课程编号：08131034
课程类别：专业教学课程
授课对象：热能与动力工程专业
开课学期：第五学期
学分：3学分
主讲教师：陶永明等
指定教材：奚士光，《锅炉及锅炉房设备》，中国建筑工业出版社，1995年
教学目的：
使学生掌握锅炉设备方面的基本知识、基本工作原理、基本构造和性能；学会锅炉本体设计及其辅助设备选用的基本方法；了解燃料对锅炉设计和运行的影响；掌握水管锅炉强度计算的方法；了解锅炉给水处理的要求、方法及常用的水处理设备；了解锅炉常用的除尘、脱硫技术及设备；在锅炉房设备的运行管理以及提高锅炉热效率和出力等技术方面，具有一定的知识和技能；了解锅炉的发展动态；为学生今后从事热能与动力工程相关工作打下较好的理论基础并积累初步的经验。
第一章锅炉及锅炉房设备的基本知识
课时：2/3周，共2课时
教学内容
第一节概述
一、作用
产汽、热水、发电、供热
二、分类
动力锅炉、蒸汽锅炉
三、要求
燃烧、传热、污染、安全
第二节锅炉的基本构造和工作过程
一、基本构造
炉子、汽锅、附件
二、工作过程
燃烧、传热、汽化、水循环、汽水分离
第三节锅炉基本特性的表示
一、蒸发量、热功率
容量、吨/小时、兆瓦
二、蒸汽（或热水）参数
压力、温度、参数系列
三、受热面蒸发率、发热率
受热面、蒸发率、发热率
四、热效率
第四节锅炉房设备的组成
一、锅炉本体
附加受热面、尾部受热面
二、锅炉房的辅助设备
运煤、除灰系统、送引风系统、水、汽系统、仪表控制系统
思考题：
1、锅炉的作用是什么？对锅炉有哪些要求？
2、锅炉由哪些部分组成？
3、锅炉的工作过程是怎样的？
4、锅炉的主要特性指标有哪些？
第二章燃料与燃烧计算
课时：2周，共6课时
教学内容
第一节燃料的化学成分
一、燃料的元素分析成分
碳、氢、氧、氮、硫、水分、灰分
二、燃料成分分析数据的基准与换算
应用基、分析基、干燥基、可燃基、换算
第二节煤的燃烧特性
一、发热量
高位发热量、低位发热量、氧弹测热器、经验公式、相对指标
二、挥发分
挥发物、析出温度、对燃烧的影响
三、焦结性
焦碳、对燃烧的影响
四、灰熔点
角锥法、分类、对锅炉的影响
第三节煤的分类
一、分类的目的
燃烧方式的选择
二、分类依据
挥发分、发热量
三、各种煤
褐煤、烟煤、贫煤、无烟煤、泥煤、煤矸石、石煤
四、设计用代表性煤种
第四节液体燃料和气体燃料
一、液体燃料
粘度、闪点、燃点、凝固点、重油、渣油、0#轻柴油、设计用代表性油种
二、气体燃料
各组分的计算方法、发热量的确定、天然气、高炉煤气、焦炉煤气
第五节燃料的燃烧计算
一、燃烧所需的空气量计算
理论空气量、过量空气系数、实际空气量
二、燃烧生成的烟气量计算
理论烟气量、实际烟气量、干烟气体积
三、烟气和空气的焓
基准、理论空气焓、理论烟气焓、实际烟气焓、计算表、过量空气系数的确定
第六节锅炉烟气分析及其结果的应用
一、烟气分析
烟气分析目的、实际烟气成分、奥氏烟气分析仪
二、烟气分析结果的应用
CO含量的计算、烟气量的计算、过量空气系数的计算、氧化锆氧量计
思考题：
1、燃料的元素分析成分有哪些？燃料成分分析数据的基准有哪些？怎样换算？
2、煤的燃烧特性有哪些？分别如何确定？对锅炉各有什么样的影响？
3、是怎样对煤进行分类的？分成哪几类？各有什么特点？
4、液体燃料有哪些重要的指标？锅炉中常用的液体和气体燃料有哪些？各有什么特点？
5、如何来就算锅炉燃烧所需的空气量和生成的烟气量以及空气和烟气的焓？
6、为什么要进行烟气分析？烟气分析的方法有哪些？如何根据分析结果确定烟气中CO的含量及烟气量和过量空气系数的大小？
第三章锅炉的热平衡
课时：2/3周，共2课时
教学内容
第一节锅炉热平衡的组成
一、热平衡的概念
热量收支、单位质量、示意图
二、热平衡公式
输入热量、有效利用热量、各项损失
三、研究热平衡的目的
热效率、各项热损失
第二节锅炉热效率
一、正平衡法
每小时有效吸热量、燃料消耗量、特点
二、反平衡法
原理、特点
三、对热平衡试验的要求
稳定工况、试验时间、排污、试验精度
四、热效率水平
最低热效率、净效率
五、设计锅炉时热效率的确定
选q3、q4、q5、排烟温度、过量空气系数、灰分
第三节固体不完全燃烧热损失
一、q4的形成
概念、组成、影响因素
二、q4的测定与计算
公式、取样分析、灰平衡
三、设计时q4和afh的确定
查表
第四节气体不完全燃烧热损失
一、q3的形成
概念、组成、影响因素
二、q3的测定与计算
公式、烟气分析
三、设计时q3的确定
查表
第五节排烟热损失
一、q2的形成
概念、影响因素、数量级
二、q2的测定与计算
理论公式、经验公式、烟气分析
三、设计时q2的确定
公式
第六节散热损失
一、q5的形成
概念、影响因素
二、q5的确定
热平衡试验、设计、查图、经验公式
三、保热系数
定义、用处
第七节其它热损失
一、灰渣物理热损失
定义、计算
二、冷却热损失
定义、计算
第八节燃料消耗量及蒸发率
一、锅炉的燃料消耗量
定义、计算
二、小时计算燃料消耗量
定义、计算、作用
思考题：
1、什么是锅炉热平衡？研究热平衡的目的是什么？
2、热平衡的公式中各项的意义是什么？
3、什么是锅炉热效率？可以如何确定？
4、热平衡试验期间要注意有些问题？
5、固体不完全燃烧热损失是怎样形成的？影响的因素有哪些？如何确定？
6、气体不完全燃烧热损失是怎样形成的？影响的因素有哪些？如何确定？
7、排烟热损失的影响因素有哪些？如何确定？
8、散热损失是怎样形成的？影响的因素有哪些？如何确定？
9、什么是保热系数？有什么作用？
10、灰渣物理热损失和冷却热损失如何确定？
11、小时计算燃料消耗量如何计算？起什么作用？
第四章燃烧设备
课时：3周，共9课时
教学内容
第一节煤的燃烧过程
一、着火前的热力准备阶段
过程、影响因素、中心任务
二、挥发物与焦炭的燃烧阶段
过程、特点、中心任务
三、燃尽阶段
特点、中心任务
第三节机械化层燃炉
二、链条炉排炉
构造、链条炉排、燃烧过程、煤的影响、燃烧调节、改善燃烧的措施
第四节室燃炉
一、煤粉炉
特点、煤粉制备、燃烧器、炉膛结构、注意事项
二、燃油炉
燃烧特点、油喷嘴、调风器
三、燃气炉
天然气燃烧器、高炉煤气燃烧器
第五节沸腾炉
一、沸腾炉及其特性
优点、沸腾燃烧机理
二、沸腾炉的型式与结构
鼓泡床沸腾炉、循环流化床炉、结构、工作原理、优点、缺点
第六节炉子的工作强度
一、层燃炉的工作强度
炉排可见热强度、炉膛体积可见热强度、炉膛尺寸的确定
二、室燃炉的工作强度
炉膛体积热强度、炉膛断面热强度、炉膛尺寸的确定
思考题：
1、煤的燃烧可分为哪几个过程？各有什么特点？对炉子各有什么要求？
2、试分析链条炉排炉的燃烧过程。
3、链条炉排炉对煤有什么要求？
4、链条炉排炉的燃烧是如何调节的？可以采取哪些措施来改善链条炉的燃烧？
5、室燃炉与层燃炉相比有哪些优点？
6、煤粉是如何制备的？工业用煤粉炉上通常采用什么样的燃烧器？
7、燃油炉上常用哪些油喷嘴和调风器？
8、天然气燃烧器和高炉煤气燃烧器有什么不同？
9、沸腾燃烧的机理是什么？有什么优点？
10、鼓泡床沸腾炉和循环流化床炉各有什么特点
11、层燃炉和室燃炉的炉子工作强度各用什么指标来表示？
第五章供热锅炉
课时：8/3周，共8课时
教学内容
第一节锅炉发展概况
一、蒸汽锅炉的发展概况
烟管锅炉、水管锅炉
二、锅炉的发展趋势
电站锅炉、供热锅炉、采暖工程、余热回收
第二节烟管锅炉
一、立式烟管锅炉
结构、特点、烟气行程
二、卧式烟管锅炉
结构、特点、烟气行程
三、卧式烟水管锅炉
结构、特点、烟气行程
第三节水管锅炉
一、单锅筒纵置式水管锅炉
结构、特点、烟气行程
二、双锅筒纵置式水管锅炉
结构、特点、烟气行程
三、双锅筒横置式水管锅炉
结构、特点、烟气行程
四、角管式水管锅炉
结构、特点
第四节热水锅炉
一、强制流动热水锅炉
特点、热偏差、流动阻力、受热面系统连接方式、停电保护
二、自然循环热水锅炉
工作原理、全自然循环型热水锅炉、半自然循环型热水锅炉
第五节辅助受热面
一、蒸汽过热器
作用、结构、种类、烟汽温度及流速、蛇形管
二、省煤器
作用、铸铁省煤器、钢管省煤器、启动保护措施、水速、烟速
三、空气预热器
作用、分类、管式空预器
四、低温腐蚀
部位、原因、影响因素、防止措施
第六节锅炉安全附件
一、压力表
作用、型式、安装位置、注意事项
二、安全阀
作用、型式、始启压力、回座压力差、安装位置、数量、注意事项
三、水位表
作用、型式、安装位置、数量、注意事项
四、高低水位报警器
作用、安装位置、型式、原理
思考题：
1、锅炉的发展历史和趋势是怎样的？
2、烟管锅炉和水管锅炉各有什么特点？
3、与蒸汽锅炉相比热水锅炉有哪些特点？
4、强制流动热水锅炉的停电保护措施有哪些？
5、保证自然循环热水锅炉的水循环安全的措施有哪些？
6、蒸汽过热器的作用是什么？有哪些种类？
7、省煤器的作用是什么？铸铁省煤器和钢管省煤器各有什么特点？
8、锅炉启动时保护省煤器的措施有哪些？如何确保锅筒给水？
9、空气预热器的作用是什么？有哪些种类？
10、低温腐蚀发生的原因是什么？一般发生在什么部位？受哪些因素的影响？可以采取哪些措施来减轻？
11、供热锅炉上常用什么型式的就地压力表？安装在哪些位置？应注意哪些事项？
12、锅炉上为什么要安装安全阀？安装在哪些位置？应注意哪些事项？
13、全升式安全阀和低升式安全阀各有什么用途？什么是控制安全阀？
14、水位表的作用是什么？安装在什么位置？应注意哪些事项？
第六章锅炉水循环及汽水分离
课时：5/3周，共5课时
教学内容
第一节锅炉的水循环
一、自然循环的基本概念
循环回路、循环方程式、蒸汽锅炉水冷壁水循环、对流管束水循环、热水锅炉水循环
二、水循环的可靠性指标
循环流速、循环倍率、循环回路的特性曲线
三、自然循环锅炉的水循环故障
循环的停滞和倒流、汽水分层、下降管带汽
四、自然循环回路的合理布置
循环回路的设计布置、上升管的布置、下降管的布置、对流蒸发管束的布置
第二节蒸汽品质及汽水分离
一、蒸汽品质
气体杂质、含盐、蒸汽带盐的机理、减少蒸汽含盐的途径
二、蒸汽带水的原因及其影响因素
微细水滴、蒸汽负荷、蒸汽压力、汽空间高度、锅水含盐量
三、汽水分离装置
任务、设计原则、常用装置
思考题：
1、自然循环的运动压头受哪些因素的影响？
2、对流蒸发管束的水循环有什么特点？如何合理布置受热管？
3、影响循环倍率的因素有哪些？
4、循环流速是如何确定的？
5、自然循环蒸汽锅炉的水循环故障有哪些？会造成哪些危害？应如何防止？
6、蒸汽带盐的机理是什么？减少蒸汽含盐的途径有哪些？
7、影响蒸汽带水的因素有哪些？是怎样影响的？
8、汽水分离装置的设计原则是什么？
9、供热锅炉上常用哪些汽水分离装置？
第七章锅炉本体的热力计算
课时：4/3周，共4课时
教学内容
第一节炉膛传热过程及计算
一、炉膛几何特性
炉膛容积、炉膛周界面积、有效辐射面积
二、炉膛传热的基本方程及炉膛黑度
简化模型、辐射换热量、炉膛系统黑度
三、火焰黑度
火焰辐射减弱系数、有效辐射层厚度
四、炉膛有效放热量与理论燃烧温度
燃料带入的热量、空气带入的热量、理论燃烧温度
五、火焰平均温度及水冷壁管外积灰层表面温度
理论燃烧温度、炉内温度场、卜略克-肖林公式
六、炉膛出口烟气温度
定义、选择
七、炉膛换热计算
传热方程式、烟侧热平衡方程式、热流密度、无因次方程式、校核计算步骤
第二节对流受热面的传热计算
一、基本方程式
传热方程式、热平衡方程式
二、传热系数
公式、有效系数、K0、对流放热系数、辐射放热系数、炉膛辐射热
第五节平均温差
一、顺逆流
对数平均温差、算术平均温差
二、混流
温差修正系数、串联混流、并联混流、交叉流动
第六节对流受热面传热计算方法提要
一、对流受热面传热计算的步骤
校核计算步骤、允许误差、图解法
二、各对流受热面传热计算特点
防渣管及锅炉管束、省煤器、空气预热器
思考题：
1、炉膛传热有什么特点？
2、炉膛传热计算的步骤有哪些？
3、锅炉设计时炉膛出口烟气温度是如何确定的？
4、对流受热面传热有什么特点？
5、对流受热面传热计算的步骤有哪些？
6、各对流受热面的传热计算分别有什么特点？
第八章锅炉设备的通风计算
课时：4/3周，共4课时
教学内容
第一节通风的作用和方式
一、负压通风
引风机、漏风量
二、平衡通风
送风机、引风机
三、正压通风
送风机、油气炉
第二节通风计算的原理和基本方法
一、通风计算原理
伯努利方程、压降公式
二、阻力计算
沿程摩擦阻力、横向冲刷管束阻力、局部阻力
第三节烟道的阻力计算
一、锅炉管束
混合冲刷、横向冲刷
二、过热器
横向冲刷、纵向冲刷
三、省煤器
光管省煤器、铸铁省煤器
四、管式空气预热器
管内摩擦阻力、进出口局部阻力
五、烟道
从尾部受热面到除尘器、除尘器后的烟道、简化
六、除尘器
产品说明书、设计手册
七、烟囱
沿程摩擦阻力、出口速度损失
八、计算出烟道总阻力后的换算和修正
烟气密度、飞灰的无因次浓度、公式
九、自生风的计算
各段烟道的自生风、烟囱的自生风、简化
十、烟道的总压降
炉膛出口处真空度、烟道流动总阻力、烟道总的自生风
第四节风道的阻力计算
一、各段风道的计算要点
冷风道、立式管式空气预热器、热风道、燃烧设备
二、风道总压降
风道的总阻力、自生风
第五节烟囱的计算
一、自然通风时烟囱高度的计算
烟囱的自生风、烟囱出口烟气温度、环保要求
二、机械通风时烟囱高度的确定
环保要求
三、烟囱直径的计算
出口内径、烟囱锥度、底部内径
第六节风机的选择和烟、风道布置
一、风机的选择
计算流量、计算压头、风机耗功、电动机功率
二、选择风机和烟、风道布置的一般要求
送引风机的要求、烟风道的要求
思考题：
1、锅炉通风的作用是什么？有哪些通风的方式？
2、烟、风道的总压降分别是怎样确定的？
3、自然通风锅炉的烟囱高度是怎样确定的？
4、机械通风锅炉的烟囱高度是怎样确定的？风机是怎样选择的？
第九章锅炉受压元件的强度计算
课时：4/3周，共4课时
教学内容
第一节锅炉受压元件强度计算的规定
一、安全系数与许用应力
基本许用应力、修正系数
二、计算壁温
锅筒筒体、集箱和防渣箱、管子和管道
三、计算压力
工作压力、锅炉出口安全阀较低始启压力与额定压力之差值
第二节未减弱圆筒形元件的强度计算
一、应力分析
三向应力状态、薄壁圆筒
二、第三强度理论
最大剪应力、许用剪应力
三、强度计算公式
理论计算壁厚
第三节圆筒形元件上的减弱
一、孔桥减弱
减弱系数、当量减弱系数、特殊情况、最小孔距
二、焊缝系数
焊缝减弱系数、最小减弱系数
第四节圆筒形元件的强度计算
一、强度计算公式
设计计算、校核计算、
二、附加壁厚
考虑的因素、设计和校核时C的确定、对壁厚的限制
第五节椭球形封头及平端盖的强度计算
一、承受内压力的椭球形封头的计算
设计计算、校核计算、开孔要求
二、圆形平端盖的计算
设计计算、校核计算、开孔要求
第六节单孔与孔桥的加强计算
一、单孔的加强
目的、方法、计算、有效加强范围、未加强孔
二、孔桥的加强
最小孔桥减弱系数、当量允许直径
思考题：
1、锅炉受压元件强度计算时计算壁温和计算压力如何确定？
2、未减弱圆筒形元件的理论计算壁厚如何确定？
3、圆筒形元件的减弱有哪几类？最小减弱系数如何确定？
4、附加壁厚中考虑了哪些因素？
5、单孔加强的方法有哪些？哪些孔属于未加强孔？
第十章供热锅炉水处理
课时：5/3周，共5课时
教学内容
第一节水中的杂质和水质指标
一、水中杂质及其危害性
杂质的种类、钙镁盐类的危害性、溶解气体的危害性、水处理的主要任务、水处理的分类
二、水质指标
悬浮固形物、溶解固形物、硬度、总碱度、相对碱度、PH值、溶解氧、磷酸根、亚硫酸根、含油量
三、供热锅炉的水质指标
锅内加药水处理、锅外化学水处理、热水锅炉
第二节钠离子交换软化
一、钠离子交换软化原理
钠离子交换剂、反应方程式、软化效果、再生
二、固定床钠离子交换设备及运行
顺流再生钠离子交换器、逆流再生钠离子交换器
第六节其它水处理方法简介
一、锅内水处理
钠盐法、有机胶法、复合防垢剂、
第七节锅炉金属的腐蚀
一、锅炉金属的腐蚀原理
气体腐蚀、电化学腐蚀、苛性脆化
二、锅炉金属防腐对锅水的要求
除气、PH值、相对碱度
第八节水的除气
一、热力除气
原理、机构、效果
二、真空除气
原理、特点、效果
三、化学除气
钢屑除气、药剂除气
第九节锅炉的排污及排污量计算
一、排污的种类
连续排污、定期排污
二、排污量的计算
按含碱量、按含盐量、排污率的确定
思考题：
1、锅炉给水中含有哪些杂质？各有什么危害？
2、水处理的主要任务是什么？
3、常用的水质指标有哪些？
4、钠离子交换软化的原理和化学反应方程式是什么？
5、逆流再生钠离子交换器有哪些优点？
6、锅内水处理有哪些方法？
7、锅炉金属的腐蚀主要是由哪些原因造成的？锅炉金属的防腐对锅水的要求有哪些？
8、热力除气的原理是什么？
9、锅炉的排污量如何计算？
第十一章运煤、除灰渣和除尘
课时：1/3周，共1课时
教学内容
第二节烟气除尘和脱硫
一、锅炉大气污染物排放标准
烟尘、有害气体、控制烟尘污染的措施、控制SO2污染的措施、排放标准的概念
二、锅炉常用的除尘装置
旋风除尘器、湿式除尘器、袋式除尘器、静电除尘器、除尘器的选用
思考题：
1、锅炉排放的大气污染物主要有哪些？
2、可以采取哪些措施来控制烟尘和SO2污染？
3、供热锅炉上常用哪些除尘装置？
4、选择除尘器时应考虑哪些因素？
参考书目
1、陈学俊，陈听宽主编。《锅炉原理》。北京：机械工业出版社，1991
2、张永照，陈听宽，黄祥新。《工业锅炉》。北京：机械工业出版社，1982
3、同济大学，湖南大学，重庆建筑工程学院编。《锅炉及锅炉房设备》。北京：中国建筑工业出版社，1988
4、解鲁生编著。《锅炉水处理及水分析》。北京：科学出版社，1988
5、李培元等编。《锅炉水处理》。武汉：湖北科学技术出版社，1989
6、《锅炉机组热力计算标准方法》。北京：机械工业出版社，1976
7、C.N.莫强主编。《锅炉设备空气动力计算（标准方法）》。北京：电力出版社，1981
8、GB1576-2001《工业锅炉水质》
9、GB18342-2001《链条炉排锅炉用煤技术条件》
10、GB13271-2001《锅炉大气排放标准》
11、赵钦新，惠世恩编。《燃油、燃气锅炉》西安交通大学出版社 1999
执笔人：陶永明
2005年11月3日
