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锅炉基本知识
/ o9 y$ [/ s6 q
- y% Z( V& Z. M锅炉基本知识锅炉基本知识4 K' @* N* ?- v9 T, |* Q
§1 概述+ N$ z7 [6 G8 E3 K6 }3 J8 o
锅炉（蒸汽发生器）是利用燃料或其它能源的热能，把工质（一般为进化的水）加热到一定参数（温度、压力）的换热设备。
8 o( T9 v* [1 x# W锅炉是供热之源。锅炉及锅炉房设备的任务，在于安全、可靠、经济有效地将燃料的化学能转化为热能，进而将热能传递给水，以产生热水或蒸汽；或将燃料的化学能传递给其他工质，如导热油等，以产生其他高温的工质，如高温导热油。0 ~; [) ]- S( ~
蒸汽，不仅用来将热能转变成机械能（如电站锅炉的气轮机发电），蒸汽还广泛地作为工业生产和采暖通风等方面所需热量的热载体。通常，我们把用于动力、发电方面的锅炉，叫做动力锅炉；把用于工业及采暖方面的锅炉，称为供热锅炉，通常成为工业锅炉。$ T9 k' Z$ B% A
电站锅炉，处于提高热循环效率的需求，其锅炉所产生的蒸汽，其压力与温度都较高，且日益趋向高温高压和大容量方向发展。例如，与国产的300MW的汽轮发电机组配套的锅炉，其容量为1025吨/小时，蒸汽压力为17MPa（170个大气压），过热蒸汽温度为555℃。* k& h$ A; }# I$ w* v# x ]) n* k
与我们相关的工业锅炉，所产生的蒸汽或热水均不需要过高的压力和温度，容量也不太大，压力一般在2.5MPa（25个大气压）以下，温度一般为饱和蒸汽温度（或有过热，过热蒸汽温度也不太高，一般400℃以下）。生产工艺有特殊要求的除外。
- F! o: b' o/ l) N) v1. 炉的基本构造和工作过程
7 l3 W" Z9 N4 e/ x/ \) p9 e锅炉，主要是锅与炉两大部分的组合。燃料在炉内进行燃烧，将燃料的化学能转变为热能；高温燃烧产物—烟气则通过受热面将热量传递给锅内的工质，如水等，水被加热—沸腾—汽化，产生蒸汽。; `; P) _" |. U. E' D. s) ~8 N: ^
锅的基本构造包括锅筒（又叫汽包）、对流管束、水冷壁、上下集箱和下降管等组成一个封闭的汽水系统。炉，对于链条炉排锅炉来说，包括煤斗、炉排、除渣机、送风装置等；对于室燃炉来说，炉包括燃烧设备等。
4 N* t. M9 o$ O7 Q- a此外，为了保证锅炉的正常工作和安全运行，蒸汽锅炉还必须装设安全阀、水位表、高低水位报警器、压力表、主汽阀、排污阀、止回阀等。& _- Y% g: b/ h' _' _ O
2. 锅炉的分类 锅炉的品种及分类方式众多,其一般分类概况见下表:
, E1 w% S' }, ^( D1 g- H, s; M+ e/ d 分类方法锅炉类型简要说明) c8 V* d- ]7 E4 x3 U$ m
按用途1 x' ?* B' x* K% ?7 v8 `
分类电站锅炉用于发电,大多为大容量、高参数锅炉，火室燃烧，燃烧效率高
: n) q" [& \8 p; c" `" X- T( E 工业锅炉用于工业生产和采暖，大多为低参数、小容量
( U6 g$ M& q! _3 Z4 f 锅炉，火床燃烧（也有火室燃烧），热效率较低，: s3 \0 a3 ?0 b! h. e% U* V3 ?
出口工质为蒸汽的称为蒸汽锅炉，出口工质为热水称为热水锅炉。% X4 L; t$ a5 W& g+ X
船用锅炉用作船舶动力，一般采用低、中参数，大多燃油，
" [/ `0 i5 I# k1 z9 m 要求锅炉体积小，重量轻
0 N" o7 \1 M0 W( N 机车锅炉用作机车动力，一般为小容量低参数，火床燃烧，; X: L0 v. v' U
以燃煤为主，锅炉设计紧凑
L& y8 \( T- r+ o& G' ^, m6 _6 P$ o 按结构6 ^; m* L. m0 _$ r3 H
分类火管锅炉烟气在火管内流动，一般为小容量低参数锅炉，热效率较低但构造简单，水质要求低，维修方便% r2 C3 r; x! G* w, L
水管锅炉汽、水在管内流动，高低参数都有，水质要求高
: \# c& I+ L8 R 按循环方式分类自然循环锅炉具有锅筒，利用下降管和上升管中工质密度差产生工质循环，只能在临界压力以下6 Q) T6 R2 X4 V' V/ p d
多次强制循环锅炉 （也称辅助循环锅炉）具有锅筒和循环泵，利用循环回路中的工质密度差和循环泵压头建立工质循环，只能临界压力下
T. a; D- F+ u; Z: _) r8 z 低倍率循环锅炉具有汽水分离器和循环泵，主要靠循环泵建立工质循环，可用于亚临界和超临界压力，循环倍率. p, [( d! T8 e2 Z0 x+ s
1.25—2.0
9 F/ j& u# h% G6 L' X 直流锅炉无锅筒，给水靠水泵压头一次通过受热面产生蒸汽，适应于高压和超临界* d- ^% ?) s# ]7 v* ^5 P$ {
复合循环锅炉具有在循环泵，锅炉负荷低时按再循环方式，负荷高时按直流方式，适应于亚临界和超临界压力# R' V" ]4 f8 _$ W }! N
按锅炉出口工质压力分类低压锅炉压力小于1.27MPa,(13 大气压)
6 y/ [( R& J/ o- O. q3 K 中压锅炉压力为3.82MPa,(39大气压)
( j) M. g* g0 m6 j- h 高压锅炉压力为9.8MPa,(100大气压)
; b2 O; t! a1 n! s' S. j# I3 j 超高压锅炉压力为13.72MPa,(140大气压)
5 ^. ?9 ?( g. ~% `4 ~ 亚临界压力锅炉压力为13.72MPa,(170大气压)
/ M' N8 v0 v$ L 超临界压力锅炉压力大于22.11MPa(225.65大气压)
9 v2 D' s9 j1 F4 p 按燃烧方式分类火床燃烧锅炉主要用于工业锅炉，包括固定炉排炉，活动手摇炉排炉，抛煤机链条炉、震动炉排炉、下饲式炉排炉和往复炉排炉等，燃料主要在炉排上燃烧0 l9 g1 V8 X3 H8 X4 q7 p! S$ `7 L
火室燃烧锅炉主要用于电站锅炉，液体燃料、气体燃料和煤粉
# A- A9 g, V% o8 I7 {8 c ^ 锅炉，燃料主要在炉膛内悬浮燃烧
, X/ h7 a* g( {# Q+ T" W2 S/ i 旋风炉有卧式和立式两种，燃用粗煤粉或煤屑，微粒在* K4 I( u+ O2 o* C0 w: I
旋风筒中央悬浮燃烧，较大颗粒贴在筒壁燃烧，
: {4 c+ a0 ^4 R5 l. d$ ~ 液态排渣
9 \2 t" E _$ }2 C6 A 沸腾燃烧锅炉送入炉排的空气流速较高，燃煤在炉排上面的沸腾床上沸腾燃烧，宜燃用劣质煤，主要用于工业锅炉。目前开发了较多大型循环流化床锅炉2 R3 ]/ n8 U# U
按所用燃料分类固体燃料锅炉燃用煤等固体燃料+ ~1 P7 ^, @& v
液体燃料锅炉燃用重油等液体燃料8 z! y/ l$ b% f2 c
气体燃料锅炉燃用天然气等气体燃料
, G& N K9 {* |* G4 x9 {# u: u& U 余热锅炉利用冶金、石化等工业余热作热源! H6 z6 ^" A3 L! G6 u, A+ y
原子能锅炉利用核反应堆所释放的热能作热源的蒸汽发生器
" {) B _* P& F 废料锅炉利用垃圾、树皮、废液等废料作燃料的锅炉
& F# J1 e* M1 h+ i: N* ]$ q C- v 其它能源锅炉利用地热、太阳能等能源的蒸汽发生器
! {' k1 Z* W1 U' d 按排渣方式分类固态排渣锅炉灰渣固态排出/ u# J, i3 N) i8 a' Y
液态排渣锅炉灰渣液态从渣口排出，在裂化箱的冷却水中裂化成小颗粒后排入水沟冲走
6 a; P! W* K8 i) d$ a/ o- ~ 按锅筒布置分类单锅筒总置式、单锅筒横置式、双锅筒纵置式电站锅炉一般采用单锅筒式，工业锅炉采用单锅筒或双锅筒式# |* V. Q- ?6 n4 ` C
按炉型分类倒U型，塔型、箱型、N型、D型、A型D型及A型用于工业锅炉，其它炉型一般用于电站锅炉
& C$ _ N# Z% z. O1 J/ m/ o 出厂型式快装、组装、散装小型锅炉采用快装型式
0 [# \8 ~6 v: V; g4 K9 `8 ?& g* V; m. ?2 C: }, [
3. 锅炉的工作过程
$ }5 C! M! ~' j/ O" f% ~1 f/ B锅炉的工作包括三个过程，燃料的燃烧、烟气向水的传热过程和水的汽化过程，这三个过程在锅炉中同时进行。
( m! [* J, k6 r" B2 u一、 燃料的燃烧过程 ]; ~( Z( m9 @0 K/ ?0 p/ ]
不同的燃烧方式其燃烧状况有所不同。以链条炉排锅炉为例，其燃烧设备为链条炉排。燃料在加煤斗中借自重下落到炉排面上，炉排借电动机通过变速齿轮箱减速后由链轮来带动，链条炉排犹如运输机，将燃料源源不断的带入炉内。燃料在炉排上一面燃烧，一面向后移动；燃料燃烧所需的空气由鼓风机通过风道及炉排下部的风仓，向上穿过炉排到达燃料层，进行燃烧，形成高温烟气。燃料最后烧成灰渣，在炉排末端翻过除渣板（俗称老鹰铁）后排出，这整个过程称为燃烧过程。当然，为了锅炉燃烧的持续进行，需要连续不断地供应燃料、空气和排出烟气、灰渣，为了环保的要求，还须对烟气进行除尘处理，为此，需配置鼓风机、引风机、运煤出渣设备及消烟除尘设备。
- W3 {+ c# D3 ?4 M+ a: @) p二、 烟气向工质（水、汽、导热油等）的传热过程- L$ b( b p' L- i
由于燃料的燃烧放热，炉内温度很高。在炉膛的四周墙面上，都布置一排水管，俗称水冷壁管。高温烟气与水冷壁进行强里的辐射换热，将热量传递给管内工质。继而烟气受引风机、烟囱的引力而向炉膛上方流动。烟气出烟窗（炉膛出口）并掠过防渣管后，就冲刷蒸汽过热器----一组垂直放置的蛇形管受热面，使锅（汽包与水冷壁）中产生的饱和蒸汽在其中受烟气加热而得到过热。尾部烟道内依次布置省煤器及空气预热器。经多级传热后的烟气最后排出锅炉。
& p( {2 X* F1 q三、 水的汽化过程' M8 O8 X5 j9 D, i' y$ Q
水的汽化过程也是蒸汽的产生过程，其主要包括水循环和汽水分离过程。经过水处理的锅炉给水由给水泵加压，先经过省煤器而得到预热，然后进入汽包。7 R" z" |0 z- L! [2 ?" M0 V" \
锅炉工作时，汽包中的工质是处于饱和状态下的汽水混合物。位于烟温较低区段的对流管束，因受热较弱，汽水混合物的比重较大；而位于烟气高温区的水冷壁和对流管束由于受热较强，相应地汽水混合物的比重较小；从而比重大的汽水混合物则往下流入下锅筒，比重小的汽水混合物则往上流入上锅筒，这就形成了锅内的自然循环。此外，为了更有效地组织水循环和进行流量分配的需要，一般还设有置于炉墙外的不受热的下降管，借以将工质引如水冷壁的下集箱，而通过上集箱上的汽水引出管将汽水混合物引入上锅筒。 \+ P) o d j+ m
借助上锅筒内装设的汽水分离装置，以及在锅筒本身空间的重力分离作用，使汽水混合物得到了分离；若有过热器，则蒸汽在上锅筒顶部引出后进入蒸汽过热器中，而分离下来的饱和水仍回落到上锅筒下半部的水空间。汽包中的水循环，也保证了与高温烟气相接触的金属受热面得以冷却而不会烧坏，是锅炉长期安全可靠运行的必要条件。而汽水混合物的分离设备则是保证蒸汽品质和蒸汽过热器可靠工作的必要设备。* p0 y2 Y- I/ _6 L
§2 锅炉基本特性的表示
: Y8 |6 u$ F6 F, I7 l为了区别各类锅炉构造、燃用燃料、燃烧方式、容量大小、参数高低以及运行经济性等特点，经常用到如下参数：
6 Z' |! X8 E7 d0 ?5 F一、 锅炉额定出力
# K& b) D j9 J1 ~( L4 a% y锅炉额定出力是指锅炉在额定参数（压力、温度）和保证一定效率下的最大连续出力。对于蒸汽锅炉，叫额定蒸发量，单位为 2 V% o+ x' v+ N. P! K2 H1 y
吨/小时；对于热水锅炉，叫额定产热量。单位为MW（老单位为 万大卡/小时）。6 k' a- k0 I E, A, F+ g, [& P# ~
产热量与蒸发量之间的关系：& f. w( o* m+ @5 L6 w
Q=D（iq-igs）×1000 千焦/小时- `/ w1 a3 E+ [3 B n
式中：D----锅炉蒸发量，吨/小时
5 v3 U. |6 J% u# }/ p0 n/ @# @$ siq----蒸汽焓，千焦/公斤* }4 a" k: o$ L2 N6 d5 ~
igs----锅炉给水焓，千焦/公斤
! V0 s5 G6 @4 [对于热水锅炉：% m' `1 y/ a7 q+ d, y4 y3 V# W, f
Q=G（irs “-irs‘）×1000 千焦/小时! \3 p; f( A% |2 `. X
式中：G----热水锅炉循环水量，吨/小时6 T* j8 A; M+ ?/ p! A
irs “---锅炉出水焓，千焦/公斤4 ~+ e" c- M: D. x
irs ‘---锅炉进水焓，千焦/公斤7 Y5 x6 z. {8 c" ]* D i. O
注： 1千卡（kcal）=4.1868千焦(KJ)
7 J. n- v$ ]' G) y7 _6 f0 L+ P二、蒸汽（或热水）参数; }+ o8 d: O- A8 w1 T% l$ i
锅炉产生蒸汽的参数，是指锅炉出口处蒸汽的额定压力（表压）和温度。对生产饱和蒸汽的锅炉来说，一般只标明蒸汽压力；对生产过热蒸汽的锅炉，则需标明压力和过热蒸汽温度；对热水锅炉来说，则需标明出水压力和温度。; o$ j) w! |5 K7 v: W
工业锅炉的容量、参数，既要满足生产工艺上对蒸汽的要求，又要便于锅炉房的设计，锅炉配套设备的供应以及锅炉本身的标准化，因而要求有一定的锅炉参数系列。见GB1921-88《工业蒸汽锅炉参数系列》及GB3166-88《热水锅炉参数系列》
7 j. y# @3 `3 L3 E4 CGB1921-88《工业蒸汽锅炉参数系列》 9 c) V9 y1 W+ l* P; {$ l
额定蒸发量
% p" l9 g+ y) x7 o" d1 T1 k t/h额定出口蒸汽压力 MPa （表压）& I- N7 T s9 @1 t) q& B
0.40.71.01.251.62.5/ k9 C0 ]& K& Q4 a% l
额定出口蒸汽温度 ℃9 {1 g" l2 Q( M/ ]% g$ N* ?
饱和饱和饱和饱和250350饱和350饱和350400( i3 O8 Z$ T( d$ P
0.1★3 g- t( `) {! `! D" @
0.2★
9 [5 e5 c9 h# ~" ?+ P 0.5★★* V1 f) i2 q; k* C1 z3 U
1★★★- {! x; O# m2 w. L) o8 T+ H
2★★★★
& o! G1 w# D5 A& t. t- O& W1 p 4★★★★★
" A' X& d! K$ U, @. |& n! c" Q& D 6★★★★★★★
1 x2 x+ z; P4 m2 b" A, T 8★★★★★★★
9 S% `. w6 c; `7 D2 z2 N( V9 f 10★★★★★★★★★( i# s: `" K4 w. |) @
15★★★★★★★★
7 s& A" a9 \7 _ ?! @# T 20★★★★★★★
' F/ Y$ ~/ M. u1 b0 Y2 ]8 [7 f" I5 X* X 35★★★★★★! Z9 [ ~+ A. _9 i1 D+ u
65★★) T( {$ E* G+ X/ {
$ K3 U' C5 q" }$ G
/ d: N6 u8 f& {1 Y& D% y5 p本表中的额定蒸发量,对于<6t/h的饱和蒸汽锅炉是20℃给水温度下锅炉额定蒸发量，对于>6t/h的饱和蒸汽锅炉及过热蒸汽锅炉是105℃给水温度下锅炉额定蒸发量。
; H( ^. {9 p( |* G9 b1 D锅炉设计给水温度为20℃，60℃及105℃，设计时结合具体情况而定。: L* U3 X; O0 V4 G
GB3166-88《热水锅炉参数系列》 P1 Y1 E, R# P8 b# t
额定 热功率MW 额定出口/进口温度 ℃
2 B% T8 C( J: l+ Z' R+ E 95/70115/70130/70150/90180/110
* R1 x _; T2 ~) h8 {$ w9 C6 Q& s 允许工作压力MPa （表压）- x# q8 ~, j! `# a& C1 T
0.40.71.00.71.01.01.251.251.62.57 ~+ l) w y( E1 Q7 k
0.1★* I# c# g+ h4 I& u! F! ?
0.2★
9 ^1 Q2 A7 o! R( o4 n/ ? t 0.35★★2 a0 _3 H& q4 z
0.7★★★% M- j- R# Z. C& f9 Y+ L
1.4★★★
" J" Z1 _% t& j# m 2.8★★★★★★★★
( U5 n$ S4 I& |1 ?# h 4.2★★★★★★★
" q' m; }/ G; v1 \ m" U+ @ 7.0★★★★★★★: P: s- R$ i5 `) d2 e$ N/ M6 D% m
10.5★★★2 F, e n, z# w- a P2 `* R
14★★★★5 Z) Q' X" ^9 {) H9 k) `. R! @
29★★★★
: b1 T3 w# e; ~3 \6 B, t4 x 46★★
1 S0 `- d+ s2 r* p9 K/ \2 H' M 58★★
! `2 U4 R" O" v2 R 116★★1 t0 c/ n+ h6 O# h
, q; V: l3 i) [0 _四、 锅炉热效率
. t- O7 u9 x/ j% a) s; [* f0 T锅炉的热效率是指送进锅炉的燃料（全部完全燃烧时）所能发出的热量中有百分之多少被用来产生蒸汽或加热水或其它工质。以符号η来表示。它是一个能真实反映锅炉运行的经济性指标。
4 @! F# l3 b/ p) f; G* |五、 锅炉型号及表示
: `. q9 |- w& Y/ O) p' j. r$ ~; DGB/T1626-92《工业锅炉产品型号编制方法》规定：
6 O* v5 t" [3 J3 S/ H$ y工业锅炉产品型号由三部分组成，各部分之间用短横线相连。: V4 t8 p5 `( ]2 G/ z3 ~
△△ △ ×× ---- ××/××× ------ △
6 y2 w$ ?7 u) p9 @燃料种类代号
0 e; Z7 P! [! j t" z3 u' r过热蒸汽温度或出水/进水温度
, X" b9 f& H/ a& t额定蒸发量2 q2 H' _$ T. Y9 R/ h
额定热功率" u2 q" P0 q7 U9 P/ R' `
工作压力
$ X, F4 j8 E$ z2 b燃烧设备代号" |/ T0 V6 ?% S& o; _7 [/ M. W* e q0 d
锅炉总体型式代号9 j7 }# K6 P* l6 ^' ^: \
锅炉总体型式代号见下表：6 a( M4 Q8 ^! P5 E: [
火管（锅壳）锅炉水管锅炉
6 h) L. ?* D. u8 e7 Q, @8 ^5 Y7 W 锅炉总体型式代 号锅炉总体型式代 号( B/ c4 |1 p+ j+ U
立式水管LS单锅筒立式DL
- |( D9 `; T8 k- |2 b& a 立式火管LH单锅筒纵置式DZ
+ f( g$ l3 O: l! x 卧式外燃WW单锅筒横置式DH) U: @1 _& P+ V2 L- }0 [9 _
卧式内燃WN双锅筒纵置式SZ( B5 u5 w6 n4 z& C, e; ^
双锅筒横置式SH
& a+ w0 H! c, X" t @. ?4 k 纵横锅筒式ZH+ @4 ?: C2 }5 U1 ~' e. i, W
强制循环式QX: Z4 W. Y" m" N4 M& J( S
! A, ?! w# ~' x$ L
燃烧方式代号见下表：
$ V7 v7 r6 E0 _8 t" b3 b6 p 燃烧方式代 号燃烧方式代 号9 B* w4 W7 I* h
固定炉排G抛煤机P
" O, r5 t# Z4 u 固定双层炉排C振动炉排Z: d9 z: ?" }, M6 [" N, Y& q3 A5 {
活动手摇炉排H下饲炉排A# s" z+ _ S; E& v- [8 m7 _* `0 v
链条炉排L沸腾炉F7 A3 m4 S8 q, |. c( Z+ H
往复炉排W室燃炉S
! ` u6 g/ c) ^. I8 u; g7 L# Y6 k- _8 X- F9 s9 b/ [
燃料种类见下表：! d1 x8 |. r. Y. P
燃料种类代 号燃料种类代 号
% m9 K8 c) }& E$ g: j8 C Ⅰ类劣质煤LⅠ褐煤H
3 ~6 B. d# E! F7 M Ⅱ类劣质煤LⅡ贫煤P- k* c; B. O2 m+ h
Ⅰ类无烟煤WⅠ型煤X7 z D7 X1 @+ O( o
Ⅱ类无烟煤WⅡ木柴M1 u2 p" a9 s) C9 ?$ Q
Ⅲ类无烟煤WⅢ稻糠D
% j8 F. B4 d g/ d1 X/ U Ⅰ类烟煤AⅠ甘蔗渣G
3 B) e/ K( o3 Q' r: o Ⅱ类烟煤AⅡ油Y; q1 \% y. A$ X0 N. {$ X# G. u/ L
Ⅲ类烟煤AⅢ气Q$ O3 o4 t, S- m3 g9 [
! g& B7 [+ i0 X- P' a |
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发表于 2006-12-20 17:20:37