任课教师,张 晓 梅
华中科技大学能源学院
,现代电站锅炉,
,现代电站锅炉,
? 第一章 绪论
? 第三章 燃烧过程的
基本理论
? 第五章 蒸发设备与
水冷壁
? 第七章 省煤器与
空气预热器
? 第二章 燃料、制粉设
备及系统
? 第四章 煤粉炉
燃烧设备
? 第六章 过热器, 再热
器及蒸汽系统
? 第八章 锅炉本体的
设计与布置
? 电站煤粉锅炉机组的构成
? 锅炉机组的工作过程
? 锅炉参数及类型
? 锅炉技术,经济性指标
? 电厂锅炉发展趋势
? 思考题
第一章 绪论
锅炉的作用
锅炉是利用燃料的热能或工业生产中的余热，将工质加热到一
定温度和压力的换热设备。在锅炉内实现下叙过程
电站锅炉是火力发电厂三大主机之一, 又称为蒸汽发生器 。
火力发电厂能量转换的基本过程
燃烧 热交换
燃料的化学能 烟气的热能 蒸汽 (或热水 )的热能
锅炉 汽轮机 发电机
燃料的化学能 蒸汽的热能 转轴的机械能 电能
1/4
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。
电站煤粉锅炉机组组成
2/4
电站煤粉锅炉的构成
1-原煤斗 ;2-给煤机 ;3-磨煤机 ;4-汽包 ;5-高温过热器 ;6-屏式过热器 ;7-下降
管 ;8-炉膛水冷壁 ;9-燃烧器 ;10-下联箱 ;11-低温过热器 ;12-再热器 ;13-
再热蒸汽出口 ;14-再热蒸汽入口 ;15-省煤器 ;16-给水 ;17-空气预热器
18-排粉风机 ;19-排渣装置 ;20-送风机 ;21-除尘器 ;22-引风机 ;23-烟囱
3/4
电站煤粉锅炉的构成
4/4
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、水 系 统
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
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 类 型
锅炉用途 电站锅炉, 工业锅炉 （ 热水锅炉 ）
锅炉参数 低压, 中压, 高压, 超高压, 亚临界压力, 超临界压力,
超超临界压力锅炉
层燃炉 室燃炉 硫化床炉
锅炉燃烧方式
3/5
锅 炉 类 型
锅炉蒸发受热面中工质流动方式
? 自然循环汽包锅炉
具有汽包, 利用下降管和上
升管中工质密度差产生工质循
环
? 强制循环
具有汽包和循环泵, 利用循
环回路中工质密度差和循环泵
压头工质循环
4/5
锅 炉 类 型
? 直流锅炉
无汽包, 给水靠给水
泵压头一次通过各受热
面产生蒸汽
? 低倍率循环锅炉
无汽包, 具有汽水分
离器和再循环泵, 主要
靠再 循环泵实 现工质
再循环
5/5
锅炉机组经济性指标
1/3
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(,%Q QQQ
r
pq1
j ?
???? ?
)31(),%qq(1 43r ????? ?
)11(,%100QQ
r
1g ???? ??
3q 4q
qQ
pQ
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
2/3
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）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
3/3
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
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, 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 ）, 提高锅炉煤
种的适应性 。 提高机组的监控水平
思 考 题
1,锅炉的受热面及作用
2,锅炉的主要系统
3,按锅炉燃烧方式及蒸发受热面中工貭的流动方式来分，
锅炉的类型
4,锅炉的额定蒸发量及最大连续蒸发量
5,锅炉的热效率及安全性指标
1/1
? 煤的常规特性及
对锅炉工作的影响
? 煤的分类
? 煤粉特性
? 制粉设备与系统
? 思考题
第二章 燃料、制粉设备及系统
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
1/12
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
2/12
煤成分基准间的换算
)12(%100AMSNOHC ararararararar ???????? ?
)22(%100AMSNOHC 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 CM1 0 0
M1 0 0C ?
?
??例,
3/12
煤的成分基准换算系数
表 2-1
ar
ad
M100
M100
?
?
arM100
100
?
arar AM1 0 0
1 0 0
??
ad
ar
M100
M100
?
?
adM100
100
? adad AM1 0 0
1 0 0
??
100
M100 ar?
100
M100 ad?
dA100
100
?
1 0 0
AM1 0 0 arar ??
1 0 0
AM1 0 0 adad ??
100
A100 d?
所求
已知
收到基 空气干燥基 干燥基 干燥无灰基
收到基 1
空气干
燥基 1
干燥基 1
干燥无
灰基 1
4/12
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）
5/12
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(M1.25H226Q100M100H9rQQ arargr.ararargr.arn e t.ar ???????????? ??? ?
高、低 发热量间的换算
6/12
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 )
7/12
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
8/12
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）
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
9/12
煤的灰熔点越低, 越容易结渣
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，煤中的气体挥发越少
? 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
10/12
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
? A 高,造成大气和环境的污染
11/12
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；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
12/12
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
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，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
5/5
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
1/4
煤粉细度 Rx
2/4
煤粉的细度 Rx（ Dx） 用来表示煤粉的粗细程度
用标准筛子筛分一定量的煤粉试样, 筛子上煤粉的剩余量或通过量占煤
样总重量的质量百分比, 用 R x或 D x表示
X 为筛孔边长,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。
3/4
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
4/4
用来表示磨煤机将煤磨成一定细度煤粉的难易程度
制粉设备与系统
磨煤机
? 低速磨 (16～ 25r/min)
? 中速磨 (50～ 300r/min)
? 高速磨 (500～ 1500r/min)
制粉系统
? 中间储仓式系统
? 直吹式系统
1/1
低速磨（钢球磨）
普通筒式钢球磨 的圆筒由电动机带动低速转动, 燃料和干燥剂 （ 热
空气 ） 从磨一端的空心轴进入圆筒, 在圆筒内煤被干燥, 并经筒内装
有的大量钢球打碎, 研磨成粉, 随后被干燥剂从磨的另一端带出
1/4
低速磨 主要有普通筒式钢球磨、双进双出筒式钢球磨
双进双出 钢球磨
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
2/4
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 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
3/4
双进双出 钢球磨的特点
扩大了钢球磨的负荷调节范围
4/4
响应锅炉负荷变化的时间短, 有利于低挥发分煤的稳燃 出力靠调
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
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
中 速 磨
原煤经落煤管进入两组相对运动碾
磨件之间，在压紧力的作用下被挤压、
研磨成粉。热风经四周风环进入磨煤
机，对被甩至此处的煤粉进行干燥并
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
1/1
中速磨 有盘式磨 （ 辊 -盘式 ）, 碗式磨 (辊 -碗式 HR,HP),环式磨 (辊 -环
式 MPS,球 -环式 E)
中速磨 布置紧凑, 初投资小, 单位
电耗小, 适应变负荷运行；但结构复
杂, 不易磨水分太大和太硬的燃料
高 速 磨 (风扇磨 )
高速磨 由叶轮, 带有护甲的蜗壳和粗粉分离器组成, 装有冲击板的叶
轮由电机带动高速旋转 。 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, 煤粉借助风扇产生的压
头由干燥剂携带经粗粉分离器带出
1/1
高速磨 结构简单，相应的制粉系统简单，金属耗量小，对 锅炉负荷适
应性强，特别适应磨高水分煤种；但部件磨损大，不宜磨制较硬的煤种
1-煤斗； 4-给煤机； 7-磨煤机； 8-粗粉分离器； 9-排粉机； 10-一次风箱； 12-燃烧
器； 13-二次风箱； 14-空气预热器； 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（乏气）喷口； 28-一次风机
钢球磨中储式制粉系统 有
热风送粉 和 乏气送粉 两种
1/3
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
钢球磨中储式热风送粉系统
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
2/3
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
钢球磨中储式乏气送粉系统
3/3
1-煤斗； 4-给煤机；
7-磨煤机； 8-粗粉分
离器； 9-排粉机；
10-一次风箱； 12-燃
烧器； 13-二次风箱；
14-空气预热器； 15-
送风机； 17-细粉分
离器； 21-煤粉仓；
22-给粉机； 23-混
合器
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
1-煤斗； 3-给煤机； 4-磨煤机； 5-煤粉分离器； 6-一次风箱； 15-排粉机； 8-燃
烧器； 10-送风机； 11-高温一次风机（排粉机）； 12-空气预热器； 13-热风风
道； 14-冷风风道； 15 -排粉机； 16-二次风箱； 19-密封风机
中速磨直吹式负压系统
1/5
中速磨直吹式制粉系统 有 正压 和 负压 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
2/5
1-煤斗； 3-给煤机； 4-磨煤机； 5-煤粉分离器；
6-一次风箱； 15-排粉机； 8-燃烧器； 10-送风机；
11-高温一次风机（排粉机）； 12-空气预热器；
13-热风风道； 14-冷风风道； 15 -排粉机； 16-二
次风箱； 19-密封风机
正压系统 有 热一次风 和 冷一次风系统
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
3/5
1-煤斗； 3-给煤机； 4-磨煤机； 5-煤粉分离器；
6-一次风箱； 15-排粉机； 8-燃烧器； 10-送风机；
11-高温一次风机（排粉机）； 12-空气预热器；
13-热风风道； 14-冷风风道； 15 -排粉机； 16-二
次风箱； 19-密封风机
高速磨直吹式系统
1-煤斗； 3-给煤机； 5-磨煤机； 6-煤粉分离器； 7-燃烧器； 8-二次风箱； 9-
空气预热器； 10-送风机； 12-抽风机
（ a） 热风干燥；
（ b） 热风 -炉烟干燥
4/5
? 磨制烟煤和水分不高的褐煤 采用热风作为干燥剂
? 磨制高水分不高的褐煤 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
5/5
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
思 考 题
1,煤的元素分析与工业分析成分
2,煤的成分基准及换算
3,煤发热量的类型及换算
4,V,M,A,C,S,ST对锅炉工作的影响
5,无烟煤的特性及对锅炉运行的影响
6,煤粉的细度、均匀性系数及煤的可磨性系数
7,双进双出钢球磨与中速磨工作原理
8,中 储式热风送粉与乏气送粉系统
9,一、二、三次风
10,直吹式负压与正压系统
11,中速磨正压冷一次风系统
1/1
第三章 燃烧过程的理论基础
化学反应速度
? 化学反应速度及影响因素
固体燃料的燃烧
? 煤燃烧的四个阶段
? 焦碳的燃烧
? 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
? 完全燃烧的条件
思考题
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
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
1/4
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
2/4
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（单位容积中分子数）
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
3/4
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, 反应速度可用 反应速度常数 k来表示 。 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 ??
? ?
4/4
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
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 ） 。 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
焦碳燃烧的动力学特性
1/4
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）
发生在焦碳表面的多相燃烧反应包括下述几个过程
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
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
2/4
碳的燃烧反应速度
3/4
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
a
D ?
?? ?
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
4/4
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
1/2
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 ）
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
煤粉气流的着火 是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
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。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
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）。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 着火热
1/4
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
着火热大，着火所需时间长，着火点离开燃烧器喷口的距离大，
着火困难
? ?
? ?? ? ? ?? ? )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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4
K11r
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rzh
?
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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
对于热风送粉,煤粉气流的着火热为
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
2/4
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
? 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）
3/4
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
影响煤粉气流着火的因素
4/4
? 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
???
???
供应适量的空气 α （ V/V0）
炉膛出口过剩空气系数 的大小可
反映空气量对燃烧过程的影响 ?
??
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
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, 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
3/3
思 考 题
1,燃烧化学反应速度及影响因素
2,煤燃烧的四个阶段
3,煤燃烧的动力反应区、扩散反应区及强化燃烧的措施
4,着火温度与熄火温度
5,着火热及影响煤粉气流着火的主要因素
6,煤粉气流完全燃烧的条件
7,强化无烟煤着火和燃烧的措施
1/1
第四章 煤粉炉及燃烧设备
煤粉燃烧设备
? 炉膛与燃烧器的作用
? 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
思考题
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
炉膛与燃烧器的作用
1/1
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
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
? 旋转射流
? 旋流燃烧器的类型与布置
1/1
WH=0,CH=0,TH>T0
直流射流空气动力特性
由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
1/4
W0
C0
T0
直流射流空气动力特性
2/4
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
直流射流空气动力特性
卷吸量 Q 外边界卷吸的高温烟气量
卷吸量大,煤粉气流吸收的热量多,着火条件好
3/4
显然，射流卷吸周围气体越多,射流 轴向速度衰减较快
直流湍流自由射流的 卷吸量相对较小，而射程较大
射程 L 射流轴向速度 w 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 w 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 。 射程大, 煤粉气流后期混合好
W0
C0
T0
WH=0,CH=0,TH>T0
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
直流射流空气动力特性
4/4
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
1/2
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
2/2
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
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
1/3
切圆燃烧方式的特点
? 煤粉气流吸热量大
依靠本身外边界卷吸烟气、炉
膛辐射热及 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；炉膛出
口较大的残余旋转会引起烟温和过热汽温偏差
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
2/3
炉膛的结构特性 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，有利于煤粉气流着火、燃尽
dJX过大，射流偏斜增大
一次风煤粉气流的偏斜
3/3
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
1/1
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
旋流强度 n是 表征射流旋转程度的特
征参数,n越大,射流旋转程度越大
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
1/3
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
2/3
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
3/3
煤粉火炬的稳燃技术
1/6
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
2/6
? 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
3/6
? 提高煤粉化学反应速度
? 减少 煤粉气流的 着火热,
降低煤粉气流着火温度
? 增加辐射吸热量
? 降低污染物 NOx的排放
WR煤粉燃烧器
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
4/6
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
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
5/6
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
6/6
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
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（直流或旋
流）,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
1/2
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
2/2
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 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
（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
2/5
（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
3/5
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
4/5
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
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
思 考 题
1,燃烧器的种类及特点（直流－均等配风、分级配风；
旋流－叶片式、蜗壳式）
2,燃烧器的布置
3,四角布置切园燃烧方式气流偏转原因与危害
4,煤粉火炬稳燃技术
5,WR燃烧器及双调风燃烧器的工作原理
6,W型火焰锅炉的炉膛结构及特性
7,低 NOx技术
8,锅炉分级燃烧的工作原理
1/1
第五章 蒸发设备与水冷壁
自然循环锅炉蒸发设备与水冷壁
? 水冷壁结构
? 汽水混合物流型与传热
? 自然循环的基本概念
? 自然循环的可靠性
? 自然循环锅炉水循环系统
? 自然循环锅炉汽包与蒸汽的净化
强制流动锅炉蒸发设备与水冷壁
? 控制循环锅炉及水冷壁系统
? 直流锅炉及水冷壁系统
? 直流锅炉水动力特性
? 思考题
水冷壁结构
1/1
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
? 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
1/3
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
均匀受热 汽水混合物在垂直管中作上升运动
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
? 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
蒸发受热面中工貭处于泡状、弹状和柱
状结构时，管壁能得到足够的冷却，保证
安全运行
? 雾状结构 当含汽率 x 再增大时, 管壁上水膜变薄, 汽流将水膜撕破或
因蒸发使水膜部分或全部消失, 形成的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
2/3
蒸发受热面中工貭处于 雾状结构时，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；或管壁交替地
与水及蒸汽接触，产生较大热应力而损坏，
安全性下降，这种 热负荷不太高、但含汽率
很高（液雾状），造成管子损坏的现象称为
第二类传热恶化（蒸干）
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,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
3/3
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
自然循环的基本概念
1/5
运动压头 S y d 下降管中水与上升管中
汽水混合物间的重位压头差 。 用以克服回
路中工质的流动阻力, 使水在回路中产生
环形流动 (水循环 )
式中 H ― 循环回路的高度, m
― 下降管及上升管工质的平均
密度, kg/m3
?Pxj,?Ps― 下降管及上升管流动阻力损
失, Pa
ixj,??
）（）（ 418SppgH ydxjsixj ????????? ?
自然循环的基本概念
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, 是 衡量锅炉水循环可靠性的指标
之一
）（ 398x1DGK ??? ?
循环流速 W0 上升管开始沸腾处饱和水的
流速
式中,G — 工质的质量流量,kg/s
F — 管组的内截面积,m2
— 饱和水密度,kg/m3
)48(s/m,'FGw 0 ??? ?
??
2/5
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，蒸发量 D上升，含汽率 X上升，运动压头 Syd 上升，
循环流速 w0 上升；但 Q 增加过大,流动阻力 Δ ps 上升很快，又将导
致循环流速 w0 下降
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
3/5
自然循环特性
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
界限循环倍率 Kjx
? K过小（ x 过大），将失去自补偿
能力，发 生传热恶化,造成管壁超温
? 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
4/5
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
5/5
并联的上升管中, 受热弱的管含汽率少, 运动压头小, 循环流速降低,
可能发生循环异常
上升管循环停滞、自由水面 和倒流
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 。 水在受热管中缓慢
流动, 蒸汽在水中上浮
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
1/8
循环停滞 汽泡在缓慢流动的水中上浮时, 积聚
在管子弯头处；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
2/8
? 汽包中的水进入下降管时, 因流阻产生压降 使
下降管进口处发生自汽化
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
3/8
自然循环安全性检查
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, 使管壁得到充分的冷却
? 受热最弱上升管不出现流动的 停滞, 倒流 等水循环故障
? 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
4/8
5/8
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
? 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 。 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, 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, 减少管子的长度和弯头等措施
水冷壁管 采用适当的管径
在一定负荷和工作压力下, 随着 的增大, W0X 值升高 。
大容量锅炉水冷壁管出口含汽率 X 和循环流速 W。 都比较高, 应采用
大直径管, 以降低含汽率
d/?
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
装十字板或栅格板
? 防止下降管进口自汽化
下降管进口之上应保证一定的水柱高
度, 且水速不能过大
避免下降管带汽或自汽化
6/8
提高自然循环安全性措施
采用内螺纹管
在管子内壁上开出单头或多头螺旋形槽道, 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, 避免或推迟传热恶化的
发生, 使管内壁温度降低
7/8
提高自然循环安全性措施
8/8
项 目 内 螺 纹 管 光 管
汽包压力
(Mpa)
16.56 18.13 19.30 20.58 16.56 18.13 19.30 20.56
最大许可质 量
含汽率 Xmax
0.940 0.915 0.875 0.780 0.485 0.385 0.185 0.185
燃烧器区域预
期 X值
0.155 0.165 0.185 0.233 0.155 0.165 0.185 —
质量含汽率 允
许变动范围
△ X
0.785 0.750 0.690 0.547 0.330 0.220 0 —
600MW亚临界压力自然循环锅炉
水循环系统（邹县电厂 2020t/h）
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
划分为若干独立的循环回路
该锅炉根据炉膛水平截面热负荷分布曲线将水
循环系统分成 52个循环回路，前、后墙各有 19个
循环回路、两侧墙各有 7个循环回路
1/3
该锅炉水循环系统由一个内径为 1829mm的汽
包, 14根外径为 406mm的下降管, 155根外径为
141mm的分散给水管, 814根外径为 76.2mm壁厚
8.9mm的膜式水冷壁组成 。 前, 后墙各有 229根
水冷壁管, 两侧墙各有 178根水冷壁管
P38
600MW亚临界压力自然循环锅炉
水循环系统（邹县电厂 2020t/h）
后水冷壁上部作成折焰角,其延伸有
37根 Φ88.9mm后墙水冷壁悬吊管（ NO.1
垂帘管）和 192根 Φ82.5mm后墙垂帘管
（ NO.2垂帘管，布置沿水平烟道底部、
延伸至高温再热器后部，垂直布置）
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
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
2/3 P38
折焰角的作用
? 可改善对前、后屏的烟气冲刷特性,强化气流混合，增长烟气
流程，提高传热效率
? 提高炉膛上部前角烟气的充满度,使前、后屏吸热增加
? 保护高温过热器不直接受到火焰的辐射,降低管壁温度
? 由于离心力作用,使烟气中粒子从炉膛上部分离下来,减少对
管子的磨损
3/3
蒸汽品质及
对电站工作的影响
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
1/9
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
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
2/9
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
)59(kg/mg,S100aS gsmq ?? ?
3/9
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,S1 0 0 aSSS gsmqsqq ?????? ?
)79(kg/mg,S100KS 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
4/9
汽水分离装置
汽水分离装置 的主要工作原理是 利用离心力作用及水, 汽密度差
汽水分离装置 主要有 百叶窗分离器 （ 波形板分离器 ）, 汽水分离器
百叶窗分离器 由很多平行波纹板组成, 蒸汽与水平行反向或互相
垂直流动
1-波形板； 2-蒸汽流向； 3-水膜流向
5/9
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
6/9
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
7/9
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
与蒸汽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；同时蒸汽溶解硅
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
8/9
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
9/9
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
1/4
600MW亚临界压力控制循环锅炉
水循环系统 (北仑电厂 2008t/h)
给水经省煤器由汽包底
部进入汽包 7，与汽包中
的锅水混合 → 下降母管 8
→ 循环泵进口联箱 9 → 进
口短管 10 → 循环泵 12 →
出口截止／逆止阀 11 →
出口短管 13 → 水冷壁环
形下联箱（水包） 14～
17→ 水冷壁管
2/4
3/4
600MW亚临界参数 控制循环 锅炉
汽包与内部装置 (北仑电厂 2008t/h)
汽包 采用 上, 下不等壁厚结构, 汽包内壁设置弧形衬套, 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, 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
600MW亚临界参数 控制循环 锅炉
汽包与内部装置
? 涡轮式旋风分离器 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
4/4
? 波形板干燥器 在汽包顶部沿长
度方向分前后两组呈倾斜的立式, 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 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
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
如在热负荷不变的情况下，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
1/9
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
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
自动控制及调节系统要求较高 直流锅炉水容量及蓄热能力小，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
2/9
对给水品质的要求很高 无 汽包，不能进行蒸汽净化和排污
蒸发受热面可能出现不稳定、脉动、热偏差等流动异常 危及锅炉
安全运行
直流锅炉 工作特点
管内沸腾传热恶化，管壁可能超温破坏
直流锅炉蒸发管中水要从开始沸腾一直到完全蒸发，必然会发生 沸
腾传热恶化（蒸干）,必须降低传热恶化时的管壁温度，而不是防止
它的发生
3/9
主要措施有：
? 提高工质质量流速，降低传热恶化时出现的壁温峰值
但应避免流阻过大
? 使流体在管内产生旋转流动，破坏汽膜边界层
采用内螺纹管； 加装扰流子
? 降低受热面的热负荷，降低传热恶化时出现的壁温峰值
沿高度方向采用多个小功率燃烧器, 避免局部热负荷过高；减少炉
内热偏差
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
? 炉膛四周热负荷不均不会增
大工貭热偏差, 热偏差较小
? 可根据需要获得足够高的工
质质量流速, 可减轻传热恶化
的影响
4/9
螺旋管圈型水冷壁
? 工质焓值较高的管段处在热负荷较低的炉膛上部,对防止管壁超温
有利
?无下降管及中间联箱,金属耗量小
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
5/9
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, 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
6/9
（ 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, 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
7/9
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
? 有不受热的下降管, 工质流程长, 系统阻力较大
600MW超临界压力直流锅炉
水冷壁系统（石洞口二厂 1900t/h）
炉膛总高度（自进口集箱至顶棚）
为 62125mm，宽度为 18816mm、
深度为 16576mm
水冷壁在标高 47882mm处由螺
旋管向垂直管屏的过渡，上部为垂
直管屏 ； 下部为螺旋管圈，由 316
根平行管组成，以双头螺旋的形式
盘旋上升，螺旋升角为 13.9498度。
螺旋冷灰斗前后墙的垂直倾角为
40°,后水冷壁折焰角伸入炉膛的
深度为 4368mm（占炉膛深度约 1
／ 4），折焰角上方的出口烟窗的
平均高度约 14000mm左右
8/9
l-水冷壁进口环形集箱； 2-螺旋冷灰斗； 3-螺旋管
圈； 4-中间混合集箱； 5-垂直管屏； 6-折焰角； 7-
折焰角出口集箱； 9-后水冷壁悬吊管进口集箱；
10-后水冷壁悬吊管； 11-水冷壁出口集箱； 12-水
冷壁出口连接管道； 13-启动分离器； 14-分离器出
口连接管道
9/9
600MW超临界压力直流锅炉
水冷壁系统（石洞口二厂 1900t/h）
省煤器出口的工质 → 炉膛下部环形
进口集箱 → 螺旋管圈 → 中间混合集箱
→ 垂直管屏 → 连接管 → 汽水分离器 →
分离出来蒸汽由 汽水分离器四根引出
管引入过热器系统；水排入疏水扩容
器实现工质回收
水动力不稳定性
1/3
水动力特性是指受热面系统在一定的热负
荷下, 工质流量 G与压降 △ P之间的关系
△ P与 G一, 一对应, 则水动力特性为稳
定或单值的 (曲线 1)
△ P对应二个或三个流量, 则水动力特
性为不稳定或多值性 (曲线 2)
受热一定时, 流经管子的流量过小, 造成管子过热；流量时大时小, 热
应力大, 管子疲劳损坏
质量流速 为单位时间流经单位流通截面的工貭的质量流量 (kg/s)
容积流速 为单位时间流经单位流通截面的工貭的容积流量 (m3 /s)
)s.m/(kg,FGw 2??
)48(s/m,'FGw 0 ??? ?
蒸发受热面的流体脉动
管间脉动 在蒸发管组进出口集箱内
压力基本不变的情况下，并联管中某些
管子的流量减少，与此同时，另一些管
子中的流量增加；然后，本来流量小的
管子又增大流量，而其余的管子却又减
小流量，形成管子间周期性的流量脉动
管间脉动 整个管组的总给水量和
总蒸发量不变；对一根管子来说,进口
水流量和出口蒸汽量的脉动有 180° 的
相位差
脉动 有三种类型，即整体脉动（全炉
脉动）、管屏间脉动和管间脉动
2/3
蒸发受热面的流体脉动
? 脉动将引起水流量、蒸汽量及出口汽温的周期波动,使加热、
蒸发、过热区段的长度发生变化，管壁水膜周期性地被撕破，相
变点附近的金属壁温周期性的波动，严重时甚至达到 150℃,因
而使管子产生疲劳破坏。
? 脉动使并联各管会出现很大的热偏差,当超过容许的热偏差
时，也将使管子超温过热而损坏
水冷壁入口处装设节流圈是改善蒸发受热面流动不稳定、热偏
差及消除脉动最有效而又被普遍采用的方法
3/3
1,汽水两相流的结构及第二类传热恶化
2,自然循环的运动压头，循环流速，自补偿能力
3,循环倍率及对锅炉工作安全性的影响
4,自然循环锅炉上升管循环 停滞、自由水面和倒流及危害
5,自然循环安全性要求及主要措施
6,控制循环锅炉的水循环系统
7,蒸汽污染的原因与净化措施
8,600MW锅炉的汽包与蒸汽净化装置
9,直流锅炉的工作原理及主要特点
10,螺旋型水冷壁与垂直上升型水冷壁
11,600MW直流锅炉的水冷壁系统
第五章 思 考 题
1/1
第六章 过热器、再热器
与蒸汽系统
? 过热器与再热器
? 热偏差
? 蒸汽系统
? 思考题
1/3
对流式过热器和再热器
按受热面布置方式分立式,
卧式 前者不易积灰, 支吊方
便；但不易疏水, 排气 。 后者
与之相反
1/3
按蛇形管排列方式分顺列、错列。流体横向冲刷错列布置受热面管子
时的放热系数比顺列布置时大，但积灰难以吹扫
按工质相对流向分顺流, 逆
流和混合流 顺流壁温低但传
热温压小, 逆流与之相反
由蛇形管及进出口联箱组成，
布置在对流烟道，吸收高温烟
气的对流热
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
2/3
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、辐射式过热器与再热器
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
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
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, kJ/kg
△ h0 为管组平均焓增, △ h0 = q0F0/G0, kJ/kg
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）
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
pj
p
q q
q??
各并列管圈进, 出口压降 △ p 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）
= =
）（ 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, 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
（ 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
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
沿炉膛宽度方向速度场和温度场
尽量均匀
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
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 pj ?? ?
? ph? pjh?
pjh?
pjh?
ph? 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
6/6
600MW亚临界压力控制循环锅炉
蒸汽系统 (北仑电厂 2008t/h)
过热器系统 由五部分组成
分隔屏 28沿宽度方向布置在炉膛
上部，分前后两排
高温过热器 32呈屏式，布置在分
隔屏之后
低温过热器 位于尾部烟道的上方，
分 水平式低温过热器 20,21和 悬吊
式低温过热器 22。水平低过 布置在
省煤器的上部，分上下两层布置
尾部烟道包墙和顶棚过热器 由尾
部烟道四侧墙及顶棚管组成
1/8
600MW亚临界压力控制循环锅炉
蒸汽系统 (北仑电厂 2008t/h)
再热器高温布置系统 由由
三部分组成
高温再热器 49布置在高温过
热器后折焰角的上方； 中温再
热器 48布置在高温再热器后折
焰角后方的水平烟道内。两级
再热器为串联布置
壁式再热器 43为低温再热器，
布置在水冷壁上部的前墙和两
侧墙的前侧，直接吸收炉膛的
辐射热，沿水冷壁表面密排而
成
2/8
600MW亚临界压力控制循环锅炉
蒸汽系统 (北仑电厂 2008t/h)
汽包 → 饱和蒸汽引出管 1→ 顶
棚管 → ···→ 水平式低温过热器
进口联箱 19→ 水平式低温过热
器 （ 下部 ） 20→ 水平式低温过
热器 （ 上部 ） 21→ 悬吊式低温
过热器 22→ 悬吊式低温过热器
出口联箱 23→ 减温器 25→ 分隔
屏进口联箱 27→ 分隔屏 28→ 分
隔屏出口联箱 29→ 分隔屏出口
连接管 30→ 屏式末级过热器进
口联箱 31→ 末级过热器 32 → 末
级过热器出口联箱 33→ 主蒸汽
管道 34
3/8
600MW亚临界压力控制循环锅炉
蒸汽系统 (北仑电厂 2008t/h)
汽轮机高压缸 → 冷段再热蒸
汽管道 41→ 事故喷水减温器 →
前墙壁式再热器进口联箱 42→
壁式再热器 43,44→ 前墙壁式
再热器出口联箱 45→ 中温再热
器进口连接管 46→ 中温再热器
进口联箱 47→ 中温再热器 48→
高温再热器 49→ 高温再热器出
口联箱 50→ 再热汽出口导管
51→ 汽机中压缸
4/8
600MW亚临界压力自然循环锅炉
蒸汽系统 （ 北仑电厂 2027t/h ）
过热器高温布置系统 由五部
分组成
屏式过热器 位于炉膛正上方
高温过热器 布置在折焰角上方
烟道中, 界于屏式过热器与再热
器之间 。 由一组进口管束和一组
出口管束组成
低温过热器 位于尾部烟道的过
热器侧烟道内 。 它由三组水平管
束和一组悬吊管束组成
尾部烟道包墙和顶棚过热器 由
尾部烟道四侧墙及顶棚管组成
5/8
600MW亚临界压力自然循环锅炉
蒸汽系统 （ 北仑电厂 2027t/h ）
再热器系统 由 高温再
热器 （ 二组布置在水平
烟道中的悬吊管束 ） 和
低温再热器 （ 三组布置
在尾部烟道再热器侧烟
道内的水平管束 ） 组成
6/8
600MW亚临界压力自然循环锅炉
蒸汽系统 （石洞口二厂 1900t/h）
过热器系统 由包覆, 炉顶
过热器, 前屏过热器, 后屏
过热器及高温过热器 （ 末级 ）
五级组成； 再热器系统 由低
温再热器和高温再热器二级
组成
前屏和后屏过热器 布置在
炉膛上部, 高温过热器和高
温再热器 布置在折焰角上部
的斜烟道上,低温再热器 布置
在后部烟道
7/8
600MW亚临界压力自然循环锅炉
蒸汽系统 （石洞口二厂 1900t/h）
由汽水分离器中来的 过热蒸
汽 （ 汽水分离器正常运行为干
态 ） → 顶棚过热器 → 包覆
→ ···→ 前屏过热器 → 后屏过热
器 → 高温过热器 → 主蒸汽管
由汽机高压缸来的 再热蒸汽
→ 低温再热器 → 高温再热器中
压缸
8/8
第六章 思 考 题
1,对流式、半辐射式、辐射式过热器的布置及特点（作用）
2,热偏差的定义、危害及减小措施
3,600MW锅炉再热器高温布置蒸汽系统
4,600MW锅炉过热器高温布置蒸汽系统
1/1
第七章 省煤器与空气预热器
? 省煤器及布置
? 空气预热器
（ a） （ b） （ c）
省 煤 器
钢管省煤器 是由许多并行排列的蛇形管及进出口集箱组成
1/2
蛇形管可以是光管, 鳍片管和膜式管
鳍片管和膜式省煤器 比光管省煤器体积小, 在烟道截面尺寸不变的情
况下, 可以采用较大的横向节距以增大烟气流通截面, 降低烟气流速,
减轻磨损；同时可增加烟气侧换热面积, 强化传热并使结构更紧凑,
且支吊方便
（ a）焊接鳍片管（ b）轧制鳍片（ c）膜式省煤器
省煤器的布置
2/2
? 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
立方形箱体 由多根平行错列钢
管焊在上, 下管板上构成立方
形箱体
1/4
交叉流动 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 。 热量连续地由烟
气通过管壁传给空气
中间管板 装在箱体水平方向, 保证所
需的空气流速, 并强化传热
空气预热器按传热方式可分为导热式 (管式 )和蓄热式（回转式）两大类
2/4
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 （ 放满
预先叠扎好的蓄热板 ） 及烟, 风罩
组成
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
3/4
回转式空气预热器
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
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
4/4
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
第八章 电站锅炉本体
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） 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；受热面
易于布置成逆流传热方式；送风机、引风机、
除尘器等笨重设备可低位布置，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
1/1
半塔型布置锅炉 （ f） 空气预热器,
送吸风机, 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
1/2
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
? 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
过小,过大
偏低，着火困难，燃烧不稳定；造价高
vq ?v
a?
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 - 燃烧器区域炉膛截面积
)1012(m/kw,ABQq 2n e t.ara ?? ?
aq
2/2
? 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
炉膛出口烟气温度
1/1
炉膛出口烟气温度 为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℃
???
???
? 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
???
???
????
? 为保证炉膛出口处 对流受热面不结渣, 不应超过灰分开始变
形的温度 DT ???
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
??
??
质量流速 的推荐值见表 12-5中
??
烟气流速 wy
2/2
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
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！
华中科技大学能源学院
,现代电站锅炉,
,现代电站锅炉,
? 第一章 绪论
? 第三章 燃烧过程的
基本理论
? 第五章 蒸发设备与
水冷壁
? 第七章 省煤器与
空气预热器
? 第二章 燃料、制粉设
备及系统
? 第四章 煤粉炉
燃烧设备
? 第六章 过热器, 再热
器及蒸汽系统
? 第八章 锅炉本体的
设计与布置
? 电站煤粉锅炉机组的构成
? 锅炉机组的工作过程
? 锅炉参数及类型
? 锅炉技术,经济性指标
? 电厂锅炉发展趋势
? 思考题
第一章 绪论
锅炉的作用
锅炉是利用燃料的热能或工业生产中的余热，将工质加热到一
定温度和压力的换热设备。在锅炉内实现下叙过程
电站锅炉是火力发电厂三大主机之一, 又称为蒸汽发生器 。
火力发电厂能量转换的基本过程
燃烧 热交换
燃料的化学能 烟气的热能 蒸汽 (或热水 )的热能
锅炉 汽轮机 发电机
燃料的化学能 蒸汽的热能 转轴的机械能 电能
1/4
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。
电站煤粉锅炉机组组成
2/4
电站煤粉锅炉的构成
1-原煤斗 ;2-给煤机 ;3-磨煤机 ;4-汽包 ;5-高温过热器 ;6-屏式过热器 ;7-下降
管 ;8-炉膛水冷壁 ;9-燃烧器 ;10-下联箱 ;11-低温过热器 ;12-再热器 ;13-
再热蒸汽出口 ;14-再热蒸汽入口 ;15-省煤器 ;16-给水 ;17-空气预热器
18-排粉风机 ;19-排渣装置 ;20-送风机 ;21-除尘器 ;22-引风机 ;23-烟囱
3/4
电站煤粉锅炉的构成
4/4
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、水 系 统
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
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 类 型
锅炉用途 电站锅炉, 工业锅炉 （ 热水锅炉 ）
锅炉参数 低压, 中压, 高压, 超高压, 亚临界压力, 超临界压力,
超超临界压力锅炉
层燃炉 室燃炉 硫化床炉
锅炉燃烧方式
3/5
锅 炉 类 型
锅炉蒸发受热面中工质流动方式
? 自然循环汽包锅炉
具有汽包, 利用下降管和上
升管中工质密度差产生工质循
环
? 强制循环
具有汽包和循环泵, 利用循
环回路中工质密度差和循环泵
压头工质循环
4/5
锅 炉 类 型
? 直流锅炉
无汽包, 给水靠给水
泵压头一次通过各受热
面产生蒸汽
? 低倍率循环锅炉
无汽包, 具有汽水分
离器和再循环泵, 主要
靠再 循环泵实 现工质
再循环
5/5
锅炉机组经济性指标
1/3
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(,%Q QQQ
r
pq1
j ?
???? ?
)31(),%qq(1 43r ????? ?
)11(,%100QQ
r
1g ???? ??
3q 4q
pQ
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
2/3
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）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
3/3
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
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, 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 ）, 提高锅炉煤
种的适应性 。 提高机组的监控水平
思 考 题
1,锅炉的受热面及作用
2,锅炉的主要系统
3,按锅炉燃烧方式及蒸发受热面中工貭的流动方式来分，
锅炉的类型
4,锅炉的额定蒸发量及最大连续蒸发量
5,锅炉的热效率及安全性指标
1/1
? 煤的常规特性及
对锅炉工作的影响
? 煤的分类
? 煤粉特性
? 制粉设备与系统
? 思考题
第二章 燃料、制粉设备及系统
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
1/12
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
2/12
煤成分基准间的换算
)12(%100AMSNOHC ararararararar ???????? ?
)22(%100AMSNOHC 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 CM1 0 0
M1 0 0C ?
?
??例,
3/12
煤的成分基准换算系数
表 2-1
ar
ad
M100
M100
?
?
arM100
100
?
arar AM1 0 0
1 0 0
??
ad
ar
M100
M100
?
?
adM100
100
? adad AM1 0 0
1 0 0
??
100
M100 ar?
100
M100 ad?
dA100
100
?
1 0 0
AM1 0 0 arar ??
1 0 0
AM1 0 0 adad ??
100
A100 d?
所求
已知
收到基 空气干燥基 干燥基 干燥无灰基
收到基 1
空气干
燥基 1
干燥基 1
干燥无
灰基 1
4/12
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）
5/12
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(M1.25H226Q100M100H9rQQ arargr.ararargr.arn e t.ar ???????????? ??? ?
高、低 发热量间的换算
6/12
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 )
7/12
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
8/12
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）
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
9/12
煤的灰熔点越低, 越容易结渣
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，煤中的气体挥发越少
? 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
10/12
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
? A 高,造成大气和环境的污染
11/12
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；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
12/12
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
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，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
5/5
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
1/4
煤粉细度 Rx
2/4
煤粉的细度 Rx（ Dx） 用来表示煤粉的粗细程度
用标准筛子筛分一定量的煤粉试样, 筛子上煤粉的剩余量或通过量占煤
样总重量的质量百分比, 用 R x或 D x表示
X 为筛孔边长,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。
3/4
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
4/4
用来表示磨煤机将煤磨成一定细度煤粉的难易程度
制粉设备与系统
磨煤机
? 低速磨 (16～ 25r/min)
? 中速磨 (50～ 300r/min)
? 高速磨 (500～ 1500r/min)
制粉系统
? 中间储仓式系统
? 直吹式系统
1/1
低速磨（钢球磨）
普通筒式钢球磨 的圆筒由电动机带动低速转动, 燃料和干燥剂 （ 热
空气 ） 从磨一端的空心轴进入圆筒, 在圆筒内煤被干燥, 并经筒内装
有的大量钢球打碎, 研磨成粉, 随后被干燥剂从磨的另一端带出
1/4
低速磨 主要有普通筒式钢球磨、双进双出筒式钢球磨
双进双出 钢球磨
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
2/4
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 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
3/4
双进双出 钢球磨的特点
扩大了钢球磨的负荷调节范围
4/4
响应锅炉负荷变化的时间短, 有利于低挥发分煤的稳燃 出力靠调
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
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
中 速 磨
原煤经落煤管进入两组相对运动碾
磨件之间，在压紧力的作用下被挤压、
研磨成粉。热风经四周风环进入磨煤
机，对被甩至此处的煤粉进行干燥并
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
1/1
中速磨 有盘式磨 （ 辊 -盘式 ）, 碗式磨 (辊 -碗式 HR,HP),环式磨 (辊 -环
式 MPS,球 -环式 E)
中速磨 布置紧凑, 初投资小, 单位
电耗小, 适应变负荷运行；但结构复
杂, 不易磨水分太大和太硬的燃料
高 速 磨 (风扇磨 )
高速磨 由叶轮, 带有护甲的蜗壳和粗粉分离器组成, 装有冲击板的叶
轮由电机带动高速旋转 。 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, 煤粉借助风扇产生的压
头由干燥剂携带经粗粉分离器带出
1/1
高速磨 结构简单，相应的制粉系统简单，金属耗量小，对 锅炉负荷适
应性强，特别适应磨高水分煤种；但部件磨损大，不宜磨制较硬的煤种
1-煤斗； 4-给煤机； 7-磨煤机； 8-粗粉分离器； 9-排粉机； 10-一次风箱； 12-燃烧
器； 13-二次风箱； 14-空气预热器； 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（乏气）喷口； 28-一次风机
钢球磨中储式制粉系统 有
热风送粉 和 乏气送粉 两种
1/3
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
钢球磨中储式热风送粉系统
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
2/3
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
钢球磨中储式乏气送粉系统
3/3
1-煤斗； 4-给煤机；
7-磨煤机； 8-粗粉分
离器； 9-排粉机；
10-一次风箱； 12-燃
烧器； 13-二次风箱；
14-空气预热器； 15-
送风机； 17-细粉分
离器； 21-煤粉仓；
22-给粉机； 23-混
合器
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
1-煤斗； 3-给煤机； 4-磨煤机； 5-煤粉分离器； 6-一次风箱； 15-排粉机； 8-燃
烧器； 10-送风机； 11-高温一次风机（排粉机）； 12-空气预热器； 13-热风风
道； 14-冷风风道； 15 -排粉机； 16-二次风箱； 19-密封风机
中速磨直吹式负压系统
1/5
中速磨直吹式制粉系统 有 正压 和 负压 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
2/5
1-煤斗； 3-给煤机； 4-磨煤机； 5-煤粉分离器；
6-一次风箱； 15-排粉机； 8-燃烧器； 10-送风机；
11-高温一次风机（排粉机）； 12-空气预热器；
13-热风风道； 14-冷风风道； 15 -排粉机； 16-二
次风箱； 19-密封风机
正压系统 有 热一次风 和 冷一次风系统
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
3/5
1-煤斗； 3-给煤机； 4-磨煤机； 5-煤粉分离器；
6-一次风箱； 15-排粉机； 8-燃烧器； 10-送风机；
11-高温一次风机（排粉机）； 12-空气预热器；
13-热风风道； 14-冷风风道； 15 -排粉机； 16-二
次风箱； 19-密封风机
高速磨直吹式系统
1-煤斗； 3-给煤机； 5-磨煤机； 6-煤粉分离器； 7-燃烧器； 8-二次风箱； 9-
空气预热器； 10-送风机； 12-抽风机
（ a） 热风干燥；
（ b） 热风 -炉烟干燥
4/5
? 磨制烟煤和水分不高的褐煤 采用热风作为干燥剂
? 磨制高水分不高的褐煤 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
5/5
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
思 考 题
1,煤的元素分析与工业分析成分
2,煤的成分基准及换算
3,煤发热量的类型及换算
4,V,M,A,C,S,ST对锅炉工作的影响
5,无烟煤的特性及对锅炉运行的影响
6,煤粉的细度、均匀性系数及煤的可磨性系数
7,双进双出钢球磨与中速磨工作原理
8,中 储式热风送粉与乏气送粉系统
9,一、二、三次风
10,直吹式负压与正压系统
11,中速磨正压冷一次风系统
1/1
第三章 燃烧过程的理论基础
化学反应速度
? 化学反应速度及影响因素
固体燃料的燃烧
? 煤燃烧的四个阶段
? 焦碳的燃烧
? 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
? 完全燃烧的条件
思考题
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
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
1/4
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
2/4
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（单位容积中分子数）
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
3/4
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, 反应速度可用 反应速度常数 k来表示 。 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 ??
? ?
4/4
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
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 ） 。 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
焦碳燃烧的动力学特性
1/4
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）
发生在焦碳表面的多相燃烧反应包括下述几个过程
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
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
2/4
碳的燃烧反应速度
3/4
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
a
D ?
?? ?
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
4/4
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
1/2
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 ）
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
煤粉气流的着火 是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
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。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
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）。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 着火热
1/4
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
着火热大，着火所需时间长，着火点离开燃烧器喷口的距离大，
着火困难
? ?
? ?? ? ? ?? ? )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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4
K11r
0
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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
对于热风送粉,煤粉气流的着火热为
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
2/4
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
? 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）
3/4
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
影响煤粉气流着火的因素
4/4
? 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
???
???
供应适量的空气 α （ V/V0）
炉膛出口过剩空气系数 的大小可
反映空气量对燃烧过程的影响 ?
??
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
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, 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
3/3
思 考 题
1,燃烧化学反应速度及影响因素
2,煤燃烧的四个阶段
3,煤燃烧的动力反应区、扩散反应区及强化燃烧的措施
4,着火温度与熄火温度
5,着火热及影响煤粉气流着火的主要因素
6,煤粉气流完全燃烧的条件
7,强化无烟煤着火和燃烧的措施
1/1
第四章 煤粉炉及燃烧设备
煤粉燃烧设备
? 炉膛与燃烧器的作用
? 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
思考题
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
炉膛与燃烧器的作用
1/1
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
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
? 旋转射流
? 旋流燃烧器的类型与布置
1/1
WH=0,CH=0,TH>T0
直流射流空气动力特性
由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
1/4
W0
C0
T0
直流射流空气动力特性
2/4
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
直流射流空气动力特性
卷吸量 Q 外边界卷吸的高温烟气量
卷吸量大,煤粉气流吸收的热量多,着火条件好
3/4
显然，射流卷吸周围气体越多,射流 轴向速度衰减较快
直流湍流自由射流的 卷吸量相对较小，而射程较大
射程 L 射流轴向速度 w 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 w 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 。 射程大, 煤粉气流后期混合好
W0
C0
T0
WH=0,CH=0,TH>T0
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
直流射流空气动力特性
4/4
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
1/2
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
2/2
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
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
1/3
切圆燃烧方式的特点
? 煤粉气流吸热量大
依靠本身外边界卷吸烟气、炉
膛辐射热及 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；炉膛出
口较大的残余旋转会引起烟温和过热汽温偏差
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
2/3
炉膛的结构特性 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，有利于煤粉气流着火、燃尽
dJX过大，射流偏斜增大
一次风煤粉气流的偏斜
3/3
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
1/1
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
旋流强度 n是 表征射流旋转程度的特
征参数,n越大,射流旋转程度越大
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
1/3
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
2/3
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
3/3
煤粉火炬的稳燃技术
1/6
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
2/6
? 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
3/6
? 提高煤粉化学反应速度
? 减少 煤粉气流的 着火热,
降低煤粉气流着火温度
? 增加辐射吸热量
? 降低污染物 NOx的排放
WR煤粉燃烧器
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
4/6
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
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
5/6
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
6/6
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
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（直流或旋
流）,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
1/2
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
2/2
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 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
（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
2/5
（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
3/5
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
4/5
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
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
思 考 题
1,燃烧器的种类及特点（直流－均等配风、分级配风；
旋流－叶片式、蜗壳式）
2,燃烧器的布置
3,四角布置切园燃烧方式气流偏转原因与危害
4,煤粉火炬稳燃技术
5,WR燃烧器及双调风燃烧器的工作原理
6,W型火焰锅炉的炉膛结构及特性
7,低 NOx技术
8,锅炉分级燃烧的工作原理
1/1
第五章 蒸发设备与水冷壁
自然循环锅炉蒸发设备与水冷壁
? 水冷壁结构
? 汽水混合物流型与传热
? 自然循环的基本概念
? 自然循环的可靠性
? 自然循环锅炉水循环系统
? 自然循环锅炉汽包与蒸汽的净化
强制流动锅炉蒸发设备与水冷壁
? 控制循环锅炉及水冷壁系统
? 直流锅炉及水冷壁系统
? 直流锅炉水动力特性
? 思考题
水冷壁结构
1/1
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
? 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
1/3
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
均匀受热 汽水混合物在垂直管中作上升运动
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
? 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
蒸发受热面中工貭处于泡状、弹状和柱
状结构时，管壁能得到足够的冷却，保证
安全运行
? 雾状结构 当含汽率 x 再增大时, 管壁上水膜变薄, 汽流将水膜撕破或
因蒸发使水膜部分或全部消失, 形成的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
2/3
蒸发受热面中工貭处于 雾状结构时，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；或管壁交替地
与水及蒸汽接触，产生较大热应力而损坏，
安全性下降，这种 热负荷不太高、但含汽率
很高（液雾状），造成管子损坏的现象称为
第二类传热恶化（蒸干）
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,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
3/3
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
自然循环的基本概念
1/5
运动压头 S y d 下降管中水与上升管中
汽水混合物间的重位压头差 。 用以克服回
路中工质的流动阻力, 使水在回路中产生
环形流动 (水循环 )
式中 H ― 循环回路的高度, m
― 下降管及上升管工质的平均
密度, kg/m3
?Pxj,?Ps― 下降管及上升管流动阻力损
失, Pa
ixj,??
）（）（ 418SppgH ydxjsixj ????????? ?
自然循环的基本概念
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, 是 衡量锅炉水循环可靠性的指标
之一
）（ 398x1DGK ??? ?
循环流速 W0 上升管开始沸腾处饱和水的
流速
式中,G — 工质的质量流量,kg/s
F — 管组的内截面积,m2
— 饱和水密度,kg/m3
)48(s/m,'FGw 0 ??? ?
??
2/5
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，蒸发量 D上升，含汽率 X上升，运动压头 Syd 上升，
循环流速 w0 上升；但 Q 增加过大,流动阻力 Δ ps 上升很快，又将导
致循环流速 w0 下降
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
3/5
自然循环特性
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
界限循环倍率 Kjx
? K过小（ x 过大），将失去自补偿
能力，发 生传热恶化,造成管壁超温
? 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
4/5
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
5/5
并联的上升管中, 受热弱的管含汽率少, 运动压头小, 循环流速降低,
可能发生循环异常
上升管循环停滞、自由水面 和倒流
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 。 水在受热管中缓慢
流动, 蒸汽在水中上浮
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
1/8
循环停滞 汽泡在缓慢流动的水中上浮时, 积聚
在管子弯头处；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
2/8
? 汽包中的水进入下降管时, 因流阻产生压降 使
下降管进口处发生自汽化
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
3/8
自然循环安全性检查
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, 使管壁得到充分的冷却
? 受热最弱上升管不出现流动的 停滞, 倒流 等水循环故障
? 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
4/8
5/8
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
? 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 。 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, 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, 减少管子的长度和弯头等措施
水冷壁管 采用适当的管径
在一定负荷和工作压力下, 随着 的增大, W0X 值升高 。
大容量锅炉水冷壁管出口含汽率 X 和循环流速 W。 都比较高, 应采用
大直径管, 以降低含汽率
d/?
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
装十字板或栅格板
? 防止下降管进口自汽化
下降管进口之上应保证一定的水柱高
度, 且水速不能过大
避免下降管带汽或自汽化
6/8
提高自然循环安全性措施
采用内螺纹管
在管子内壁上开出单头或多头螺旋形槽道, 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, 避免或推迟传热恶化的
发生, 使管内壁温度降低
7/8
提高自然循环安全性措施
8/8
项 目 内 螺 纹 管 光 管
汽包压力
(Mpa)
16.56 18.13 19.30 20.58 16.56 18.13 19.30 20.56
最大许可质 量
含汽率 Xmax
0.940 0.915 0.875 0.780 0.485 0.385 0.185 0.185
燃烧器区域预
期 X值
0.155 0.165 0.185 0.233 0.155 0.165 0.185 —
质量含汽率 允
许变动范围
△ X
0.785 0.750 0.690 0.547 0.330 0.220 0 —
600MW亚临界压力自然循环锅炉
水循环系统（邹县电厂 2020t/h）
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
划分为若干独立的循环回路
该锅炉根据炉膛水平截面热负荷分布曲线将水
循环系统分成 52个循环回路，前、后墙各有 19个
循环回路、两侧墙各有 7个循环回路
1/3
该锅炉水循环系统由一个内径为 1829mm的汽
包, 14根外径为 406mm的下降管, 155根外径为
141mm的分散给水管, 814根外径为 76.2mm壁厚
8.9mm的膜式水冷壁组成 。 前, 后墙各有 229根
水冷壁管, 两侧墙各有 178根水冷壁管
P38
600MW亚临界压力自然循环锅炉
水循环系统（邹县电厂 2020t/h）
后水冷壁上部作成折焰角,其延伸有
37根 Φ88.9mm后墙水冷壁悬吊管（ NO.1
垂帘管）和 192根 Φ82.5mm后墙垂帘管
（ NO.2垂帘管，布置沿水平烟道底部、
延伸至高温再热器后部，垂直布置）
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
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
2/3 P38
折焰角的作用
? 可改善对前、后屏的烟气冲刷特性,强化气流混合，增长烟气
流程，提高传热效率
? 提高炉膛上部前角烟气的充满度,使前、后屏吸热增加
? 保护高温过热器不直接受到火焰的辐射,降低管壁温度
? 由于离心力作用,使烟气中粒子从炉膛上部分离下来,减少对
管子的磨损
3/3
蒸汽品质及
对电站工作的影响
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
1/9
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
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
2/9
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
)59(kg/mg,S100aS gsmq ?? ?
3/9
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,S1 0 0 aSSS gsmqsqq ?????? ?
)79(kg/mg,S100KS 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
4/9
汽水分离装置
汽水分离装置 的主要工作原理是 利用离心力作用及水, 汽密度差
汽水分离装置 主要有 百叶窗分离器 （ 波形板分离器 ）, 汽水分离器
百叶窗分离器 由很多平行波纹板组成, 蒸汽与水平行反向或互相
垂直流动
1-波形板； 2-蒸汽流向； 3-水膜流向
5/9
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
6/9
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
7/9
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
与蒸汽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；同时蒸汽溶解硅
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
8/9
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
9/9
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
1/4
600MW亚临界压力控制循环锅炉
水循环系统 (北仑电厂 2008t/h)
给水经省煤器由汽包底
部进入汽包 7，与汽包中
的锅水混合 → 下降母管 8
→ 循环泵进口联箱 9 → 进
口短管 10 → 循环泵 12 →
出口截止／逆止阀 11 →
出口短管 13 → 水冷壁环
形下联箱（水包） 14～
17→ 水冷壁管
2/4
3/4
600MW亚临界参数 控制循环 锅炉
汽包与内部装置 (北仑电厂 2008t/h)
汽包 采用 上, 下不等壁厚结构, 汽包内壁设置弧形衬套, 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, 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
600MW亚临界参数 控制循环 锅炉
汽包与内部装置
? 涡轮式旋风分离器 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
4/4
? 波形板干燥器 在汽包顶部沿长
度方向分前后两组呈倾斜的立式, 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 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
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
如在热负荷不变的情况下，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
1/9
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
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
自动控制及调节系统要求较高 直流锅炉水容量及蓄热能力小，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
2/9
对给水品质的要求很高 无 汽包，不能进行蒸汽净化和排污
蒸发受热面可能出现不稳定、脉动、热偏差等流动异常 危及锅炉
安全运行
直流锅炉 工作特点
管内沸腾传热恶化，管壁可能超温破坏
直流锅炉蒸发管中水要从开始沸腾一直到完全蒸发，必然会发生 沸
腾传热恶化（蒸干）,必须降低传热恶化时的管壁温度，而不是防止
它的发生
3/9
主要措施有：
? 提高工质质量流速，降低传热恶化时出现的壁温峰值
但应避免流阻过大
? 使流体在管内产生旋转流动，破坏汽膜边界层
采用内螺纹管； 加装扰流子
? 降低受热面的热负荷，降低传热恶化时出现的壁温峰值
沿高度方向采用多个小功率燃烧器, 避免局部热负荷过高；减少炉
内热偏差
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
? 炉膛四周热负荷不均不会增
大工貭热偏差, 热偏差较小
? 可根据需要获得足够高的工
质质量流速, 可减轻传热恶化
的影响
4/9
螺旋管圈型水冷壁
? 工质焓值较高的管段处在热负荷较低的炉膛上部,对防止管壁超温
有利
?无下降管及中间联箱,金属耗量小
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
5/9
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, 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
6/9
（ 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, 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
7/9
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
? 有不受热的下降管, 工质流程长, 系统阻力较大
600MW超临界压力直流锅炉
水冷壁系统（石洞口二厂 1900t/h）
炉膛总高度（自进口集箱至顶棚）
为 62125mm，宽度为 18816mm、
深度为 16576mm
水冷壁在标高 47882mm处由螺
旋管向垂直管屏的过渡，上部为垂
直管屏 ； 下部为螺旋管圈，由 316
根平行管组成，以双头螺旋的形式
盘旋上升，螺旋升角为 13.9498度。
螺旋冷灰斗前后墙的垂直倾角为
40°,后水冷壁折焰角伸入炉膛的
深度为 4368mm（占炉膛深度约 1
／ 4），折焰角上方的出口烟窗的
平均高度约 14000mm左右
8/9
l-水冷壁进口环形集箱； 2-螺旋冷灰斗； 3-螺旋管
圈； 4-中间混合集箱； 5-垂直管屏； 6-折焰角； 7-
折焰角出口集箱； 9-后水冷壁悬吊管进口集箱；
10-后水冷壁悬吊管； 11-水冷壁出口集箱； 12-水
冷壁出口连接管道； 13-启动分离器； 14-分离器出
口连接管道
9/9
600MW超临界压力直流锅炉
水冷壁系统（石洞口二厂 1900t/h）
省煤器出口的工质 → 炉膛下部环形
进口集箱 → 螺旋管圈 → 中间混合集箱
→ 垂直管屏 → 连接管 → 汽水分离器 →
分离出来蒸汽由 汽水分离器四根引出
管引入过热器系统；水排入疏水扩容
器实现工质回收
水动力不稳定性
1/3
水动力特性是指受热面系统在一定的热负
荷下, 工质流量 G与压降 △ P之间的关系
△ P与 G一, 一对应, 则水动力特性为稳
定或单值的 (曲线 1)
△ P对应二个或三个流量, 则水动力特
性为不稳定或多值性 (曲线 2)
受热一定时, 流经管子的流量过小, 造成管子过热；流量时大时小, 热
应力大, 管子疲劳损坏
质量流速 为单位时间流经单位流通截面的工貭的质量流量 (kg/s)
容积流速 为单位时间流经单位流通截面的工貭的容积流量 (m3 /s)
)s.m/(kg,FGw 2??
)48(s/m,'FGw 0 ??? ?
蒸发受热面的流体脉动
管间脉动 在蒸发管组进出口集箱内
压力基本不变的情况下，并联管中某些
管子的流量减少，与此同时，另一些管
子中的流量增加；然后，本来流量小的
管子又增大流量，而其余的管子却又减
小流量，形成管子间周期性的流量脉动
管间脉动 整个管组的总给水量和
总蒸发量不变；对一根管子来说,进口
水流量和出口蒸汽量的脉动有 180° 的
相位差
脉动 有三种类型，即整体脉动（全炉
脉动）、管屏间脉动和管间脉动
2/3
蒸发受热面的流体脉动
? 脉动将引起水流量、蒸汽量及出口汽温的周期波动,使加热、
蒸发、过热区段的长度发生变化，管壁水膜周期性地被撕破，相
变点附近的金属壁温周期性的波动，严重时甚至达到 150℃,因
而使管子产生疲劳破坏。
? 脉动使并联各管会出现很大的热偏差,当超过容许的热偏差
时，也将使管子超温过热而损坏
水冷壁入口处装设节流圈是改善蒸发受热面流动不稳定、热偏
差及消除脉动最有效而又被普遍采用的方法
3/3
1,汽水两相流的结构及第二类传热恶化
2,自然循环的运动压头，循环流速，自补偿能力
3,循环倍率及对锅炉工作安全性的影响
4,自然循环锅炉上升管循环 停滞、自由水面和倒流及危害
5,自然循环安全性要求及主要措施
6,控制循环锅炉的水循环系统
7,蒸汽污染的原因与净化措施
8,600MW锅炉的汽包与蒸汽净化装置
9,直流锅炉的工作原理及主要特点
10,螺旋型水冷壁与垂直上升型水冷壁
11,600MW直流锅炉的水冷壁系统
第五章 思 考 题
1/1
第六章 过热器、再热器
与蒸汽系统
? 过热器与再热器
? 热偏差
? 蒸汽系统
? 思考题
1/3
对流式过热器和再热器
按受热面布置方式分立式,
卧式 前者不易积灰, 支吊方
便；但不易疏水, 排气 。 后者
与之相反
1/3
按蛇形管排列方式分顺列、错列。流体横向冲刷错列布置受热面管子
时的放热系数比顺列布置时大，但积灰难以吹扫
按工质相对流向分顺流, 逆
流和混合流 顺流壁温低但传
热温压小, 逆流与之相反
由蛇形管及进出口联箱组成，
布置在对流烟道，吸收高温烟
气的对流热
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
2/3
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、辐射式过热器与再热器
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
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
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, kJ/kg
△ h0 为管组平均焓增, △ h0 = q0F0/G0, kJ/kg
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）
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
pj
p
q q
q??
各并列管圈进, 出口压降 △ p 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）
= =
）（ 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, 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
（ 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
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
沿炉膛宽度方向速度场和温度场
尽量均匀
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
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 pj ?? ?
? ph? pjh?
pjh?
pjh?
ph? 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
6/6
600MW亚临界压力控制循环锅炉
蒸汽系统 (北仑电厂 2008t/h)
过热器系统 由五部分组成
分隔屏 28沿宽度方向布置在炉膛
上部，分前后两排
高温过热器 32呈屏式，布置在分
隔屏之后
低温过热器 位于尾部烟道的上方，
分 水平式低温过热器 20,21和 悬吊
式低温过热器 22。水平低过 布置在
省煤器的上部，分上下两层布置
尾部烟道包墙和顶棚过热器 由尾
部烟道四侧墙及顶棚管组成
1/8
600MW亚临界压力控制循环锅炉
蒸汽系统 (北仑电厂 2008t/h)
再热器高温布置系统 由由
三部分组成
高温再热器 49布置在高温过
热器后折焰角的上方； 中温再
热器 48布置在高温再热器后折
焰角后方的水平烟道内。两级
再热器为串联布置
壁式再热器 43为低温再热器，
布置在水冷壁上部的前墙和两
侧墙的前侧，直接吸收炉膛的
辐射热，沿水冷壁表面密排而
成
2/8
600MW亚临界压力控制循环锅炉
蒸汽系统 (北仑电厂 2008t/h)
汽包 → 饱和蒸汽引出管 1→ 顶
棚管 → ···→ 水平式低温过热器
进口联箱 19→ 水平式低温过热
器 （ 下部 ） 20→ 水平式低温过
热器 （ 上部 ） 21→ 悬吊式低温
过热器 22→ 悬吊式低温过热器
出口联箱 23→ 减温器 25→ 分隔
屏进口联箱 27→ 分隔屏 28→ 分
隔屏出口联箱 29→ 分隔屏出口
连接管 30→ 屏式末级过热器进
口联箱 31→ 末级过热器 32 → 末
级过热器出口联箱 33→ 主蒸汽
管道 34
3/8
600MW亚临界压力控制循环锅炉
蒸汽系统 (北仑电厂 2008t/h)
汽轮机高压缸 → 冷段再热蒸
汽管道 41→ 事故喷水减温器 →
前墙壁式再热器进口联箱 42→
壁式再热器 43,44→ 前墙壁式
再热器出口联箱 45→ 中温再热
器进口连接管 46→ 中温再热器
进口联箱 47→ 中温再热器 48→
高温再热器 49→ 高温再热器出
口联箱 50→ 再热汽出口导管
51→ 汽机中压缸
4/8
600MW亚临界压力自然循环锅炉
蒸汽系统 （ 北仑电厂 2027t/h ）
过热器高温布置系统 由五部
分组成
屏式过热器 位于炉膛正上方
高温过热器 布置在折焰角上方
烟道中, 界于屏式过热器与再热
器之间 。 由一组进口管束和一组
出口管束组成
低温过热器 位于尾部烟道的过
热器侧烟道内 。 它由三组水平管
束和一组悬吊管束组成
尾部烟道包墙和顶棚过热器 由
尾部烟道四侧墙及顶棚管组成
5/8
600MW亚临界压力自然循环锅炉
蒸汽系统 （ 北仑电厂 2027t/h ）
再热器系统 由 高温再
热器 （ 二组布置在水平
烟道中的悬吊管束 ） 和
低温再热器 （ 三组布置
在尾部烟道再热器侧烟
道内的水平管束 ） 组成
6/8
600MW亚临界压力自然循环锅炉
蒸汽系统 （石洞口二厂 1900t/h）
过热器系统 由包覆, 炉顶
过热器, 前屏过热器, 后屏
过热器及高温过热器 （ 末级 ）
五级组成； 再热器系统 由低
温再热器和高温再热器二级
组成
前屏和后屏过热器 布置在
炉膛上部, 高温过热器和高
温再热器 布置在折焰角上部
的斜烟道上,低温再热器 布置
在后部烟道
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600MW亚临界压力自然循环锅炉
蒸汽系统 （石洞口二厂 1900t/h）
由汽水分离器中来的 过热蒸
汽 （ 汽水分离器正常运行为干
态 ） → 顶棚过热器 → 包覆
→ ···→ 前屏过热器 → 后屏过热
器 → 高温过热器 → 主蒸汽管
由汽机高压缸来的 再热蒸汽
→ 低温再热器 → 高温再热器中
压缸
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第六章 思 考 题
1,对流式、半辐射式、辐射式过热器的布置及特点（作用）
2,热偏差的定义、危害及减小措施
3,600MW锅炉再热器高温布置蒸汽系统
4,600MW锅炉过热器高温布置蒸汽系统
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第七章 省煤器与空气预热器
? 省煤器及布置
? 空气预热器
（ a） （ b） （ c）
省 煤 器
钢管省煤器 是由许多并行排列的蛇形管及进出口集箱组成
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蛇形管可以是光管, 鳍片管和膜式管
鳍片管和膜式省煤器 比光管省煤器体积小, 在烟道截面尺寸不变的情
况下, 可以采用较大的横向节距以增大烟气流通截面, 降低烟气流速,
减轻磨损；同时可增加烟气侧换热面积, 强化传热并使结构更紧凑,
且支吊方便
（ a）焊接鳍片管（ b）轧制鳍片（ c）膜式省煤器
省煤器的布置
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? 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
立方形箱体 由多根平行错列钢
管焊在上, 下管板上构成立方
形箱体
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交叉流动 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 。 热量连续地由烟
气通过管壁传给空气
中间管板 装在箱体水平方向, 保证所
需的空气流速, 并强化传热
空气预热器按传热方式可分为导热式 (管式 )和蓄热式（回转式）两大类
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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 （ 放满
预先叠扎好的蓄热板 ） 及烟, 风罩
组成
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
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回转式空气预热器
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
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
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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
第八章 电站锅炉本体
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） 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；受热面
易于布置成逆流传热方式；送风机、引风机、
除尘器等笨重设备可低位布置，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
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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
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半塔型布置锅炉 （ f） 空气预热器,
送吸风机, 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
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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
? 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
过小,过大
偏低，着火困难，燃烧不稳定；造价高
vq ?v
a?
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 - 燃烧器区域炉膛截面积
)1012(m/kw,ABQq 2n e t.ara ?? ?
aq
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? 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
炉膛出口烟气温度
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炉膛出口烟气温度 为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℃
???
???
? 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
???
???
????
? 为保证炉膛出口处 对流受热面不结渣, 不应超过灰分开始变
形的温度 DT ???
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
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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
??
??
质量流速 的推荐值见表 12-5中
??
烟气流速 wy
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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
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！
