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锅炉相关知识培训教材深圳中兴科扬2008年5月1锅炉的基本原理1.1锅炉的基本构造1.2锅炉的工作原理1.3锅炉的工作过程1.4锅炉经济指标1.1锅炉的基本构造什么是锅炉锅炉也称蒸汽发生器，是一种利用燃料等能源的热能或工业生产中的余热，将工质加热到一定温度和压力的热力设备。它是由“锅”（即锅炉本体水压部分）、“炉”（即燃烧设备部分）、附件仪表及附属设备构成的一个完整体。锅炉在“锅”与“炉”两部分同时进行，水进入锅炉以后，在汽水系统中锅炉受热面将吸收的热量传递给水，使水加热成一定温度和压力的热水或生成蒸汽，被引出应用。在燃烧设备部分，燃料燃烧不断放出热量，燃烧产生的高温烟气通过热的传播，将热量传递给锅炉受热面，而本身温度逐渐降低，最后由烟囱排出。“锅”与“炉”一个吸热，一个放热，是密切联系的一个整体设备。锅炉在运行中由于水的循环流动，不断地将受热面吸收的热量全部带走，不仅使水升温或汽化成蒸汽，而且使受热面得到良好的冷却，从而保证了锅炉受热面在高温条件下安全的工作。锅炉的一些基本参数锅炉参数对蒸汽锅炉而言是指锅炉所产生的蒸汽流量、工作压力及蒸汽温度。对热水锅炉而言是指锅炉的热功率、出水压力及供回水温度。（一）蒸发量（D）蒸汽锅炉长期安全运行时，每小时所产生的蒸汽流量，即该台锅炉的蒸发量，用“D”表示，单位为吨/小时（t/h）或kg/s。（二）热功率（供热量Q）热水锅炉长期安全运行时，每小时出水有效带热量。即该台锅炉的热功率，用“Q”表示，单位为兆瓦（MW），工程单位为104千卡/小时（104Kcal/h）。（三）工作压力工作压力是指锅炉最高允许使用的压力。工作压力是根据设计压力来确定的，通常用MPa来表示。（四）温度温度是反映物质热力状态的一个基本参数，通常用摄氏度即“℃”。锅炉铭牌上标明的温度是锅炉出口处介质的温度，又称额定温度。对于无过热器的蒸汽锅炉，其额定温度是指锅炉额定压力下的饱和蒸汽温度；对于有过热汽的蒸汽锅炉，其额定温度是指过热汽出口处的蒸汽温度；对于热水锅炉，其额定温度是指锅炉出口的热水温度。锅炉的分类锅炉用途广泛，型式众多，一般可按下列方法分类：a,按用途分类电站锅炉：用于发电，大多为大容量、高参数锅炉，火室燃烧，效率高，出口工质为过热蒸汽。工业锅炉：用于工业生产和采暖，大多数为低压、低温、小容量锅炉，火床燃烧居多，热效率较低，出口工质为蒸汽的称为蒸汽工业锅炉，出口工质为热水的称为热水锅炉。船用锅炉机车锅炉注汽锅炉：用于油田对稠油的注汽热采，出口工质一般为高压湿蒸汽。b,按结构分类火管锅炉：烟气在火管内流过，一般为小容量、低参数锅炉，热效率低，但结构简单，水质要求低，运行维修方便。水管锅炉：汽水在管内流过，可以制成小容量，低参数锅炉，也可以制成大容量、高参数锅炉。电站锅炉一般均为水管锅炉，热效率高，但对水质和运行水平的要求也较高。c，按循环方式分类自然循环锅筒锅炉多次强制循环锅筒锅炉低倍率循环锅炉直流锅炉复合循环锅炉d，按锅炉出口工质压力分类低压锅炉：一般压力小于1.275MPa中压锅炉：一般压力为3.825MPa高压锅炉：一般压力为9.8MPa超高压锅炉：一般压力为13.73MPa亚临界压力锅炉：一般压力为16.67MPa超临界压力锅炉：一般压力为22.13MPae,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、往复炉排炉等。火室燃烧锅炉：主要用于电站锅炉，燃用液体燃料、气体燃料和煤粉的锅炉均为火室燃烧锅炉。沸腾炉：送入炉排空气流速较高，使大颗粒燃煤在炉排上面的沸腾床中翻腾燃烧，小颗粒燃煤随空气上升并燃烧。f,按所用燃料或能源分类固体燃料锅炉：燃用煤等固体燃料；液体燃料锅炉：燃用重油等液体燃料；气体燃料锅炉：燃用天然气等气体燃料；余热锅炉：利用冶金、石油化工等工业的余热作热源；原子能锅炉：利用核反应堆所释放热能作为热源的蒸汽发生器；废热锅炉：利用垃圾、树皮、废液等废料作为燃料的锅炉；其它能源锅炉：利用地热、太阳能等能源的蒸汽发生器或热水器。g,按排渣方式分类固态排渣锅炉液态排渣锅炉h,按炉膛烟气压力负压锅炉：炉膛压力保持负压，有送、引风机，是燃煤锅炉主要型式；微正压锅炉：炉膛表压2—5KPa，不需引风机，易于低氧燃烧；i,按锅筒布置分类锅炉锅筒数一般为一个或两个，锅筒可纵置或横置布置，现代锅筒型电站锅炉都采用单锅筒型式，工业锅炉采用锅筒或双锅筒型式。j,按炉型分类锅炉炉型很多，有倒U型、塔型、箱型、T型、U型、N型、L型、D型、A型等。D型、A型用于工业锅炉，其它炉型一般用于电站锅炉。k,按锅炉房型式分类锅炉可作露天、半露天、室内、地下或洞内布置，工业锅炉一般采用室内布置，电站锅炉主要采用室内半露天或露天布置。l,按锅炉出厂型式分类可分为快装锅炉、组装锅炉和散装锅炉；小型锅炉可采用快装型式，电站锅炉一般为组装或散装。1.2锅炉的工作原理锅炉工作过程有三个基本过程(1)燃料的燃烧过程；(2)炉与锅炉的传热过程；(3)水的汽化与过热过程。与之相对应的理论知识是：(1)燃烧原理；(2)传热学；(3)流体力学和工程热力学。1.2.1燃料的燃烧燃料在锅炉炉膛内燃烧。按燃烧方式不同，锅炉可分为：(1)室燃炉，主要用于发电等的大容量锅炉，最小容量75t/h；(2)层燃炉，主要用于生产工业用加热蒸汽或水，一般最大容量75t/h；(3)沸腾炉(循环流化床)，一般最小容量10t/h，最大容量国内做到1000t/h(四川白马电厂)。室燃炉室燃炉所用燃料有煤粉、液体燃料和气体燃料，可分别称为煤粉炉、燃油炉和燃气炉。室燃炉的燃料由输送管道通过燃烧器送入炉膛中燃烧，燃烧所需要的空气由一次风管、二次风管以及三次风管分别送入。注意：可以用固体燃料、液体燃料、气体燃料。电厂煤粉炉示意图层燃炉由手工方式或机械方式向炉膛内送煤或其他固体燃料，在炉排上形成燃料层，燃烧所需的空气由风机送入燃料层下的送风仓，透过燃烧层进行燃烧而产生高温烟气。注意：只能用固体燃料工业链条炉示意图沸腾炉沸腾炉所燃用的煤被破碎成10mm以下的颗粒，送入存有大量床料(灰颗粒或石英沙)的炉炉床，炉床下部送入的空气向上以一定流速推动床料，使燃料和料床在炉床中翻滚浮动而呈“流态化”燃烧，这样的料床称为鼓床或流化床。现在常用的为循环流化床锅炉。注意：沸腾炉的燃料也是固体燃料。循环流化床锅炉沸腾炉的燃烧示意图1.2.2锅与炉的传热锅炉受热面有两大部分，炉膛受热面和对流受热面。炉膛受热面炉膛受热面又称水冷壁，传热方式主要以辐射换热为主，对于小型工业锅炉，还有部分锅筒表面参与换热。炉膛内，进入炉膛的燃料与空气混合后着火燃烧产生的高温火焰和烟气，通过辐射把热量传递给四周的水冷壁管，水在冷壁管内受热蒸发产生饱和蒸汽。此传热过程，传热量的大小与炉膛受热面、进入炉膛的燃料量多少相关，会使炉膛出口烟温产生相应变化。在一定的燃料量和热空气温度下，炉膛受热面大，传热量随之增加，使炉膛的出口烟温降低；而如果炉膛受热面布置较小时，意味着炉膛出口烟温提高。在锅炉负荷发生变化时，炉膛出口烟温则随负荷的大小而升降。通常炉膛出口烟温：对大型电站煤粉炉，约为1000℃-1200℃；对中小型锅炉，炉膛出口烟温不应低于950℃，其高值按燃料的灰分变形温度为限，且不超过1100℃。如果燃用液体燃料或气体燃料时，由于无结渣问题，可选1200℃左右。炉膛受热面除起到传热作用外，还有保护炉墙的作用。注意：炉膛的换热方式主要以辐射换热为主。对流受热面电站锅炉的对流受热面包括过热器、再热器、省煤器，工业锅炉的对流受热面则包括对流管束、过热器、省煤器。对带有空气预热器的锅炉，空气预热器从传热的角度看，也可作为对流受热面。炉膛烟气出口处，通常布置数排凝渣管束，以对后面的过热管起到保护作用，防止管束外表面结渣。凝渣管束的后方布置过热器，通过对流换热和辐射热将汽包(锅筒)出来的饱和蒸汽加热至所需参数的过热蒸汽，以提高电站的热效率。再热器布置于过热器后部，烟气通过对流换热将从汽轮机高压缸抽出的蒸汽在再热器中加热，称为再热过程，以提高热力循环的热效率和保证汽轮机的排汽干度。注意：过热器的传热方式既有辐射换热又有对流换热。再热器以对流换热为主。对流受热面电站锅炉的对流受热面包括过热器、再热器、省煤器，工业锅炉的对流受热面则包括对流管束、过热器、省煤器。对带有空气预热器的锅炉，空气预热器从传热的角度看，也可作为对流受热面。炉膛烟气出口处，通常布置数排凝渣管束，以对后面的过热管起到保护作用，防止管束外表面结渣。尾部对流受热面有两部分，一是省煤器，它使给水在进入锅筒之前，预先加热到某一温度(通常低于饱和温度或达到饱和温度)；二是空气预热器，做一日和尚撞一天钟空气在进入炉膛之前被加热到一定温度，以改善炉内的燃烧过程，同时降低排烟温度，提高锅炉的热效率。注意：省煤器与空气预热器都是对流受热面。电站锅炉的对流受热面包括过热器、再热器、省煤器，工业锅炉的对流受热面则包括对流管束、过热器、省煤器。对带有空气预热器的锅炉，空气预热器从传热的角度看，也可作为对流受热面。炉膛烟气出口处，通常布置数排凝渣管束，以对后面的过热管起到保护作用，防止管束外表面结渣。凝渣管束的后方布置过热器，通过对流换热和辐射热将汽包(锅筒)出来的饱和蒸汽加热至所需参数的过热蒸汽，以提高电站的热效率。1.2.3水的受热、汽化及过热过程该过程是饱和蒸汽的生产过程。给水加热器使给水加热到145-175℃(中压锅炉)或215-240℃(高压锅炉)，由给水管道将水送到省煤器，水在省煤器中被加热到某一温度后进入锅筒，然后沿下降管下行到水冷壁进口集箱，经适当分配后注入水冷壁管，水在水冷壁管内吸收炉膛内的辐射热后形成和水和饱和蒸汽的混合物，上升进入锅筒内，由汽水分离装置分离，蒸汽由锅筒上部流入过热器，分离下来的水仍参与水冷壁管内的循环。汽水混合物的分离设备是保证蒸汽品质和过热器工作可靠的必要设备。蒸汽流入过热器后继续被加热成具有一定温度和过热度的过热蒸汽。1.3．锅炉的工作过程1.3.1锅炉的燃烧过程什么是燃烧燃烧是燃料中的可燃物质与氧进行强烈氧化化反应的过程，这是一种复杂的物理化学综合过程。它需要具有一定的温度和浓度条件、一定的时间和空间条件。燃料进入锅炉燃烧的基本过程：燃烧炉膛(或炉排)除渣设备。高温烟气水冷壁过热器（凝渣管）对流管束尾部受热面(省、空)除尘引风机烟囱烟气的基本流程是：辐射辐射+对流对流对流1.3.2工质(水)的加热和汽化过程蒸汽的产生过程给水省煤器汽锅过热器汽轮机未饱和水饱和水饱和蒸汽过热蒸汽水循环过程汽锅下降管下集箱水冷壁1.4锅炉经济指标受热面蒸发率每m2蒸发受热面每小时所产生的蒸汽量，符号D/H；单位kg/m2·h锅炉热效率每小时送进锅炉的燃料（全部完全燃烧时）所能发出的热量中有有百分之几被用来产生蒸汽或加热水，以符号%表示。汽煤比一吨标准煤所能产生的蒸汽量。由于锅炉生产出蒸汽的参数不同，所以产生不同蒸汽参数的锅炉没有可比性。对于工业比较常用。2锅炉房设备2.1锅炉本体及其辅助设备2.2汽包2.3过热器与再热器2.4省煤器与空气预热器2.1锅炉本体及其辅助设备2.1.1锅炉本体设备包括：（1）汽锅、炉子、蒸汽过热器、省煤器和空气预热器、燃烧器、锅炉钢架；（2）锅炉附加受热面：蒸汽过热器、省煤器和空气预热器；（3）锅炉尾部受热面：省煤器和空气预热器。2.1.2锅炉房辅助设备（1）运煤、磨煤、除灰系统；（2）送引风系统；（3）水、汽系统(包括排污系统)；（4）电气、仪表。2.2汽包2.2.1汽包的做用（1）汽包是加热、蒸发、过热三个过程的连接枢纽，同时作为一个平衡器，保证水冷璧循环所需要的压头；（2）存有一定容量的水与汽，具有相当的蓄热量，当锅炉工况变化时，能起缓冲稳定汽压的作用；（3）装有汽水分离装置，保证饱和蒸汽的品质；汽包的特点（1）装有测量表计与安全附件，水位是锅炉最主要控制的参数；（2）是锅炉安装中时最重的的部件。480t/h蒸发量的锅炉汽包约重70吨到90吨。（3）制造工艺要求高。汽包是锅炉设备中制造工艺用最严格的部