第一章 绪论
亚临界自然循环燃煤锅炉
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
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
锅炉机组经济性指标
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；
— 锅炉机组自身所消耗的热量, 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,% 3q 4q
qQ
pQ
)31(),%qq(1 43r ????? ?
)11(,%100QQ
r
1g ???? ??
)21(,%Q QQQ
r
pq1
j ?
???? ?
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
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
火力发电厂锅炉烟尘及有害气体
最高允许排放浓度
排 放 物 粉尘 /mg.m-3 SO2 /mg.m-3 NOx(以 NO2计 )/mg.m-3
排 放 量 50 400
Vdaf<10% 1100
10%<=Vdaf<=20% 650
Vdaf>20% 450
本标准实用于：
? 第三时段（ 2004.1.1起新建火电厂）
? 两控区（ SO2排放大或酸雨严重地区）及入炉煤 Qar.net>12550的火电厂
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,可用率较高
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
可靠性涉及到设计, 设备制造, 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,同时考虑
因燃用劣质煤带来的不利影响 （ 结渣, 积灰, 磨损, 腐蚀 ）, 提高锅炉对
煤种的适应性 。 提高机组的监控水平
第二章 锅炉燃料及
热力辅助计算
煤的组成特性及基准
1/8
煤的工业分析成分
煤的元素分析成分
煤的成分基准
煤成分基准的换算 （ 表 2-1）
干燥基 高, 低位发热量之间的换算
)142(H226Q100H9rQQ dgr.ddgr.dn e t.d ????????????? ?
收到基 高, 低位发热量之间的换算
)122(M1.25H226Q100M100H9rQQ arargr.ararargr.arn e t.ar ???????????? ??? ?
煤的发热量及 换算
低位发热量 （ Qnet） 燃料在锅炉中的实际放热量, 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）
发热量各基准间的换算
高位发热量 (Qgr)各基准间的换算 采用上述换算系数
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 )
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 ??? ?
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,DT,ST,FT
煤中 V对锅炉工作的影响
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（ 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
煤中 M,A对锅炉工作的影响
? 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
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
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 (表 2-6)
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
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
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
煤的类型
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，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，
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
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
碳完全燃烧反应方程式
C + O2 → CO2
12 kg C + 22.41 Nm3 O2 → 22.41 Nm3 CO2
1kgC + 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
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
)100 O0, 7 - 100 S 0, 7 100 H5, 5 6 100C866.1(21.0 1V r ar ar ar a 0 ???
)232(O333.0H265.0)S375.0C(08 89.0 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
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，
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 ??? ??,
烟 气 容 积
理论烟气容积 α =1、完全燃烧,O2 = 0； CO = 0
0yV
)282(kg/Nm,V0 1 6 1.0100M24.1100H1.11 30arar ???? ?
)27262(V79.01 0 0N8.01 0 0 )S3 7 5.0C(8 6 6.1 0ararar ～????? ?
)252(kg/Nm,VVVVV 3O OH0NSOCO0y 2222 ????? ?
烟 气 容 积
实际烟气容积 α >1、完全燃烧,O2 ≠0 ； CO=0
yV
22222 OOHNSOCOy VVVVVV ????? ? ? ? ?
000y V10 1 6 1.0V1V ???????
)292(kg/Nm,V)1(0 1 6 1.1V 300y ????? ?
实际烟气容积 α >1、不完全燃烧,O2 ≠0 ； CO≠0
yV
kg/Nm,VVVVVVV 3OOHNSOCOCOy 22222 ??????
烟气的焓值
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(ca100AH hfharfh ??? ? 时可不计算6Q Aa4182
n e t.ar
arfh ?
烟气的焓值 取决于 燃料种类、过剩空气系数及烟气温度
yH
焓 温 表
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(10 0VVO
gy
O
2
2 ??? ?
)342(100VVCO
gy
CO ??? ?
)352(10 0VVN
gy
N
2
2 ??? ?
)322(100VVRO
gy
RO
2
2 ??? ?
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 Vgy
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
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 ??? ????? ?
)402(1 OCO)605.0(21RO 22 ??? ????? ?
在不完全燃烧的情况下，如果不完全燃烧产物只考虑 CO
)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
)402(1 OCO)605.0(21RO 22 ??? ????? ?
运行中 α 及 Vy的确定
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(1 0 0V VVVORO
gy
cosoco
22
22 ?????? ?
锅炉热平衡方程式
654321r QQQQQQQ ??????
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
630/QM n e t.arar ?
n e t.arr QQ ?
)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
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 取决于燃料种类, 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
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 q1 0 0)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?????
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
热效率 η gl与燃料消耗量 B
热效率
? 正平衡
? 反平衡
,%100QQq
r
11g ???? ?
),%qqqqq(1 0 0 65432g ??????? ?
）（ 622s/kg,QQ100QQB
rg1
???? ?
?
燃料消耗量
）（ 632s/kg),100q1(BB 4j ??? ?
计算燃料消耗量
第三章 煤 粉 制 备
煤的自燃性与爆炸性
煤粉的自燃 煤粉在氧化性介质中，当煤粉散热不良或周围介质
温度升高时，会发生自燃
煤粉的爆炸 发生自燃的煤粉遇到明火会发生爆炸
影响煤粉爆炸的因素主要有,煤的挥发分含量、煤粉细度、煤粉
的浓度和温度、煤粉的水分
制粉系统需采用一定的防爆措施，如设置防爆门等
煤粉细度 Rx
煤粉的细度 Rx（ Dx）
X 为筛孔边长或直径,μ m
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 afzj90 ??? ?
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
2 0 0
lg
R
1 0 0
lnlg
R
1 0 0
lnlg
n 902 00 ?
?
? ?
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
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
与 HGI之间关系
)103(61.0HGI0034.0K 25.1B T Nkm ??? ?
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
BTNkmK
<1.2 为难磨煤
>1.5 为易磨煤
BTNkmK
BTNkmK
双进双出 钢球磨 (低速磨 )
轴颈内带热风空心管双进
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
独立的磨煤回路两个回路
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
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
没有撞击作用，磨煤效果差，煤粉磨得过细，出力降低，电耗大
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
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
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
单进单出磨煤机对负荷适应性差, 其单位电耗 Em
kg/kJ,BNE
m
dwm ?
磨煤机 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
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短 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,
低负荷下煤粉细度降低, 有利于低挥发分煤的稳燃
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
钢球磨中储式制粉系统 有 热风送粉 和 乏气送粉 两种
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 → 排粉机
→ 乏气风箱 → 三
次风喷口
适用无烟煤、
贫煤及劣质煤
钢球磨中储式乏气送粉系统
乏气 → 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 31 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
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。
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
风机体积大, 电耗高,
易发生高温侵蚀, 运行
效率及可靠性低
中速磨直吹式正压冷一次风系统
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
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
高水分煤种要求
高速磨直吹式系统
（ a） 热风干燥；
（ b） 热风 -炉烟干燥
? 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 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
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
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
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 ??
? ?
活化能 E 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
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
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；着火和燃尽是最重要的两个阶段, 着
火是前提, 燃尽是目的
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
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
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― 焦碳颗粒密度
P ― 压力
χ 02― 氧气浓度
d ― 焦碳颗粒的直径
k ― 焦碳颗粒的反应速度常数
)74(Pdkdtdm 022Pp ?????? ?
焦碳燃烧的动力学特性
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
燃烧产物（ CO2和 CO）从炭粒表面上
解吸析
焦碳燃烧按下述程序进行
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 （ 反应物或生成物的扩散过程 ）
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
碳的燃烧反应速度
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；
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
动力区 燃烧反应的温度不高,kC,kD，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,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,kD，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
)84(k/1k/1 1k
DC
??? ?
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
煤中含有挥发分 挥发分对煤的着火燃烧有利；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 ）
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
转变时的瞬间温度称为 着火温度
着火和熄火的热力条件
)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
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。即在一定
的放热和散热条件下，只要系统温度 T
>Tzh，燃烧反应就会自动进行
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，增加燃烧室的保温，
减少放热
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）。即 在
一定的放热和散热条件下，只要系统温度 T< Txh，燃烧反应就会自动中断
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
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
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
0q
mf
mfar
zhq
ar
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0zh
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K11r
0
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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
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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?
?
?
?
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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
煤粉气流 着火热
影响煤粉气流着火的因素
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
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
影响煤粉气流着火的因素
一次风量 V1 （ V0?rγ1 ）
? 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）
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, 煤粉管道堵塞, 燃烧器喷口易烧坏
? 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,
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 。 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
影响煤粉气流着火的因素
燃料器特性
燃烧器特性优良, 即一, 二次风混合适时 。 过早混合, 会造成着
火热增大 。 尺寸较小的小功率燃烧器可缩短煤粉气流的着火距离,
增大着火表面积, 有利于着火
煤粉气流完全燃烧的条件
? 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
???
供应适量的空气 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
?
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,煤粉至炉膛出口处还没有烧完，炉膛出口后温度降低
使燃烧基本停止，造成燃烧热损失增大；局部再燃烧会引起过
热器爆管和结渣。 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
第五章 煤粉炉与燃烧设备
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
煤粉炉炉膛的作用
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
燃烧器的作用与要求
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
燃烧器的作用与要求
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
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
WH=0,CH=0,TH>T0
直流射流及空气动力特性
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 ） 的煤粉气流是一股 湍流自由射流
W0
C0
T0
直流射流及空气动力特性
湍流自由射流 除了做整体轴线方向运动外, 流体微团还具有纵向脉动和
横向脉动, 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
WH=0,CH=0,TH>T0
W0
C0
T0
直流射流及空气动力特性
射流核心区 2 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 3 核心区维持初速 w0的边界称为 内边界 5； 射流与周围气体
的分界称为 外边界 4。 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
W0
C0
T0
直流射流及空气动力特性
卷吸量 Q 外边界卷吸的高温烟气量
卷吸量 Q大，有利于煤粉气流的着火
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。 射程 L大,煤粉气流后期扰动及卷吸加强，有利于燃
尽
射流的刚度
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 决定射流的形状及两相邻射流开始混
合点，对煤粉气流着火和氧化剂的及时补充
影响很大
直流湍流自由射流的 θ 相对较小
直流射流及空气动力特性
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
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
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
直流燃烧器各层二次风的作用
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
直流燃烧器 四角布置切圆燃烧方式
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
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 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
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
一次风速受着火条件限制；二次风速
也不宜降低, 否则减弱炉内气流的扰动
一, 二次风速推荐值见 P80表 5-5
炉膛结构特性 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，补气条件好
外侧（背火侧）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，补气条件差
射流两侧因此出现压差，迫使射流
偏向压力低的一侧
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。 dJX过大，射流偏斜增大，容易引起水冷壁结渣；炉膛出口较大
的残余旋转会造成烟温和过热汽温偏差
一次风煤粉气流的偏斜
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
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
旋流燃烧器适用于 含挥发分较高的煤种
卷吸量较大，扩展角较大
旋流 射流具有很高的切向速度和足够大的轴向速度，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。 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，延长到速度很低处处才封闭，形成开放式的结构
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 的一, 二次风通过旋流器形成旋转射流, 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
旋流燃烧器的类型
直流蜗壳式 双蜗壳式 轴向可动叶轮式
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
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
煤粉火炬的稳燃技术
利用燃烧器的各种结构产生局部烟气回流，增强对煤粉气流的供热能力
? 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
? 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
? 提高煤粉化学反
应速度
?减少 煤粉气流的 着
火热, 降低着火温度
? 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,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
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
煤粉喷嘴出口处的扩流锥,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
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
双调风旋流燃烧器
燃烧器的二次风通道分为两部分,一部分二次风进入燃烧器的内
环形通道，另一部分二次风进入燃烧器的外环形通道
煤粉气流 从下方经 90° 的弯角进入燃烧器将煤粉气流浓谈分离
?内二次风 作引燃煤粉用
内二次风经轴向叶片形
成内层二次风旋转射流,
将炉膛内的高温烟气卷吸
到煤粉着火区, 使得煤粉
得到点燃和稳定燃烧
双调节旋流燃及烧器
? 外二次风 用来补充已燃烧煤粉所需
的空气, 使之完全燃烧
外二次风经切向叶片形成外层二次风
旋转射流
双调风燃烧器就是指内, 外二次风的
可调 。 调节内, 外二次风的导向叶片,
可改变内, 外二次风的流量比, 旋转强
度, 二次风间, 二次风与煤粉气流间的
混合, 从而可调节着火和火焰形状, 既
保证了煤粉的燃尽, 同时 在炉膛内实现
分级送风燃烧, 可遏制 NOx的生成
W型火焰炉膛结构
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
部分二次风从炉顶拱向下喷射，在
燃烧室下部与二次风相遇后，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
煤粉气流着火条件好
? 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
? 燃烧器喷口向下，允许较低风速
较低的 NOx生成量
可采用浓淡燃烧器，且空气沿着火焰
行程逐步加入，易实现分级配风，分段
燃烧
燃烧效率高
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
减少飞灰磨损和环境污染
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
炉膛出口热偏差小
上部炉膛深度小；气流在炉膛内不旋转，
无残余扭转
有良好的负荷调节性能
负荷变化时，着火炉膛火焰中心温度变
化不大
?着火区水冷壁敷设卫燃带
?炉顶拱可减少对燃尽室的放热
卫燃带附近易结渣；管路布置复杂；成本高
适用于无烟煤等低挥发分煤的燃烧
N0X,S0X的控制技术
影响 NOx生成的主要因素
? 温度 温度越高, NOx生成量越大
? 过剩空气系数 ?=1.1～ 1.2范围内, NOx的生成量最大
? 燃煤性质 燃煤含 N 量越高, 转化为 NOx也就越多
低 NOx的燃烧技术
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
煤炭脱硫、燃烧过程脱硫 和 烟气脱硫
（空气）分级燃烧
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 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
（空气）分级燃烧的类型
燃烧室中的分级燃烧 主燃烧器上部设 燃尽风
（ 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
燃烧器分级燃烧 二次风分两部分送入
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）
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
再燃烧区（第二燃烧区） 其余 (20～ 15)%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
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
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，并可降低受热面金属耗量和炉墙重量，便于采
用悬吊结构
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。
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
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，造成水冷壁吸热不均。为提高水循环
可靠性 将水冷壁划分为独立的循环回路
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
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 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
自然循环锅炉水循环系统
给水 由省煤器经 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
强制循环锅炉水循环系统
4根 大直径集中下降管 2从 汽包 底
部引出并与 汇集联箱 3连接,循环泵
4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 6与 环形下
水包 7（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。
汇集联箱可均衡各循环泵的入口
流量，有利于提高循环泵运行的可
靠性
螺旋管圈型水冷壁
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 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, 任一高度上所有管带的受热几
乎完全相同
螺旋管圈型水冷壁的特点
? 热偏差小, 炉膛四周热负荷
不均不会增大工貭热偏差
? 可减轻传热恶化的影响, 可
根据需要获得足够高的工质质
量流速
螺旋管圈型水冷壁
?防止管壁超温,工质焓值较高的管段处在热负荷较低的炉膛上部
?金属耗量小,无下降管及中间联箱
?适应锅炉变压运行的要求 可在变压运行中解决汽水两相分配不均问
题，同时可在低负荷下维持足够的工质质量流速，可不采用内螺纹管
缺点是大机组沿炉膛高度管带中各管之间热偏差较大，制造安装困难，
工作量大，承重能力差，悬吊难
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
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
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
（ 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
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
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
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、辐射式过热器与再热器
半辐射式受热面布置在炉膛出口烟窗处,
既吸收炉内辐射热, 又吸收烟气的对流热
做成挂屏形式，由 U型管及进出口联箱构成
辐射式受热面布置在炉膛上部的
前墙和两侧墙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 ） 。 直接吸收炉膛辐射热
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
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
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
? 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, 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相对减少, 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, 导致辐射受热面出口汽温降低；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 。
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 。
燃料性质
燃煤中的 M和 A增加, 煤耗量 B增加, 对流受热面 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
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
? 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, 一般为 2～ 3级
主要有旋涡式, 多孔喷管式两种
喷水量约为锅炉容量的 3%～ 5%,可
使汽温下降 50～ 60℃
结构简单, 调节灵敏 。 可靠性高
喷水减温方法
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
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
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
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
热偏差的概念
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
偏差管蒸汽焓增大于管组平均值的现象, 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
烟气侧热力不均（吸热不均）
烟气走廊 并列过热器管中管排间较大的节距形成
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 取决于沿进, 出口联箱长度方向
工貭压力的变化, 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
工质侧水力不均（流量不均）
= =
）（ 76
K
K
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, 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
（ η q>1）, 工质流量又较小 （ 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
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
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
偏差相应减小
)86(h pj ?? ?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, 获得
与热负荷相适应的蒸汽流量
省煤器 及布置
省煤器 有铸铁式和钢管式 两种
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
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
受热面转动回转式预热器 （ 容克式 ）
主要由扁圆柱形蓄热体及烟, 风罩组
成
扁圆柱形转子从上到下被径向隔板
分成 12个大扇形格（ 300），每个大
扇形格又被许多块横向和径向短隔板
规则地分为许多小格仓，小格仓中放
满预先叠扎好的蓄热板
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
二分仓回转式空气预热器
二分仓式回转空气预热器中 烟气从上方通过烟道和转子截面的 50%从
下方流出, 空气从另一 侧下方进入, 经风道和转子截面的 30～ 40%从上
方流出, 其余部分为两者之间的过渡区 （ 密封区 ）, 转子以每分钟 1～ 4
转的转速缓慢旋转, 每转一圈, 蓄热板吸, 放热各一次, 使烟气和冷空
气之间实现热交换
回转式空气预热器重量轻, 结构紧凑,
金属耗量小, 便于布置；蓄热板温度相对
较高可减轻低温腐蚀；空预器转子高度小,
便于清扫 。 但结构较复杂, 漏风量大
二分仓式回转空气预热器, 空气只有一
个通道, 出口热空气 （ 一, 二次风 ） 具有
相同的温度和压力
三分仓回转式空气预热器
三分仓回转式空气预热器 在二分仓
预热器的基础上, 将空气通道一分为
二, 用密封件将它们隔开, 成为各自
独立的一次风通道和二次风通道, 烟
气通道则与二分仓的相同
三分仓回转式空气预热器中 不同的
风机将两股空气送入预热器, 分别流
过被烟气加热的波形板受热面, 得到
不同温度, 压力的热风, 以满足燃料
燃烧的需要
三分仓回转式空气预热器 用于燃煤
锅炉常采用的冷一次风机系统
亚临界自然循环燃煤锅炉
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
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
锅炉机组经济性指标
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；
— 锅炉机组自身所消耗的热量, 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,% 3q 4q
pQ
)31(),%qq(1 43r ????? ?
)11(,%100QQ
r
1g ???? ??
)21(,%Q QQQ
r
pq1
j ?
???? ?
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
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
火力发电厂锅炉烟尘及有害气体
最高允许排放浓度
排 放 物 粉尘 /mg.m-3 SO2 /mg.m-3 NOx(以 NO2计 )/mg.m-3
排 放 量 50 400
Vdaf<10% 1100
10%<=Vdaf<=20% 650
Vdaf>20% 450
本标准实用于：
? 第三时段（ 2004.1.1起新建火电厂）
? 两控区（ SO2排放大或酸雨严重地区）及入炉煤 Qar.net>12550的火电厂
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,可用率较高
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
可靠性涉及到设计, 设备制造, 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,同时考虑
因燃用劣质煤带来的不利影响 （ 结渣, 积灰, 磨损, 腐蚀 ）, 提高锅炉对
煤种的适应性 。 提高机组的监控水平
第二章 锅炉燃料及
热力辅助计算
煤的组成特性及基准
1/8
煤的工业分析成分
煤的元素分析成分
煤的成分基准
煤成分基准的换算 （ 表 2-1）
干燥基 高, 低位发热量之间的换算
)142(H226Q100H9rQQ dgr.ddgr.dn e t.d ????????????? ?
收到基 高, 低位发热量之间的换算
)122(M1.25H226Q100M100H9rQQ arargr.ararargr.arn e t.ar ???????????? ??? ?
煤的发热量及 换算
低位发热量 （ Qnet） 燃料在锅炉中的实际放热量, 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）
发热量各基准间的换算
高位发热量 (Qgr)各基准间的换算 采用上述换算系数
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 )
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 ??? ?
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,DT,ST,FT
煤中 V对锅炉工作的影响
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（ 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
煤中 M,A对锅炉工作的影响
? 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
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
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 (表 2-6)
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
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
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
煤的类型
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，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，
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
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
碳完全燃烧反应方程式
C + O2 → CO2
12 kg C + 22.41 Nm3 O2 → 22.41 Nm3 CO2
1kgC + 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
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
)100 O0, 7 - 100 S 0, 7 100 H5, 5 6 100C866.1(21.0 1V r ar ar ar a 0 ???
)232(O333.0H265.0)S375.0C(08 89.0 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
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，
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 ??? ??,
烟 气 容 积
理论烟气容积 α =1、完全燃烧,O2 = 0； CO = 0
0yV
)282(kg/Nm,V0 1 6 1.0100M24.1100H1.11 30arar ???? ?
)27262(V79.01 0 0N8.01 0 0 )S3 7 5.0C(8 6 6.1 0ararar ～????? ?
)252(kg/Nm,VVVVV 3O OH0NSOCO0y 2222 ????? ?
烟 气 容 积
实际烟气容积 α >1、完全燃烧,O2 ≠0 ； CO=0
yV
22222 OOHNSOCOy VVVVVV ????? ? ? ? ?
000y V10 1 6 1.0V1V ???????
)292(kg/Nm,V)1(0 1 6 1.1V 300y ????? ?
实际烟气容积 α >1、不完全燃烧,O2 ≠0 ； CO≠0
yV
kg/Nm,VVVVVVV 3OOHNSOCOCOy 22222 ??????
烟气的焓值
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(ca100AH hfharfh ??? ? 时可不计算6Q Aa4182
n e t.ar
arfh ?
烟气的焓值 取决于 燃料种类、过剩空气系数及烟气温度
yH
焓 温 表
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(10 0VVO
gy
O
2
2 ??? ?
)342(100VVCO
gy
CO ??? ?
)352(10 0VVN
gy
N
2
2 ??? ?
)322(100VVRO
gy
RO
2
2 ??? ?
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 Vgy
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
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 ??? ????? ?
)402(1 OCO)605.0(21RO 22 ??? ????? ?
在不完全燃烧的情况下，如果不完全燃烧产物只考虑 CO
)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
)402(1 OCO)605.0(21RO 22 ??? ????? ?
运行中 α 及 Vy的确定
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(1 0 0V VVVORO
gy
cosoco
22
22 ?????? ?
锅炉热平衡方程式
654321r QQQQQQQ ??????
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
630/QM n e t.arar ?
n e t.arr QQ ?
)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
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 取决于燃料种类, 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
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 q1 0 0)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?????
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
热效率 η gl与燃料消耗量 B
热效率
? 正平衡
? 反平衡
,%100QQq
r
11g ???? ?
),%qqqqq(1 0 0 65432g ??????? ?
）（ 622s/kg,QQ100QQB
rg1
???? ?
?
燃料消耗量
）（ 632s/kg),100q1(BB 4j ??? ?
计算燃料消耗量
第三章 煤 粉 制 备
煤的自燃性与爆炸性
煤粉的自燃 煤粉在氧化性介质中，当煤粉散热不良或周围介质
温度升高时，会发生自燃
煤粉的爆炸 发生自燃的煤粉遇到明火会发生爆炸
影响煤粉爆炸的因素主要有,煤的挥发分含量、煤粉细度、煤粉
的浓度和温度、煤粉的水分
制粉系统需采用一定的防爆措施，如设置防爆门等
煤粉细度 Rx
煤粉的细度 Rx（ Dx）
X 为筛孔边长或直径,μ m
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 afzj90 ??? ?
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
2 0 0
lg
R
1 0 0
lnlg
R
1 0 0
lnlg
n 902 00 ?
?
? ?
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
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
与 HGI之间关系
)103(61.0HGI0034.0K 25.1B T Nkm ??? ?
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
BTNkmK
<1.2 为难磨煤
>1.5 为易磨煤
BTNkmK
BTNkmK
双进双出 钢球磨 (低速磨 )
轴颈内带热风空心管双进
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
独立的磨煤回路两个回路
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
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
没有撞击作用，磨煤效果差，煤粉磨得过细，出力降低，电耗大
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
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
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
单进单出磨煤机对负荷适应性差, 其单位电耗 Em
kg/kJ,BNE
m
dwm ?
磨煤机 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
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短 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,
低负荷下煤粉细度降低, 有利于低挥发分煤的稳燃
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
钢球磨中储式制粉系统 有 热风送粉 和 乏气送粉 两种
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 → 排粉机
→ 乏气风箱 → 三
次风喷口
适用无烟煤、
贫煤及劣质煤
钢球磨中储式乏气送粉系统
乏气 → 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 31 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
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。
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
风机体积大, 电耗高,
易发生高温侵蚀, 运行
效率及可靠性低
中速磨直吹式正压冷一次风系统
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
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
高水分煤种要求
高速磨直吹式系统
（ a） 热风干燥；
（ b） 热风 -炉烟干燥
? 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 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
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
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
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 ??
? ?
活化能 E 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
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
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；着火和燃尽是最重要的两个阶段, 着
火是前提, 燃尽是目的
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
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
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― 焦碳颗粒密度
P ― 压力
χ 02― 氧气浓度
d ― 焦碳颗粒的直径
k ― 焦碳颗粒的反应速度常数
)74(Pdkdtdm 022Pp ?????? ?
焦碳燃烧的动力学特性
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
燃烧产物（ CO2和 CO）从炭粒表面上
解吸析
焦碳燃烧按下述程序进行
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 （ 反应物或生成物的扩散过程 ）
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
碳的燃烧反应速度
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；
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
动力区 燃烧反应的温度不高,kC,kD，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,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,kD，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
)84(k/1k/1 1k
DC
??? ?
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
煤中含有挥发分 挥发分对煤的着火燃烧有利；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 ）
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
转变时的瞬间温度称为 着火温度
着火和熄火的热力条件
)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
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。即在一定
的放热和散热条件下，只要系统温度 T
>Tzh，燃烧反应就会自动进行
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，增加燃烧室的保温，
减少放热
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）。即 在
一定的放热和散热条件下，只要系统温度 T< Txh，燃烧反应就会自动中断
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
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
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
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0q
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zhq
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0
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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
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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?
?
?
?
?
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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
煤粉气流 着火热
影响煤粉气流着火的因素
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
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
影响煤粉气流着火的因素
一次风量 V1 （ V0?rγ1 ）
? 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）
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, 煤粉管道堵塞, 燃烧器喷口易烧坏
? 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,
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 。 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
影响煤粉气流着火的因素
燃料器特性
燃烧器特性优良, 即一, 二次风混合适时 。 过早混合, 会造成着
火热增大 。 尺寸较小的小功率燃烧器可缩短煤粉气流的着火距离,
增大着火表面积, 有利于着火
煤粉气流完全燃烧的条件
? 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
???
供应适量的空气 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
?
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,煤粉至炉膛出口处还没有烧完，炉膛出口后温度降低
使燃烧基本停止，造成燃烧热损失增大；局部再燃烧会引起过
热器爆管和结渣。 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
第五章 煤粉炉与燃烧设备
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
煤粉炉炉膛的作用
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
燃烧器的作用与要求
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
燃烧器的作用与要求
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
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
WH=0,CH=0,TH>T0
直流射流及空气动力特性
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 ） 的煤粉气流是一股 湍流自由射流
W0
C0
T0
直流射流及空气动力特性
湍流自由射流 除了做整体轴线方向运动外, 流体微团还具有纵向脉动和
横向脉动, 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
WH=0,CH=0,TH>T0
W0
C0
T0
直流射流及空气动力特性
射流核心区 2 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 3 核心区维持初速 w0的边界称为 内边界 5； 射流与周围气体
的分界称为 外边界 4。 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
W0
C0
T0
直流射流及空气动力特性
卷吸量 Q 外边界卷吸的高温烟气量
卷吸量 Q大，有利于煤粉气流的着火
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。 射程 L大,煤粉气流后期扰动及卷吸加强，有利于燃
尽
射流的刚度
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 决定射流的形状及两相邻射流开始混
合点，对煤粉气流着火和氧化剂的及时补充
影响很大
直流湍流自由射流的 θ 相对较小
直流射流及空气动力特性
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
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
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
直流燃烧器各层二次风的作用
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
直流燃烧器 四角布置切圆燃烧方式
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
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 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
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
一次风速受着火条件限制；二次风速
也不宜降低, 否则减弱炉内气流的扰动
一, 二次风速推荐值见 P80表 5-5
炉膛结构特性 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，补气条件好
外侧（背火侧）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，补气条件差
射流两侧因此出现压差，迫使射流
偏向压力低的一侧
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。 dJX过大，射流偏斜增大，容易引起水冷壁结渣；炉膛出口较大
的残余旋转会造成烟温和过热汽温偏差
一次风煤粉气流的偏斜
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
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
旋流燃烧器适用于 含挥发分较高的煤种
卷吸量较大，扩展角较大
旋流 射流具有很高的切向速度和足够大的轴向速度，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。 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，延长到速度很低处处才封闭，形成开放式的结构
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 的一, 二次风通过旋流器形成旋转射流, 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
旋流燃烧器的类型
直流蜗壳式 双蜗壳式 轴向可动叶轮式
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
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
煤粉火炬的稳燃技术
利用燃烧器的各种结构产生局部烟气回流，增强对煤粉气流的供热能力
? 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
? 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
? 提高煤粉化学反
应速度
?减少 煤粉气流的 着
火热, 降低着火温度
? 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,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
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
煤粉喷嘴出口处的扩流锥,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
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
双调风旋流燃烧器
燃烧器的二次风通道分为两部分,一部分二次风进入燃烧器的内
环形通道，另一部分二次风进入燃烧器的外环形通道
煤粉气流 从下方经 90° 的弯角进入燃烧器将煤粉气流浓谈分离
?内二次风 作引燃煤粉用
内二次风经轴向叶片形
成内层二次风旋转射流,
将炉膛内的高温烟气卷吸
到煤粉着火区, 使得煤粉
得到点燃和稳定燃烧
双调节旋流燃及烧器
? 外二次风 用来补充已燃烧煤粉所需
的空气, 使之完全燃烧
外二次风经切向叶片形成外层二次风
旋转射流
双调风燃烧器就是指内, 外二次风的
可调 。 调节内, 外二次风的导向叶片,
可改变内, 外二次风的流量比, 旋转强
度, 二次风间, 二次风与煤粉气流间的
混合, 从而可调节着火和火焰形状, 既
保证了煤粉的燃尽, 同时 在炉膛内实现
分级送风燃烧, 可遏制 NOx的生成
W型火焰炉膛结构
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
部分二次风从炉顶拱向下喷射，在
燃烧室下部与二次风相遇后，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
煤粉气流着火条件好
? 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
? 燃烧器喷口向下，允许较低风速
较低的 NOx生成量
可采用浓淡燃烧器，且空气沿着火焰
行程逐步加入，易实现分级配风，分段
燃烧
燃烧效率高
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
减少飞灰磨损和环境污染
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
炉膛出口热偏差小
上部炉膛深度小；气流在炉膛内不旋转，
无残余扭转
有良好的负荷调节性能
负荷变化时，着火炉膛火焰中心温度变
化不大
?着火区水冷壁敷设卫燃带
?炉顶拱可减少对燃尽室的放热
卫燃带附近易结渣；管路布置复杂；成本高
适用于无烟煤等低挥发分煤的燃烧
N0X,S0X的控制技术
影响 NOx生成的主要因素
? 温度 温度越高, NOx生成量越大
? 过剩空气系数 ?=1.1～ 1.2范围内, NOx的生成量最大
? 燃煤性质 燃煤含 N 量越高, 转化为 NOx也就越多
低 NOx的燃烧技术
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
煤炭脱硫、燃烧过程脱硫 和 烟气脱硫
（空气）分级燃烧
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 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
（空气）分级燃烧的类型
燃烧室中的分级燃烧 主燃烧器上部设 燃尽风
（ 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
燃烧器分级燃烧 二次风分两部分送入
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）
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
再燃烧区（第二燃烧区） 其余 (20～ 15)%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
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
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，并可降低受热面金属耗量和炉墙重量，便于采
用悬吊结构
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。
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
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，造成水冷壁吸热不均。为提高水循环
可靠性 将水冷壁划分为独立的循环回路
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
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 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
自然循环锅炉水循环系统
给水 由省煤器经 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
强制循环锅炉水循环系统
4根 大直径集中下降管 2从 汽包 底
部引出并与 汇集联箱 3连接,循环泵
4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 6与 环形下
水包 7（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。
汇集联箱可均衡各循环泵的入口
流量，有利于提高循环泵运行的可
靠性
螺旋管圈型水冷壁
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 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, 任一高度上所有管带的受热几
乎完全相同
螺旋管圈型水冷壁的特点
? 热偏差小, 炉膛四周热负荷
不均不会增大工貭热偏差
? 可减轻传热恶化的影响, 可
根据需要获得足够高的工质质
量流速
螺旋管圈型水冷壁
?防止管壁超温,工质焓值较高的管段处在热负荷较低的炉膛上部
?金属耗量小,无下降管及中间联箱
?适应锅炉变压运行的要求 可在变压运行中解决汽水两相分配不均问
题，同时可在低负荷下维持足够的工质质量流速，可不采用内螺纹管
缺点是大机组沿炉膛高度管带中各管之间热偏差较大，制造安装困难，
工作量大，承重能力差，悬吊难
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
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
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
（ 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
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
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
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、辐射式过热器与再热器
半辐射式受热面布置在炉膛出口烟窗处,
既吸收炉内辐射热, 又吸收烟气的对流热
做成挂屏形式，由 U型管及进出口联箱构成
辐射式受热面布置在炉膛上部的
前墙和两侧墙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 ） 。 直接吸收炉膛辐射热
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
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
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
? 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, 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相对减少, 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, 导致辐射受热面出口汽温降低；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 。
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 。
燃料性质
燃煤中的 M和 A增加, 煤耗量 B增加, 对流受热面 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
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
? 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, 一般为 2～ 3级
主要有旋涡式, 多孔喷管式两种
喷水量约为锅炉容量的 3%～ 5%,可
使汽温下降 50～ 60℃
结构简单, 调节灵敏 。 可靠性高
喷水减温方法
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
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
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
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
热偏差的概念
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
偏差管蒸汽焓增大于管组平均值的现象, 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
烟气侧热力不均（吸热不均）
烟气走廊 并列过热器管中管排间较大的节距形成
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 取决于沿进, 出口联箱长度方向
工貭压力的变化, 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
工质侧水力不均（流量不均）
= =
）（ 76
K
K
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, 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
（ η q>1）, 工质流量又较小 （ 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
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
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
偏差相应减小
)86(h pj ?? ?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, 获得
与热负荷相适应的蒸汽流量
省煤器 及布置
省煤器 有铸铁式和钢管式 两种
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
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
受热面转动回转式预热器 （ 容克式 ）
主要由扁圆柱形蓄热体及烟, 风罩组
成
扁圆柱形转子从上到下被径向隔板
分成 12个大扇形格（ 300），每个大
扇形格又被许多块横向和径向短隔板
规则地分为许多小格仓，小格仓中放
满预先叠扎好的蓄热板
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
二分仓回转式空气预热器
二分仓式回转空气预热器中 烟气从上方通过烟道和转子截面的 50%从
下方流出, 空气从另一 侧下方进入, 经风道和转子截面的 30～ 40%从上
方流出, 其余部分为两者之间的过渡区 （ 密封区 ）, 转子以每分钟 1～ 4
转的转速缓慢旋转, 每转一圈, 蓄热板吸, 放热各一次, 使烟气和冷空
气之间实现热交换
回转式空气预热器重量轻, 结构紧凑,
金属耗量小, 便于布置；蓄热板温度相对
较高可减轻低温腐蚀；空预器转子高度小,
便于清扫 。 但结构较复杂, 漏风量大
二分仓式回转空气预热器, 空气只有一
个通道, 出口热空气 （ 一, 二次风 ） 具有
相同的温度和压力
三分仓回转式空气预热器
三分仓回转式空气预热器 在二分仓
预热器的基础上, 将空气通道一分为
二, 用密封件将它们隔开, 成为各自
独立的一次风通道和二次风通道, 烟
气通道则与二分仓的相同
三分仓回转式空气预热器中 不同的
风机将两股空气送入预热器, 分别流
过被烟气加热的波形板受热面, 得到
不同温度, 压力的热风, 以满足燃料
燃烧的需要
三分仓回转式空气预热器 用于燃煤
锅炉常采用的冷一次风机系统
