； 下降管入
口处装有十字架 8,以消除大直径下降
管进口产生漏斗形水面, 防止蒸汽进
入下降管, 保证锅炉水循环的安全 。
汽包筒体上部 有 饱和蒸汽引出管管
座 1,汽水混合物引入管管座 2； 汽包
筒体下部 有 给水管管座, 连续排污管
管座 12和 给水调节器管座
亚临界参数锅炉汽包与内部装置
? 涡轮式旋风分离器 6沿汽包长度方向分两排对称布置，对汽水混合物 进
行第一次粗分离
2/2
? 波形板干燥器 3 在汽包顶部沿长
度方向分前后两组（每组两排，对
称布置）呈鸟翼状倾斜的立式, V”
形,进行第三次分离
? 立式波形板 （又称顶帽）布置在
分离器的顶部,进行第二次分离
汽水混合物 经三次分离，水经 疏
水管 4引至汽包水容积，蒸汽通过顶
部布置的多孔板进行均流，经 饱和
蒸汽引出管 将蒸汽引至炉顶过热器
第十二章 电站锅炉本
体的设计与布置
锅炉本体的典型布置
? Π 型布置锅炉
? 塔型、半塔型布置锅炉
锅炉主要设计参数的选择
? 炉膛热强度
? 炉膛出口烟气温度
? 排烟温度
? 热空气温度
? 工质与烟气速度
Π 型布置锅炉
Π 型布置 （ a） 应用范围最广 。 由垂直柱
体炉膛, 水平烟道和下行对流烟道组成
Π 型布置锅炉 高度较低，安装方便；烟气在
竖井中向下流动，受热面易于布置成逆流传热
方式；燃料进给设备和排烟口都在锅炉底层，
送风机、引风机、除尘器等笨重设备可布置在
地面，减轻了厂房和锅炉构架的负载，可以采
用简便的悬吊结构
Π 型布置锅炉 占地较大；烟道转弯易引起飞
灰对受热面的局部磨损
1/1
塔型、半塔型布置锅炉
塔型布置锅炉 （ e） 对流烟道布置在炉膛的上方, 锅炉笔直向上发
展, 取消了不宜布置受热面的转弯室
塔型布置锅炉 占地面积小；对流烟道有自身通风作用, 烟气阻力小；
烟气在对流受热面中不改变流动方向, 烟气中的飞灰不会因离心力而集
中造成受热面的磨损, 对于多灰燃料非常有利 。 适用于燃用烟煤以及正
压燃烧的燃油, 燃气锅炉 。
1/1
半塔型布置锅炉 （ f） 空气预热器,
送, 引风机, 除尘器等笨重设备布置在
地面, 以减轻锅炉构架和厂房的负载,
避免汽, 水管道过长
炉膛容积热强度 qv
1/4
表明在炉膛单位容积内每小时燃料燃烧所释放的热量
式中 — 炉膛容积, m3
)912(m/kw,VBQq 3n e t.arv ?? ?
?
?v
vq
过大
? 过小,Hf 过小,锅炉达不到出力
? 炉膛及炉膛出口烟气温度 偏高，易结渣； 偏高,q2 增大；
? 煤粉气流在炉膛停留的时间 τ 过小，（ q3,q4）增大,均使 减小
py?
?g?
vq
?????,a
?v
vq 的选取与锅炉容量, 燃烧方式, 燃料特性等有关
炉膛容积热强度 qv
过小,
过大,偏低，着火困难，燃烧不稳定；造价高
vq
?v a?
2/4
炉膛容积热强度 的大小应能保证燃料燃烧完全 （ 燃料在炉膛
内有足够的停留时间 ）, 并使烟气在炉膛内冷却到不使炉膛出口
对流受热面结渣的程度 （ 炉膛内布置足够的受热面 ）
vq
锅炉容量增大, 炉膛壁面面积的增加落后于容量的增加 。 为保证
锅炉安全运行, 避免对流受热面结渣, 应以烟气的冷却条件来选
取, 故大容量锅炉的 要比中, 小容量锅炉选得小一些
vq vq
推荐值见 P247
vq
炉膛截面热强度 qa
? 的选取与燃料性质、燃烧方式和排渣方式等有关,推荐范围见 P248
aq
表示燃烧器区域炉膛单位截面上每小时燃料的释热强度
式中 A,n - 燃烧器区域炉膛截面积及燃烧器层数
或)1012(m/kw,ABQq 2n e t.ara ?? ?
aq
）（ 1112nqq aac ?? ?
3/4
? 锅炉设计时，可根据选用的, 确定炉膛容积和截面积,并 由此
决定炉膛宽度、深度及高度
vq aq
? 无烟煤 值小，而 值大,炉膛呈瘦高形，以保证煤粉气流及时着
火，完全燃烧
vq aq
燃烧器区域壁面热 强度 qr
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愈大, 说明火焰愈集中, 燃烧器区域的温度水平就愈高,
对燃料的稳定着火有利, 但易造成燃烧器区域的壁面结渣
rq
表示燃烧器区域单位炉壁面积上燃料每小时释放的热量
式中 — 燃烧器区域的炉壁面积, m2
a,b — 炉膛宽度和深度, m
n — 燃烧器的层数
— 各层燃烧器的间距, m
rq
)1212(m/kw,FBQq 2
r
n e t.arr ?? ?
rF
)1312(m,h)1n)(ba(2F jr ???? ?
jh
推荐值见 P248 rq
炉膛出口烟气温度
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炉膛出口烟气温度 凝渣管或屏式过热器前的烟温
? 锅炉受热面的 辐射和对流传热的最佳比值 （ 辐射受热面和对流
受热面的金属耗量及总成本最小 ） 对应的 约为 1250℃
???
???
? 为保证炉膛出口处 对流受热不结渣, 不应超过灰分开始变形
的温度 DT。 如灰分软化温度 ST与变形温度 DT之差小于 100, 则取
<(ST-100)℃
???
???
? 当炉膛出口处布置着屏式受热面时, 炉膛出口烟温 一般
取 1100～ 1200℃
对于易结渣的燃料, 应保持在 1000～ 1050℃ 范围
???
???
????
排烟温度 θ py
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排烟温度 燃料费用和尾部受热面金属费用总和最少时所对应
的温度
? 排烟温度 低, 排烟热损失小, 锅炉 热效率高, 节约燃料；但由
于尾部受热面传热温压降低, 金属耗量增多
py?
py?
? 含硫量较高的燃料，排烟温度 应取较高值,以避免低温腐蚀
和堵灰对锅炉工作可靠性的影响 py?
大、中型锅炉排烟温度 的 推荐值见表 12-3
py?
热空气温度 trk
1/1
? 热空气温度 的选取主要取决于燃料的性质
着火性能好和水分低的燃料，采用较低的 ；着火性能差或水分较
多的燃料，采用较高的
rkt
rkt
rkt
? 热空气温度 值的选择还与制粉系统的干燥剂种类、锅炉的排渣
方式等有关
大、中型锅炉热空气温度 的 推荐值见表 12-4
rkt
rkt
工质质量流速 ρω
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受热面中水和蒸汽的质量流速 对受热面运行的安全性和经济
性有很大影响 ??
? 质量流速 太低，工质的传热能力下降，受热面管壁温度升高，
影响受热面的安全运行
? 质量流速 太高，工质的流动阻力大（一般过热器系统的总阻力
应不大于过热器出口压力的 10%；再热系统的总阻力应不大于再热蒸汽
进口压力的 10%；省煤器中水的阻力应不大于汽包压力的 10%）
? 对于非沸腾式省煤器，质量流速 的下限应避免受热面内部的氧
腐蚀；对于沸腾式省煤器，则应避免管内工质的汽水分层
??
??
??
质量流速 的推荐值见表 12-5中 ??
烟气流速 wy
烟气流速 Wy 影响受热面运行的安全性和经济性
? 烟速 Wy 过低，受热面积灰加重，受热面面积增加或传热下降
? 烟速 Wy 过高，飞灰磨损加重
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锅炉额定负荷下，考虑磨损后横向冲刷受热面的极限烟速
对于一般的煤为 9～ 10 m/s；
对于灰多和灰分磨蚀性较强的燃料为 7～ 8 m/s；
对于灰少和磨蚀性较弱的煤为 10～ 12 m／ s
谢谢！
考 试 题 目
1,煤的元素分析与工业分析成分是什么？
挥发分、水分及灰分对锅炉工作有什么影
响？
2,何谓煤粉细度？试述钢球磨中储式制粉
系统工质流程。
3,试述煤的三个燃烧区域的特点及相应的
燃烧强化措施。
4,直流燃烧器喷口布置有几种形式？在什
么情况下采用分级配风？为什么？
考 试 题 目
5,电站锅炉运行中，调节蒸汽温度的主要
方法有那些？它的工作原理和特点是什么？
6,为什么大型电站锅炉需采用对流－辐射
式过热器系统？
7,试述电站燃煤锅炉的主要系统及工质流
程。
