锅炉基础知识

锅炉基础知识

第一章

锅炉的工作原理

锅炉的用途及工作原理：

锅炉是国民经济中重要的热能供应设备。电力、机械、冶金、化工、纺织、造纸、食品等行业 , 以及工业和民用采暖都需要锅炉供给大量的热能。)

锅炉是利用燃料燃烧释放出的热能或其他能量将工质 ( 中间载热体 ) 加热到一定参数的设备。应用于加热水使之转变为蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉,也称为蒸汽发生器。应用于加热水使之提高温度转变为热水的锅炉 , 称为热水锅炉；而应用于加热有机热载体的锅炉称为有机热载体锅炉。

从能源利用的角度看 ,锅炉是一种能源转换设备。在锅炉中,一次能源 ( 燃料 ) 的化学贮藏能通过燃烧过程转化为燃烧产物 ( 烟气和灰渣 ) 所载有的热能 ,然后又通过传热过程将热量传递给中间载热体 ( 例如水和蒸汽 ), 依靠它将热量输送到用热设备中去。

这种传输热量的中间载热体属于二次能源 ,因为它的用途就是向用能设备提供能量。

当中间载热体用于在热机中进行热一功转换时 , 就叫做“工质“。如果中间载热体只是向热设备传输、提供热量以进行热利用 ,则通常被称为“热媒“。

锅炉按其用途可以分为电站锅炉、工业锅炉、船舶锅炉和机车锅炉等四类。前两类又称为固定式锅炉,因为是安装在固定基础上而不可移动的。后两类则称为移动式锅炉。本文介绍的是固定式工业锅炉。在锅炉中进行着三个主要过程 :

（1）、燃料在炉内燃烧,其化学贮藏能以热能的形式释放出来,使火焰和燃烧产物 ( 烟气和灰渣 ) 具有高温。

（2）、高温火焰和烟气通过“受热面“向工质 ( 热媒 ) 传递热量。

（3）、工质(热媒) 被加热 ,其温度升高或者汽化为饱和蒸汽 ,或再进一步被加热成为过热蒸汽。

以上三个过程是互相关联并且同时进行的,实现着能量的转换和传递。

伴随着能量的转换和转移还进行着物质的流动和变化 :

(1) 工质 ,例如给水 ( 或回水〉进入锅炉 ,最后以蒸汽( 或热水 ) 的形式供出。

(2) 燃料 ,例如煤进入炉内燃烧 ,其可燃部分燃烧后连同原含水分转化为烟气 ,其原含灰分则残存为灰渣。

(3) 空气送入炉内,其中氧气参加燃烧反应 ,过剩的空气和反应剩余的惰性气体混在烟气中排出。

水一汽系统、煤一灰系统和风二烟系统是锅炉的三大主要系统 , 这三个系统的工作是同时进行的。

通常将燃料和烟气这一侧所进行的过程 ( 包括燃烧、放热、排渣、气体流动等 ) 总称为“炉内过程“; 把水、汽这一侧所进行的过程 ( 水和蒸汽流动、吸热、汽化、汽水分离、热化学过程等 ) 总称为“锅内过程“

第二章

锅炉的分类

一、按用途分类：

1. 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。

2. 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锅炉，出口工质为热水的称为热水锅炉。

3. 船用锅炉：

4. 机车锅炉：

5. 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。

二、按结构分类：

1. 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。

2. 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。

三、按循环方式分类

1. 自然循环锅筒锅炉

2. 多次强制循环锅筒锅炉

3. 低倍率循环锅炉

4. 直流锅炉

5. 复合循环锅炉

四、按锅炉出口工质压力分类

1. 低压锅炉：一般压力小于1.275MPa

2. 中压锅炉：一般压力为

3.825MPa

3. 高压锅炉：一般压力为9.8MPa

4. 超高压锅炉：一般压力为13.73MPa

5. 亚临界压力锅炉：一般压力为1

6.67MPa 6. 超临界压力锅炉：一般压力为22.13MPa

五、按燃烧方式分类

1. 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。

2. 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

3. 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。

六、按所用燃料或能源分类

1. 固体燃料锅炉：燃用煤等固体燃料；

2. 液体燃料锅炉：燃用重油等液体燃料；

3. 气体燃料锅炉：燃用天然气等气体燃料；

七、按排渣方式分类

1. 固态排渣锅炉

2. 液态排渣锅炉

八、按炉膛烟气压力

1. 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；

2. 微正压锅炉：炉膛表压2—5KPa，不需引风机，易于低氧燃烧；

九、锅筒布置分类

1. 单锅筒

2. 双锅筒

十、余热锅炉：利用冶金、石油化工等工业的余热作热源；

十一、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；

十二、废热锅炉：利用垃圾、树皮、废液等废料作为燃料的锅炉；

十三、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。

A级锅炉：额定工作压力（表压，下同）P≥3.8MPa的锅炉，包括：

1.超超临界锅炉: P≥27.0MPa或额定出口温度≥590℃的锅炉；

2.超临界锅炉: 22.1MPa≤P＜27.0MPa；

3.亚临界锅炉: 16.7MPa≤P＜22.1MPa；

4.超高压锅炉: 13.7MPa≤P＜16.7MPa；

5.高压锅炉: 9.8MPa≤P＜13.7MPa；

6.次高压锅炉: 5.4MPa≤P＜9.8MPa；

7.中压锅炉: 3.8MPa≤P＜5.4MPa。

B级锅炉；

1.蒸汽锅炉： 0.8MPa＜P＜3.8MPa或额定蒸发量＞1.0t/h；

2.热水锅炉：额定出水温度≥120℃或额定热功率＞4.2MW；

3.有机热载体锅炉：

(1)使用气相有机热载体的锅炉；

(2)液相有机热载体锅炉:额定热功率＞4.2MW；

C级锅炉，除D级锅炉外的下列锅炉：

1.蒸汽锅炉: 额定工作压力≤0.8MPa且额定蒸发量≤1.0t/h的蒸汽锅炉；

2.热水锅炉: 额定出水温度＜120℃且额定热功率≤4.2MW；

3.液相有机热载体锅炉: 额定热功率≤

4.2MW。

D级锅炉：

1.蒸汽锅炉：设计正常水位时水容积≤50L且额定工作压力＜0.8MPa；

2.汽水两用锅炉: 额定工作压力≤0.04MPa且额定蒸发量≤0.5t/h的锅炉；E仅用自来水加压的热水锅炉，且出水温度≤95℃。

十五、自由名称分类：

燃煤锅炉热水锅炉燃油锅炉蒸汽锅炉电热锅炉环保锅炉特种锅炉燃气锅炉水管锅炉导热油锅炉专用锅炉双燃料锅炉余热锅炉常压锅炉电锅炉工业锅炉热风锅炉承压锅炉真空锅炉链条锅炉家用锅炉沼气锅炉取暖锅炉茶浴锅炉电站锅炉秸杆气化炉焚烧炉水煤浆锅炉煤气发生炉有机热载体锅炉循环流化床锅炉注：我们的常说的锅炉是指工业锅炉，有蒸汽锅炉、热水锅炉和有机热载体锅炉。

第三章

锅炉型号

我国工业锅炉产品的型号的编制方法是依据JB1626标准规定进行的。其型号由三部分组成。各部分之

间用短线隔开。表示方法如下：

第一部分：表示锅炉型式，燃烧方式和额定蒸发量或额定热功率。

共分三段：第一段用两个汉语拼音表示锅炉总体形式见表1—1和表1—2；第二段用一个汉语拼音字母代表燃烧方式（废热锅炉无燃烧方式代号）见表1—3；第三段用阿拉伯数字表示蒸汽锅炉的额定蒸发量，单位为t/h（吨/小时），或热水锅炉的额定热功率，单位为MW（兆瓦）或废热锅炉的受热面，单位为m2（平方米）。第二部分：表示介质参数。共分两段，中间用斜线分开，第一段用阿拉伯数字表示介质出口压力，单位为MPa（兆帕）；第二段用阿拉伯数字表示过热蒸汽温度或出水温度、回水温度，单位为℃，生产饱和蒸汽的锅炉没有这段数字。第三部分：表示燃料种类和设计次序。共分两段：第一段用汉语拼音字母代表燃料种类，同时以罗马数字代表燃料分类与之并列，见表1—4。如同时使用几种燃料，主要燃料放在前面一段连接书写。原型设计无第二段。

举类：

（1）DZL4—1.0—AⅡ，表示单锅筒纵置式链条炉排额定蒸发量为4吨/小时，蒸汽压力为1.0MPa，蒸

汽温度为饱和温度，燃用Ⅱ类烟煤，原型设计的蒸气锅炉。

（2）WNS2—0.7—YC，表示卧式内燃室燃炉，额定蒸发量为2吨/小时，蒸汽压力为0.7 MPa，蒸汽温度为饱和温度，燃柴油原型设计的蒸气锅炉。

（3）QXS7—1.0/115/90—QT，表示强制循环室燃炉，额定功率为7MW，供水压力为1.0 MPa，供水温度为115℃，回水温度为90℃，天然气原型设计的热水锅炉。

第五章

锅炉的基本部件

主要部件（汽包，受热面，集箱，管道）炉本体：炉膛、燃烧器、空气预热器、烟风道锅本体：省煤器、汽包、下降管、联箱、水冷壁、过热器、再热器等。

一、汽包

汽包（亦称锅筒）是自然循环锅炉中最重要的受压元件，汽包的作用主要有：

1：是工质加热、蒸发、过热三过程的连接枢纽，保证锅炉正常的水循环。

2：内部有汽水分离装置和连续排污装置，保证锅炉蒸汽品质。

3：有一定水量，具有一定蓄热能力，缓和汽压的变化速度。

4：汽包上有压力表、水位计、事故放水、安全阀等设备，保证锅炉安全运行。

汽包工作流程是：从水冷壁来的汽水混合物经过汽包上部引入管进入汽包内部，沿着汽包内壁与弧形衬板形成的狭窄的环形通道流下，使汽水混合物以适当的流速均匀的传热给汽包内壁，这样克服了锅炉启停时汽包上下壁温差过大的困难，可以较快的启动。进入汽包的汽水混合物分别进入汽水旋风分离器，利用改变流动方向时的惯性进行惯性分离，这是汽水混合物的第一次分离。被分离出来的蒸汽仍带有不少水分，从分离器顶部进入波形板分离器，它装在旋风分离器顶部，带有部分水滴的蒸汽在波形板间的缝隙中流动，利用使水黏附在金属壁面上形成水膜往下流，将水滴再次分离出来，称为二次分离。二次分离后的蒸汽最后经过蒸汽清洗，利用水的密度差进行重力分离，这是三次分离。蒸汽经过三次分离后，

达到了蒸汽质量标准，再由汽包顶部饱和蒸汽管引往屏式过热器。

二，受热面

锅和炉是通过传热过程相互联系在一起的。锅和炉的分界面就是受热面 , 通过受热面进行着放热介质( 火焰、烟气 ) 向受热介质 ( 水、蒸汽或空气 ) 的传热。受热面从放热介质吸收热量并向受热介质放出热量。

同时、连续进行吸热和放热的受热面称为间壁式受热面, 放热介质和受热介质分别处于受热面的两侧。如果放热介质和受热介质分别轮流交替地、周期地与受热面相接触, 在接触中向受热面放热或从受热面吸热, 则这种受热面称为蓄热式 ( 也叫再生式 ) 受热面。主要以辐射换热的方式吸收放热介质放热量的受热面称为辐射受热面。辐射爱热面布置在炉膛内。主要以对流换热的方式吸收放热介质放热量的受热面称为对流受热面。对流受热面布置在炉膛出口以后的、烟气温度较低的烟道内。布置对流受热面的烟道称为对流烟道。受热面向受热介质的放热主要通过对流换热的方式进行。根据水的加热、汽化过程的顺序, 可以将受热面划分为水的预热受热面、汽化受热面 ( 也叫蒸发受热面 ) 和蒸汽过热器。水的预热受热面通常布置在低温烟气部位以回收排烟余热、节约燃料, 因而一般称之为―省煤器。

此外, 排烟余热也可以回收利用于预热助燃空气, 这种余热回收受热面叫做空气预热器。省煤器和空气预热器都布置在锅炉烟气流程的尾部 , 所以又统称为尾部受热面。

受热面按其结构又可分为板式和管式。烟气在管内流过的受热面称为烟管受热面 , 水在管内流过的受热面称为水管受热面。容纳水和蒸汽并兼作锅炉外壳的筒形受压容器称为―锅筒―或―锅壳―。受热面主要布置在锅壳内部的锅炉称为锅壳锅炉 ( 旧称火管锅炉 ) 。

内燃式锅壳锅炉的炉膛设置在炉壳内 , 叫做―炉胆气炉胆本身也就是辐射受热面。布置在锅壳内的烟管为对流受热面。

外燃式锅壳锅炉的炉膛设置在锅壳之外, 此时 , 锅壳的一部分表面 ( 向火部位 ) 为辐射受热面。烟管仍布置在锅壳内部。如果在外置炉膛内还布置水管受热面作为辐射受热面 , 则构成为水火管锅炉。外燃式锅炉的锅壳已不能完全起锅炉外壳的作用 , 因为外置炉膛是用炉墙作为外壳的。以布置在炉墙砌体空间内的水管为主要受热面的锅炉称为水管锅炉。受热面与锅筒、集箱和炉外管道构成整个水一汽系统。

三、集箱

它是汇集炉管排列联接的主要元件，有分配供水和引出的作用，按其所在位置有上集箱和下集箱或进口集箱和出口集箱之分。

上集箱位于炉管上部，汇集上升管束的水汽混合物，通过导管引人上锅筒。有些上集箱安装在炉墙外部，在与炉管相对的位置开有成排手孔，以便清扫炉管内部。

下集箱位于炉管的下部，与下锅筒连接供水、分配给上升炉管。位于炉排两侧的下集箱，具有防止炉排两侧炉墙烧坏或挂焦的作用，称为防焦箱。

下集箱有排污管，端部还开有手孔，以便检查清扫集箱内部。

除锅炉本体集箱外，在省煤器，过热器等部件上也有各自相应的集箱。集箱一般由较大直径的无缝钢管和两个端盖焊接而成。近年来有些制造厂将管端旋压收口，取代焊接端盖，结构更加合理。

四、省煤器（economizer）

定义：利用低温烟气加热给水的受热面。

省煤器（英文名称Economizer）就是锅炉尾部烟道中将锅炉给水加热成汽包压力下的饱和水的受热面，

由于它吸收的是比较低温的烟气，降低了烟气的排烟温度，节省了能源，提高了效率，所以称之为省煤器.

省煤器钢管式省煤器不受压力限制，可以用作沸腾式，一般由外径为32～51毫米的碳素钢管制成。有时在管外加鳍片和肋片，以改善传热效果。钢管式省煤器由水平布置的并联弯头管子（习称蛇形管）组成. 省煤器分类

省煤器的分类有多种方式，可按如下几种方式分类：

1、按给水被加热的程度：可分为非沸腾式和沸腾式两种。

2、按制造材料分：有铸铁和钢管省煤器两种。非沸腾式省煤器多采用铸铁制成的，但也有用钢管制成的，而沸腾式省煤器只能用钢管制成。铸铁省煤器多应用于压力≤2.5MPa的锅炉。如压力超过2.5MPa 时，应当采用钢管制成的省煤器。

3、按装置的形式分：有立式及卧式两种。

4、按排烟与给水的相对流向分：有顺流式、逆流式和混合式三种。

省煤器作用：

1、吸收低温烟气的热量，降低排烟温度，减少排烟损失，节省燃料。

2、由于给水进入汽包之前先在省煤器加热，因此减少了给水在受热面的吸热，可以用省煤器来代替部分造价较高的蒸发受热面。

3、给水温度提高了，进入汽包就会减小壁温差，热应力相应的减小，延长汽包使用寿命。

省煤器再循环：在锅炉(汽包锅炉)的启动过程中,由于其汽水管道的循环没有建立,即锅炉给水处于停滞状态,此时省煤器内的水处于不流动的状态,随着锅炉燃烧的加强,烟气温度的提高,省煤器内的水容易产生汽化,使省煤器的局部处于超温状态.为了避免这个情况的出现,从汽包的集中下水管再接一管道到省煤器的入口,作为再循环管道,使省煤器内的水处于流动状态.避免其汽化。

五、再热器（reheater，RH）

定义：将汽轮机高压缸或中压缸的排汽再次加热到规定温度的锅炉受热面。

再热器实质上是一种把作过功的低压蒸汽再进行加热并达到一定温度的蒸汽过热器，再热器的作用进一步提高了电厂循环的热效率，并使汽轮机末级叶片的蒸汽温度控制在允许的范围内。

好处：

1.降低水蒸气的湿度，有利于保护汽轮机的叶片

2.可以提高汽轮机的相对内效率和绝对内效率

作用：为了提高大型发电机组循环热效率，广泛采用中间再热循环。从锅炉过热器出来的主蒸汽在汽轮机高压缸作功后，送到再热器中再加热以提高温度，然后送入汽轮机中压缸继续膨胀作功，称为一次中间再热循环，可相对提高循环效率4～5％。有些大型机组，在中压缸后再次将排汽送回锅炉加热，称为两次中间再热循环,可再相对提高循环效率的2％左右。个别试验机组甚至采用三次中间再热循环。采用再热循环后,锅炉-汽轮机装置的热力系统、结构和运行调节都变得复杂，造价增加，故在100兆瓦以上的发电机组中才采用,通常只采用一次中间再热。

结构和类型：再热器由管子和集箱组成。蒸汽和烟气分别在管内、外流过。按传热方式的不同，再热器可分为对流式和辐射式。对流式再热器布置在对流烟道内；辐射式再热器布置在炉膛内（见过热器）。

工作特点：蒸汽在再热系统中的流动阻力对机组循环热效率影响较大，每增加0.1兆帕阻力,循环热效率就降低0.2～0.3％。因此,常用较大的管子直径(42～60毫米)和较低的蒸汽质量流速〔250～400千

克／(米2·秒)或更低〕，以控制再热器本体阻力不超过其进口蒸汽压力的5～7％。再热蒸汽的压力比主蒸汽的低，管内蒸汽对管壁的对流传热较差，所以管壁金属温度较高，需采用较好的耐高温钢，甚至铬镍奥氏体钢。再热蒸汽的温度可以调节（见锅炉汽温调节）。

保护措施：在锅炉启动和事故停机时，再热器中没有蒸汽流过，或者蒸汽流量很小。为了防止再热器超温损坏，除采用耐高温合金钢材料外,还应有保护措施,常用的有:控制锅炉启动速度;将再热器布置在低烟温区域；启动和事故时引入主蒸汽冷却（见汽轮机旁路系统）等。

六、热管换热器

（一）、热管概述

热管是一种具有高导热性能的传热组件，它通过在全封闭真空管壳内工质的蒸发与凝结来传递热量，具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点。缺点是抗氧化、耐高温性能较差。此缺点可以通过在前部安装一套陶瓷换热器来予以解决，陶

瓷换热器较好地解决了耐高温、耐腐蚀的难题。

由热管组成的热管换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小、有利于控制露点腐蚀等优点。目前已广泛应用于冶金、化工、炼油、锅炉、陶瓷、交通、轻纺、机械等行业中，作为废热回收和工艺过程中热能利用的节能设备，取得了显著的经济效益。

（二）、热管换热器的分类

按照热流体和冷流体的状态，热管换热器可分为：气—气式、气-汽式、气—液式、液—液式、液—气式。按照热管换热器的结构形式可分为：整体式、分离式和组合式。

（三）、热管换热器主要特点

1、热管换热器可以通过换热器的中隔板使冷热流体完全分开，在运行过程中单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生破坏时基本不影响换热器运行。热管换热器用于易然、易爆、腐蚀性强的流体换热场合具有很高的可靠性。

2、热管换热器的冷、热流体完全分开流动，可以比较容易的实现冷、热流体的逆流换热。冷热流体均在管外流动，由于管外流动的换热系数远高于管内流动的换热系数，用于品位较低的热能回收场合非常