热力计算(3)

3.为什么低压小容量锅炉必须设置锅炉管束？

对于低压小容量锅炉来说，蒸发吸热是最主要的部分，一般仅布置水冷壁受热面还不能满足蒸发吸热的需要，因此还需要在炉膛外布置对流蒸发受热面即锅炉管束。

4.说明怎么样确定炉膛的形状和尺寸以及怎样进行炉膛的热力计算。 确定炉膛的几何特征：炉膛容积按图3-13所示的虚线包围区域计算。炉膛容积的边界是水冷壁管中心线所在平面或是绝热保护层的向火表面，未敷设水冷壁的地方则是炉膛的壁面。在炉膛出口断面以通过屏式过热器、凝渣管或锅炉排管的第一排管子中心线作为容积边界。炉膛下部容积的边界是炉底。有冷灰斗时，则以冷灰斗高度一半处的假想平面作为容积边界。

火床炉中，炉膛容积为由炉排面及通过炉排两端和除渣板或挡渣板的垂直平面所包围的容积。对链条炉应从以炉排为下界面的容积中扣除燃料层及灰渣层的容积，即以燃料层的外表面作为界面。燃料层及灰渣层的平均计算厚度可取为：烟煤150～200mm，褐煤300mm，木屑500mm。抛煤机炉中燃料厚度很小，在计算炉膛容积时不予考虑。在炉膛中，如屏式受热面沿整个炉膛断面布置在炉膛上部(如图3—14中前三种布置)，则屏区容积不计入炉膛容积。其他布置形式(如图3—14中的后三种)，则把屏间容积计算到炉膛容积之内。炉壁面积按包覆炉膛容积的表面尺寸计算。对双面曝光水冷壁及屏，应以其边界管中心线间距离和管子曝光长度的乘积的两倍(即计及双面)作为其相应的受热面积。在计算半开式炉膛燃烧室时，炉墙面积应包括位于燃烧室及冷却室之间的烟窗面积。炉膛的热力计算包括：（1）单室炉及半开式炉膛的热力计算（2）带有屏的炉膛传热计算（3）双室炉炉膛的热力计算。

5. 比较“Π”型、“T”和塔型布置方案的优缺点。 型（“倒U”型）

这种布置是电站锅炉中应用最广泛的形式，各种容量和各种燃料均可采用。主要优点是：锅炉高度较低，安装起吊方便；受热面易于布置成工质与烟气呈相互逆流；尾部烟道烟气向下流动，有利于吹灰；锅炉烟气出口在底层，送风机、引风机、除尘器等都可布置在地面；汽

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机与过热器的连接管道长度较短。缺点是：占地面积较大；烟道转弯易引起飞灰对受热面的局部磨损；转弯气室部分难以利用，当燃用发热值低的劣质燃料时，尾部对流受热面可能布置不下；锅炉容量增大时，尤其200MW以上锅炉，燃烧器布置有困难，前墙可能布置不下，前后墙布置则使煤粉管道复杂，采用四角燃烧时，炉膛和尾部烟道在截面和高度上应注意恰当配合。

T型布置，实际上是将尾部烟道分成两部分，对称地放在锅炉两侧，以解决П型布置尾部受热面布置困难问题。也可使炉膛出口烟窗高度减小，改善过渡烟道流动状况，减少烟气沿高度的热偏差，但占地更大，汽水管道连接系统复杂，金属消耗量大，前苏联用得较多，在燃用多灰烟煤、无烟煤及低热值褐煤等劣质煤的场合为宜。

塔型布置，这种布置的特点是：烟气一直向上流动，炉膛可呈正方形，四周布置膜式水冷壁直至炉膛上部，适用于优质少灰的煤和液体，气体燃料。德国也用来烧褐煤。其优点是：所有对流受热面都水平悬吊在炉膛上部，便于疏水；烟道短，烟气速度可以取得较高，使整个锅炉体积缩小，而且使得锅炉的占地面积减少；煤粉管道和燃烧器布置方便，用旋风炉也易布置；整台锅炉为悬吊结构，只有向下的垂直膨胀，对流受热面管子在一侧集中穿墙，减少密封面，烟气不改变流动方向，对受热面冲刷均匀，磨损减轻。缺点是：锅炉很高，安装和检修困难，蒸汽管道的长度和成本增加；炉膛和对流烟道的截面需配合恰当；将空气预热器和送引风机放在顶部，加重锅炉构架负荷，也增加了安装和检修的困难。

6.由于空气预热器是用烟气（热流体）来加热（冷流体）从而提高空气的温度，而升温了的空气送入炉膛，亦即从烟气吸收的热量又返回了烟气行程。因此，有人说：在空气预热器中烟气的热量传递给了空气，空气携带的热量送进了炉膛，因而又送回了烟气，这份热量并未传递给工质，故对提高锅炉的热效率毫无作用。请评论。

空气预热器的作用：（1）降低排烟温度提高锅炉效率。（2）改善燃料着火条件和燃烧过程，降低燃烧不完全损失，进一步提高锅炉效率。（3）提高理论燃烧温度，强化炉膛的辐射传热。（4）热空气用作煤粉锅炉制粉系统的干燥剂和输粉介质。

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第四章习题

1.结渣、沾污、腐蚀及磨损会给锅炉工作带来哪些问题？

(1) 经济性下降污染、结渣会降低炉内受热面的传热能力。(2) 安全性下降总的传热阻力增大，会使锅炉可能无法维持在满负荷下运行，只好增加投煤量，引起炉膛出口烟温进一步提高，使灰渣更容易粘在受热面上，形成恶性循环，导致发生一系列锅炉恶性事故 。

2.结渣的基本条件是什么？何谓灰的结渣特性指标？

熔融的灰粘结在受热面上或炉墙上称结渣。形成结渣的基本条件是受热面壁温高、表面粗糙和灰熔点低。灰熔点与灰的组成成分 有关，根据组成成分计算出分析叛断灰的结渣倾向的指标，称为灰的结渣特性指标Rs.

3.说明各种积灰的形成过程、机理、影响因素和减轻措施？ 干松灰过程：干松灰的积聚过程完全是一个物理过程，灰层中无粘性成分，灰粒之间呈现松散状态，易于吹除。机理：三力一捕捉 影响因素：（1）烟气流速及粒子直径分布。（2）管子直径。（3）管子节距及管束的布置方式。（4）灰粒浓度。减轻或防止干松灰积聚的措施：（1）设计时采用足够高的流速，一般不能低于5~6m/s。（2）采用小管径，错列、紧凑布置（减小纵向节距）的管束。（3）正确设计和布置吹灰装置，并确定合理的吹灰间隔时间和一次吹灰的持续时间。

高温粘结灰过程：主要在温度较高的区域形成，但在远低于ST的烟温区，例如在高温省煤器上，也能形成粘结灰。伴随化学反应，能够无取地增长，坚硬而不易清除。不仅在背风侧，而且更多地在迎风面形成。分层形成，各层的化学成分不同，颜色也有差异。灰的粘性是由化学反应产物而来。机理：高温粘结灰的形成关键在于首先形成一层处于熔化或软化的粘性灰层，靠这一层粘性灰的捕捉作用，积聚飞灰粒子，被捕捉到的飞灰在化学作用下形成紧密的灰层。 影响高温粘结灰的因素：

①燃料成分。②燃烧方式。③温度水平。④烟气流速。

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减轻或防止高温粘结灰的措施：

①设计时，严格选定炉膛断面热负荷及炉膛出口烟温，不要过大； ②正确设计和布置受热面，例如拉大横向节距S1；

③加入添加剂，改变灰的化学成分，使其不易形成粘结灰或形成机械强度小的灰；

④采取有效的吹灰装置，如压缩空气吹灰、水力吹灰、振动吹灰和钢珠吹灰等，并且运行一开始就正常投入吹灰装置，限制第一层灰升华灰的形成。

低温粘结灰过程：这种粘结灰的形成过程大致是这样的：冷凝在受热面的硫酸蒸汽，可以捕捉飞灰粒子，飞灰粒子中含有CaO，于是与硫酸反应，形成硫酸钙，该反应物具有粘性，可以继续捕捉飞灰，无限增长。这个过程即为通常所说的积灰水泥化。

积灰机理：低温粘结灰的形成与烟气的酸露点温度紧密相关。一般酸露点温度高，积灰严重。当烟气或受热面壁温达露点时，受热面上开始结露，烟气中灰粒子便更容易粘在受热面上形成积灰。灰的沉积物中，大部分可溶性物质为铝、钙和铁的硫酸盐，其中的硫酸铝和硫酸钙是由热浓硫酸作用而形成的。影响因素：①影响酸露点温度的因素都能影响结灰的程度②受热面的结构及布置方式也影响结灰的程度。例如顺列比错列好。防止和减轻低温粘结灰的措施：（1）提高受热面的温度（2）空气预热器的吹灰（3）空气预热器的水冲洗

4.何谓酸露点？引出它有何意义？

当燃用含硫高的燃料时，燃烧后形成的SO2有一部分会进一步被氧化成SO3，且与烟气中的水蒸汽结合成硫酸蒸汽。烟气中硫酸蒸汽的凝结温度称为酸露点，它比水露点要高很多。烟气SO3(或者说硫酸蒸汽)含量愈多，酸露点就愈高，烟气中的酸露点可达140～160℃，甚至更高。

烟气的酸露点与燃料含硫量和单位时间送入炉内的总硫量有关，而后者是随燃料发热量降低而增加的。显然，燃料中的含硫量较高，发热量较低，燃烧生成的SO2就越多，进而SO3也将增加，致使烟气酸露点升高。烟气对受热面的低温腐蚀常用酸露点的高低来表示，露点愈

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高，腐蚀范围愈广，腐蚀也愈严重。

（（通过分析一定工况下的酸露点，由此调整排烟温度，可以达到节能和保持炉子寿命的最佳条件。））

5.什么是低温腐蚀？它有哪些特点?影响因素有哪些？减轻及防止低温腐蚀的措施有哪些?

低温腐蚀：发生在低温受热面上的腐蚀就称为低温腐蚀

特点：（1）有化学腐蚀（如硫酸作用于金属），也有电化学腐蚀（如冷凝后的水蒸汽怀金属作用）。（2）腐蚀产物中主要是低价铁的硫酸铁（如FeSO4）和铁的氧化物Fe2O3及Fe3O4等。（3）腐蚀速度有时很高，可高达1m/a。（4）这种腐蚀部是发生在温度低于酸露点的壁面上。（5）当壁温处于酸露点和水露点之间时，腐蚀速度并不随硫酸浓度的增大而线性增加，约在浓度56%时达到最大。

（6）当壁面温度达到或低于水露点后，由于有大量的水蒸汽凝结，腐蚀速度急剧增加。壁温低于酸露点30℃左右时，腐蚀速度最大。 （7）发受热面上的结灰，有时能加速度腐蚀，有时能抑制腐蚀。但多数情况是促进的。 影响低温腐蚀因素：

（1）燃料中的含硫量。含硫量越高，SO3生成的量就可能越多，酸露点就越高。

（2）运行时的过量空气系数α。过量空气系数越高，O2量越多，SO3生成量就越多。

（3）受热面的金属温度。在锅炉的常见尾部受热面壁温范围内，壁温与腐蚀速度一般并不存在线性关系。但壁温越低，腐蚀越严重。 （4）烟气的温度。一般说来，壁温一定，烟温高，腐蚀速度低。 防止或减轻低温腐蚀的方法：

（1）燃料脱硫，入炉前脱硫。（2）改善燃烧方法减少SO3的生成。采用低氧燃烧，烟气再循环或采用流休床燃烧。（3）加入某种添加剂和SO3进行反应。（4） 提高受热面的壁温，使其高于酸露点温度，这一方法要作具体分析，否则不经济。（5）采用抗腐蚀材料。为减轻空气预热器冷端受热面的低温腐蚀，在燃用高硫分燃料的锅炉中，

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管式空气预热器的低温级置换段可用耐腐蚀的玻璃管或其它耐腐蚀材料制作的管子。（6）有效地进行吹灰。

6.磨损发生的原因是什么？如何减轻或预防磨损？

对于燃煤锅炉，由于大量的灰粒子流经尾部受热面，这些受热面的磨损几乎是不可避免的。

减轻和防止磨损的办法：①减小烟气中的飞灰浓度。②尽量使灰粒的浓度场均匀，特别是由于转弯烟道中可以产生的浓度场的不均匀。还要避免烟道中形成烟气走廊。③采用适当的烟气流速：烟速磨损影响很大，大于3次方关系，注意不要使烟气过高。④尽量使烟气的速度场均匀：应极力避免形成烟气走廊。⑤尽可能采用顺列布置，采用防磨装置或使用耐磨管材。

7.如何消除锅炉受热面的振动？

（1）通常是在烟道的宽度方向装设若干隔板，把烟道分隔成小的气室，使各个气室所具有的声驻波固有频率大于卡门涡流的最大频率，一般是把气室的固有频率提高到100Hz以上，即能防止振动的发生。（2）如果卡门涡流的激发频率与炉墙的固有频率耦合，则引起炉墙振动。遇到这类振动时，则须加强管子的刚性及对振动部位的炉墙进行加固，提高管子或炉墙的固有频率，使振动失谐，振动即能消除。

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