锅炉基本知识

锅炉基本知识,锅炉及参数的概念,锅炉的功能是通过热能转换以输出具有规定特性的蒸汽或热水。而表征蒸汽或热水的物理特性或状态的物理量就称为状态参数，一般称为参数。热力状态参数共有六个，常用的就是压力和温度。,锅炉就是利用燃料燃烧释放出的热能或用其他形式的热能将工质（水或其它流体）加热到一定参数（压力、温度）的设备。它由锅和炉两大部分组成。锅是指吸收热量并传给工质的受热面系统，炉是将燃料的化学能转变为热能的燃烧设备。,额定蒸汽压力是指在规定的给水压力和负荷范围内长期连续运行所必须保证的锅炉出口的蒸汽压力，也就是锅炉铭牌上标明的压力。单位为MPa。我国工业锅炉参数系列规定有6个压力级别，即0.4，0.7，1.0，1.25，1.6和2.5MPa（表压）。,额定出水压力热水锅炉在额定循环水量的条件下，由循环泵在锅炉出口所维持的压力。单位亦为MPa。我国的热水锅炉参数规定的出水压力级别与蒸汽锅炉相同。一些进口的锅炉，其压力单位为巴（bar）或磅力平方英寸，即1bf/in2,亦即PSi。其换算关系是：1bar0.1MPa1bf/in2（PSi）0.00689476MPa,额定蒸汽温度蒸汽锅炉在规定的负荷范围、额定蒸汽压力和额定给水温度下连续运行必须保证的锅炉出口的蒸汽温度。单位为。对于有过热器的锅炉，就是过热器出口的蒸汽温度；对没有过热器的锅炉，就是其相应额定压力下的饱和温度。工业锅炉的出口蒸汽温度参数系列，除饱和蒸汽温度外，还有250，350，400三个过热温度。,额定出水温度热水锅炉在额定回水温度、额定回水压力和额定循环水量的条件下，长期连续运行时应保证的出口热水温度。单位也是。热水锅炉标准参数系列有5个出水温度，即95，115，130，150和180。,额定热功率热水锅炉在额定回水温度、额定回水压力和额定循环水量的情况下，长期连续运行时应保证的最大供热量。其单位为兆瓦，即MW。热水锅炉标准参数系列有0.1，0.2，0.35，0.7，1.4，2.8，4.2，7.0，10.5，14.0，29.0，46.0，58.0和116.0MW，共14个热功率级别。,额定蒸发量蒸汽锅炉在额定参数（压力、温度）、额定给水温度、使用设计燃料并保证锅炉效率、连续运行时的最大蒸发量。其单位为吨/时（t/h）或公斤/时（kg/h）工业锅炉标准参数系列有0.1，0.2，0.5，1，2，4，6，8，10，15，20，35和65t/h，共13个蒸发量级别。,一些进口锅炉的出力不是采用以上单位，而是用“马力”即“HP”；锅炉蒸发量单位也用t/h或kg/h，但常标有“at212”字样；输出热量为英热单位，即“Btu”或“kW”。1HP0.7457kW0.00075MW蒸发量后面标有“at212”，国内一般称其为“相当蒸发量”。因为英国的锅炉蒸发量是这样规定的：“从212的水蒸发为212的蒸汽量”（212100）。英热单位“Btu”是指将1磅水的温度升高华氏1度所需热量。按热功率，其换算关系为：1Btu/秒1.055kW,额定给水温度是指蒸汽锅炉在规定负荷范围内应当保证的给水温度。工业锅炉的给水温度为20，60和105。锅炉效率即锅炉热效率。是指锅炉输出的蒸汽或热水的有效利用热量Q与同一时间进入锅炉的燃料完全燃烧放出的热量Qr的百分比，通常用符号“”表示。即Q/Qr100%燃油燃气锅炉产品的热效率，机械工业部的行业标准有规定，燃油锅炉应保证8085，燃气锅炉应保证8287。对容量大的锅炉要求效率高。,锅壳锅壳式锅炉中容纳汽和水及加热受热面的筒型压力容器，由管板（封头）和筒体组成。炉膛又称燃烧室。锅炉中使燃料和空气混合，燃烧，高温火焰和烟气对其受热面进行传热的空间。,锅炉型式的定义,锅筒水管锅炉中用以组成水循环回路，进行汽水分离和储存水汽的筒型压力容器，由封头和筒体组成。是水管锅炉的一个重要部件。,炉胆又称火胆。锅壳锅炉中的炉膛或燃烧室。受热面锅炉用来传递热量的金属壁面。辐射受热面主要以辐射换热方式从放热介质吸收热量并传递给吸热介质的受热面。如水管锅炉的炉膛水冷壁，锅壳锅炉的炉胆等等。对流受热面主要以对流换热方式从烟气中吸收热量并传递给吸热介质的受热面。如水管锅炉的对流管束，锅壳锅炉的烟管等。,烟水管主要指汽水在管内流动，烟气在管外流动的水管锅炉受热面的管子。烟管又称火管。主要指烟气在管内流动，置于锅水之中的锅壳锅炉的对流受热面管子。微正压燃烧炉膛中烟气压力高于大气压又不大于5kPa压力的燃烧方式。,锅壳式锅炉按锅炉安装后锅壳的纵向轴线与地面的位置关系分为：1、轴线与地面垂直，称为立式，用汉语拼音字母“L”表示。2、轴线与地面平行，称为卧式，以汉语拼音字母“W”表示。按燃烧室（炉膛）与锅壳的位置关系分为：1、燃烧室在锅壳之外，称为外燃，以汉语拼音字母“W”表示。2、燃烧室在锅壳之内，称为内燃，以汉语拼音字母“N”表示。按主要受热面分为水管（S）和火（烟）管（H）。,水管式锅炉按水循环方式分为：1、自然循环锅炉。如果锅炉只有一个锅筒，则称单锅筒，以“D”表示；如果锅炉有二个锅筒，则称双锅筒，以“S”表示；2、强制循环锅炉。如果锅炉无锅筒，则锅炉为强制循环锅炉，以“QX”表示；按锅筒纵向轴线与燃烧火焰及烟气的流向位置关系分为：1、锅筒与烟气流向平行，称纵置式，以“Z”表示。2、锅筒与烟气流向垂直，则称横置式，以“H”表示。,锅壳锅炉总体型式代号,水管锅炉总体型式代号,锅炉主要部件的组合形式，就称之为锅炉的“总体型式”。为便于设计制造与用户选用，原机械工业部以JB/T1626标准规定了工业锅炉的“总体型式代号”，如下表所示：,锅炉的型号,锅炉的型号就是将总体型式代号和参数等，按规定的方式进行组合，以表示锅炉产品的型式和主要性能及规格。JB/T1626规定的工业锅炉产品型号编制方法是：,全部型号分三部分，中间用短横线相连。各部分中“”为汉语拼音字母代号，“X”为阿拉伯数字表示的参数。,额定蒸发量（t/h）或额定热功率（MW）,锅炉型式代号,燃料种类代号，JB/T1626的规定是：柴油Yc重油Yz焦炉煤气Qj天然气Qt液化石油气Qy燃料种类代号为YQ，表示油气通用。当锅炉输出的介质是饱和蒸汽时，第二部分的“过热蒸汽温度”省略；对热水锅炉，此处就是两个温度，即“出水温度/进水温度”。常压锅炉在型号前加“C”表示常压锅炉，表示压力段省略。电热锅炉表示为“WDR”，其余段意义相同。,锅炉本体的基本构造,锅炉分为锅壳式和水管式两大类，实际上就是其本体结构的区别。立式锅壳式锅炉立式锅壳式锅炉的锅壳纵向轴线与地面垂直，所以锅炉整体是竖立的，具有占天不占地的优势，锅炉本体结构也较简单。,1、套筒式结构如图31所示。内筒是炉胆，外筒是锅壳。为强化传热，锅壳外侧焊有许多肋片。套间就是汽水容积，上部是汽空间，下部是水空间。燃烧器安装在锅炉上端。火焰自上旋流而下，烟气从炉胆底部回转向上排出锅炉，因此有“二回程锅炉”之称。锅炉外部是保温层和外壳。锅炉结构简单。若使用水质或排污不当，容易在套筒底部形成水垢或堆积杂质，影响传热，甚至会产生该处过烧，裂纹。,2、埋头封头式结构如图32所示。锅炉本体由短而粗的炉胆（燃烧室），上下管板，埋头烟室，烟管和锅壳等主要零部件组成。为强化低温区的传热，烟管上半段内装有增加烟气扰动的扰流片。锅炉结构简单，燃烧室密封性能好，埋头烟室的管板浸没在水空间（图中正常水位线以下），使管板能得到较好的冷却。燃烧室和埋头烟室的空间较大，便于管板的检修。但如果管板水侧结垢，清理不够方便。另外，烟管中的烟气容易形成偏流，受热面利用率低。,该锅炉虽然有直水管束，但其燃烧室在锅壳之内，管束布置在上下锅筒之间，也可视为在锅壳之内，因此将其列入锅壳锅炉之列。锅炉本体由封头、上下锅筒、上下管板、炉胆、U型下脚圈、中心大直径下降管和上升管束等组成。燃油（气）在燃烧室产生的高温烟气经喉管进入管束，绕中心大直径下降管回转360（外围是烟箱）散热后，至烟箱,3、立式直水管锅炉图33所示。,排出。由于烟气横向冲刷管束，所以它比埋头封头式锅炉的烟管传热效果好。因上下筒壳均有人孔，对检查清理管板比较方便。这种锅炉的工作压力一般不超过1.0MPa，出力不超过2000kg/h。以上三种型式锅炉，其蒸汽空间小，这是立式锅壳式锅炉容量不可能大的主要原因。根据工业锅炉的蒸汽容积负荷（单位时间从单位蒸汽空间流出的蒸汽体积，即m3/m3h）特性，如果容积负荷太大，就会造成输出的蒸汽大量带水，恶化蒸汽品质，严重时还会导致汽水共腾，影响锅炉正常运行。随着工作压力的提高，锅壳和炉胆的壁厚相应增加，这不仅要增大制造成本，还会使炉胆产生过大的热应力，对炉胆的安全工作不利，因此，立式锅壳锅炉的压力不可能设计得太高。,卧式锅壳式锅炉这种锅炉与同等容量的水管锅炉相比，结构简单容易形成快装形式。锅炉本体主要由炉胆、转烟室、烟管和锅壳组成。在锅壳和管板间根据强度需要布置斜拉杆，管板与管板间布置有直拉杆，炉胆可为波纹形、直管形、或波纹直管混合形。最常用的是中心回燃式结构和三回程结构。卧式内燃锅炉的烟气流程是：燃料在炉胆中燃烧，产生的高温烟气经辐射换热后进入烟管对流放热，最后排出锅炉。因此烟气必须经过回转才能进入烟管。通常将烟气由炉胆至第二回程烟管的回转部位称为转烟室。而由第二回程至第三回程的转弯部位则称为前烟箱（室）。,1、炉胆布置的多种方式作为卧式内燃锅壳式锅炉，其炉胆（燃烧室及辐射受热面）是布置在卧式锅壳之内的。当锅炉的炉胆布置在锅壳的正中心偏下时，称为下偏置结构。其上方及左右均有烟管管束。当炉胆在左下方或右下方时，称左偏置或右偏置结构，同时烟管管束布置在另一侧。偏置结构形式可使整台锅炉受热面布置紧凑，锅炉体积小。中小型热水锅炉一般将炉胆布置在锅壳的中心位置，即炉胆和锅壳是同一中心线，炉胆周围布置烟管。随着锅炉设计出力的增加，燃烧室直径的增大又受到技术上的限制（炉胆最大壁厚限制），因此出现了一个锅壳中布置两个炉胆的结构，即双炉胆结构，工业锅炉的炉胆布置方式基本是这四种结构（船用锅炉还有三炉胆，以及四炉胆的结构）。,2、关于“干背”与“湿背”干背初期的燃油燃气锅炉的转烟室置于后烟箱内，是由耐火砖或耐火混凝土砌筑、在其外面再加一层隔热材料和钢制护板制成的，如图34。这种结构是从燃煤锅炉的转烟室沿袭而来的。但实践证明，这种结构很难适应燃油燃气锅炉。因为在燃煤锅炉上，煤的燃烧热强度较低，烟气进入转烟室的温度一般都在800以下，而且燃煤锅炉都是负压燃烧。燃油燃气锅炉则不同，他们基本上都是微正压燃烧，热强度也高，烟气进入转烟室的温度一般在900以上。因此，砖制结构的转烟室不仅外表面温度高，而且常常被烧坏。又由于其密封性差，高温烟气外漏，往往使外部钢制护板严重过热变形，影响锅炉正常运行。这种结构的转烟室，由于后面没有水的冷却，所以称“干背”。,半湿背、半干背为了保护砖衬不被烧坏，于是在转烟室出现了仿效水管锅炉炉膛的水冷壁结构。即在正对炉胆出口的耐火层里面（或中间）加装水冷管，以减低耐火层温度。这就是所谓的“半湿背”或“半干背”，如图35所示。,湿背将转烟室用钢板或膜式水冷壁制成并移入锅壳内部的水空间，称“湿背”结构，如图36所示。这种结构既能适应高温，密封性又好，减小锅炉体积，提高锅炉效率，因而得到广泛的运用。但这种湿背结构的制造比较困难，成本比较高。实践证明，湿背式结构提高了锅炉的可靠性，经济性和安全性，是卧式内燃三回程锅炉发展的大势所趋。,3、关于中心回燃针对三回程湿背转烟室结构锅炉难制造及成本高的情况，70年代末出现了所谓“反转燃烧”或“中心回流（回燃）”的结构。如图37。,这种使烟气在炉胆内回流的结构，试验证明，可以起到降低炉胆出口烟气温度的作用，改善转烟室的工况。但由于受炉胆尺寸的限制，仅适用于中小型锅炉，大型锅炉大都采用湿背式三回程结构。,4、烟管在卧式内燃锅炉的改进中，烟管也得到不断改进。初期的烟管都是光管。后来，为强化对流传热，在低烟温区的烟管内放置了“扰流片”（图32），近年来又发展为螺纹烟管，如图38。螺纹烟管比光管的传热效果能提高30左右，也就是同样的传热量，可节省30左右的烟管，不仅节约了钢材，而且由于管数减少，就可缩小布置烟管的管板直径，也就缩小了锅壳直径，减小了锅炉的体积。但使用螺纹烟管或内置扰流片时会使烟气阻力有所增加，所以运用螺纹烟管及内置扰流片的结构还有待优化。,图38单头螺纹管,d直径s槽距e槽深槽管轴线夹角,5、锅炉容量和压力限制卧式内燃锅炉的锅壳和炉胆都是圆筒形元件，为保证运行安全，他们都必须有足够的强度和钢度。由于圆筒形元件的壁厚与筒体直径和压力的乘积成正比，即：SDPS壁厚D筒体直径P工作压力所以，无论是锅壳还是炉胆，直径的增大和压力的提高，都意味着壁厚的增加。通过技术经济比较，若锅壳直径太大，其制造成本会超过同等容量和压力的水管锅炉，是不经济的；对于炉胆，若壁厚超过22mm，则将导致热应力过大，危及锅炉运行安全。因此，燃油燃气卧式内燃锅炉的工作压力一般不超过15t/h，双炉胆一般不超过30t/h。这就是卧式内燃燃油燃气锅炉在出力和工作压力上所受到的技术限制。,水管锅炉与锅壳式锅炉相比，水管锅炉的容量和压力都不受限制，而且便于布置成各种形式。水循环也比较好。但对给水品质要求比较高。,燃油燃气锅炉一般都采用微正压燃烧和通风方式。所以要求炉墙的强度和密封性要好。一般炉膛水冷壁都布置成密闭性结构，炉墙可采用一层或两层金属护板。,图39立式直水管锅炉,图39是立式直水管锅炉示意图。锅炉没有锅筒。由上下两个环形集箱和两圈水管组成锅炉本体。中间是燃烧室。内外两圈水管之间构成对流烟道。这种锅炉的水容积很小，蒸气从分离器上部引出，分离出来的水从下部重新回到锅炉中。由于水容积小，锅炉启动快。但对负荷变化的自动控制要求较高，必须有可靠的水位连锁保护，否则极易造成上部管子过热。,1、小型立式水管锅炉小型立式水管锅炉的本体一般就由水管、上下集箱组成（直流锅炉则无集箱）。,图310是一种立式螺旋管圈（盘管）式直流水管锅炉。这种锅炉是给水进入锅炉后，“一次性”流经受热面而完成预热和蒸发过程，生成的蒸气从管圈末端输出（有时还可以加热为过热蒸气）。因工质只从受热面直接流过，所以称“直流锅炉”。这种锅炉启动很快，但对水质要求很高，因此一般只在有自制蒸镏水的船舰和海上石油钻井平台上使用。小型立式水管锅炉有体积小、占地少和水容积小、启动快的优点，但对水质和自控要求高，而且内部检查清理比较困难。因此，一般只用在锅炉装设场地狭小或有特殊用途的场所。,图310直流式水管锅炉,1.外壳2.内壳3.燃烧器4.观察孔5.耐火砌体6.水冷管7.空气通道8.加热盘管,2、常见（自然循环）水管锅炉水管锅炉的本体由锅筒、集箱和水管等主要零部件构成。常见的燃油燃气锅炉本体有“D”、“A”、“O”型三种，其中又以“D”形最为普遍。,1）图311是一种典型的“D”形（也有反“D”型）锅炉。锅炉是双锅筒纵置式。右侧是水冷炉膛，左侧上下锅筒间是对流管束。锅炉本体四周除前墙未布置水冷壁外，其余均为密闭性结构。即右水冷壁是用扁钢将管子焊接连成片的所谓膜式（鳍片管）水冷壁。其它部分则是管子与管子外壁相切的所谓切向管水冷结构。这两种结构，不仅有利于炉墙的密封，而且降低了炉墙向火（烟）面的温度，使炉墙可筑成轻型结构。“D”形锅炉结构比较简单，炉膛容积大，易于制成快装结构和形成系列化产品。我国D型快装锅炉只有6，10，20t/h的蒸汽锅炉和相应热功率的热水锅炉。,图311D型锅炉,J.鳍片管结构K.顺列管束P.清检孔S.窥视孔1.炉膛2.对流管束3.上锅筒4.燃烧器口5.下降管,2）图312是一种“O”型锅炉。锅炉也是双锅筒纵置式。上锅筒长，下锅筒短，前部是“O”形炉膛，后部上下锅筒间