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锅筒内部装置包括汽水分离和蒸汽清洗装置、给水分配管、排污和加药设备等。其中汽水分离装置的作用是将从水冷壁来的饱和蒸汽与水分离开来,并尽量减少蒸汽中携带的细小水滴。中、低压锅炉常用挡板和缝隙挡板作为粗分离元件;中压以上的锅炉除广泛采用多种型式的旋风分离器进行粗分离外,还用百页窗、钢丝网或均汽板等进行进一步分离。锅筒上还装有水位表、阀等监测和保护设施。
为了考核性能和改进设计,锅炉常要经过热平衡试验。直接从有效利用能量来计算锅炉热效率的方法叫正平衡,从各种热损失来反算效率的方法叫反平衡。考虑锅炉房的实际效益时,不仅要看锅炉热效率,还要计及锅炉辅机所消耗的能量。
单位质量或单位容积的燃料完全燃烧时,按化学反应计算出的空气需求量称为理论空气量。为了使燃料在炉膛内有更多的机会与氧气接触而燃烧,实际送入炉内的空气量总要大于理论空气量。虽然多送入空气可以减少不完全燃烧热损失,但排烟热损失会增大,还会加剧硫氧化物腐蚀和氮氧化物生成。因此应设法改进燃烧技术,争取以尽量小的过量空气系数使炉膛内燃烧完全。
锅炉烟气中所含粉尘(包括飞灰和炭黑)、硫和氮的氧化物都是污染大气的物质,未经净化时其排放指标可达到环境保护规定指标的几倍到数十倍。控制这些物质排放的措施有燃烧前处理、改进燃烧技术、除尘、脱硫和脱硝等。借助高烟囱只能降低烟囱附近地区大气中污染物的浓度。
烟气除尘所使用的作用力有重力、离心力、惯性力附着力以及声波、静电等。对粗颗粒一般采用重力沉降和惯性力的分离,在较高容量下常采用离心力分离除尘静电除尘器和布袋过滤器具有较高的除尘效率。湿式和文氏—水膜除尘器中水滴水膜能粘附飞灰,除尘效率很高还能吸收气态污染物。
二十世纪50年代以来,人们努力发展灰渣综合利用,化害为利。如用灰渣制造水泥、砖和混凝土骨料等建筑材料。70年代起又从粉煤灰中提取空心珠,作为耐火保温等材料。
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重油不完全燃烧,在烟气中形成炭黑因为高分子烃的燃尽相对要难一些,如果空气供应不足或油粒与空气混合不均匀,那就会有一部分高分子烃在高温缺氧的条件下发生裂解,分解出炭黑,炭黑是粒径小于1μm的固体粒子,它的化学性质不活泼,燃烧缓慢,所以一旦产生炭黑往往就不易燃尽,严重时未燃的炭黑就会进入烟气中,而使烟囱冒黑烟。
重油中的沥青成分也会由于缺氧分解成固体油焦。油焦破裂后即成焦粒,后者也是不易燃烧的,由此可见,重油燃烧中的一个重要问题是必须及时供应燃烧所需的空气。
重油燃烧不完全,产生的飞灰、炭黑、焦粒还有类似焦油物质就会混合附着在水冷壁或对流管束上,久而久之形成一层隔热层,大大地降低了锅炉的热效率,每年要对锅炉进行清洗,增加了运行费用并且造成锅炉不均匀受热,缩短了锅炉寿命。
手操式燃烧系统配风是一次风且不能自动调节,如此会造成火焰根部高温区,并强烈的热辐射,使油喷嘴温度升高,重油高温受热会有碳析出,从而堵塞喷嘴,加大喷嘴磨损,加速喷枪损坏,造成维修费用的增加,对连续生产企业生产能力的提高是很大的障碍。
分别对不同区域及时供应适量的空气,以避免高温缺氧而产生炭黑并能在少的过量空气下保证油的完全燃烧。燃油的燃烧的上述要求是通过燃烧器来达到的。燃油燃烧器主要由油雾化器和调风器所组成。燃油通过雾化器雾化成细油粒,以一定的雾化角喷入炉内,并与经过调风器送入的具有一定形状的速度分布的空气流相混合。油雾化器与调风器的配合应能使燃烧所需的大部分空气及时地从火炬根部供入,并使火炬各处的配风量与油雾的流量密度分布相适应。同时也要向火炬尾部供应一定量的空气,以保证炭黑和焦粒的燃尽。
燃油经雾化后的油雾以及燃气均为可燃气体,当与空气混合达到一定含量范围,均能形成易燃易爆性混合气体。因此对燃油燃气锅炉的及防爆提出了特殊要求。
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混合气体达到爆炸含量时,在密封容器内的爆炸压力,按不同气体可达到0.75~1.65Mpa。水管锅炉的炉膛和烟气通道的承压能力一般只有几百到几千毫米水柱,火管锅炉的炉胆承压能力比较高,不至于在炉膛内气体爆炸中损坏,但转向烟室一般不考虑承受高压。因此,混合气体的爆炸会给锅炉烟气通道的围护结构和受热面结构造成很大的破坏。
国内外燃油燃气锅炉的炉膛和烟道内气体爆炸事故屡有发生。轻则造成锅炉燃爆熄火,重则使炉膛和烟道爆裂、引风机损坏、锅炉房和烟囱受损,甚至造成人员伤亡事故。
分析和查明事故原因,都是因为在炉膛或烟道内有爆炸性混合气体存在,并达到爆炸极限,被明火或锅炉本身的高温引燃而发生事故。
在所有事故中,以锅炉点火过程中发生的事故多,约占燃油锅炉爆炸事故的50%以上,约占燃气锅炉爆炸事故的70%以上。
锅炉点火前,当因某种原因燃油燃气漏入炉膛,如阀门不密封、误操作、一次点火不成功等,而又未对炉膛烟道进行吹扫或吹扫时间不够、风量不足时,则点火时会发生爆炸。
锅炉运行中由于熄火引起爆炸的事故,燃油锅炉比较多,因为燃油锅炉熄火的可能性比较大。燃气锅炉的这类事故多发生在燃烧器前由于燃气压力或风压波动太大引起脱火或回火的情况下。
对负压运行的锅炉,当锅炉燃烧不良时,可燃气体进入锅炉后部烟道,与后部烟道漏入的空气混合形成爆炸性气体,在高温作用下,可能引起二次燃烧或爆炸。
由上述可知,要防止炉膛或烟道爆炸,首先在炉内无明火情况下应防止燃料进入炉膛,其次是要保证良好燃烧。作为措施,在点火之前必须仔细吹扫炉膛和烟道,使其内可能积存的可燃性气体及时排除。
从方面考虑,燃油燃气锅炉燃烧系统的自动化是必要的,包括点火预吹扫、点火程控、火焰检测、熄火保护、燃烧自动调节等。而这一切正是比例调节燃烧系统的标准配置。
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