电厂热工基础.doc

2电厂热工基础 对于非热工专业的学员来说，在进入电厂热力（锅炉、汽轮机）岗位之前，进行一定的热工理论基础知识的学习是必要的，也是十分重要的，否则，所学知识就会根基不稳、华而不实。即便是专业的学员，也需要经常复习，温故而知新，更上一层楼。2.1电厂热工基础概念2.1.1工质 工质是热机中热能转变为机械能的一种媒介物质(如燃气、蒸汽等)，依靠它在热机中的状态变化(如膨胀)才能获得功。为了在工质膨胀中获得较多的功，工质应具有良好的膨胀性。在热机的不断工作中，为了方便工质流入与排出，还要求工质具有良好的流动性和热力性能稳定，其次还要求工质价廉、易取、无毒、无腐蚀性等。在物质的固、液、气三态中，气态物质是较为理想的工质，目前火力发电厂广泛采用水蒸汽作为工质。2.1.2工质的状态参数 描述工质状态特性的物理量称为状态参数。常用的工质状态参数有温度、压力、比容、内能、焓、熵等。 工质的基本状态参数有温度、压力、比容。2.1.2.1温度 温度就是衡量物体冷热程度的物理量，从分子运动论的观点来说，温度是表示分子运动的平均动能的大小。 对温度高低量度的标尺称为温标。常用的温标有摄氏温标和热力学温标。 (1)摄氏温标。规定在标准大气压下纯水的冰点为0，沸点为100，在0与100之间分成100个格，每格为1，这种温标为摄氏温标，用表示单位符号，用t作为物理量符号。 (2)热力学温标(绝对温标)。规定水的三相点(水的固、液、汽三相平衡的状态点)的温度为27315K。绝对温标与摄氏温标每刻度的大小是相等的，但绝对温标的O K，则是摄氏温标 27315。绝对温标用K作为单位符号，用T作为物理量符号。 摄氏温标与绝对温标的关系为 t=T-27315()或T=t+27315(K) (2-1)2.1.2.2压力 垂直作用于单位面积上的力称为压力，用符号“P”表示，即P=F/A Pa (2-2) 式中 F垂直作用于器壁上的合力，N； A承受作用力的面积，m2。 压力的单位： 法定(国际)计量单位制中表示压力采用Nm2，名称为帕斯卡，符号是Pa，1Pa=1Nm2。在电力工业中，机组参数多采用MPa(兆帕)，1MPa=106 Nm2。 以液柱高度表示压力的单位有毫米水柱(mmH20)、毫米汞柱(mmHg)，1mmHg=133Nm2，1mmH20=9.81Nm2。 工程大气压的单位为kgcm2，常用at作代表符号，1at=980665Nm2；物理大气压的数值为10332kgfcm2，符号是atm，1atm=1.013105Nm2。 压力有绝对压力和表压力之分。容器内工质本身的实际压力称为绝对压力，用符号Pa表示。工质的绝对压力与大气压力的差值为表压力，用符号Pg表示。因此，表压力就是我们用表计测量所得的压力，大气压力用符号Patm表示。绝对压力与表压力之间的关系为：Pa=Pg+Patm或Pg=PaPatm。（2-3）真空和真空度 当容器内的压力低于（当地）大气压力时，把低于大气压力的部分叫真空，用符号“PV”表示。其关系式为：PV=Patm-Pa。 用百分数来表示真空值的大小，称为真空度。真空度是真空值和(当地)大气压力比值的百分数，即真空度： 真空度=Pv/Patm100% (2-4) 完全真空时真空度为100，若工质的绝对压力与大气压力相等时，真空度即为零。2.1.2.3比容单位质量的物质所占有的容积称为比容。用小写字母v表示，即： v=V/m m3/ （2-5）式中：m物质的质量，； V物质所占有的容积， m3。比容的倒数，即单位容积的物质所具有的质量，称为密度，用符号“”表示，单位为 /m3。v=1，比容和密度不是相互独立的两个参数，而是同一个参数的两种不同的表示方法2.1.2.4内能 气体内部分子运动所形成的内动能和由于分子相互之间的吸引力所形成的内位能的总和称为内能。 u表示lkg气体的内能，U表示mkg气体的内能。即U=mu (2-6) 气体内部分子热运动的动能叫内动能，它包括分子的移动动能、分子的转动动能和分子内部的振动动能等。从热运动的本质来看，气体温度越高，分子的热运动越激烈，所以内动能决定于气体的温度。气体内部分子克服相互间存在的吸引力具备的位能，称为内位能，它与气体的比容有关。2.1.2.5焓 在某一状态下单位质量工质比容为v，所受压力为p，为反抗此压力，该工质必须具备pv的压力位能。单位质量工质的内能和压力位能之和称为比焓。 比焓的符号为h，单位kJkg。其定义式为 h=u+pv kJ/kg (2-7) 对mkg工质，内能和压力位能之和称为焓，用H表示，单位为kJ，即 H=mh=U+pV kJ (2-8) 由h=u+pv可看出，工质的状态一定，则内能U及pV一定，焓也一定，即焓仅由状态所决定，所以焓也是状态参数。2.1.2.6熵 熵是气体的重要参数之一。在没有摩擦的平衡过程中，单位质量的工质吸收的热量 dq(kJkg)与工质吸热时的绝对温度T的比值叫熵的增加量。其表达式为 S=dq/T (2-9) S=S2-S1是熵的变化量，熵的单位是kJ(kgK)。若某可逆过程中气体的熵增加，即S0，则表示气体是吸热过程。 若某可逆过程中气体的熵减少，即S0，则表示气体是放热过程。 若某过程中气体的熵不变，即S=0，则表示气体是绝热过程。2.1.3平衡状态在无外界影响的条件下，气体的状态不随时间而变的状态叫做平衡状态。只有当工质的状态是平衡状态时，才能用确定的状态参数值去描述。只有当工质内部及工质与外界间，达到热的平衡（无温差存在）及力的平衡（无压差存在）时，才能出现平衡状态。2.1.4标准状态 绝对压力为1.01325105 Pa(1个标准大气压)，温度为0 （273.15 K）时的状态称为标准状态。2.1.5能物质做功的能力称为能。能的形式一般有：动能、位能、光能、电能、热能等。热力学中应用的有动能、位能和热能等。2.1.5.1动能物体因为运动而具有做功的本领叫动能。动能与物体的质量和运动的速度有关。速度越大，动能就越大；质量越大，动能也越大。动能按下式计算： Ek=1/2 mc2 kJ (2-10)式中 m物体的质量，kg； C物体的速度，m/s。动能与物体的质量成正比，与其速度的平方成正比。2.1.5.2位能由于相互作用，物体之间的相互位置决定的能称为位能。物体所处的高度位置不同，受地球的吸引力不同而具有的能，称为重力位能。重力位能由物质的重量（G）和它离地面的高度（h）而定。高度越大，重力位能越大；物体越重，位能越大。重力位能 Ep=Gh。2.1.5.3热能物体内部大量分子不规则的运动称为热运动。这种热运动所具有的能量叫做热能，它是物体的内能。热能与物体的温度有关，温度越高，分子运动的速度越快，具有的热能就越大。2.1.6热量高温物体把一部分热能传递给低温物体，其能量的传递多少用热量来度量。因此物体吸收或放出的热能称为热量。热量传递的多少和热力过程有关，只有在能量传递的热力过程中才有功和热量的存在，没有能量传递的热力状态是根本不存在什么热量的，所以热量不是状态参数2.1.7热机把热能转变为机械能的设备称热机。如汽轮机、内燃机、蒸汽机、燃气轮机等。2.1.8机械能物质有规律的运动称为机械运动。机械运动一般表现为宏观运动。物质机械运动所具有的能量叫做机械能。2.1.9比热容单位数量（质量或容积）的物质温度升高（或降低）1所吸收（或放出）的热量，称为该物质的单位热容量，简称为物质的比热容。比热容表示单位数量的物质容纳或贮存热量的能力。物质的质量比热容符号为c，单位为kJ/(kg)。影响比热容的主要因素有温度和加热条件，一般说来，随着温度的升高，物质比热容的数值也增大；定压加热的比热容大于定容加热的比热容。此外，还有分子中原子数目、物质性质、气体的压力等因素也会对比热容产生影响。2.1.10热力学定律2.1.10.1理想气体和实际气体 气体分子间不存在引力，分子本身不占有体积的气体叫理想气体。反之，气体分子间存在着引力，分子本身占有体积的气体叫实际气体。 在火力发电厂中，空气、燃气、烟气可以作为理想气体看待，因为它们远离液态，与理想气体的性质很接近。 在蒸汽动力设备中，作为工质的水蒸气，因其压力高，比容小，即气体分子间的距离比较小，分子间的吸引力也相当大，离液态接近，所以水蒸气应作为实际气体看待。2.1.10.2热力学第一定律 热力学第一定律的实质是能量守恒与转换定律在热力学上的一种特定应用形式。它说明了热能与机械能互相转换的可能性及其数值关系。热力学第一定律描述为：“热可以变为功，功可以变为热，一定量的热消失时，产生一定量的功；消耗一定量的功时，必出现与之对应的一定量的热”。 热力学第一定律的表达式如下 Q=Aw (2-11)式中：A在工程单位制中A=1/427 kcal/(kgfm)，在国际单位制中，功与热量均用焦耳(J)为单位，则A=1，即Q=w。2.1.10.3热力学第二定律 热力学第二定律说明了能量传递和转化的方向、条件、程度。它有如下两种叙述方法： (1)从能量传递角度来讲，热不可能自发地不付代价地，从低温物体传至高温物体。 (2)从能量转换角度来讲，不可能制造出从单一热源吸热，使之全部转化成为功而不留下任何其他变化的热力发动机。2.1.11不可逆过程存在摩擦、涡流等能量损失使过程只能单方向进行，不可逆转的过程叫做不可逆过程。实际的过程都是不可逆过程。2.1.12热力循环工质从某一状态点开始，经过一系列的状态变化又回到原来这一状态点的封闭变化过程叫做热力循环，简称循环。2.1.12.1朗肯循环 以水蒸汽为工质的火力发电厂中，让饱和蒸汽在锅炉的过热器中进一步吸热，然后过热蒸汽在汽轮机内进行绝热膨胀做功，汽轮机排汽在凝汽器中全部凝结成水。并以水泵代替卡诺循环中的压缩机，使凝结水重又进入锅炉受热，这样组成的汽水基本循环，称之为朗肯循环。朗肯循环的主要设备是蒸汽锅炉、汽轮机、凝汽器和给水泵四个部分。朗肯循环效率高低主要取决于初参数焓和排汽焓。 (1)锅炉。包括省煤器、炉膛、水冷壁和过热器，其作用是将给水定压加热，产生过热蒸汽，通过蒸汽管道，送入汽轮机。 (2)汽轮机。蒸汽进入汽轮机绝热膨胀做功，将热能转变为机械能。 (3)凝汽器。作用是将汽轮机排汽在定压下冷却，凝结成饱和水，即凝结水。(4) 给水泵。作用是将凝结水在水泵中绝热压缩，提升压力后送回锅炉。发电机凝汽器汽轮机锅炉给水泵 图2-1 朗肯循环热力设备系统图2.1.12.2热电合供循环在发电厂中利用汽轮机中做过功的蒸汽(抽汽或排汽)的热量供给热用户，可以避免或减少在凝汽器中的冷源损失，使发电厂的热效率提高，这种同时生产电能和热能的生产过程称为热电合供循环。热电合供循环中供热汽源有两种：一种是由背压式汽轮机排汽；一种是由调整抽汽式汽轮机抽汽。2.1.12.3给水回热循环把汽轮机中部分做过功的蒸汽抽出，送入加热器中加热给水，这种循环叫给水回热循环。2.1.12.4再热循环再热循环就是把汽轮机高压缸内已经做了部分功的蒸汽再引入到锅炉的再热器，重新加热，使蒸汽温度又提高到初温度，然后再引入到汽轮机中、低压缸内继续做功，最后的乏汽排入凝汽器的一种循环。2.1.13水的状态及参数2.1.13.1汽化 物质从液态变成汽态的过程叫汽化。它又分为蒸发和沸腾两种形式。液体表面在任何温度下进行的比较缓慢的汽化现象叫蒸发。液体表面和内部同时进行的剧烈的汽化现象叫沸腾。2.1.13.2凝结 物质从气态变成液态的现象叫凝结，也叫液化。 水蒸气凝结有以下特点： (1)一定压力下的水蒸气，必须降到该压力所对应的凝结温度才开始凝结成液体。这个凝结温度也是液体沸点，压力降低，凝结温度随之降低，反之则凝结温度升高。(2)在凝结温度下，水从水蒸气中不断吸收热量，则水蒸气可以不断凝结成水，并保持温度不变。2.1.13.3饱和状态 一定压力下汽水共存的密封容器内，液体和蒸汽的分子在不停地运动，有的跑出液面，有的返回液面。当从水中飞出分子数目等于因相互碰撞而返回水中的分子数时，这种状态称为汽水动态平衡。 处于动态平衡的汽、液共存的状态叫饱和状态。在饱和状态时，液体和蒸汽的温度相同，这个温度称为饱和温度；液体和蒸汽的压力也相同，该压力称为饱和压力。饱和状态的水称为饱和水；饱和状态下的蒸汽称为饱和蒸汽。2.1.13.4湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽 在水达到饱和温度后，如定压加热，则饱和水开始汽化，在水没有完全汽化之前，含有饱和水的蒸汽叫湿饱和蒸汽，简称湿蒸汽。湿饱和蒸汽继续在定压条件下加热，水完全汽化成蒸汽时的状态叫干饱和蒸汽。干饱和蒸汽继续定压加热，蒸汽温度上升而超过饱和温度时，就变成过热蒸汽。lkg湿蒸汽中含有干蒸汽的重量百分数叫做干度，lkg湿蒸汽中含有饱和水的重量百分数称为湿度。2.1.13.5临界点、临界参数 随着压力的增高，饱和水线与干饱和蒸汽线逐渐接近，当压力增加到某一数值时二线相交，相交点即为临界点。临界点的各状态参数称为临界参数，对水蒸气来说，其临界压力p。=22129MPa，临界温度t。=37415，临界比容v。=O003147m3kg。2.1.13.6液体热、汽化热、过热热 把水加热到饱和水时所加入的热量，称为液体热。 lkg饱和水在定压条件下加热至完全汽化所加入的热叫汽化潜热，简称汽化热。 干饱和蒸汽定压加热变成过热蒸汽，过热过程吸收的热量叫过热热。2.1.13.7稳定流动、绝热流动 流动过程中工质各状态点参数不随时间而变动的流动称为稳定流动。与外界没有热交换的流动称为绝热流动。2.1.13.8节流和绝热节流工质在管内流动时，由于通道截面突然缩小，使工质流速突然增加，压力降低的现象称为节流。 节流过程中如果工质与外界没有热交换，则称之为绝热节流。2.1.14流体 通常将易流动的液体、气体统称为流体。2.1.14.1稳定流动和非稳定流动运动要素只随位置改变，而与时间无关的流态称为稳定流动或恒定流。将运动要素不仅随位置改变，也随时间改变的流态称为非稳定流动或非恒定流。2.1.14.2层流和紊流流体有层流和紊流两种流动状态。层流是各流体微团彼此平行地分层流动，互不干扰与混杂。 紊流是各流体微团间强烈地混合与掺杂，不仅有沿着主流方向的运动，而且还有垂直于主流方向的运动。层流的流动特点：各层间液体互不混杂，液体质点的运动轨迹是直线或是有规则的平滑曲线。 紊流的流动特点：流体流动时，液体质点之间有强烈的互相混杂，各质点都呈现出杂乱无章的紊乱状态，运动轨迹不规则，除有沿流动方向的位移外，还有垂直于流动方向的位移。在汽、水、风、烟等各种管道系统中的流动，绝大多数属于紊流运动。2.1.14.3流量、平均流速 液体流量是指单位时间内通过过流断面的液体数量。其数量用体积表示，称为体积流量，常用m3s或m3h表示；其数量用质量表示，称为质量流量，常用kgs或kgh表示。 平均流速是指过流断面上各点流速的算术平均值。2.1.14.4水击在压力管路中，由于液体流速的急剧变化，从而造成管中的液体压力显著、反复、迅速地变化，对管道有一种“锤击”的特征，这种现象称为水击(或叫水锤)。2.1.14.5流体的压缩性及膨胀性当温度保持不变，流体所承受的压力增大时，其体积缩小的性质称为流体的压缩性。当流体压力不变时，流体的体积随温度升高而增大的性质称为流体的膨胀性。2.1.15传 热 锅炉在运行时，燃料放出的热量通过受热面金属壁传给水，使水转变为热水或蒸汽的过程叫做传热过程。锅炉的传热过程是相当复杂的，为了便于研究和分析，一般把传热过程分为导热、对流和辐射三种不同的基本形式。在锅炉的传热过程中，往往是这三种传热形式同时存在。 2.1.15.1导热通过物体的直接接触，热量从高温物体传给低温物体，或物体的不同部位有温度差时，高温部分热量向低温部分传递的过程叫导热。2.1.15.2对流依靠液体或气体各部分发生流动来传递热量的方式叫对流。夏天人们扇扇子觉得凉爽，这凉爽是由于流动空气从人体带走了热量的结果。烟气流过锅炉受热面金属管束，在与管壁接触过程中进行了热量的传递，锅水的循环流动，热水上升，冷水下降，使热量传给了全部锅水的过程都属于对流传热。对流传热的强弱与流体的性质、流速大小、流体运动特性、流道的形状以及流体冲刷受热面的方向等因素有关。2.1.15.3辐射 高温物体不通过接触或流动，而以电磁波的形式直接将热量传递给低温物体的传热方式叫辐射。如，地球得到太阳的热量，就是依靠太阳光的辐射方式传递给地球的，人们站在锅炉炉门旁，就感觉到烘烤灼热，炉膛内燃烧火焰向水冷壁管传热的方式都是辐射传热，辐射传热的强弱与热源温度的四次方成正比。2.1.15.4导热系数 导热系数是表明材料导热能力大小的一个物理量，又称热导率，它在数值上等于壁的两表面温差为1壁厚等于1m时，在单位壁面积上每秒钟所传递的热量,用表示，单位为瓦/米度，w/m。导热系数与材料的种类、物质的结构、湿度有关，对同一种材料，导热系数还和材料所处的温度有关。2.1.16热力网热力网就是指供应热能的动力网。热力网由生产热能的热源、输送热能的热网和使用热能的热用户组成。热用户所消耗的热量称为热负荷。热电联产是集中供热的最高形式，又称热化，它把热电厂中的高位热能用于发电，低位热能用于供热，实现了合理的能源利用。热电联产在生产电能的同时亦供应热能，而且供热是全部或部分利用了热变为功过程中的低位热能。它的用能特点是按质用能，综合利用，使能尽其所用。热电联产的特点，不仅表现在调整了热能、电能生产之间的关系，使能量的质量得以合理利用，还体现在由于热能供应方式的改变带来了能量数量方面的好处。2.1.17热工测量 发电厂中，热力生产过程的各种热工参数(如压力、温度、流量、液位、振动等)的测量方法叫热工检测，用来测量热工参数的仪表叫热工测量仪表。2.1.17.1 热工仪表的组成 热工仪表由感受元件、中间元件、显示元件等组成。 感受元件也叫敏感元件，或叫一次仪表传感器，它直接与被测对象联系，感知被测参数的变化，并将感受到的被测参数的变化及时地转化成相应的可测信号输出。 中间元件是把感受元件输出的信号，根据显示元件的要求，不“失真”地传给显示元件。 显示元件是最终通过它向观察者反映被测参数变化的元件。2.1.17.2热工仪表的分类 热工仪表一般可按以下几种方法分类： (1)按被测参数分类，有温度、压力、流量、液位等测量仪表，成分分析仪表。 (2)按显示特点分类，有指示式、记录式、积算式、数字式及屏幕显示式仪表。 (3)按用途分类，有标准仪表、实验室用仪表和工程用仪表。 (4)按工作原理分类，有机械式、电气式、电子式、化学式、气动式和液动式仪表。 (5)按装设地点分类，有就地安装和盘用仪表。 (6)按使用方法分类，有固定式和携带式仪表。2.1.17.3温度测量仪表分类 温度测量仪表按其测量方法可分为两大类： (1)接触式测温仪表。主要有膨胀式温度计、热电阻温度计和热电偶温度计等。 (2)非接触式测量仪表。主要有光学高温计、全辐射式高温计和光电高温计等。2.1.17.4热电偶 在两种不同金属导体焊成的闭合回路中，若两焊接端的温度不同时，就会产生热电动势，这种由两种金属导体组成的回路就称为热电偶。2.1.17.5双金属温度计 双金属温度计是用来测量气体、液体和蒸汽的较低温度的工业仪表。它具有良好的耐振性，安装方便，容易读数，没有汞害。双金属温度计用绕成螺旋弹簧状的双金属片作为感温元件，将其放在保护管内，一端固定在保护管底部(固定端)，另一端连接在一细轴上(自由端)，自由端装有指针。当温度变化时，感温元件的自由端带动指针一起转动，指针在刻度盘上指示出相应的被测温度。2.1.17.6压力测量仪表 压力测量仪表可分为液柱式压力计、弹性式压力计、活塞式压力计和电气式压力计等。 液柱式压力计有U型管式压力计、单管式压力计和斜管式微压计。弹性式压力计有单圈弹簧管、多圈弹簧管、波纹膜片、膜盒、挠性膜片和波纹筒式压力计。 为防止仪表损坏，压力表所测压力的最大值一般不超过仪表测量上限的23；为保证测量的准确度，被测压力不得低于标尺上限的13。当被测压力波动较大时，应使压力变化范围处在标尺上限的1312处。2.1.17.7流量测量仪表根据测量原理，常用的流量测量仪表(即流量计)有差压式、速度式和容积式三种。火力发电厂中主要采用差压式流量计来测量蒸汽、水和空气的流量。2.1.18金属材料工艺性能金属材料的工艺性能指铸造性、可锻性、焊接性和切削加工性等。2.1.18.1金属材料的物理化学性能反映金属材料的物理化学性能的主要指标有：密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、抗氧化性、耐腐蚀性等。2.1.18.2金属材料的机械性能金属的机械性能是金属材料在外力作用下表现出来的特性。如弹性、强度、硬度、韧性和塑性等。2.1.18.3强度强度是指金属材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。强度指标有弹性极限e、屈服极限s、强度极限b。弹性极限是指材料在外力作用下产生弹性变形的最大应力。屈服极限是指材料在外力作用下出现塑性变形时的应力。强度极限是指材料断裂时的应力。2.1.18.4塑性金属的塑性是金属在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。塑性指标有延伸率和断面收缩率。2.1.18.5变形金属材料在外力作用下，所引起的尺寸和形状的变化称为变形。任何金属，在外力作用下引起的变形过程可分为三个阶段：弹性变形阶段：在应力不大的情况下变形量随应力值成正比例增加，当应力去除后变形完全消失。弹塑性变形阶段：应力超过材料的屈服极限时，在应力去除后变形不能完全消失，而有残留变形存在，这部分残留变形即塑性变形。断裂：当应力继续增大，金属在大量塑性变形之后即发生断裂。2.1.18.6刚度和硬度零件在受力时抵抗弹性变形的能力称为刚度。硬度是指金属材料抵抗硬物压入其表面的能力。2.1.18.7疲劳和疲劳强度 在工程实际中，很多机器零件所受的载荷不仅大小可能变化，而且方向也可能变化，如齿轮的齿，转动机械的轴等。这种载荷称为交变载荷，交变载荷在零件内部将引起随时间而变化的应力，称为交变应力。零件在交变应力的长期作用下，会在小于材料的强度极限b甚至在小于屈服极限s的应力下断裂，这种现象称为疲劳。金属材料在无限多次交变应力作用下，不至于引起断裂的最大应力称为疲劳极限或疲劳强度。2.1.19热应力由于零、部件内外或两侧温差引起的零、部件变形收到约束，而在物体内部产生的应力称为热应力。2.1.20热冲击金属材料受到急剧的加热和冷却时，其内部将产生很大的温差，从而引起很大的冲击热应力，这种现象称为热冲击。一次大的热冲击，产生的热应力能超过材料的屈服极限，而导致金属部件的损坏。2.1.21热疲劳 金属零部件被反复加热和冷却时，其内部产生交变热应力，在此交变热应力反复作用下，零部件遭到破坏的现象叫热疲劳。2.1.22蠕变金属材料长期处于高温条件下，在低于屈服点的应力作用下，缓慢而持续不断地增加材料塑性变形的过程叫蠕变。2.2锅炉基础知识 锅炉是能量转换设备，它是把燃料中的潜在熊量，经过燃烧(氧化反应)放出热能。经过传热作用将热能传递给水，使水变成蒸汽或过热蒸汽(热水锅炉是将水加热变成一定温度的热水输出)的一种设备。 锅炉最基本的部件是“锅”与“炉”两大部分。锅是锅炉设备中的汽水系统，是水变成汽(或热水 )的吸热部分；炉是锅炉设备中的燃烧系统，是燃料与空气发生化学反应产生高温火焰和烟气的放热部分。“锅”与“炉”，一个吸热(燃料经燃烧放出的热能，尽可能最大限度地被吸收)，一个放热(使燃料尽可能最大限度地燃尽，把热能最大地释放出来)，它们组成了一套完整的设备。余热锅炉的热源来自于废热烟气，其燃烧系统大大简化，无专门的给煤、燃烧系统，水冷壁也不是余热锅炉的主要受热面。燃料费用忽略不计，运行成本最低。要做到经济合理地使用锅炉设备，提高热效率节约煤炭、搞好消烟除尘工作、保证安全运行，就必须了解锅炉的特点，掌握水，汽以及燃料在锅炉设备中的变化过程和有关的基本知识。用这些基本知识来指导实践，才能充分用好锅炉设备，发挥其应有的作用。2.2.1 锅炉参数锅炉参数是表示一台锅炉在工作时的基本特性的数据，主要有锅炉的出力、压力和温度等三项。锅炉从制造厂出厂时，在锅炉前部的明显部位嵌有一块金属铭牌，在这块金属铭牌上标有锅炉参数。2.2.1.1锅炉出力 蒸汽锅炉的出力用“蒸发量”表示，热水锅炉的出力用“热功率”表示。 蒸汽锅炉在确保安全的前提下，长期运行中每小时所能产生蒸汽的数量，称为这台锅炉的蒸发量，用符号“D”表示，其单位是吨时(th)。蒸汽锅炉在额定蒸汽压力、额定蒸汽温度、额定给水温度、使用设计规定的燃料并保证效率时所规定的每小时产生的蒸汽量叫额定蒸发量。由于锅炉在使用中，受热面不可避免地要积灰垢，汽水侧有可能结水垢，因此，蒸汽锅炉在额定蒸汽压力额定蒸汽温度、额定给水温度下，使用设计规定的燃料，在长期连续运行时所能达到的每小时最大蒸发量将小于额定蒸发量，此时锅炉的热效率有所降低。 蒸发量的大小与锅炉的受热面积和平均蒸发率有关。即：锅炉蒸发量=受热面积平均蒸发率2.2.1.2压力 我们知道，在大气压力下，l公斤水全部蒸发成蒸汽，其体积要膨胀1725倍。那么锅内为什么会产生压力呢?这是因为锅筒是一个密闭的容器，当水在锅筒内受到火焰和烟气的加热，水吸收热量后温度升高达到沸点开始汽化成为蒸汽时，由于不能自由膨胀而被迫压缩在锅筒内，由于蒸汽的自由膨胀受到了限制，结果就使锅筒和各受压部件受到了汽水膨胀的作用力，从而产生了压力。 锅炉铭牌上标出的压力，是锅炉的设计工作压力，表示锅炉内部蒸汽或水的压力最大允许超过大气压力的数值，即表压力。司炉操作锅炉时，千万要注意表压力不能超过锅炉铭牌所标出的压力。并且要知道压力表计量单位由原先的公斤力厘米2过渡到法定计量兆帕(MPa)，两者从数字上相差10倍还多，这一点必须特别注意。2.2.1.3温度 锅炉铭牌上标出的温度，是指锅炉输出介质的最高工作温度，又称额定温度。 对于无过热器的蒸汽锅炉，其额定温度是指对应于额定压力下的饱和蒸汽温度；对于有过热器的蒸汽锅炉，其额定温度是指过热器主汽阀出口处的过热蒸汽温度。对于热水锅炉，分别以锅炉出口与进口处的水温来表示。2.2.2工业锅炉常用的专业名词2.2.2.1锅炉 利用燃料燃烧放出的热能或其他热能加热给水，以获得规定参数(压力、温度)和品质的蒸汽或热水，这个设备叫锅炉。2.2.2.2受压元、部件 承受内部或外部介质压力作用的零件、部件。包括：(1)锅筒(也称“汽包”)和锅壳。锅筒是水管锅炉用以进行蒸汽净化、组成水循环回路和蓄水的筒形压力容器，由筒体和封头组成。 (2)集箱(又称联箱)。用以汇集或分配多根管子中工质(水、汽水混合物、蒸汽)的简形压力容器，由筒体、端盖组成。 (3)防焦箱。装设在炉排两侧炉墙内壁的水冷集箱，它除有集箱的功能外，还有防止炉墙粘附熔渣，起到保护炉墙的作用。 (4)对流管束。在对流烟道内布置的对流蒸发受热面的管群。 (5)水冷壁。沿炉膛内壁布置的管子吸收辐射热的受热面。 (6)防渣管。水管锅炉布置在炉膛出口具有较大节距的对流蒸发受热面。 (7)烟管(又称火管)。烟气在管内流动冲刷的蒸发受热面。 (8)炉胆。锅壳内承受外压的筒形炉膛，作为内燃式锅壳锅炉的燃烧空间和辐射受热面。2.2.2.3烟道 用以引导烟气的通道，也可在烟道中布置受热面。2.2.2.4风道:输送空气的通道。2.2.2.5锅炉本体 由锅筒、受热面及其间的连接管道(包括烟道和风道)，燃烧设备、构架(包括平台和扶梯)、炉墙和除渣设备等所组成的整体。2.2.2.6受热面 凡一面受火焰或烟气加热，另一面受水(或汽水混合物、蒸汽、空气)等介质冷却的锅炉钢板和钢管表面。包括： 1）辐射受热面。主要以辐射换热方式从放热介质吸收热量的受热面。 2）对流受热面。主要以对流换热方式从放热介质吸收热量的受热面。2.2.2.7蒸发率:蒸汽锅炉在蒸发受热面单位面积上，每小时的产汽量。2.2.2.8循环回路 由锅炉的锅筒、下降管、集箱(或下锅筒)和上升管、蒸发器所组成的闭合蒸发系统。2.2.2.9水循环 依靠水和汽水混合物的密度差(自然循环)或依靠循环泵的压头(强制循环)使锅水在循环回路中循环流动的现象。2.2.2.10循环倍率 在循环回路中，进入上升管的循环水量与上升管出口蒸汽量的比值。2.2.2.11额定蒸发量 蒸汽锅炉在额定蒸汽压力、额定蒸汽温度、额定给水温度、使用设计规定的燃料并保证效率时所规定的蒸发量。单位是吨时。 最大连续蒸发量是蒸汽锅炉在上述额定条件下，使用设计燃料长期连续运行时所能达到的最大蒸发量。单位是吨时。2.2.2.12最高火界：锅壳锅炉蒸发受热面上受火焰或高温烟气冲刷的水侧最高点。2.2.2.13最低安全水位 锅炉在正常运行时的极限低水位。水管锅炉的最低安全水位，应能保证对下降管可靠地供水。锅壳式锅炉的最低安全水位，应高于最高火界100毫米。对于直径小于或等于1500毫米的卧式锅壳锅妒的最低安全水位，应高于最高火界75毫米。2.2.2.14负压燃烧：炉膛出口烟气静压小于外界大气压力的燃烧方式2.2.2.15理论空气量：燃料燃烧计算中，每公斤或每标准立方米燃料完全燃烧所需要的空气量2.2.2.16过量空气系数：燃料燃烧时，实际供给的空气量与理论空气量的比值。2.2.2.17一次风火床炉燃烧时，从炉排下部送入的空气，煤粉燃烧时与煤粉一起送入炉膛的空气；油、气体燃料燃烧时，从火焰根部送入炉膛的空气。2.2.2.18二次风火床炉燃烧时，从炉排上部送入的空气，火室燃烧时，在炉膛适当位置通过专用喷口送入炉膛的热风。2.2.3燃料燃料按其物态不同可以分为固体，液体和气体三种。 燃料是由碳(C)，氢(H)，硫(S)、氧(O)，氮(N)、灰分(A)和水分(W)所组成，并用重量百分数来表示它的含量。其中碳，氢和一部分硫可以燃烧并放出热量，其余部务都是不可燃烧的成分。2.2.3.1煤的工业分析 煤的工业分析包括水分、灰分、挥发分和固定碳含量的测定。有时还包括灰熔点和发热量的测定。通过这些分析，来判断燃料的燃烧特性，并可采取相应的调节措施来控制燃烧过程，以提高锅炉的经济性。 (1)挥发分。煤在炉膛内受热时，首先放出水分，继续加热到定温度(105。C)时，便开始析出气态的碳氢化合物、一氧化碳等，这些气体基本上都可燃烧，叫做挥发分。挥发分对煤的燃烧着火影响最大，煤的挥发分越高越容易着火燃烧。 (2)固定碳。煤中的水分和挥发分全部析出后，剩余下来的是焦碳，焦碳中除一部分灰分外，便是固定碳，固定碳含量越高，煤的发热量越大。 (3)发热量。燃料的发热量是区别燃料好坏的重要指标之一。1公斤煤完全燃烧时所放出的热量，叫煤的发热量，用符号“Q”表示，单位是千卡公斤，法定计量单位用千焦公斤。 煤的发热量有高位发热量和低位发热量之分。煤中的水分在燃烧时要吸收热量汽化成蒸汽，这些蒸汽凝结成水时又将热量放出，包括这部分热量在内的发热量，称为高位发热量。实际上燃料在锅炉的燃烧过程中，这部分水蒸汽的热量是收不回来的，它随烟气一起从烟囱排出，所以将煤的高位发热量减去煤中水分的汽化热，才是燃料在锅炉中燃烧时所放出的热量，称为低位发热量。为了能正确地考核锅炉设备运行的经济性，通常将低位发热量为7000千卡/公斤(约合29300千焦/公斤)定为“标准煤”,这样就便于计算和考核了。2.2.3.2煤的分类工业锅炉使用的煤，主要根据挥发分的含量为依据，可分为以下五种。 (1)石煤和煤矸石。石煤的灰分特别高，煤矸石是指煤层中有可燃质的夹石。它们的灰分都在60以上，且挥发分极低，发热量也很低，很难燃烧。(2)无煤烟。又称白煤、硬煤，表面呈黑色且有金属光泽。挥发分低于10，主要成分为固定碳，其含量最小也在50以上，其发热量高于其他煤种，但着火困难，燃烧时呈蓝色火焰，火焰短，结焦性差。贮藏时不易自燃。 (3)贫煤。它的特性介于无烟煤和烟煤之间，挥发分在10-20，固定碳含量在50左右，发热量较高，着火并不困难。 (4)烟煤。质地较软，呈黑色或灰黑色，挥发分在20-40，固定碳含量在50以上，水分一般在10。发热量低于无烟煤，但容易着火，燃烧时火焰长，适宜于小型锅炉燃用。(5) 褐煤。其生成年份较短，呈褐色或黑色，外表似木质，无光泽。挥发分超过40，固定碳含量在30左右且水分多，发热量不高但容易着火由于含挥发分高，容易风化和自燃而不宜长期贮存。2.2.4燃烧燃料中的可燃物质和空气中的氧气，在一定温度下发生剧烈的化学反应，并发出光和热的现象称为燃烧。2.2.4.1燃烧必须具备三个基本条件 即可燃物、空气(氧)及使可燃物着火燃烧的最低温度，三者缺一不可。2.2.4.2完全燃烧的四个要素 较高的燃烧温度；适当的空气量；燃料与空气的混合均匀性；充分的燃烧时间。2.2.5锅炉热效率 燃料在炉瞠中燃烧放出的热量，不可能被介质(水、蒸汽、空气)全部吸收，有一部分热量不可避免地排入大气。锅炉热效率就是反映锅炉对燃料燃烧放出热量的有效利用程度的参数。 锅炉热效率反映锅炉是否符合节约能源的标准，是锅炉经济运行的重要指标。锅炉热效率的测试方法，有正平衡法和反平衡法两种。2.2.5.1正平衡测试法 正平衡测试法又叫直接测试法，是指供给锅炉的燃料在完全燃烧的条件下，它放出的总热量中，有百分之多少被利用来产生蒸汽(或热水)，即： 锅炉热效率()=有效利用的热量/燃料放出的总热量100% 此法测定的优点是锅炉出力和燃料消耗量容易测准，测试方法简单。缺点是不能找出影响热效率的因素，因此提不不出如何改进的措施。2.2.5.2反平衡测试法 反平衡测试法是通过测定锅炉的各项热量损失来确定锅炉热效率的方法。可用下式计算： 锅炉热效率()=100 各项热损失的百分数之和 即 =100-(Q2+Q3+Q4+Q5+Q6)式中 Q2排烟热损失，； Q3气体未完全燃烧热损失， Q4固体未完全燃烧热损失， Q5锅炉的散热损失， Q6灰渣物理热损失，。 反平衡测试法可以找出锅炉的各项热损失，从而对锅炉进行全面的评价以利于改进。在同一台锅炉上，正平衡法和反平衡法两种测试方法测得的锅炉热效率可互相比较验证，如果两者比较接近，则说明测试结果可靠。2.2.6锅炉分类 2.2.6.1按烟气在锅炉流动的状况分：水管锅炉、锅壳锅炉（火管锅炉）、水火管组合式锅炉2.2.6.2按锅筒放置的方式分：立式锅炉、卧式锅炉2.2.6.3按用途分：生活锅炉、工业锅炉、电站锅炉、车船用锅炉2.2.6.4按介质分：蒸汽锅炉、热水锅炉、汽水两用锅炉、有机热载体锅炉2.2.6.5按安装方式分：快装锅炉、组装锅炉、散装锅炉2.2.6.6按燃料分：燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、余热锅炉、电加热锅炉、生物质锅炉2.2.6.7按水循环分：自然循环、强制循环、混合循环2.2.6.8按压力分：常压锅炉、低压锅炉、中压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉2.2.6.9按锅筒数量分：单锅筒锅炉、双锅筒锅炉2.2.6.10按燃烧定在锅炉内部或外部分：内燃式锅炉、外燃式锅炉2.2.6.11按工质在蒸发系统的流动方式可分为自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉等。2.2.6.12按制造级别分类：A级、B级、C级、D级、E级（按制造锅炉的压力分）2.2.6.13按出口蒸汽压力分为：低压锅炉（P2.5MPa）、中压锅炉（2.5P4.0MPa）、高压锅炉（4.0P10MPa）、超高压锅炉（10P13.7MPa）、亚临界锅炉（13.7P16.7MPa）、超临界锅炉（P22.2MPa）。2.3汽轮机基础知识 汽轮机结构包括静止部分和转子部分。其静止部分又包括前、中、后汽缸、隔板套、隔板、前后轴承座、前后轴承和前后汽封等组成。前汽缸借助前端的猫爪与前轴承座相连。前轴承座支承在前座架上。后汽缸则支承在左右两个后座架上。为了确保机组在运行中的膨胀和对中，前座架上布置了轴向导向键，使机组在运行中可以自由向前膨胀和上下膨胀。在后座架上有横向销，后汽缸尾部有轴向导板，保证了汽缸在膨胀时的对中。同时横向销与汽轮机中心线的交点形成了机组的膨胀死点。 转子部分包括整锻转子和套装叶轮叶片以及联轴器。它前后支承在前轴承和后轴承上；在汽缸中与喷嘴组及各级隔板组成了汽轮机的通流部分；借助刚性联轴器与发电机转子相连。前端的支承点为推力轴承前轴承，在运行中形成转子的相对死点。汽轮机端联轴器还装有盘车装置的传动齿轮，在启动前和停机后可以进行电动盘车。2.3.1汽轮机分类2.3.1.1汽轮机按进汽参数可以分为超临界汽轮机(22.2MPa,535565)、亚临界汽轮机(1618MPa,535565)、超高压汽轮机(1214MPa,535)、高压汽轮机(9MPa,500)、次高压汽轮机(5MPa,435460)、中压汽轮机(3.4MPa,435)、低压汽轮机(1.5MPa,340)七种；2.3.1.2按工作原理分为冲动式和反动式汽轮机；2.3.1.3按热力特性分为凝汽式（代号为N）、背压式（代号为B）、抽汽凝汽式（代号为CN）、抽汽背压式、中间再热式汽轮机；2.3.1.4按流向分为轴流式和辐流式汽轮机；2.3.1.5按用途分为电站、工业和船用汽轮机；2.3.1.6按运行方式分为基本负荷、二班制和调峰汽轮机；2.3.1.7按轴数分为单轴、双轴汽轮机。2.3.2汽轮机设计参数2.3.2.1功率：0.75、1.5、3、6、12、25、50、100、125、200、300、600、1000、1300MW；2.3.2.2进汽压力：1.2、1.5、2.4、3.4、4.9、8.8、13.2、16.7、24.2 MPa；2.3.2.3进汽温度：240、340、390、435、470、535、538/538、538/565。2.3.2.4汽轮机型号： -/- 第1个“”表示汽轮机型式；第23个“”表示额定功率；第412个“”表示蒸汽参数（初压力、初温度、再热温度）；最后1个“”表示设计变型序号。例如N100-90/535型表示凝汽式100MW汽轮机，新蒸汽压力为8.82MW，新蒸汽温度535。2.3.3汽轮机常用专业名词2.3.3.1冲动式汽轮机冲动式汽轮机指蒸汽主要在喷嘴中进行膨胀，在动叶片中蒸汽不再膨胀或膨胀很少，而主要是改变流动方向。现代冲动式汽轮机各级均具有一定的反动度，即蒸汽在动叶片中也发生很小一部分膨胀，从而使汽流得到一定的加速作用，但仍算作是冲动式汽轮机。2.3.3.2反动式汽轮机反动式汽轮机是指蒸汽在喷嘴和动叶中的膨胀程度基本相同。此时动叶片不仅受到由于汽流冲击而引起的作用力，而且受到因蒸汽在叶片中膨胀加速而引起的反作用力。由于动叶片进出口蒸汽存在较大压差，所以与冲动式汽轮机相比，反动式汽轮机轴向推力较大。因此一般都装平衡盘以平衡轴向推力。2.3.3.3凝汽式汽轮机 凝汽式汽轮机是指进入汽机的蒸汽在做功后全部排入凝汽器，凝结成水全部返回锅炉。进入汽轮机（例如一般中压机组）的蒸汽热量，约有69%被冷却凝汽器的循环水带走，损失很大。为了减少这些损失，采用带回热设备的凝汽式汽轮机，就是把进入汽轮机做过一部分功的蒸汽抽出来，在回热加热器内加热锅炉给水，使给水温度提高，节约燃料，提高经济性。2.3.3.4背压式汽轮机将全部排汽供给其它工厂或用户使用，不设置凝汽器，使蒸汽的含热量全部得到使用。因汽轮机的排汽压力高于大气压力，这种汽轮机称为背压式汽轮机。其优点是蒸汽热量能全部被利用，节省设备，简化构造。但进汽量受用户用汽量的限制，因此，在供热式电厂中，背压式汽轮机一般与调整抽汽式机组联合使用。2.3.3.5调整抽汽式汽轮机从汽轮机某一级中经调压器控制抽出大量已经做过了部分功的一定压力范围的蒸汽供给其它工厂及热用户使用，机组仍设有凝汽器，这种型式的机组称为调整抽汽式汽轮机。2.3.3.6中间再热式汽轮机 中间再热式汽轮机就是蒸汽在汽轮机内做了一部分功后，从中间引出，通过锅炉的再热器提高温度（一般升高的机组的额定温度），然后再回到汽轮机继续做功，最后排入凝汽器的汽轮机。其优点是可以提高机组效率4%，还可以降低末级叶片的水