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鍋筒內(nèi)部裝置包括汽水分離和蒸汽清洗裝置、給水分配管、排污和加藥設(shè)備等。其中汽水分離裝置的作用是將從水冷壁來(lái)的飽和蒸汽與水分離開(kāi)來(lái),并盡量減少蒸汽中攜帶的細(xì)小水滴。中、低壓鍋爐常用擋板和縫隙擋板作為粗分離元件;中壓以上的鍋爐除廣泛采用多種型式的旋風(fēng)分離器進(jìn)行粗分離外,還用百頁(yè)窗、鋼絲網(wǎng)或均汽板等進(jìn)行進(jìn)一步分離。鍋筒上還裝有水位表、閥等監(jiān)測(cè)和保護(hù)設(shè)施。
為了考核性能和改進(jìn)設(shè)計(jì),鍋爐常要經(jīng)過(guò)熱平衡試驗(yàn)。直接從有效利用能量來(lái)計(jì)算鍋爐熱效率的方法叫正平衡,從各種熱損失來(lái)反算效率的方法叫反平衡。考慮鍋爐房的實(shí)際效益時(shí),不僅要看鍋爐熱效率,還要計(jì)及鍋爐輔機(jī)所消耗的能量。
單位質(zhì)量或單位容積的燃料完全燃燒時(shí),按化學(xué)反應(yīng)計(jì)算出的空氣需求量稱為理論空氣量。為了使燃料在爐膛內(nèi)有更多的機(jī)會(huì)與氧氣接觸而燃燒,實(shí)際送入爐內(nèi)的空氣量總要大于理論空氣量。雖然多送入空氣可以減少不完全燃燒熱損失,但排煙熱損失會(huì)增大,還會(huì)加劇硫氧化物腐蝕和氮氧化物生成。因此應(yīng)設(shè)法改進(jìn)燃燒技術(shù),爭(zhēng)取以盡量小的過(guò)量空氣系數(shù)使?fàn)t膛內(nèi)燃燒完全。
鍋爐煙氣中所含粉塵(包括飛灰和炭黑)、硫和氮的氧化物都是污染大氣的物質(zhì),未經(jīng)凈化時(shí)其排放指標(biāo)可達(dá)到環(huán)境保護(hù)規(guī)定指標(biāo)的幾倍到數(shù)十倍。控制這些物質(zhì)排放的措施有燃燒前處理、改進(jìn)燃燒技術(shù)、除塵、脫硫和脫硝等。借助高煙囪只能降低煙囪附近地區(qū)大氣中污染物的濃度。
煙氣除塵所使用的作用力有重力、離心力、慣性力附著力以及聲波、靜電等。對(duì)粗顆粒一般采用重力沉降和慣性力的分離,在較高容量下常采用離心力分離除塵靜電除塵器和布袋過(guò)濾器具有較高的除塵效率。濕式和文氏—水膜除塵器中水滴水膜能粘附飛灰,除塵效率很高還能吸收氣態(tài)污染物。
二十世紀(jì)50年代以來(lái),人們努力發(fā)展灰渣綜合利用,化害為利。如用灰渣制造水泥、磚和混凝土骨料等建筑材料。70年代起又從粉煤灰中提取空心珠,作為耐火保溫等材料。
在傳統(tǒng)的工業(yè)爐設(shè)計(jì)中,燃燒器的火焰速度大約為每秒幾米,當(dāng)燃燒產(chǎn)物溫度在600 °C~800 °C時(shí),爐內(nèi)對(duì)流換熱與輻射換熱各占50%;在燃燒產(chǎn)物溫度為800 ℃以上時(shí),以輻射換熱為主;在燃燒產(chǎn)物溫度達(dá)到1 400 ℃時(shí),輻射換熱是對(duì)流換熱的10倍,所以大部分爐窯設(shè)計(jì)中,是以輻射換熱為基礎(chǔ)。但是在采用高速氣體燃燒器后,即使在高溫區(qū),爐內(nèi)被強(qiáng)化的對(duì)流換熱在綜合換熱中所占的比重大大提高,具體說(shuō)明如下:
采用普通燃燒器時(shí),火焰速度低,燃燒產(chǎn)物在被加熱物表面的流動(dòng)為層流,層流的對(duì)流換熱系數(shù)為h1-Nu*λ/d。
式中 努謝爾特?cái)?shù)Nu=0.332Pr1/3*Re1/2;Pr為普朗特?cái)?shù);Re為雷諾數(shù);λ為氣體的導(dǎo)熱系數(shù);d為流道當(dāng)量直徑。
采用高速氣體燃燒器, 火焰噴射速度高(100 m/s~300 m/s),被加熱體表面流動(dòng)以紊流為主,紊流附面層局部放熱系數(shù)為h2=Nu*λ/d。式中Nu=Pr1/3(0.036Re0.8-836)
設(shè)加熱爐內(nèi)腔尺寸為6.45m×2.3m×2.9m,燃燒產(chǎn)物溫度為1 790 ℃,被加熱體溫度為900 ℃。
采用普通燃燒器,燃燒產(chǎn)物流速為5 m/s時(shí),燃燒產(chǎn)物與被加熱體表面之間的對(duì)流換熱比熱流為q1=h1(tg-tw)=2671X4.18kJ/h*m2。
采用高速氣體燃燒器,燃燒產(chǎn)物流速為150 m/s時(shí),燃燒產(chǎn)物與被加熱體表面之間的對(duì)流換熱比熱流為q2=h2(tg-tw)=10685X4.18kJ/h*m2。q2是q1的4倍。
國(guó)外曾就輻射加熱爐和高速對(duì)流加熱爐進(jìn)行過(guò)比較試驗(yàn),在0 ℃~1 200 ℃的加熱過(guò)程中,輻射加熱爐所需加熱時(shí)間是高速對(duì)流加熱爐的6倍,在750 ℃~1 200 ℃的加熱過(guò)程中,輻射加熱爐所需加熱時(shí)間是高速對(duì)流加熱爐的10倍。
1980年,國(guó)內(nèi)引進(jìn)高速氣體燃燒器在井式加熱爐上進(jìn)行技術(shù)改造,原有的輻射加熱爐從0 ℃~650 ℃升溫需要24 h,而采用了高速氣體燃燒器的加熱爐從0 ℃~650 ℃升溫只需4 h,并且燃料消耗量也由于采用了高速氣體燃燒器可以節(jié)省25%~30%。在油田,用高速氣體燃燒器改造成三合一加熱爐,加熱效率提高了1倍,而燃料消耗量節(jié)約了20%。
高速氣體燃燒器的燃燒產(chǎn)物高速?zèng)_進(jìn)加熱爐內(nèi),攪動(dòng)多倍的爐內(nèi)氣體隨之摻混,可以大大提高爐內(nèi)溫度均勻度。國(guó)外一家工廠用高速氣體燃燒器改造加熱爐后,爐內(nèi)溫度均勻度可由±15 ℃提高到±2 ℃。國(guó)內(nèi)井式加熱爐采用高速氣體燃燒器后,爐溫均勻度達(dá)到±7 ℃。
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