電廠鍋爐培訓(xùn)教材及考試試題

海滿熱電鍋爐培訓(xùn)教案

海滿熱電鍋爐培訓(xùn)教案

第一章發(fā)電廠整體認(rèn)識

火力發(fā)電廠的三大主機(jī)是鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)鍋爐用燃料燃燒釋放出來

的熱能將水加熱成具有一定壓力和溫度的蒸汽，然后蒸汽沿管道進(jìn)入汽輪機(jī)膨

脹做功，帶動發(fā)電機(jī)一起高速旋轉(zhuǎn)，從而發(fā)出電能整個過程中存在三種能量轉(zhuǎn)

換過程：

鍋爐：燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能

汽輪機(jī)：熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能

發(fā)電機(jī)：機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能

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第二章鍋爐整體認(rèn)識

一、鍋爐設(shè)備的作用及構(gòu)成

1、作用：

鍋爐是發(fā)電廠最重要的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備之一，它的任務(wù)就是：通過燃燒將給

水進(jìn)行加熱，制造出合格品質(zhì)的過熱蒸汽，供汽輪機(jī)使用。

2、構(gòu)成：

鍋爐本體由“鍋”和“爐”兩部分組成

“鍋”：就是鍋爐的汽水系統(tǒng)［由省煤器、汽包、下降管、水冷壁、過熱器、

再熱器等組成］

過程：給水由給水泵打入省煤器以后，逐漸吸熱，并蒸發(fā)成為飽和蒸汽；飽和

蒸汽在汽包中經(jīng)分離、清洗后，引入過熱器，逐漸過熱到規(guī)定溫度，成為合格

的過熱蒸汽，然后送到汽輪機(jī)；過熱蒸汽在汽輪機(jī)高壓缸中膨脹做功后，汽溫

汽壓均下降，在高壓缸出口由導(dǎo)管將蒸汽引入鍋爐再熱器中再次進(jìn)行加熱成為

高溫再熱蒸汽，送往汽輪機(jī)中/低壓缸繼續(xù)膨脹做功。

“爐”：就是鍋爐的燃燒系統(tǒng)［包括：由爐膛、煙道、噴燃器、空氣預(yù)熱器等

組成］

過程：送風(fēng)機(jī)一空預(yù)器一制粉系統(tǒng)一噴燃器一爐膛一各受熱面一除塵器一引風(fēng)

機(jī)一煙囪

［密封風(fēng)、三次風(fēng)］

［二次風(fēng)］

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鍋爐爐膛具有較大的空間，煤粉在爐膛內(nèi)懸浮燃燒，爐膛周圍墻壁上布置

有密集排列的水冷壁管，管內(nèi)有水和蒸汽通過，既能吸收爐膛的輻射熱，又能

保護(hù)爐墻不致被燒壞。燃燒中心具有1500℃或更高的溫度，但在上部爐膛出口

處，煙氣溫度要低于煤灰的熔點(diǎn)，以免融化的灰渣粘結(jié)在煙道內(nèi)的受熱面上。

煤粉燃燒所生成的較大灰粒將至爐膛底部的冷灰斗中，逐漸冷卻和凝固，并落

入排渣裝置，由排渣機(jī)排走。大量較細(xì)的灰粒隨煙氣離開爐膛，流經(jīng)一系列的

受熱面，逐漸冷卻，最后由引風(fēng)機(jī)經(jīng)煙囪排入大氣。排煙溫度一般為150C左右。

為了減少排煙所帶出的飛灰污染環(huán)境，離開鍋爐的煙氣先流經(jīng)除塵器使絕大部

分飛灰被捕捉下來，最后只有極少量的細(xì)微灰粒排入大氣。

二、鍋爐的類型劃分

可以按燃燒方式分、按蒸氣參數(shù)分、按水循環(huán)特性分、按燃煤爐的排渣方

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式分、按燃用燃料分、按鍋爐容量分

1)鍋爐按照燃燒方式分為

(1)層燃爐(2)室燃爐(3)旋風(fēng)爐(4)沸騰爐

2)鍋爐按蒸氣參數(shù)分為

(1)低壓鍋爐(2)中壓鍋爐(3)高壓鍋爐

(4)超高壓鍋爐(5)亞臨界壓力鍋爐(6)超臨界壓力鍋爐

蒸汽壓力蒸汽溫度給水溫度額定蒸發(fā)量機(jī)組容量

MPa℃℃t/hMW

中壓3.8[3.9]

高壓9.8[100]

超高壓13.7[140]540/540240670200

亞臨界壓力16,7[170]

1工程大氣壓=lkgf/cm2=9.80665*104

3)鍋爐按水循環(huán)方式不同可分為

(1)自然循環(huán)鍋爐(2)強(qiáng)制循環(huán)鍋爐(3)直流鍋爐(4)復(fù)合循環(huán)鍋爐

4)鍋爐按燃煤爐的排渣方式分為

(1)固態(tài)排渣爐(2)液態(tài)排渣爐

5)鍋爐按燃用燃料分

(1)燃煤爐(2)燃?xì)鉅t(3)燃油爐

此外還有按照布置方式等進(jìn)行劃分的：TN塔等。

三、鍋爐型號表示方法

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第一段用兩個漢語拼音字母代表鍋爐生產(chǎn)廠家;

第二段用阿拉伯?dāng)?shù)字表示蒸發(fā)量及額定壓力；

第三段阿拉伯?dāng)?shù)字表示主再熱汽溫；

HG-2008/186-M

DG-670/140-540/540-8

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第三章燃料、燃燒、熱平衡

一、燃料

1.能源、一次能源、二次能源

能源從詞義來講就是能量的來源。工程上所講的能源是指具有各種能

量的對象。如太陽能、風(fēng)水海洋能、地?zé)崮?、礦物能、核能、生物能等。

一次能源是指以原有形式存在于自然界中的能源，如煤、石油、天然

氣、水力、風(fēng)力、草木燃料、地?zé)帷⒑四?、直接的太陽輻射等?/p>

二次能源是指由一次能源直接或間接轉(zhuǎn)換為其它種類和形式的人工能

源，如電能、熱能、各種石油制品、煤氣、液化氣、沼氣、余熱、火藥、

酒精等等。

2.燃料、燃料的基本條件

所謂燃料是指在空氣中易于燃燒，并能放出大量熱量，且在經(jīng)濟(jì)上值

得利用其熱量的物質(zhì)。這里需要強(qiáng)調(diào)的是：不能簡單的把可燃物統(tǒng)稱為燃

料，比如，紙張、棉布、糧食及食用油等都是可燃物，但不能把它們當(dāng)作

燃料。

由于工程上、生活上對燃料的需求量極大，作為燃料的物質(zhì)應(yīng)具備下列

基本條件：

（1）易于獲??；

（2）容易燃燒、發(fā)熱量高且價格低謙；

（3）貯藏、運(yùn)輸、處理比較簡便；

（4）使用過程中沒有大的危險性；

（5）燃燒產(chǎn)物對大氣、水質(zhì)等環(huán)境不會造成嚴(yán)重污染。

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3.燃料的分類

燃料的分類方法很多，類別也就較多。通常以燃料的形態(tài)分類，有如下

幾種：

（1）固體燃料包括煤、油頁巖、木柴等到。電站鍋爐使用的固體

燃料主要是煤。

（2）液體燃料包括石油及其制品、酒精等到。電站鍋爐點(diǎn)火用油

一般為柴油，作為主燃料時為重油或渣油。

（3）氣體燃料包括天然氣、焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、城市煤氣、

沼氣、液化氣等。根據(jù)地域不同，電站鍋爐可能燃用部分焦?fàn)t氣或

高爐煤氣。而其它氣體燃料是不提倡作為鍋爐燃料的，這些燃料用

于其它方面可能更合理。

二、煤

1.煤的元素分析成分與工業(yè)分析成分

通過元素分析方法得出的煤的主要組成成分，稱元素分析成分。它包括

碳（C）、氫（H）、氧（0）、氮（N）、硫（S）、灰分（A）、水分（M）o其中

碳、氫、硫是可燃成分。硫燃燒后要生成SO2,及少量S03,故它是有害

成分。煤中的水分和灰分也都是有害成分。

通過元素分析成分可以了解煤的特性及實(shí)用價值，有關(guān)燃燒計算也都

使用元素分析數(shù)據(jù)。但元素分析方法較為復(fù)雜。發(fā)電廠常用較為簡便的工

業(yè)分析方法得到工業(yè)分析成分，用它可以基本了解煤的燃燒特性。

煤的工業(yè)分析是把煤加熱到不同溫度和保持不同的時間而獲得水分、

揮發(fā)分、固定碳、灰分的百分組成。

2.煤中水分由哪幾部分組成、煤中水分的危害

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通常所說的煤中水分是指全水分由表面水分Mf和內(nèi)在水分NU組

成。

內(nèi)在水分也稱固有水分Minh,它是生成煤的植物中的水分及煤生成過程中

進(jìn)入的水分，不能用自然風(fēng)干的方法除去，必須通過加熱才能除掉。它的

含量對于一定煤種是穩(wěn)定的。

表面水分是在開采、儲運(yùn)過程中進(jìn)入的，又稱外在水分，通過自然風(fēng)干

即可除去。表面水分的含量，受自然條件影響較大，故其數(shù)值變化較大。

不同煤種的全水分在不同條件下差別較大，少的只有百分之幾，多的可達(dá)

40%"50%o

水分的存在不僅使煤種的可燃成分相對減少，發(fā)熱量下降，而且影響

燃料的著火燃燒。燃用高水分的煤，使燃燒溫度偏低，煙氣容積增大，使

鍋爐效率下降，還會加劇鍋爐尾部受熱面的低溫腐蝕和堵灰。煤中水分高,

使煤的運(yùn)輸、磨制也會發(fā)生困難。

3.煤中灰分的危害

灰分是煤中的害雜質(zhì)，含量在5%—40%之間。煤中灰分越高，可燃成

分相對降低，發(fā)熱量減小，且影響煤的著火與燃燒，使燃燒效率下降。燃

燒后灰分可在受熱面上形成結(jié)渣與積灰，影響傳熱，使鍋爐熱效率下降。

隨煙氣流動的飛灰，磨損受熱面，使鍋爐受熱面使用壽命降低。為了清除

灰渣與飛灰，使除灰塵設(shè)備復(fù)雜化。隨煙氣排入大氣的飛灰，造成對環(huán)境

的污染。

4.煤中硫分的危害

硫在煤中以三種形式存在，即有機(jī)硫、硫鐵礦硫（黃鐵礦和白鐵礦硫

等形態(tài)存在的硫）和硫酸鹽硫。前兩種可以燃燒，通常稱為可燃硫。最后

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一種硫酸鹽硫不可燃燒，只轉(zhuǎn)化為灰的一部分。

硫在煤中含量變化范圍也較大，一般約為0.1%——5%0硫雖能燃燒放熱，

但它卻是極為有害的成分。硫燃燒后生成二氧化硫(S02)及少量三氧化

硫(S03),排入大氣能污染環(huán)境，對人體和動植物以及地面建筑物均有害。

同時，so2、so3也是導(dǎo)致辭鍋爐受熱面煙氣側(cè)高溫腐蝕、低溫腐蝕和堵

灰的主要因素。

5、揮發(fā)份

將煤加熱到一定溫度時，煤中的部分有機(jī)物和礦物質(zhì)發(fā)生分解并逸出,

逸出的氣體(主要是H2,CmHn,CO,CO2等)產(chǎn)物稱為煤的揮發(fā)份。

揮發(fā)份是煤在高溫下受熱分解的產(chǎn)物，數(shù)量將隨加熱溫度的高低和加

熱時間的長短而變化。通常所說的揮發(fā)份是指煤在特定條件下加熱有機(jī)物

及礦物質(zhì)的氣體產(chǎn)率。即經(jīng)干燥的煤在隔絕空氣下加熱至900±10℃,恒

溫7分鐘所析出的氣體占干燥無灰基成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，稱干燥無灰基揮

發(fā)份V。

揮發(fā)份是煤中氫、氧、氮、硫和一部分碳的氣體產(chǎn)物，大部分是可燃

氣體。揮發(fā)份含量高，煤易于著火，燃燒穩(wěn)定。因此，揮發(fā)份是表征燃燒

特性的重要指標(biāo)，從而也對鍋爐工作帶來多方面的影響，如，需要根據(jù)揮

發(fā)份大小考慮爐膛容積及形狀；揮發(fā)份含量影響燃燒器的型式及配風(fēng)方式

的選用，影響磨煤機(jī)型式及制粉系統(tǒng)型式的選擇。同時，揮發(fā)份也是煤進(jìn)

行分類的重要指標(biāo)之一。

三、煤的特性

1、發(fā)熱量

發(fā)熱量：單位物量(1kg或In?)的燃料完全燃燒時，所放出的熱量稱發(fā)熱

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量，也稱熱值。以符號Q表示，單位是kj/kg或kj/n?

高位發(fā)熱量：燃料燃燒時，水分要蒸發(fā)為蒸汽，氫燃燒后也要生成水蒸汽。

在確定發(fā)熱量時，如果把煙氣中水蒸汽的汽化潛熱計算在內(nèi)，稱為高位發(fā)

熱量。

低位發(fā)熱量：如果汽化潛熱不計算在內(nèi)，則稱為低位發(fā)熱量。

煙氣離開鍋爐時，蒸汽仍以氣態(tài)排出，汽化潛熱沒被利用。故我國在

鍋爐計算中多以低位發(fā)熱量為基礎(chǔ)，歐美等國也有用高位發(fā)熱量作為鍋爐

計算基礎(chǔ)的。

高位發(fā)熱量與低位發(fā)熱量的區(qū)別，就在于是否計入煙氣中水蒸汽的汽

化潛熱.

2、標(biāo)準(zhǔn)煤

規(guī)定收到基的低位發(fā)熱量Q=29310kj/kg(即7000kcal/kg)的燃

料為標(biāo)準(zhǔn)煤。

標(biāo)準(zhǔn)煤實(shí)際是不存在的。只是人為的規(guī)定，提出標(biāo)準(zhǔn)煤的主要目的是

把不同的燃料劃規(guī)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，便于分析比較熱力設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性。不同種

類的煤具有不同的發(fā)熱量，有時差別甚大。比如發(fā)熱量最低的煤只有

8000kJ/kg,發(fā)熱量最高的煤可達(dá)30000kj/kg。相同容量、相同參數(shù)的鍋

爐，在相同工況下運(yùn)行，燃用不同發(fā)熱量的煤，燃煤量也就不同，但我們

不能僅僅根據(jù)燃煤量多少來分析判斷鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。如果把不同的燃

煤量，都折算為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)煤，那就很容易判斷哪一臺鍋爐的標(biāo)準(zhǔn)煤耗量

低，哪臺鍋爐的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性就好。

發(fā)電廠的發(fā)電煤耗與供電煤耗都是按標(biāo)準(zhǔn)煤計算的。

3、灰的熔融特性

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(1)變形溫度DT錐尖開始變圓或彎曲時的溫度。

(2)軟化溫度ST錐體彎曲至錐頂觸及托盤或錐體變成球形和高度等于

底邊的半球時的溫度。

(3)熔化溫度FT錐體熔化成液體或展開成高度在1.5mm以下薄層時的

溫度。

為了防止?fàn)t膛出口的對流受熱面結(jié)渣，爐膛出口煙溫必須低于軟化溫度。

四、煤的分類

依據(jù)揮發(fā)份含量將煤分成如下四類：

(1)無煙煤揮發(fā)份V<10%。無煙煤揮發(fā)份含量低，析出溫度高，著火

較困難，燃盡也不易。它含固定碳高，一般發(fā)熱量Q=20000—32500kJ/kg。

無煙煤表面呈明亮的黑色光澤，質(zhì)地堅硬，相對密度也較大。

(2)貧煤揮發(fā)份V=10%—20%。它是介于煙煤與無煙煤之間的煤種。

貧煤表面灰黑，無光澤，不易點(diǎn)燃，火苗也較短，發(fā)熱量常比煙煤低。

(3)煙煤揮發(fā)份V=20%—40%。是一個非常廣泛的煤種，表面呈灰黑色,

有光澤，質(zhì)地較松軟。煙煤含碳量較高，發(fā)熱量Q=14000—29000kJ/kg,

它易于著火，火焰較長，各種煙煤的焦結(jié)性差別很大。

(4)褐煤揮發(fā)份V>40%。其碳化程度較淺，揮發(fā)份的析出溫度低，易

于點(diǎn)火，灰分、水分含量較高，發(fā)熱量低，一般Q=8000—17000kJ/kg。褐

煤表面呈棕褐色，少數(shù)呈黑色，質(zhì)脆易風(fēng)化，不易儲存，也不宜長途運(yùn)輸。

煤揮發(fā)份越高越容易著火，褐煤的著火點(diǎn)只有370℃

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五、油

1、燃料油的組成成分及特性

燃料油的組成成分和固體燃料一樣，也表示為碳、氫、氧、氮、硫、

灰分和水分。

其中主要是可燃成分碳和氫，碳含量約占84—87%,氫含量約占H—

14%,氧、氮、硫三種元素含量約為1—2%,灰分含量不大于1%,水分含

量也不大于2%o

燃料油中由于碳?xì)浜亢芨?，所以，它的發(fā)熱量也較高，一般Q=37681

—43960kJ/kg(9000—10500kcal/kg)o燃料油中氫含量高，與碳組成多

種碳?xì)浠衔铮谷剂嫌鸵子谥?，燃燒穩(wěn)定、完全。

2、鍋爐常用燃料油分類

(1)原油：是從地下開采出來，經(jīng)過脫水處理，未經(jīng)煉制的石油。原油

可以煉制出多種油品及其它產(chǎn)物，直接作為燃料是極不合理的。

(2)重油：是由裂解重油、減壓重油、常壓重油或臘油按不同比例調(diào)制

而成，有一定牌號和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

(3)渣油：石油煉制過程中的剩余物，可不經(jīng)過處理直接供給鍋爐作燃

料，習(xí)慣上稱為渣油或殘渣油。

重油和渣油是發(fā)電用液體燃料的主要品種，共同特點(diǎn)是：相對密度

和粘度較大；沸點(diǎn)和閃點(diǎn)較高，不易揮發(fā)。

(4)柴油：柴油是柴油機(jī)的燃料，作為鍋爐燃料是極不經(jīng)濟(jì)的。柴油一

般用作煤粉鍋爐的點(diǎn)火用油和低負(fù)荷運(yùn)行時穩(wěn)定燃燒的助燃油。

3、油的主要特性

閃點(diǎn)：

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隨著溫度的升高，燃油表面上蒸發(fā)的油氣增多，當(dāng)油氣與空氣的混合

物達(dá)到一定濃度，以明火與之接觸時，會發(fā)生短暫的閃光（一閃即滅），這

時的油溫稱為閃點(diǎn)。測定閃點(diǎn)的方法有開口杯法和閉口杯法兩種，開口杯

法測定的閃點(diǎn)要比閉口杯法低15—25℃,閃點(diǎn)的高低與油的分子組成及油

面上壓力有關(guān)，壓力高，閃點(diǎn)高。閃點(diǎn)是防止油發(fā)生火災(zāi)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

在敞口容器中，油的加熱溫度應(yīng)低于閃點(diǎn)10℃;在壓力容器中加熱則無此

限制。

燃點(diǎn)：

當(dāng)油面上油氣與空氣的混合物濃度增大時，遇到明火可形成連續(xù)燃燒

（持續(xù)時間不小于5秒）的最低溫度稱為燃點(diǎn)。燃點(diǎn)高于閃點(diǎn)。

從防火角度考慮，希望油的閃點(diǎn)、燃點(diǎn)高些，兩者的差值大些。而從燃燒

角度考慮，則希望閃點(diǎn)、燃點(diǎn)低些，兩者的差值也盡量小些。

凝固點(diǎn)：

燃料油是各種煌類的復(fù)雜混合物，它不像純凈的單一物質(zhì)具有固定的

凝固點(diǎn)，而是隨著溫度的逐漸降低，變得越來越粘稠，直到完全喪失流動

性。燃料油喪失流動性時的溫度稱為凝固點(diǎn)。測定時是將油灌入試管內(nèi)逐

漸降溫，當(dāng)試管傾斜45°經(jīng)過1分鐘油面保持不變時的溫度，定為該油的

凝固點(diǎn)。

不同產(chǎn)地的石油，凝固點(diǎn)差別很大。不同類別的石油制品，凝固點(diǎn)也

有很大差別。凝固點(diǎn)的高低，關(guān)系著油的流動性能。低溫下輸送凝固點(diǎn)高

的油時必須加熱。

粘度：

粘度是表示油的流動性和霧化難易程度的指標(biāo)。通常用恩氏粘度來表示，

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粘度越大，流動性越差，霧化越困難。油的粘度是隨著溫度而變化的，溫

度升高，粘度降低。一般，重油加熱約在80—HOC

六、燃燒原理及燃燒設(shè)備

1、燃燒、完全燃燒、不完全燃燒

燃燒：是指燃料中的可燃物與空氣中的氧發(fā)生強(qiáng)烈放熱的化學(xué)反應(yīng)過

程。實(shí)質(zhì)上燃燒是可燃物與氧的氧化反應(yīng)，只是這種氧化反應(yīng)強(qiáng)烈到發(fā)光

放熱的程度。

完全燃燒：燃燒后的燃燒產(chǎn)物中不再含有可燃物質(zhì)，即灰渣中沒有剩

余的固體可燃物，煙氣中沒有可燃?xì)怏w存在時，稱完全燃燒。

不完全燃燒：燃燒后的燃燒產(chǎn)物中還有剩余的可燃物存在時，稱為不

完全燃燒。

2、自燃、點(diǎn)燃

自燃：就是可燃物與空氣的混物，由于溫度升高或其它條件變化，在

沒有明火接近的情況下，而自動著火燃燒。例如，儲煤場的堆煤、煤粉倉

內(nèi)的煤粉有時就會自燃。在大氣溫度下，煤也能進(jìn)行緩慢地氧化，析出少

量熱量，如果散熱條件不好，溫度逐漸升高。溫度的升高，促進(jìn)氧化過程

的加強(qiáng)，析出的熱量更多，溫度升高更快，當(dāng)達(dá)到足夠高的溫度時，而自

動著火燃燒，這就是自燃形成的過程。出現(xiàn)自燃時的溫度，稱自燃溫度或

自燃點(diǎn)，也叫著火溫度。

點(diǎn)燃：是利用明火將可燃物與空氣的混合物引燃。是著火的另一種方

式，鍋爐的燃燒都是點(diǎn)燃的。

3、燃燒的三要素

1)必須有可燃物質(zhì)一燃料

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2)具有能使可燃物著火燃燒的溫度

3)與氧氣結(jié)合

4、燃燒速度

燃燒速度反映單位時間燒去可燃物的數(shù)量。由于燃燒是復(fù)雜的物理化學(xué)

過程，燃燒速度的快慢，取決于可燃物與氧的化學(xué)反應(yīng)速度以及氧和可燃

物的接觸混合速度。前者稱化學(xué)反應(yīng)速度，也稱化學(xué)條件；后者稱物理混

合速度，也稱物理?xiàng)l件。

化學(xué)反應(yīng)速度與反應(yīng)空間的壓力、溫度、反應(yīng)物質(zhì)濃度有關(guān)，且成正

比。對于鍋爐的實(shí)際燃燒，影響化學(xué)反應(yīng)速度的主要因素是爐內(nèi)溫度，爐

溫高，化學(xué)反應(yīng)速度快。

燃燒速度除與化學(xué)反應(yīng)速度有關(guān)外，還取決氣流向碳粒表面輸送氧氣

的快慢，即物理混合速度。而物理混合速度取決于空氣與燃料的相對速度、

氣流擾動情況、擴(kuò)散速度等。

化學(xué)反應(yīng)速度、物理混合速度是相互關(guān)聯(lián)的，對燃燒速度均起制約作

用。例如，高溫條件下應(yīng)有較高的化學(xué)反應(yīng)速度，但若物理混合速度低，

氧氣濃度下降，可燃物得不到充足的氧氣供應(yīng)，結(jié)果燃燒速度也必然下降。

因此，只有在化學(xué)條件和物理?xiàng)l件都比較適應(yīng)的情況下，才能獲得較快的

燃燒速度。

5、完全燃燒的必備條件

(1)相當(dāng)高的爐膛溫度溫度是燃燒化學(xué)反應(yīng)的基本條件，對燃料的著

火、穩(wěn)定燃燒、燃盡均有重大影響，維持爐內(nèi)適當(dāng)高的溫度是至重要的。

當(dāng)然，爐內(nèi)溫度太高時，需要考慮鍋爐的結(jié)渣問題。

(2)適量的空氣供應(yīng)適量的空氣供應(yīng)，是為燃料提供足夠的氧氣，它

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是燃燒反應(yīng)的原始條件?？諝夤?yīng)不足，可燃物得不到足夠的氧氣，也就

不能達(dá)到完全燃燒。但空氣量過大，又會導(dǎo)致爐溫下降及排煙損失增大。

(3)良好的混合條件混合是燃燒反應(yīng)的重要物理?xiàng)l件。混合使?fàn)t內(nèi)熱

煙氣回流對煤粉氣流進(jìn)行加熱，以使其迅速著火?；旌鲜?fàn)t內(nèi)氣流強(qiáng)烈擾

動，對燃燒階段向碳粒表面提供氧氣，向外擴(kuò)散二氧化碳，以及燃燒后期

促使燃料的燃盡，都是必不可少的條件。

(4)足夠的燃燒時間燃料在爐內(nèi)停留足夠的時間，才能達(dá)到可燃物的

高度燃盡，這就要求有足夠大的爐膛容積。爐膛容積與鍋爐容量成正比。

當(dāng)然爐膛容積也與燃料燃燒特性有關(guān)，易于燃燒的燃料，爐膛容積可相對

小些。比如相同容量的鍋爐，燃油爐的爐膛容積要比煤粉爐的小，而燒無

煙煤的爐膛容積要比燒煙煤的爐膛容積稍大些。

6、燃燒階段

(1)著火前準(zhǔn)備階段從燃料入爐至達(dá)到著火溫度這一階段稱準(zhǔn)備階段。

在這一階段內(nèi)，要完成水分蒸發(fā)，揮發(fā)份析出、燃料與空氣混合物達(dá)到著

火溫度。顯然，這一階段是吸熱過程，熱量來源是火焰輻射及高溫?zé)煔饣?/p>

流。影響準(zhǔn)備階段時間長短的因素除燃燒器本身外，主要是爐內(nèi)熱煙氣為

煤粉氣流提供熱量的強(qiáng)弱，煤粉氣流的數(shù)量、溫度、濃度、揮發(fā)份含量及

煤粉細(xì)度等。

(2)燃燒階段當(dāng)達(dá)到著火溫度后，揮發(fā)份首先著火燃燒，放出熱量，使

溫度升高，焦炭被加熱到較高溫度而開始燃燒。燃燒階段是強(qiáng)烈的放熱過

程，溫度升高較快，化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)烈，這時碳粒表面往往會出現(xiàn)缺氧狀態(tài)。

強(qiáng)化燃燒階段的關(guān)鍵是加強(qiáng)混合，使氣流強(qiáng)烈擾動，以便向碳粒表面提供

氧氣，而將碳粒表面的二氧化碳擴(kuò)散出去。

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(3)燃盡階段主要是將燃燒階段未燃盡的碳燒完。燃盡階段剩余的碳

雖然不多，但要完全燃盡卻很困難，主要是存在著諸多不利于完全燃燒的

因素，如少量的固定碳被灰包圍著；氧氣濃度已較低；氣流的擾動漸趨衰

減；爐內(nèi)溫度在逐步降低。如果燃料的揮發(fā)份低、灰分高、煤粉粗、爐膛

容積小，完全燃盡將更困難。據(jù)試驗(yàn)，對細(xì)度R90=5%的煤粉，其中97%的

可燃物可在25%的時間內(nèi)燃盡，而其余3%的可燃物卻要75%的時間才能燃

盡。這也是實(shí)際鍋爐中不可能使可燃物徹底燃盡的基本原因。

7、煤粉爐的一次風(fēng)、二次風(fēng)、三次風(fēng)

一次風(fēng)是通過管道輸送煤粉進(jìn)爐膛的那部分空氣。它可以是熱空氣，

也可以是制粉系統(tǒng)的乏氣。它的作用除了維持一定的氣粉混合物濃度以便

于輸送外，還要為燃料在燃燒初期提供足夠的氧氣。

二次風(fēng)是通過燃燒器的單獨(dú)通道送入爐膛的熱空氣，進(jìn)入爐膛后才逐

漸和一次風(fēng)相混合。二次風(fēng)為碳的燃燒提供氧氣，并能加強(qiáng)氣流的擾動，

促進(jìn)高溫?zé)煔獾幕亓?，促進(jìn)可燃物與氧氣的混合，為完全燃燒提供條件。

三次風(fēng)，在燃用不易著、燃燒穩(wěn)定性差的無煙煤、貧煤或其它高水分

煤時，制粉系統(tǒng)的乏氣通過單獨(dú)的管道與噴口，直接噴送到爐膛稱為三次

風(fēng)。三次風(fēng)內(nèi)約含10%左右的細(xì)煤粉，風(fēng)量約占總風(fēng)量的15%左右。某些

鍋爐因某種用途，通過專用噴口入爐膛的熱風(fēng)，也稱三次風(fēng)。

8、火焰中心

在鍋爐爐膛中，燃料燃燒放熱的同時，還進(jìn)行著熱量的傳遞。由于不

同部位處于不同的燃燒階段，放熱強(qiáng)度不一樣，致使?fàn)t膛各部位的溫度也

不相同。在爐膛中的最高溫度點(diǎn)，稱為火焰中心，也稱燃燒中心?；鹧嬷?/p>

心在爐膛中的正確位置，一般應(yīng)在燃燒器平均高度所在平面的幾何中心處。

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火焰中心位置會因人為原因及其它因素而發(fā)生變化，火焰中心位置的變動,

對鍋爐傳熱及鍋爐安全工作均有影響。火焰中心位置太低時，可能引起冷

灰斗處結(jié)渣；火焰中心位置太高，使?fàn)t膛出口煙溫升高，導(dǎo)致爐膛出口對

流受熱面結(jié)渣及過熱器壁溫升高；火焰中心在爐膛內(nèi)偏向某一側(cè)時，會引

起該側(cè)爐墻的結(jié)渣。

當(dāng)然，有時為了調(diào)節(jié)蒸汽溫度的需要，還可人為地改變火焰中心位置。

9、強(qiáng)化煤粉氣流燃燒

(1)適當(dāng)提高一次風(fēng)溫度提高一次溫可減小著火熱需要量，使煤粉氣

流入爐后迅速達(dá)到著火溫度。當(dāng)然，一次風(fēng)溫的高低是根據(jù)不同煤種來定

的，對揮發(fā)份高的煤，一次風(fēng)溫就可以低些。

(2)適當(dāng)控制一次風(fēng)量一次風(fēng)量小，可減小著火熱需要量，利于煤粉

氣流的迅速著火。但最小的一次風(fēng)量也應(yīng)滿足揮發(fā)份燃燒對氧氣的需要量,

揮發(fā)份高的煤一次風(fēng)量要大些。

(3)合適的煤粉細(xì)度煤粉越細(xì)，相對表面積越大，本身熱阻小，揮發(fā)

份析出快，著火容易于達(dá)到完全燃燒。但煤粉過細(xì)，要增大廠用電量，所

以應(yīng)根據(jù)不同煤種，確定合理的經(jīng)濟(jì)細(xì)度。

(4)合理的一、二次風(fēng)速一、二次風(fēng)速對煤粉氣流的著火與燃燒有著

較大影響。因?yàn)橐弧⒍物L(fēng)速影響熱煙氣的回流，從而影響到煤粉氣流的

加熱情況；一、二次風(fēng)速影響一、二次風(fēng)混合的遲早，從而影響到燃燒階

段的進(jìn)展；一、二次風(fēng)速還影響燃燒后期氣流擾動的強(qiáng)弱，從而影響燃料

燃燒的完全程度。因此，必須根據(jù)煤種與燃燒器型式，選擇適當(dāng)?shù)囊?、?/p>

次風(fēng)速度。

(5)維持燃燒區(qū)域適當(dāng)高溫適當(dāng)高的爐溫，是煤粉氣流著火與穩(wěn)定燃燒

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的基本條件。爐溫高，煤粉氣流被迅速加熱而著火，燃燒反應(yīng)也迅速，并

為保證完全燃燒提供條件。故在燃燒無煙煤或其它劣質(zhì)煤時，常在燃燒區(qū)

設(shè)衛(wèi)燃燒帶或采取其它措施，以提高爐溫。當(dāng)然，在提高爐溫時，要考慮

防止出現(xiàn)結(jié)渣的可能性。

（6）適當(dāng)?shù)臓t膛容積與合理的爐膛形狀爐膛容積大小，決定燃料在爐

內(nèi)停留時間的長短，從而影響其完全燃燒程度，故著火、燃燒性能差的燃

料，爐膛容積要大些，這種燃料還要求維持燃燒區(qū)域高溫，故常需要選用

爐膛燃燒區(qū)域斷面尺寸較小的瘦高型爐膛。

（7）鍋爐負(fù)荷維持在適當(dāng)范圍內(nèi)鍋爐負(fù)荷低時，爐內(nèi)溫度下降，對著

火、燃燒均不利，使燃燒穩(wěn)定性變差。鍋爐負(fù)荷過高時，燃料在爐內(nèi)停留

時間短，出現(xiàn)不完全燃燒。同時由于爐溫的升高，還有可能出現(xiàn)結(jié)渣及其

它問題。因此，鍋爐負(fù)荷應(yīng)盡可能地在許可的范圍內(nèi)調(diào)度。

七、燃燒計算

1、理論空氣量

單位數(shù)量［每千克或每立方米］燃料完全燃燒所需的最小空氣量，稱為

理論空氣量。

2、實(shí)際空氣量

燃料燃燒時，實(shí)際供給的空氣量稱為實(shí)際空氣量。

為了盡可能地使可燃物都能燒掉，實(shí)際供給燃料燃燒的空氣量要大于

理論空氣量，以使燃料中的可燃成分在燃燒過程中都有機(jī)會得到氧氣，而

達(dá)到完全燃燒。

3、過量空氣系數(shù)、過量空氣量

燃料燃燒時，實(shí)際供給的空氣量與理論空氣量之比稱過量空氣系數(shù)。

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a=21/(21-02)

實(shí)際空氣量與理論空氣量的差值，稱為過量空氣量。

4、煙氣的成分

燃料的燃燒，是可燃成分與空氣中的氧進(jìn)行的化合反應(yīng)，在已知燃料成

分和空氣成分的情況下，就可根據(jù)所進(jìn)行的氧化反應(yīng)，確定其燃燒產(chǎn)物一

煙氣的成分。例如：固體、液體燃料完全燃燒時，碳與氧化合生成二氧化

碳，氫與氧化合生成水蒸汽，硫與氧化合生成二氧化硫。除此之外，燃料

中的水分汽化成水蒸汽，還有空氣中剩余的氮?dú)饧斑^量空氣中的氧氣等。

綜上所述，燃料完全燃燒時，煙氣的成分是：C02、S02、H20,N2、和02

等。

燃料不完全燃燒時，一部分碳生成一氧化碳，還可能生成少量的氫氣及碳

氫化合物CmHn,所以，燃料在不完全燃燒時，煙氣成分除了C02、S02、

H20、N2、和02夕卜，還有少量的CO、H2、CmHn等。

此外，煙氣中尚有微量S03和NOx它們都對環(huán)境造成污染。其中S03還是

低溫腐蝕的主要因素。

5、漏風(fēng)系數(shù)

漏入爐膛或煙道中的空氣量與理論空氣量的比值，稱漏風(fēng)系數(shù)或漏風(fēng)率。

就是出口與進(jìn)口過量空氣系數(shù)之差

八、鍋爐熱平衡

1、鍋爐機(jī)組熱平衡

鍋爐機(jī)組熱平衡，是指在穩(wěn)定工況下，輸入鍋爐機(jī)組的熱量與鍋爐機(jī)

組輸出熱量之間的平衡，即輸入熱量與輸出熱量相等。

QR=Qi+Q2+Q3+Q4+Q5+Qekj/kg

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Qi鍋爐有效利用熱量

Q2排煙損失

Q3化學(xué)不完全燃燒損失［氣體］

Q4機(jī)械不完全燃燒損失［固體］

Qs散熱損失

Q6灰渣物理熱損失

用方程式表示這種輸入與輸出熱量的平衡，稱為熱平衡方程式。熱平

衡是以1kg燃料為計算基礎(chǔ)的。如果將上式兩邊均除以輸入熱量虹，則熱

平衡可用占輸入熱量的百分比來表示。

100%=qi+q2+q3+q4+qs+qe

2、輸入熱量

相應(yīng)于每千克或每立方米的燃料進(jìn)入爐內(nèi)的熱量，稱輸入熱量。它包

括燃料收到基低位發(fā)熱量及其物理顯熱，外來熱源預(yù)熱空氣的熱量等。

3、正平衡熱效率與反平衡熱效率

鍋爐有效利用熱量與單位時間內(nèi)所消耗燃料的輸入熱量的百分比，稱為鍋

爐熱效率。它表明燃料輸入爐內(nèi)的熱量被有效利用的程度。

公式—

利用上式計算出的熱效率正平衡熱效率。也可先求出各項(xiàng)熱損失，從

100%中扣除各項(xiàng)熱損失之和，所得熱效率稱反平衡熱效率。

公式---

目前，發(fā)電廠中較多的采用反平衡法確定熱效率。因?yàn)?，用正平衡?/p>

計算熱效率時，需要準(zhǔn)確測知汽水流量、參數(shù)及燃煤量。當(dāng)前不少鍋爐還

沒有測知燃煤量的手段，這就給計算帶來困難。同時，計算出的效率值較

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大，一旦有誤差，誤差絕對值就較大。另外，從正平衡效率中，也較難看

出效率不高的原因何在。利用反平衡效率，各項(xiàng)熱損失數(shù)值較小，引起誤

差的絕對值不會太大，同時，還可根據(jù)各項(xiàng)熱損失的情況，采取提高效率

的措施。

4、排煙熱損失

排煙熱損失是由鍋爐排出的煙氣帶走的熱量損失。是各項(xiàng)熱損失中最

大的一項(xiàng)，對大、中型鍋爐，口2約為4%-8%o排煙熱損失的大小，主要

取決于排煙體積的大小和排煙溫度的高低。

5、化學(xué)不完全燃燒損失

是指燃燒過程中產(chǎn)生的可燃?xì)怏w，如COH2CH4等，沒有燃燒放熱就隨煙

氣排入大氣所造成的損失。

6、機(jī)械不完全燃燒損失

燃料燃燒后,飛灰和灰渣中還有固體可燃物沒有燃盡所造成的熱量損

失，稱機(jī)械不完全燃燒熱損失。

7、散熱損失

鍋爐本體及鍋爐范圍內(nèi)的煙風(fēng)道、汽水管道的表面溫度，都高于周圍

環(huán)境溫度。因此，熱量將有一部分通過表面散失到大氣中去，散失的熱量

稱散熱損失。

散熱損失的大小，與鍋爐表面積的大小、表面溫度、環(huán)境條件、鍋爐

容量及鍋爐負(fù)荷有關(guān)。［鍋爐表面積大，表面溫度高，散熱損失就大；露

天布置的鍋爐比室內(nèi)布置的鍋爐散熱損失大；鍋爐容量增大，燃煤量與其

成正比增加，但鍋爐表面的增大相對要慢些，故散熱損失qs將隨鍋爐容量

增大而減?。诲仩t在不同負(fù)荷運(yùn)行時，總的散熱量變化不大，但相對于1kg

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燃料的散熱量Q5卻有明顯變化，因此，鍋爐在低負(fù)荷運(yùn)行時，散熱損失Q5

將隨之增大。］

8、灰渣物理熱損失

鍋爐排出的灰渣，還具有較高的溫度，它所攜帶的物理顯熱，稱灰渣物理

熱損失q6o

9、最佳過量空氣系數(shù)

過量空氣系數(shù)大小，對機(jī)械未完全燃燒熱損失、化學(xué)未完全燃燒熱損

失、排煙熱損失均有影響。只要增大過量空氣系數(shù)，排煙熱損失肯定增加;

適當(dāng)增大過量空氣系數(shù)，可使q3>下降，而過量空氣系數(shù)過大時將引起

爐溫下降，又導(dǎo)致q3、增大。因此，必然有一個最合理的過量空氣系數(shù)

存在。最合理的過量空氣系數(shù)，應(yīng)使qz+qs+q,為最小，這個過量空氣系數(shù),

稱最佳過量空氣系數(shù)。

10、燃料消耗量

燃煤量：單位時間內(nèi)鍋爐消耗的燃煤稱為燃煤量B,單位為kg/s、kg/h或

t/h

計算燃煤量：通常把扣除機(jī)械未完全燃燒熱損失后的燃煤量稱為計算燃煤

里一O

11、發(fā)電煤耗、供電煤耗

發(fā)電廠每生產(chǎn)ikw.h的電能所消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤量，稱為發(fā)電煤耗。

發(fā)電廠生產(chǎn)的電能，自身需要消耗掉一部分，剩余的才供給用戶。發(fā)

電廠每供出IkW.h電能所消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤量，稱為供電煤耗。

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第四章流體力學(xué)基礎(chǔ)知識

1、流體

一切物質(zhì)都是由分子組成的。在相同的體積中，氣體和液體的分

子數(shù)目要比固體少得多，分子間的空隙就比較大，因此，分子之間的

內(nèi)聚力小，分子運(yùn)動劇烈。這就決定了氣體和液體不能保持固定的形

狀而具有流動性，所以，我們稱氣體和液體都是流體。

在一定溫度下，流體的體積隨壓力升高而縮小的性質(zhì)，稱為流體

的可壓縮性。流體壓縮性的大小用壓縮系數(shù)K表示。它的意義是當(dāng)溫

度不變時，單位壓力增量所引起流體體積的相對縮小量。

液體的壓縮系數(shù)很小，一般液體是不可壓縮流體。

溫度與壓力的改變，對氣體體積影響很大。由熱力學(xué)可知，當(dāng)溫

度不變時，氣體的體積與壓力成反比，即壓力增加一倍，體積縮小為

原來的一半。由于壓力變化對氣體體積影響明顯，一般氣體為可壓縮

流體。

2、流體的粘性與粘度

當(dāng)流體運(yùn)動時，在流體層間產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力具有阻礙流體運(yùn)動的

性質(zhì)，故將這一特性稱為流體的粘性，將內(nèi)磨擦力稱為粘性力。粘性

是流體運(yùn)動時間生能量損失的根本原因。

液體的粘性大小，用粘度（粘性系數(shù)）表示。粘度有動力粘度與運(yùn)動

粘度兩種。所謂動力粘度是指流體單位面積上的粘性力與垂直于運(yùn)動

方向上的速度變化率的比值。

流體粘性的大小，不僅與流體的種類有關(guān)，且隨流體的壓力和溫

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度的改變而變化。由于壓力改變對流體粘性影響很小，一般可忽略不

計。溫度是影響粘性的主要因素。

溫度對粘度的影響，對液體和氣體是截然不同的。溫度升高時，

液體的粘度迅速降低，而氣體的粘度則隨之升高。這主要是因?yàn)?，?/p>

體的粘性力主要是由于分子間吸引力造成的，當(dāng)溫度升高時，分子距

離加大，引力減小，使粘性力減弱，粘度降低。氣體的粘性力主要是

由氣體內(nèi)部分子運(yùn)動引起的分子摻混、碰撞而產(chǎn)生的，溫度升高，分

子運(yùn)動的速度加快，層間分子摻混、碰撞機(jī)會增多，使具有不同速度

的氣體層間的質(zhì)量與動量交換加劇。所以，粘性力加大，粘度升高。

液體粘度隨溫度升高而降低的特性，對電廠燃料油的輸送與霧化

是有利的。因此，鍋爐燃油在進(jìn)入鍋爐前要加熱到一定溫度以降低其

粘度。但這一特性對潤滑油不太有利。因?yàn)闇囟壬呤拐扯冉档?，?/p>

妨礙潤滑油膜的形成，引起軸承溫度升高，甚至?xí)龎妮S瓦。因此，

一般要控制軸承溫度不超過65℃o

3、流速、流量

流體運(yùn)動的速度稱為流速。實(shí)際流體在管道中流動時，由于流體本

身的內(nèi)磨擦力及流體與管壁之間的磨擦力，使流體質(zhì)點(diǎn)在管道各處的

流速是不一樣的，即沿管壁流速最低，管中心流速最高。通常工程上

計算流速時，都是采用平均流速。

在鍋爐上，還常應(yīng)用質(zhì)量流速的概念。所謂質(zhì)量流速，是指單位時間

通過單位流通截面的流體質(zhì)量。

單位時間通過單位流通截面的流體量稱為流體流量，簡稱為流量。流

量又有體積流量和質(zhì)量流量之分。

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4、液體靜壓力

靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)承受的壓力，稱為該點(diǎn)處液體的靜壓力。液體

某一點(diǎn)的靜壓力等于液體表面上的壓力加上該點(diǎn)距離液面深度的重位

壓頭。

5、運(yùn)動著的流體具有哪幾部分能量

穩(wěn)定運(yùn)動的流體，因其具有質(zhì)量、壓力、運(yùn)動速度、所處位置相

對高度，使其具有三種能量：壓力能、動能、位能。

6、連通器

所謂連通器，是液面以下相互連通的兩個或幾個容器。盛有相同

液體、液面上壓力相等的連通器，其液面高度相等。

連通器原理在工程上有著廣泛的應(yīng)用。如各種液面計（水位計、

油位計等），水銀真空計，液柱式風(fēng)壓表，差壓計等，都是應(yīng)用連通器

原理制成的。

7、紊流與層流

流體在運(yùn)動過程中，各質(zhì)點(diǎn)完全沿著管軸方向直線運(yùn)動，質(zhì)點(diǎn)之

間互不摻混、互不干擾的流動狀態(tài)稱為層狀流動，簡稱層流。

若運(yùn)動著的質(zhì)點(diǎn)不僅沿著管軸方向的直線運(yùn)動,還伴有橫向擾動,

質(zhì)點(diǎn)之間彼此混雜，流線雜亂無章，這種流動狀態(tài)稱為紊流。

鍋爐中，實(shí)際流體（如水，蒸汽，煙氣，空氣等）的流動狀態(tài)幾

乎都是紊流，只有粘性較大的液體（重油，潤滑油）在低速流動中才

會出現(xiàn)層狀流動。

液體的流動狀態(tài)，在不同場合會有不同的利與弊。如流體為紊流

狀態(tài)時，由于分子間擾動強(qiáng)烈，對增強(qiáng)傳熱有利。但由于是紊流，必

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然要增大流動阻力而增加能量損失。

8、流動阻力與損失

實(shí)際流體在流動過程中，其總能量是沿著流動方向逐漸減小。這

是由于流體本身具有粘性，流動時有內(nèi)摩擦力產(chǎn)生；流道邊界不可能

完全光滑，也要產(chǎn)生摩擦力；同時流動過程中還會有流道的形狀、流

動方向的變化與其它障礙，這些都會使流體在流動過程中受到阻力。

這種阻力稱水力阻力或流動阻力。

流體流動就需克服這些阻力，從而使一部分能量轉(zhuǎn)化為不能做功

的熱能而損失掉，使流體總量沿流程逐漸減小。這種由流動阻力所引

起的能量損失稱為阻力損失。

9、流體流動阻力有哪幾種形式？

(1)沒程阻力粘性流體流動時,流體層間內(nèi)磨擦力及流體與流道壁

面的磨擦力總是

阻滯流體前進(jìn)，這種沿流程出現(xiàn)的磨擦阻力稱為沿程阻力。流體克服

沿和阻力而損失的一部分能量，稱為沿程阻力。

(2)局部阻力流體的流道中會有閥門、擋板、彎頭、三通等裝置及

流通截面突然變化等情況。流體流經(jīng)這些局部位置時，流速將重新分

布，流體質(zhì)點(diǎn)殖民地質(zhì)點(diǎn)之間因慣性而發(fā)生碰撞、產(chǎn)生旋渦等情況，

使流體流動受到阻礙。這種阻礙發(fā)生在局部區(qū)段，故稱局部阻力。流

體為克服局部阻力而損失的能量，稱為局部損失。

另外，在鍋爐通風(fēng)系統(tǒng)中，還需要考慮流體橫向沖刷管束時的阻

力。因?yàn)闊煔?空氣)橫向流過受熱面管束時，會與管壁產(chǎn)生磨擦以

及沿管子繞流，使流體了生渦流而產(chǎn)生阻力。這種橫向沖刷管束時的

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阻力，實(shí)質(zhì)上是磨擦力與局部阻力的綜合。在鍋爐通風(fēng)計算時應(yīng)單獨(dú)

考慮這種阻力。

10、自生通風(fēng)壓頭

沿?zé)煹溃ɑ驘犸L(fēng)道）高度，由于煙氣（或熱空氣）與外界大氣密

度差所產(chǎn)生的壓頭，稱自生通風(fēng)壓頭，也稱自生通風(fēng)力或自撥風(fēng)。自

生通風(fēng)壓頭的符號是這樣規(guī)定的：當(dāng)煙氣（或熱空氣）向上流動時取

正號，向下流動時取負(fù)號。由于自生通風(fēng)壓頭有方向性，在鍋爐通風(fēng)

過程中，如果煙氣（或熱空氣）是向上流動，它將成為流動的推動力;

如果向下流動，它將成為流動的阻力。

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第五章金屬材料基本知識

1、變形及其分類

構(gòu)件在外力作用下，發(fā)生尺寸和形狀改變的現(xiàn)象，稱為變形。變

形的基本形式有彈性變形、塑性變形（永久變形）和斷裂三種。

構(gòu)件在外力作用下發(fā)生變形，外力去除后能恢復(fù)原來形狀和尺寸,

材料的這一特性稱為彈性。這種在外力去除后能消失的變形稱為彈性

變形。若外力去除后，只能部分的恢復(fù)原狀，還殘留一部分不能消失

的變形，材料的這一特性稱為塑性。外力去除后不能消失而永遠(yuǎn)殘留

的變形，稱為塑性變形，也稱永久變形。

工程上，一般要求構(gòu)件在正常工作時，只能發(fā)生少量彈性變形，而

不能出現(xiàn)永久變形。但對材料進(jìn)行某種加工（如彎曲、壓延、鍛打）

時，則希望它產(chǎn)生永久變形。

2、強(qiáng)度、剛度、韌性

材料或構(gòu)件承受外力時，抵抗塑性變形或破壞的能力稱強(qiáng)度。鋼

材在較大外力作用下可能不被破壞，木材在較小外力作用下而可能會

斷裂，我們說鋼材的強(qiáng)度比木材高。

材料或構(gòu)件承受外力時抵抗變形的能力稱為剛度。剛度不僅與材

料種類有關(guān)，還與構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式、尺寸等有關(guān)。比如管式空氣預(yù)熱

器管箱與鋼管省煤器組件相比，前者抗變形能力要比后者好，我們稱

前者的剛度強(qiáng)（好），后者的剛度弱（差）。剛度好的構(gòu)件，在外力作

用下的穩(wěn)定性也好。

材料抵抗沖擊載荷的能力稱為韌性或沖擊韌性，即材料承受沖擊載

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荷時迅速產(chǎn)生塑性變形的性能。鍋爐承壓部件所使用的材料應(yīng)具有較

好的韌性。

3、塑性材料、脆性材料

在外力作用下，雖然產(chǎn)生較顯著變形而不被破壞的材料，稱為塑

性材料。在外力作用下，發(fā)生微小變形即被破壞的材料，稱為脆性材

料。

材料的塑性和韌性的重要性并不亞于強(qiáng)度。塑性和韌性差的材料,

工藝性能往往很差，難以滿足各種加工及安裝的要求，運(yùn)行中還可能

發(fā)生突然的脆性破壞。這種破壞往往滑事故前兆，其危險性也就更大。

脆性材料抵抗沖擊載荷的能力更差。

4、應(yīng)力、應(yīng)變和彈性模量

材料或構(gòu)件在單位截面上所承受的垂直作用力稱為應(yīng)力。外力為

拉力時，所產(chǎn)生的應(yīng)力為拉應(yīng)力；外力為壓縮力時，產(chǎn)生的應(yīng)力為壓

應(yīng)力。在外力作用下，單位長度材料的伸長量或縮短量，稱為應(yīng)變量。

在一定的應(yīng)力范圍（彈性形變）內(nèi)，材料的應(yīng)力與應(yīng)變量成正比，它

們的比例常數(shù)稱為彈性模量或彈性系數(shù)。對于一定的材料，彈性模量

是常數(shù)，彈性模量越大，在一定應(yīng)力下，產(chǎn)生的彈性變形量越小。彈

性模量隨溫度升高而降低。轉(zhuǎn)動機(jī)械的軸與葉輪，要求在轉(zhuǎn)動過程中

產(chǎn)生較小的變形，就需要選用彈性模量較大的材料。

5、應(yīng)力集中

由于構(gòu)件截面尺寸突然變化而引起應(yīng)力局部增大的現(xiàn)象，稱為應(yīng)

力集中。

在等截面構(gòu)件中，應(yīng)力是均勻分布的。若構(gòu)件上有孔、溝槽、凸

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肩、階梯等，使截面尺寸發(fā)生突然變化時，在截面發(fā)生變化的部位，

應(yīng)力不再是均勻分布，在附近小范圍內(nèi)，應(yīng)力將局部增大。應(yīng)力集中

的程度，可用應(yīng)力集中系數(shù)來表示。應(yīng)力集中系數(shù)的大小，只與構(gòu)件

形狀和尺寸有關(guān)，與材料無關(guān)。工程上常用典型構(gòu)件的應(yīng)力集中系數(shù),

已通過試驗(yàn)確定。

應(yīng)力集中處的局部應(yīng)力值，有時可能很大，會影響部件使用奉命,

是部件損壞的重要原因之一。為防止和減小這種不利影響，應(yīng)盡可能

避免截面尺寸發(fā)生突然變化，構(gòu)件的外形輪廓應(yīng)平緩光滑，必要的孔、

槽最好配置在低應(yīng)力區(qū)。另外，金屬材料內(nèi)部或焊縫有氣孔、夾渣、

裂紋以及“焊不透”、“咬邊”等缺陷，也會引起應(yīng)力集中。

6、強(qiáng)度極限、屈服極限

強(qiáng)度極限與屈服極限是通過試驗(yàn)確定的。在拉伸試驗(yàn)過程中，應(yīng)

力達(dá)到某一數(shù)值后，雖然不再增加甚至略有下降，試件的應(yīng)變還在繼

續(xù)增加，并產(chǎn)生明顯的塑性變形，好像材料暫時失去抵抗變形的能力,

這種現(xiàn)象稱為材料的屈服。發(fā)生屈服現(xiàn)象時的應(yīng)力，稱為材料的屈服

極限。當(dāng)試驗(yàn)拉力繼續(xù)升高，試件達(dá)到破壞時的應(yīng)力，稱為材料的強(qiáng)

度極限或抗拉強(qiáng)度。

屈服極限和強(qiáng)度極限越大，分別表明材料抵抗破壞和抵抗塑性變

形的能力高，即材料強(qiáng)度好。對于一定材料來說，強(qiáng)度極限和屈服極

限是隨著工作溫度的升高而降低的。

7、蠕變

金屬在一定溫度和一定應(yīng)力作用下，隨著時間的推移緩慢地發(fā)生

塑性變形的現(xiàn)象稱蠕變。材料發(fā)生蠕變的溫度與其性質(zhì)有關(guān)，碳鋼在

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300—350℃時，合金鋼在350—450℃時，在應(yīng)力作用下，就會出現(xiàn)蠕

變。溫度越高，應(yīng)力越大，蠕變速度就越快。

8、金屬材料的疲勞

構(gòu)件在長期交變應(yīng)力作用下，雖然它承受的應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的屈

服極限，在沒有明顯塑性變形的情況下，發(fā)生斷裂的現(xiàn)象稱為金屬的

疲勞。因金屬疲勞發(fā)生的破壞稱為疲勞破壞

出現(xiàn)疲勞破壞的原因，是經(jīng)過應(yīng)力多次交替變化后，在應(yīng)力最大

或有缺陷部位會產(chǎn)生微細(xì)的裂紋，裂紋尖端出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力集中，隨

著交變應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋逐漸擴(kuò)大，最后導(dǎo)致破裂。

9、許用應(yīng)力、安全系數(shù)

構(gòu)件實(shí)際工作時，所允許產(chǎn)生的最大應(yīng)力稱許用應(yīng)力。對鍋爐承

壓元件不定來說，許用應(yīng)力是指在工作條件下所允許的最小壁厚及最

大壓力時的應(yīng)力。

構(gòu)件工作時，其內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力既不能達(dá)到屈服極限，更不能達(dá)

到強(qiáng)度極限，必須遠(yuǎn)小于它們才能保證安全。通常把和稱危險應(yīng)力。

危險應(yīng)力與許用應(yīng)力的比值n稱為安全系數(shù)。N值的大小，不僅

反映構(gòu)件的安全程度。

N值大，許用應(yīng)力小，比較安全，但消耗材料多，構(gòu)件也笨重；

n值許用應(yīng)力大，能節(jié)約材料，但安全程度就差。因此，在確定安全

系數(shù)時，應(yīng)在滿足安全的前提下，充分考慮經(jīng)濟(jì)性的要求。

10、熱應(yīng)力

構(gòu)件因溫度化不能自由伸縮而產(chǎn)生的應(yīng)力，或部件本身溫度不均

勻使伸縮受制約而產(chǎn)生的應(yīng)力，稱為熱應(yīng)力。

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鍋爐在啟、停過程中，出現(xiàn)的汽包內(nèi)外壁溫差，將會在汽包壁內(nèi)產(chǎn)

生熱應(yīng)力。熱應(yīng)力是由于溫度變化是時變形受阻而產(chǎn)生。

11.熱脆性

鋼材在某一高溫區(qū)間（如400—550℃）和應(yīng)力作用下長期工作，

會使沖擊韌性明顯下降的現(xiàn)象稱為熱脆性。影響熱脆性的主要因素是

金屬的化學(xué)成分。含有銘、鎰、鍥等元素的鋼材，熱脆性傾向較大。

加入鋁、鴇、鈕等元素，可降低鋼材的熱脆性傾向。

12、鋼材的高溫氧化

鍋爐某些高溫元件（如過熱器、再熱器管及其支吊架等）與高溫

煙氣中的氧氣發(fā)生的氧化反應(yīng)，稱高溫氧化。氧化生成的氧化膜如果

不能緊緊地包覆在鋼材表面而發(fā)生脫落，則氧化過程會不斷發(fā)展，層

層剝落，最后導(dǎo)致破壞。

13.鋼材的高溫腐蝕

鍋爐受熱面管子，在高溫情況下，煙氣側(cè)和蒸汽側(cè)均有發(fā)生腐蝕

的可能性。

當(dāng)溫度超過400°C時，就有可能發(fā)生蒸汽側(cè)的腐蝕，其化學(xué)反應(yīng)

式如下：

3Fe+4H2O-Fe3O4+4H2

反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣如果不能較快地被汽流帶走，它與金屬發(fā)生作用，導(dǎo)

致金屬強(qiáng)度下降而產(chǎn)生脆性破壞。

煙氣對管壁的高溫腐蝕，主要是灰中的堿金屬在高溫下升華，與

煙氣中的SO3生成復(fù)合硫酸鹽，在550—710℃范圍內(nèi)呈液態(tài)凝結(jié)在管

壁上，破壞管壁表面的氧化膜，即發(fā)生高溫腐蝕。另外，燃油時灰中

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的帆在高溫下升華，并生成V2O5,在550-660°C時凝結(jié)在管壁上起

催化作用，使煙氣中的SO2及02生成Na2s04及原子氧(O),對管

壁也有強(qiáng)烈的腐蝕作用。高溫腐蝕是反復(fù)進(jìn)行的，它將氧化膜破壞、

生成、再破壞，管壁逐漸減薄，最后導(dǎo)致爆管?？刂票跍剡^高，是減

輕高溫腐蝕的重要措施。

14、鍋爐用鋼材的分類

鍋爐用鋼是在高溫條件下工作，部件類別多，工作條件復(fù)雜，使

用鋼材類別也很多，但承壓元件所使用的鋼材，基本上可分兩大類：

(1)碳素鋼鍋爐承壓元件用鋼為優(yōu)質(zhì)碳素鋼，且大多屬于低碳

鋼(含碳量低于0.25%),如15號鋼，20號鋼。一般用于工作溫度低

于450℃部件。

(2)合金鋼在碳素鋼的基礎(chǔ)上，為了達(dá)到某些特定性能要求，

有目的地加入一些元素的鋼，稱合金鋼。被加入的元素稱為合金元素。

合金鋼比碳素鋼具有良好的綜合機(jī)械性能和特殊的物理化學(xué)性

能，如有較高的強(qiáng)度極限和持久強(qiáng)度、耐磨性、耐蝕性和抗氧化性等。

但也有缺點(diǎn)，如：冶煉工藝復(fù)雜，某些加工性能較差，價格也較昂貴

等。因此，一般合金鋼用在工作溫度高于450℃的零、部件上。

15.合金鋼中的主要合金元素的作用

鋼是以鐵為基本成分的多元素金屬。純鐵有很好的塑性及韌性，

但強(qiáng)度很低。所以，總要根據(jù)不同需要加入不同的元素，以改善鋼的

性能。主要元素的作用如下：

(1)碳(C)碳是鋼中的主要元素，隨著鋼中含碳量的增加，鋼的常

溫強(qiáng)度、硬度提高，但塑性、韌性及焊接能降低。所以，鍋爐承壓元

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件用鋼的含碳量一般為0.1%?0.25%。

(2)鎰(Mn)鎰可以提高鋼的常溫強(qiáng)度、硬度及耐磨性，含量高時,

焊接應(yīng)力增加。鎰可使鋼的高溫短時強(qiáng)度提高，但對持久強(qiáng)度和蠕變

極限及沒有明顯的影響。

(3)鋁(Mo)和銘(Cr)鋁和銘都能提高鋼的強(qiáng)度。倍對提高鋼的

高溫組織穩(wěn)定性能——抵制珠光體球化、石墨化、抗高溫氧化有明顯

效果。并能提高抗腐蝕性。但含倍高的鋼，焊接裂紋敏感性強(qiáng)，溫差

應(yīng)力也大。鋁對提高鋼的持久強(qiáng)高度有明顯作用。鋁有石墨化傾向可

加倍防止，鋁的脆化可用鋁化進(jìn)行防止，二者共存可以提高鋼的綜合

性能。

(4)帆(V)帆在鋼中能提高高溫組織穩(wěn)定性，還能抵消銘對焊接性

能的不利影響。

(5)鈦(Ti)鈦可提高鋼的持久強(qiáng)度，在抵合金鋼中，還可改善鋼

的焊接性能。

(6)鴇(W)鴇可提高鋼的持久強(qiáng)度及高溫硬度。

(7)硅(Si)硅能提高鋼的強(qiáng)度、耐磨性及抗氧化能力。與銘共存時,

可提高抗高溫氧化能力，也可提高在煙氣中的抗腐蝕性能。

(8)鋸(Nb)鋸與鈦的作用相同，可提高鋼的熱強(qiáng)性。

(9)硼(B)硼的突出作用是提高鋼的淬透性。在耐熱鋼中可提高鋼

的熱強(qiáng)性及持久塑性。

(10)銀(Ni)鎮(zhèn)的主要作用是使鋼獲得奧氏組織，從而提高鋼的抗

蠕變能力。

16.鋼中的硫、磷元素起怎樣的作用？

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硫和磷是在冶煉過程中殘留在鋼中的有害成分。

鋼中有硫存在時，當(dāng)加熱到期1000——1200C再進(jìn)行鍛造和軋制

會使工件沿晶界開裂，這種現(xiàn)象稱熱脆性。另外，硫還使鋼的焊接性

能降低，焊縫易出現(xiàn)裂紋和氣孔。

磷能使鋼的強(qiáng)度及硬度顯著提高，但使塑性及韌性下降，特別是

使鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度升高，提高了鋼的冷脆性。

由于硫和磷的存在，均對鋼材性能有不利影響，故在冶煉過程中

應(yīng)盡量除去，它們在鋼中的含量是評定鋼材質(zhì)量的指標(biāo)之一。比如，

優(yōu)質(zhì)碳素鋼中硫、磷的含量均應(yīng)小于0.04%,以防出現(xiàn)熱脆及冷脆。

17.超溫、過熱

運(yùn)行中蒸汽溫度超過額定值時稱超溫。

受熱面管或蒸汽管道壁溫,超過該種鋼材最高許用溫度時稱過熱。

運(yùn)行中的超溫。有時會引起管壁過熱，有時則不一定。如果額定

運(yùn)行溫度比鋼材的許用最高溫度低很多，即便出現(xiàn)超溫，也不一定過

熱。如UCrlMoV鋼的允許最高使用溫度為580℃,蒸汽額定溫度

為540℃,運(yùn)行中達(dá)到點(diǎn)550℃,這習(xí)慣上就屬于超溫，但對主蒸汽

管道來說并沒有過熱。

當(dāng)實(shí)際壁溫超過鋼材最高使用溫度時，金屬的機(jī)械性能、金相組

織就要發(fā)生變化，蠕變速度加快，最后導(dǎo)致管道破裂。

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鋼種鋼號用途工作壓力許可溫度

碳素受熱面管子不限480

20號

鋼聯(lián)箱、蒸汽管道不限450

受熱面管子不限580

12CrlMoV

聯(lián)箱、蒸汽管道不限565

受熱面管子不限560

15CrMo

低聯(lián)箱、蒸汽管道不限550

合受熱面管子不限540

12CrMo

金聯(lián)箱、蒸汽管道不限510

鋼受熱面管子不限

15MoSi

聯(lián)箱、蒸汽管道不限

吹灰器零件、過熱

不限

lCrl8Ni9Ti器和再熱器固定680

不限

件

高合

12Crl8Nil2Ti受熱面管子不限680

金鋼

18.超溫對管道使用壽命的影響

各種汽水管道和鍋爐受熱面管子，都是按照一定的工作溫度和應(yīng)

力設(shè)計其使用壽命的。如果運(yùn)行中工作溫度超過設(shè)計溫度，雖未過熱,

也會使金屬組織穩(wěn)定性變差，蠕變速度加快，最后使其工作壽命縮短。

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19.長期超溫爆管

運(yùn)行中由于某種原因，造成管壁溫度超過設(shè)計值，只要超溫幅度

不太大，就不會立即損壞。但管子長期在超溫下工作，鋼材金相組織

會發(fā)生變化，蠕變速度加快，持久強(qiáng)度降低，在使用壽命未達(dá)到預(yù)定

值時，即提早爆破損壞。這種損壞長期超溫爆管。

20.短期超溫爆管

受熱面管子在運(yùn)行過程中，由于冷卻條件惡化，管壁溫度在短時

間內(nèi)突然上升，使鋼材的抗拉強(qiáng)度急劇下降。在介質(zhì)壓力作用下，溫

度最高的向火側(cè)，首先發(fā)生塑性變形，管徑脹粗，管壁變薄，隨后發(fā)

生剪切斷裂而爆破。這種爆管稱短期超溫爆管。

21、淬火

電廠把鋼加熱到某一適當(dāng)溫度，如亞共析鋼加熱至AC（表示鋼在

加熱時鐵素體全部溶入奧氏體的臨界點(diǎn)）以上30——60℃,保持一

定時間后，使其急速冷卻的工藝過程淬火。淬火可采用水或油作為冷

卻介質(zhì)。

鋼材淬火后，可使其硬度和強(qiáng)度有很大提高，并能改善某些物理

化學(xué)性能。但由于快速冷卻，會出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，塑性和韌性也有所降低。

為提高鋼的綜合性能，通常在淬火后再經(jīng)高溫回火處理的工藝稱調(diào)質(zhì)

處理。

22、回火

將鋼件加熱到低AC（表示鋼在加熱時珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的臨

界點(diǎn)）的某一溫度，充分保溫后，發(fā)一定速度進(jìn)行冷卻的熱處理工藝,

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稱為回火。

回火的主要目的是：消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織，降低硬度，從而改

善鋼和綜合機(jī)械性能。根據(jù)鋼種和使用目的不同，回火時的加熱溫度

和冷卻方式也不完全相同。

低溫回火：加熱溫度為150—250℃,主要目的是消除內(nèi)應(yīng)力

和穩(wěn)定組織，保持淬火后的性能。

中溫回火：加熱溫度為350——450℃,可消除內(nèi)應(yīng)力，并使鋼的

彈性極限和韌性有較大的回升。這種回火采用在空氣中進(jìn)行冷卻的方