锅炉的燃烧与换热过程

锅炉燃烧与换热过程解析

锅炉的能量转换依赖于‌燃烧释放化学能‌与‌热量传递至工质‌两大核心过程，具体流程如下：

一、燃烧过程（化学能→热能）

燃料与空气混合‌

燃料（煤、燃气等）通过燃烧器与预热后的空气混合，形成可燃气体流态化进入炉膛。

助燃空气包括一次风（携带燃料）和二次风（补充氧气），通过智能配风系统优化燃烧效率。

燃烧反应与能量释放‌

燃料在炉膛内剧烈氧化，生成温度达1000℃以上的高温烟气，同时释放灰渣与废气；

煤粉锅炉通过“W”型火焰设计延长燃料停留时间，提升燃尽率至99%以上。

二、换热过程（热能→工质内能）

辐射换热‌

高温火焰与烟气在炉膛内向四周水冷壁辐射热量，使管内水迅速蒸发为汽水混合物（吸热量占总换热量的50%-60%）。

对流换热‌

烟气进入对流烟道后，依次流经过热器、省煤器和空气预热器，通过对流方式将余热传递给工质或助燃空气；

省煤器‌：预热水温至接近饱和状态，降低排烟温度（通常≤150℃）；

空气预热器‌：利用烟气余热将助燃空气加热至200-400℃，提升燃烧效率。

三、工质相变过程（水→蒸汽/热水）

预热与蒸发‌

给水经省煤器预热后进入汽包，沿下降管至水冷壁吸热蒸发，形成汽水混合物并返回汽包；

自然循环锅炉依赖密度差驱动工质循环，强制循环锅炉通过水泵维持流动。

过热与输出‌

饱和蒸汽在过热器中进一步吸收热量，提升温度和压力（如电站锅炉主蒸汽温度≥540℃）；

最终输出的过热蒸汽或热水通过管道输送至用能设备（如汽轮机、供暖系统）。

四、优化与控制技术

低氮燃烧技术‌：分级燃烧或烟气再循环使氮氧化物排放低于30mg/m³；

冷凝余热回收‌：通过冷凝器回收烟气中水蒸气潜热，热效率最高可达105%；

智能调控‌：传感器实时监测氧含量与排烟温度，自动调节燃料与空气比例。

关键参数与效率影响

环节 效率提升措施 典型效率贡献

燃烧效率‌ 优化配风、煤粉细度控制 85%-99%

传热效率‌ 增加受热面积、降低排烟温度 70%-90%

系统总效率‌ 余热回收与智能控制 90%-105%

通过燃烧与换热的协同调控，锅炉可实现高效、稳定、低排放的能量转换。