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锅炉基础知识吕鸣涛2011年7月第一部分基本知识第二部分工业锅炉的类型和结构第三部分工业锅炉安全附件及保护装置第四部分锅炉安全监察基本知识第一章基本知识第一节工业锅炉的基本概念一、序言1、锅炉的发展历史最早（1720）年英国出现的锅炉2、锅炉数量：全国：在用锅炉约60万台河南省：共25383台（截至2010年底统计）。其中：电站锅炉:595台，工业锅炉+生活锅炉:23640台，有机热载体炉:1148台。（地位：中等稍微偏上）3、我国工业锅炉目前存在的问题1）锅炉热效率低–我国工业锅炉以煤，并且几乎都是未经洗选的原煤为主要燃料，平均热效率６０％左右，比发达国家低15～20个百分点–造成锅炉热效率低的主要原因①原煤在层燃炉内燃烧效率低②燃烧组织不好③炉膛受热面布置不当，传热效果差④对流受热面利用率低，排烟温度高⑤煤质多变，未按设计燃料运行2）单台容量小–生活及生产用工业锅炉平均单台容量仅为2.28ｔ/ｈ3）污染严重–我国小型工业锅炉，尤其是2ｔ/ｈ以下锅炉绝大多数消烟除尘设备不完善或根本没有消烟除尘设备，同时又无脱硫设备，造成大多数锅炉烟囱排放黑烟，排烟黑度、烟尘浓度和ＳＯ２排放浓度严重超过国家环保标准。4）机械化、自动化水平低我国小型工业锅炉多数还是人工添煤、人工除灰，并且司炉水平参差不齐，锅炉运行水平不高。5）锅炉制造水平低一部分小型工业锅炉厂缺少专业技术人员，图纸资料不完整、不齐全，检验设备简陋。这不仅保证不了锅炉技术经济环保指标，也难以保证制造质量。4、锅炉发展趋势：设计原则：S+3ES—SAFETY（安全）E—ECONOMY（经济）E—ENVIRONMENT（环保）E—EFFICIENCY（性能）•S安全—首要关注。锅炉是一种承受高温高压的设备，具有爆炸的危险，可能会造成灾难性的后果，如群死群伤、巨大经济损失等*南柴事故—发生在1979年，南阳柴油机厂浴池中锅炉换热器（加热水箱）爆炸，造成44人死亡，33人受伤，直接经济损失非常大，影响也很大。*1998年南阳新野化肥厂10t/h流化床锅炉发生爆炸，18mm锅筒炸开了一条一米多长的口子，锅炉房炸塌，5人被烧伤。整个锅炉报废，连钢架都炸弯变形了，经济损失一百多万。原因：锅炉严重缺水，突然上水，造成迅速产生大量蒸汽，一瞬间压力急促增加，超过了锅筒所能承受的压力，产生了爆炸。*2002年郑州市杨君刘村一家豆腐坊，一台常压锅炉带压使用，发生爆炸，造成一人死亡，两人受伤。*2007年11月8日,郑州荥阳市一家制衣厂一台立式蒸汽锅炉发生爆炸,三死四伤。2010年9月23日，山西省吕梁市孝义市阳泉曲镇运峰铝业有限公司发生蒸汽锅炉爆炸事故，9人遇难、4人受伤。为保证锅炉安全使用，国家对锅炉等特种设备严格管理设计、制造、安装、检验、维修、改造、使用7个环节1E节能—永恒的话题。《中华人民共和国节约能源法》2008年4月1日起施行（《能源法》）对锅炉来讲，就是要求“效率高”，国家有一个标准《工业锅炉通用技术条件》（JB/T10094-2002），规定了最低效率下限，针对不同的容量、不同的煤种，但同时还得综合考虑经济性。TSGG0002-2010《锅炉节能技术监督管理规程》2010年8月30日由国家质检总局批准颁布，2010年12月1日起实施。2E环保—锅炉燃料燃烧后，除输出热量外，同时还要向大气出大量的灰渣、烟（飘）尘和CO、NOX、SO2等有害气体，对空气造成直接污染，影响环境和身体健康。飘尘—直径10微米碳粒和灰粒。呼吸道疾病+使太阳光照度减弱，影响植物生长。SO2——呼吸系统的疾病+同烟气中的水蒸汽发生化学反应，生成亚硫酸或硫酸，腐蚀锅炉受热面、引风机等金属材料。CO—当一氧化碳在大气中达到一定浓度时会引起人体中毒，长期生活在微量一氧化碳环境中的人，容易引起贫血、消化不良、呼吸困难和视力听觉发生障碍等疾病，浓度过大就能引起中毒死亡。NOX—其毒性显著，直接损坏眼鼻喉的粘膜；容易引起呼吸道及肺部发炎。二氧化氮同碳氢化合物同时存在时，经太阳光中的紫外线照射后，产生乙醛、臭氧及其它有毒化合物，生成光化学烟雾。这种烟雾对人体和动植物危害更大。致癌物质3E性能—发展趋势是向大容量、高参数发展。国内：100万KW（3000t/h锅炉）国外：130万KW（4000t/h锅炉）压力从低→高：低压锅炉→中压锅炉→高压锅炉→超高压锅炉→亚临界锅炉→超临界锅炉→超超临界锅炉蒸汽温度可达568℃临界参数：22.12MPa、374.15℃二、概念通俗的说法：锅炉=“锅”+“炉”汉语表述最为科学、准确、简洁；英文:Boiler（蒸汽发生器）锅炉---是指利用各种燃料、电或者其它能源，将盛装的液体加热到一定的参数，并承载一定压力的密闭设备。（《条例》中规定的含义）锅炉---是一种利用燃料燃烧释放的热能或者其他能源，加热给水或者其他工质，以获得规定参数（温度、压力）和品质的蒸汽、热水或者其他工质的设备。（GB2900.48：功能定义）三、锅炉概述1、工作原理：是将燃料在炉膛内进行燃烧（电能）释放出热量，锅内的工质吸收热量变成具有一定温度和压力的蒸汽、热水或有机热载体，以供发电、生产和生活上使用。2、组成：锅+炉+安全附件+自控装置+附属设备锅+炉=锅炉本体“锅”：是指锅炉吸收热量，并将热量传给水的受热面系统，是锅炉中储存或输送锅水或蒸汽的密闭受压部分。主要包括：锅筒（或锅壳）、水冷壁、过热器、再热器、省煤器、对流管束、集箱（或联箱）、下降管、导汽管等。水冷系统“炉”：是指燃料燃烧产生高温烟气，将化学能转化为热能的设备，主要包括燃烧设备和炉墙等。燃烧设备水冷系统+燃烧设备=锅炉本体安全附件：安全阀、压力表、水位表、温度计、警报器等；三大附件自控装置：给水调节装置、燃烧调节装置、点火装置、超压连锁保护装置、低水位连锁保护装置、熄火保护连锁装置等；附属设备：燃料制备与输送设备、出渣设备、除尘设备、通风设备等。锅炉附属设备的作用（1）燃料供应设备：贮存和运输燃料（2）磨煤及制粉设备：将煤磨制成煤粉并输入燃用煤粉的锅炉燃烧设备燃烧（3）送风设备：由送风机将空气送入空气预热器加热后输往炉膛及磨煤装置应用。（4）引风设备：由引风机和烟囱将锅炉排出的烟气送往大气（5）水处理设备：将天然水转化为锅炉用水（6）给水设备：给水泵将经过处理后的给水送入锅炉（7）除灰除渣设备：从锅炉中除去灰渣并运走（8）除尘脱硫脱硝设备：除去锅炉烟气中的飞灰、SO2、NO，改善环境卫生。3、工作过程：三个连续的过程（燃煤锅炉为例）1）燃料的燃烧过程（炉内过程）化学能→烟气所携带的热能2）传热过程烟气所携带的热能→受热面→工质（3）工质的升温、汽化、过热过程（锅内过程）工质吸热→加热到额定温度4、工作系统•汽水系统：给水→加热→蒸汽（或热水）；•煤灰系统：煤→燃烧→灰、渣；•烟风系统：空气→燃烧→烟气（过剩的空气、CO2、SO2、SO3、NOX）→换热后→排入大气。锅炉设备的整个工作流程发电机汽轮机除氧器水箱煤斗汽包水冷壁煤输送带对流过热器屏式过热器省煤器空气预热器烟囱灰渣泵引风机除尘器冲灰沟送风机炉膛给水泵主变压器冷凝器5、锅炉的工作特性•爆炸的危险性•易于损坏性•使用的广泛性•可靠的连续运行性第二节锅炉常用术语及参数系列一、容量---又称出力。指锅炉能力的大小，对蒸汽锅炉：蒸发量对热水锅炉：供热量（热功率）1、蒸发量---蒸汽锅炉长期连续运行时，每小时所产生的蒸汽量。单位：吨/时（t/h)额定蒸发量---锅炉在受热面无积灰、燃用原设计燃料、在额定给水温度和设计的工作压力下并保证效率的前提下长期连续运行时，每小时所产生的蒸汽量。2、供热量---指热水锅炉长期连续运行时，每小时所输出热水的带热量。D单位：兆瓦（MW）老单位：千卡/时或大卡/时（Kcal/h)换算关系：0.7MW=60×104Kcal/h二、压力---垂直作用在单位面积上的力，叫压强。但习惯称压力。P单位：兆帕（MPa）老单位：公斤力/厘米2（Kgf/cm2)绝对压力—以压力为零作为测量起点。P绝相对压力—以当时当地的大气压力作为测量起点。P相。用压力表测量出来，也叫表压力。P表P绝=P相+P大气大气压力—空气作用在地球表面上的力。原因：空气也有重量随温度、海拔高度而变化。其它单位：毫米汞柱（mmHg)、米水柱(mH2O)换算关系：0.0981MPa=735.6mmHg=10mH2O=1Kgf/cm2一般1MPa≈10Kgf/cm2额定蒸汽压力---蒸汽锅炉在规定的给水压力和负荷范围下长期连续运行时，应保证的出口蒸汽压力。额定出水压力---热水锅炉在规定的给水压力和负荷范围下长期连续运行时出口的最高工作压力。锅炉上应用：一般都是表压。但做强度计算或强度校核时，查水或水蒸气参数表的时候，要用绝对压力。三、温度---指物体冷热的程度。t表示方法：摄氏温度、开氏温度、华氏温度。额定蒸汽温度---指锅炉运行时输出蒸汽的最高温度。有过热器：过热器出口蒸汽温度；无过热器：额定蒸汽压力对应下的饱和蒸汽温度。四、受热面---从放热介质吸收热量再传递给受热介质的表面。水冷壁、炉胆、锅炉管束、烟管······分为两种：辐射受热面--主要以辐射的方式从放热介质吸收热量的受热面；对流受热面--主要以对流的方式从放热介质吸收热量的受热面。五、锅炉热效率---锅炉有效利用的热量与单位时间内所消耗燃料的输入热量的百分比。ηη=输出热量/输入热量×100%输入热量-输出热量=热损失。也常用百分数来表示。对锅炉来说，热损失主要有五项：1、排烟热损失q22、化学不完全燃烧热损失q33、物理（机械）不完全燃烧热损失q4（1）灰渣损失（2）飞灰损失（3）漏煤损失4、散热损失q55、灰渣热损失q6显然η=1-（q2+q3+q4+q5+q6）JB/T10094-2002六、蒸汽品质---表示蒸汽的纯洁程度。有湿度（W）和含盐量两个指标。1、湿度---饱和蒸汽中水分的质量百分比。W=Gw/（Gq+Gw）干度---饱和蒸汽中蒸汽的质量百分比。X=Gq/（Gq+Gw）一般地，水管炉W≤3%；锅壳炉W≤4%。2、含盐量工业锅炉≤0.5mg/Kg危害：沉积在过热器受热面管子中，使管壁温度升高，致使管子烧坏。七、水压试验---指以水为介质，以规定的试验压力对锅炉受压部件的强度和严密性进行的检验。对锅炉来说，这是一个非常重要的检验手段，也是我们每个检验员在实际工作经常要碰到的一项检验工作。关于水压试验；水温：一般20～70℃，但要高于露点温度，防止结露。结露---当金属表面的温度低于周围环境空气的温度时，空气中的水分凝结到金属表面的现象。开始结露的温度叫露点温度。环境温度：高于5℃；若低于5℃，必须有放冻措施。水压试验压力名称锅筒（锅壳）工作压力P试验压力锅炉本体＜0.8MPa1.5P但不小于0.2MPa锅炉本体0.8～1.6MPaP+0.4MPa锅炉本体＞1.6MPa1.25PMPa过热器任何压力与锅炉本体试验压力相同可分式省煤器任何压力1.25P+0.5MPa水压试验步骤、程序：1、缓慢升压至工作压力；2、检查有无漏水或异常现象；3、继续缓慢升压至试验压力，并注意防止超压；4、在试验压力下保持20分钟；5、缓慢降压至工作压力；6、在工作压力下，对所有参加水压试验部件进行对照性检查是否有泄露；7、缓慢泄压；8、检查所有参加水压试验的承压部件是否有残余变形。合格标准：1、在受压元件金属壁和焊缝上没有水珠和水雾；2、当降到工作压力后胀口处不滴水珠；3、水压试验后，没有发现残余变形。八、水位---锅筒中汽水的分界面称为水位。能保证锅炉安全运行的最低（高）水位，就叫最低（高）安全水位。九、最高火界火界---是指当受热面露出水面而无水冷却时，其壁温超过受热面材料最高允许温度的部位称为火界。所有火界的最高部位称为最高火界。十、呼吸空位---锅壳锅炉平管板上温度不同相邻元件之间的最小距离。十一、发热值---1Kg固（液）体燃料或1标m3气体燃料完全燃烧时放出的热量，叫这种燃料的发热值。并且规定，发热值为7000Kcal/Kg的煤为标准煤。十二、排