锅炉基础知识讲义

锅炉基本知识

锅炉概念

按《条例》定义，锅炉是指利用各种燃料、电或者其他能源，将所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，其范围规定为容积大于或者等于30L的承压蒸汽锅炉；出口水压大于或者等于0.1MPa(表压)，且额定功率大于或者等于0.1MW的承压热水锅炉；有机热载体锅炉。

锅炉的概念中还包括其安全附件、安全保护装置和与安全保护装置相关的设施。

水的性质

水在自然界中有固态(冰)、液态(水)、气态(水蒸汽)三种形态。在一定的压力下，水被加热，吸收热量以后，温度就逐渐升高，到一定温度时，水便开始沸腾。水沸腾时的温度，叫做沸点。沸点状态下的水称为饱和水。沸点也叫饱和温度。1 kg的水由0℃加热至饱和温度，所吸收的热量称为水的液体热。

在不同的压力下，水的饱和温度、液体热、汽化潜热是不同的，表1-1中列出了几种压力下，它们的相应值。蒸汽过热热量则与过热度和压力有关。汽化潜热为零的状态称为临界状态，相应的各项参数称为临界参数。

锅炉工作原理

输入能量为燃料中的化学能的锅炉，其工作原理可用下述工作过程和工作系统来说明。

•(1)工作过程

•锅炉产生热水或蒸汽需要以下三个过程：

•①燃料的燃烧过程：燃料在炉膛内燃烧放出热量的过程。

•②传热过程：燃料燃烧后产生的热量，通过受热面传递给锅内的水或蒸汽的过程。

•③水的加热、汽化过程：锅内的水吸收热量转变成具有一定温度和压力的热水或蒸汽的过程。

•(2)工作系统

•锅炉的工作过程是通过两个工作系统来实现的：一个系统是介质系统，在蒸汽锅炉中称为汽水系统，另一个系统是燃烧系统。

锅炉特点

一般来说，锅炉具有下列特点：

（1）承受一定的压力和温度，因而具有爆炸的危险性。

(2)投入运行后，一般要求连续运行。

(3)工作条件较恶劣，受热面内外承受火、烟、灰、水、汽等侵蚀。

锅炉组成

锅炉是由“锅”和“炉”以及保证“锅”和“炉”安全正常运行所必需的安全附件、阀门仪表和附属设备等三大部分组成

“锅”是指锅炉中盛放水和蒸汽的部分，是锅炉的吸热部分，其中的水和蒸汽被加热。主要包括：锅筒、对流管束、水冷壁管、集箱(联箱)、过热器、省煤器等受压部件。这些受压部件通常即是锅炉受热面(从放热介质中吸收热量并传递给受热介质的表面)。

•“炉”是指锅炉中使燃料进行燃烧产生热量的部分，也就是把燃料中的化学能，经过燃烧过程转化为热能的部分，是锅炉的放热部分。主要包括：燃烧设备、燃烧室(炉膛)、炉墙、烟道等。

•安全附件、阀门仪表和附属设备主要包括：安全阀、压力表、温度计等安全附件及自动保护装置；各类阀门、仪表；给水设备、水处理设备、送风机、引风机、除尘器脱硫设备、输煤与出渣设备等。

•相对于锅炉本体，也可以把锅炉分为锅炉本体和辅助设备(给水设备、送风机、引风机、除尘器、输煤设备等)两大部分。

锅炉的主要受压部件

锅筒及其内部装置

（1）锅筒的作用和构造

锅筒（汽包）是锅炉中最重要的受压元件，其作用为：

•连接上升管和下降管组成自然循环回路，接受从省煤器来的给水，同时向蒸汽过热器输送饱和蒸汽。

•锅筒中储存有一定量的饱和水，所以锅炉短时间的供水中断，不会立即发生锅炉事故。另外起缓冲气压的作用。

•锅筒内部装置可净化蒸汽，获得品质良好的蒸汽。

锅炉按锅筒分类有双锅筒和单锅筒锅炉。双锅筒锅炉有上锅筒、下锅筒各一个，上下锅筒由对流管束连接。而单锅筒只有一个上锅筒。

锅筒由上升管和下降管连接起来组成自然循环回路。上锅筒内汇集了循环回路中的汽水混合物，常设有汽水分离装置、给水分配管。为了改善锅水品质有的锅炉还设有连续排污管和加药管。下锅筒内则有定期排污装置。

（2）汽水分离装置

锅炉给水一般含有少量杂质，随着锅水的不断蒸发和浓缩，锅水杂质的相对含量会越来越高，即锅水含盐浓度增大。由受热面各上升管进入上锅筒的汽水混合物具有很高动能，会冲击蒸发面和汽包内部装置，引起大量的锅水飞溅。这些质量很小的水珠很容易被流速很高的蒸汽带走。于是蒸汽携带了含盐浓度较高的锅水而被污染，即蒸汽品质恶化了。品质恶化的蒸汽会在蒸汽过热器或换热设备及阀门内结垢，这样不仅影响设备的传热效果，而且影响设备的安全运行。因此，保持蒸汽的洁净、降低蒸汽的带水量是非常重要的。

工业锅炉常用的汽水分离装置有：

•进口挡板

•水下孔板

•均汽孔板

•集汽管

•蜗壳式分离器

（3）上锅筒给水装置

蒸汽锅炉的给水大多由上锅筒引入。给水管的作用是将锅炉给水沿锅筒长度方向均匀分配，避免过于集中在一起，而破坏正常的水循环；同时为避免给水直接冲击锅筒壁，造成温差应力。

（4）连续排污装置

连续排污装置的作用是排走含盐浓度较高的锅水，使锅水含盐量降低，以防止锅水起沫，造成锅水的汽水共腾。通常在蒸发面附近沿上锅筒纵轴方向安装一根连续排污钢管。在排污管上装设许多上部开有锥形缝的短管。

（5）热水锅炉上锅筒内部装置

•配水管

其作用是将锅炉回水分配到特定位置以保证锅炉正常的水循环。

•隔水板

为了在锅筒内形成明显的冷、热水区，使锅炉回水尽量少与热水混合，防止热水直接进入下降管。

•热水引出管

4.2水冷壁及对流管束

（1）水循环

锅炉水冷壁的水循环，由锅筒、下降管、联箱和水冷壁管构成水循环回路。

自然循环：

布置在炉膛内的水冷壁受到火焰和高温烟气辐射的热量加热后，管内水的温度迅速升高，一部分水汽化，在管内形成汽水混合物。布置在炉墙外侧下降管中的水，由于不受热，它的密度就大于汽水混合物的密度。下降管一侧的压力大于水冷壁一侧的压力，二者之差为流动压头。在流动压头的作用下，水从下降管向水冷壁管（上升管）不断地循环流动，这种现象称为自然循环。蒸汽锅炉中普遍采用自然水循环。

强制循环：

利用水泵的压力来完成锅水流动。某些热水锅炉和大型蒸汽锅炉（直流锅炉），采用的是强制循环。

•常见的水循环故障：

汽水停滞、汽水分层、下降管带汽。

2）水冷壁管

水冷壁管垂直布置在炉膛内四周，其主要作用是吸收高温烟气的大量辐射热，同时可以减少熔渣和高温烟气对炉墙的破坏，保护炉墙。

水冷壁管下端与下集箱相连，下集箱通过下降管与锅筒的水空间相连；上端直接与上锅筒连接，或接到上集箱经导汽管与锅筒连接，构成水冷壁的水循环系统。

（3）对流管束

对流管束通常是由连接上、下锅筒间的管束构成。全部对流管束都布置在烟道中，受烟气的冲刷而换热，也称对流受热面，是另一种主要受热面。连接方式有胀接和焊接两种。

对流管束排列方式有错排和顺排两种。错排管束的传热效果好，但清灰和检修不如顺排管束方便。其传热效果主要取决于烟气的流速。

4.3辅助受热面

（1）蒸汽过热器

蒸汽过热器的作用是将上锅筒引出的饱和蒸汽加热成一定温度的过热蒸汽。工业用汽多为饱和蒸汽，故一般锅炉中多不设置蒸汽过热器。只有在生产用汽需要较高的温度、而不需要提高蒸汽压力，或为了在

蒸汽输送过程中减少冷凝损失而需要过热蒸汽时，才在锅炉中装设蒸汽过热器。因此，通常把蒸汽过热器看作辅助受热面。

蒸汽过热器按传热方式不同，分为辐射式、半辐射式和对流式；按放置的方式不同，分为立式和卧式。工业锅炉中的蒸汽过热器常布置在对流管束之间烟温700～800℃的区域中，属于立式对流过热器。

（2）省煤器

省煤器是利用锅炉尾部烟气的热量，加热给水以降低排烟温度的锅炉部件，设置在对流管束后部的烟道中。锅炉给水经过省煤器使水温升高，排烟温度降低，减少了热损失，节省了燃料，提高了锅炉效率。

省煤器按材质的不同，可分为铸铁式和钢管式两种。按给水在其中被加热的程度，可分为非沸腾式和沸腾式两种。工业锅炉常用的是非沸腾式铸铁省煤器。

省煤器布置在烟道中应使烟气从上而下流动，给水则自下而上流动，形成逆流式放热。锅炉分类

(1)按用途分类

按用途分为：电站锅炉、工业锅炉、生活锅炉等。