哈工大 热能转换装置 热能转换装置 第1章 绪论解析

Waggon锅炉，1769年
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缺点： 蒸发量低 笨重，效率很低 存在着引起灾难性爆炸的危
险
改进：增加受热面积 方向一：水包火—火管锅炉 方向二：火包水—水管锅炉
1.1 锅炉的发展过程
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方向一：水包火——火管锅炉
在圆筒内部增加受热面积 一个大圆筒 单火筒 双火筒 烟管 纯烟管式 火筒－烟管式
什么是能源？
《科学技术百科全书》能源是可从其获得热、光和 动力之类能量的资源。
《大英百科全书》 能源是一个包括着所有燃料、流 水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让 它为自己提供所需的能量。
《能源百科全书》能源是可以直接或经转换提供人 类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。
《日本大百科全书》 在各种生产活动中，我们利用 热能、机械能、光能、电能等来作功，可利用来作为 这些能量源泉的自然界中的各种载体，称为能源。
核裂变产热
——核装置的二回路
（锅）
燃料燃烧产热
——锅炉
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我们的生活和锅炉关系？
电： 采暖： 纸、书： 桌子，木材干燥 空气：锅炉污染 饭： 酒：
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学习本课程的要求
初步掌握锅炉的结构设计 准确掌握锅炉的热力计算和空气动力计算
听课 54学时 作业 热力计算+论文
考试：口试（65分）+作业（5+5分）+平时 表现（5分）+随堂考试5次10分+实验10分
压力：
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1.1 锅炉的发展过程
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1.1 锅炉的发展过程
锅炉的发展主要体现在以下几个方面： 1.1.1 炉型的发展 1.1.2 参数的发展 1.1.3 燃烧方式的发展 1.1.4 循环方式的发展
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1.1.1 炉型的发展
1.1 锅炉的发展过程
十八世纪初，人们采用“壳式”锅炉产生蒸汽
Haycock锅炉，1720年
展，出现了水管锅炉。
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方向二：水包火——水管锅炉
增加圆筒外部的受热面积，即增加水筒的数目。 单锅筒 多锅筒 直水管锅炉 整联箱式直水管锅炉 分联箱式直水管锅炉
水在管中流过， 统称为水管式锅炉
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1.1 锅炉的发展过程
直水管锅炉缺点：
易损坏。因为管子是直的，汽水系统缺乏弹性，管 子集箱等受热部件膨胀受限制时易损坏受压部件
早期锅炉存在的问题： 燃烧区距受热面近，火焰直接加热受热面，火焰温
度降低，影响燃烧，未燃尽就随烟气排出锅炉，影 响效率。 未燃尽的燃料附着在受热面上，增加了传热热阻， 降低了传热系数，传热减少。
为了克服这些问题，设计锅炉时，采用较大的炉膛， 让燃烧区远离受热面，这样，提高了燃烧区温度， 减少了未完全燃烧损失，锅炉效率提高。
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参考书
陈学俊，陈听宽。锅炉原理（第二版）， 机械工业出版社
清华大学，锅炉原理及计算（第三版）， 科学出版社
赵明泉，锅炉结构与设计（第二版） ，哈 工大出版社
苏联，锅炉机组热力计算标准方法 车德福，锅炉，西安交大出版社
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第1章 概论
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什么是锅炉？
锅炉是用燃料燃烧产生的热能或其他热能将 工质加热到一定参数的设备。
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（1）火管锅炉 火筒式锅炉：单火筒式→双火筒式 火管式（或烟管式）锅炉 火筒—火管式 火管—水管式
（2）水管锅炉 直水管锅炉：整联箱式 分联箱式 弯水管锅炉：多锅筒式 三锅筒式 双锅筒 水冷壁式 单锅筒 过热器 尾部受热面 再热器
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1.1 锅炉的发展过程
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1.1.2 参数的发展
早期：D，P，t低 上世纪30年代：中参数（2-4MPa，385-450℃，
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燃料
固体燃料：煤 生物质 可燃固体废弃物 气体燃料：天然气 煤气 液化气 液体燃料：油 酒精 乙醚
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其他热能
太阳能——太阳能锅炉 电能——电热锅炉 余热——余热锅炉
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工质
水：热水Fra Baidu bibliotek炉 蒸气锅炉
空气：热风炉 油：介质油炉
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热风炉
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介质油炉
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参数
温度：饱和/过热/再热蒸气温度 供水/回水温度
沸腾管束倾斜度小，汽水循环不良，工作不可靠 集箱上手孔多，制造费时，金属耗量大，易泄漏
因此这种锅炉的工作压力仍不易提得很高，容量亦 受限制，现已很少应用。
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1.1 锅炉的发展过程
为克服直水管锅炉的缺点，出现了弯水管锅炉 多锅筒 三锅筒 双锅筒 单锅筒
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1.1 锅炉的发展过程
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能量有哪些形式？
机械能 热能 电能 太阳能 生物能 磁能
化学能 核能 光能
绝大多数一次能源以热能形式直接使用，或者通 过热机等进一步转化为机械能和电能再使用。
➢ 我国：90%以上的能量经过热能被利用 ➢ 世界：85%以上。 因此分析研究热能转换装置，对有效利用能量有
重要意义。
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热能的来源
自然存在的：如 太阳能、地热 转化而来的：如 核裂变、燃料燃烧等
35-130t/h）中等容量（6-25MW） 40年代：高参数大容量（10MPa，≥510℃，220-
230t/h，50MW） 50年代：超高参数大容量（≥14MPa，540-570℃，
400-670t/h，100-200MW） 60年代：亚临界参数（17-18MPa，540-570℃）和
燃烧后的烟气在管中流过， 统称为火管式锅炉 （锅壳式锅炉）。
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Trevithick锅炉，1804年
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1.1 锅炉的发展过程
优点： 结构简单，制造维修方便 水汽容积大，汽压稳定，对负荷变动的适应性好 对水质的要求低 维修方便
由于锅壳式锅炉的这些优点，国内外仍在生产， 用于小型工业企业生产、交通运输及生活取暖用 汽上。
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1.1 锅炉的发展过程
缺点： 产汽量小 参数低 金属耗量大，成本高 热效率低。原因： ➢ 燃烧条件不好：炉膛四周是温度很低的受热面，
炉膛温度低，影响燃烧，q4大。 ➢ 受热面少，烟气来不及冷却，q2高。
这些缺点，限制了向高参数、大容量方向发展。 十九世纪中叶，锅炉沿第二个方向—水包火方向发
燃烧区温度提高后，炉墙易烧坏，为保护炉墙，在 炉墙四周布置管子，用工质冷却，形成了水冷壁。
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水冷壁布置在炉膛内温 度较高的地方，不仅保 护炉墙，还是主要受热 面——辐射受热面，吸 收热量。
过热器：提高锅炉参数 省煤器：降低排烟温度 空气预热器： 再热器：提高系统效率
1.1 锅炉的发展过程