锅炉基础知识

1、第一章 锅炉的基础知识第一节 锅炉的概述一、 锅炉的工作原理锅炉是将燃料的化学能(或电能)转化为热能（具有一定参数的蒸汽或热水）的能量转化设备，同时是直接受火和高温烟气、承受工作压力载荷、具有爆炸危险性的特种设备。该定义不完整，存在一下两点缺陷：（1） 介质包含不全面，没有把有机热载体包含在内。（2） 余热锅炉是把高温烟气的热能转移成介质的热能，是一个能量转移过程，非能量转化过程。1、 工作原理：燃料燃烧释放出的热量、电能或高温烟气所包含的能量被锅内的介质吸收，从而使锅内的介质变成具有一定温度和压力的蒸汽、热水或有机热载体，以供发电、生产和生活上使用。2、 锅炉的组成包含两部分：锅、炉锅：包含

2、所有的受压部件，即储存和输送介质的密闭容器。包括锅筒（锅壳）、集箱（联箱）、水冷壁、对流管、下降管、省煤器、过热器、再热器、减温器等。炉：包括炉墙、保温、燃烧设备。辅助设备（1）附件：安全阀、压力表、水位计、水位报警器、排污装置、阀门、仪表等。（2）自动控制装置：给水调节器、燃烧调节器、点火装置、熄火保护装置、鼓引风连锁装置。（3）附属设备：燃料的制备和输送装置、通风系统、给水系统、水处理设备、除氧设备、除灰设备、除渣设备、除尘设备等。3、锅炉的工作过程：（1）燃料的燃烧过程。（2）能量的传递过程（3）介质吸收热量后参数的变化过程。4、锅炉的工作系统（1）汽水系统. (2) 煤灰系统（3）烟风

3、系统5、锅炉的发展趋势工业锅炉（1）、大吨位、高参数（热水锅炉）（2）、膜式水冷壁（3）、自动化程度高（4）、余热锅炉（5）、有机热载体炉（6）、高效的燃烧方式、力求节能、环保（7）、燃油、气锅炉的现状及发展方向（8）、水煤浆锅炉（9）、特种燃料锅炉电站锅炉（1） 大容量、高参数（2） 循环硫化床（3） 生物燃料二、 锅炉的工作特点1、 爆炸的危险性2、 易于损坏3、 使用的广泛性4、 使用的可靠性和连续性第二节 燃料燃烧及燃烧设备一、 燃料的种类、成分、特性及燃烧条件1、 燃料的种类（1） 固体燃料：煤（2） 液体燃料：柴油、重油（3） 气体燃料：天然气、城市煤气、高炉煤气等。2、 燃料的成

4、分固体燃料和液体燃料：（1） 碳C：分两部分；一部分与H、O、S结合为可挥发的化合物；另外一部分为固体碳。C+O2-CO2+32866KJ（2） 氢H：（3） 氧O（4） 氮N（5） 硫S（6） 灰A（7） 水W气体燃料天然气：甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、硫化氢（H2S）、二氧化碳（CO2）城市煤气：一氧化碳（CO）、氢气（H2）3、 燃料的共有特性：（1） 挥发性：燃料燃烧时，首先是挥发份的析出和燃烧。（2） 碳的结焦性：工业锅炉不宜燃烧强结焦或不结焦的煤；煤粉炉燃用强结焦性煤容易造成事故。（3） 发热量：分为高位发热量（QDW）和低为发热量(QGW)（4） 灰熔点：

5、灰熔点的高低决定与灰的成分。在锅炉的设计中作为一个重要参数。4、 液体燃料的其他特点：（1） 粘度（2） 闪点和燃点（3） 自燃点（4） 凝固点（5） 爆炸极限（6） 静电性5、 燃料完全燃烧的条件（1） 足够高的炉膛问顿： A:绝热燃烧温度；B：炉膛出口烟温；C：炉膛面积热负荷。（2） 适量的空气：A:过量空气系数；B：漏风系数（3） 足够的燃烧空间 炉膛容积热负荷（4） 足够的时间层燃炉要根据具体的情况适当调整炉排的速度和煤层厚度二：燃料的燃烧过程及燃烧特点（一） 固体燃料1、 燃烧过程：（1） 水分蒸发过程（2） 挥发物析出过程（3） 挥发物的燃烧过程（4） 焦炭的燃烧过程（5） 焦炭的

6、燃尽过程2、 燃烧特点（1） 较高的炉膛温度（2） 合理的过量空气系数及配风方式（3） 要求对煤层进行松动、拨火、和除渣。（4） 对燃烧后的烟气进行除尘。（二） 液体燃料1、 燃烧过程：（1） 油的雾化阶段：根据不同的液体燃料选择不同的雾化方式。（2） 油滴的蒸发和热分解过程（3） 油气与空气的混合过程（4） 可燃气体的混合物的着火和燃烧过程2、 燃烧特点（1） 需要先雾化再燃烧：雾化的作用是增大其表面积，充分与空气接触。（2） 在气化的状态下燃烧：油的燃烧温度要比气化温度高。（3） 扩散燃烧：在扩散的过程中与空气充分接触混合；蒸发、扩散、燃烧三个过程是同时进行的，所以液体燃料是正压燃烧。（4

7、） 给氧量不足会造成不同的热分解，是燃料能否完全燃烧及锅炉是否冒黑烟的关键。（5） 燃烧迅速、容易产生爆炸：燃烧机一般都要设计前（后）吹扫，大型锅炉要设计防爆门。（三） 气体燃料1、 燃烧特点（1） 与空气的混合阶段（2） 混合气体的燃烧阶段2、 燃烧特点（1） 必须与空气混合：可提前混合，也可以在炉膛内混合。（2） 燃烧过程迅速，火焰长度短，温度高。（3） 燃烧稳定（4） 燃烧迅速、容易产生爆炸三：燃烧设备（一） 总的要求（1） 能够保证燃料良好的燃烧性能。（2） 能够根据锅炉负荷的变化对燃烧设备进行调整。（3） 能够方便司炉工的操作和减轻司炉工的劳动强度。（4） 要求钢耗量低、电耗量低（5

8、） 能够在运行中起到消烟除尘的作用。（二） 燃烧方式1、 层状燃烧：又名火床燃烧2、 悬浮燃烧：又名室燃炉3、 沸腾燃烧：是介于层燃与室燃之间的一种燃烧方式。燃料的适应性广，可以燃烧劣质煤，容易脱硫；磨损严重，飞灰严重。4、 流化床燃烧：（三）常见的燃烧设备第三节 锅炉的传热与热胀冷缩一、 热量的三种传递方式1、 热辐射：是锅炉内一种主要的传热方式，发生在锅炉的炉膛内。当温度高于1200时，辐射传热量是对流传热量的5倍以上。计算公式：qf=C0a(T41-T4b1)qf-炉膛辐射换热量C0-绝对黑体辐射常数a-炉膛黑度T1-炉膛中烟气及火焰的平均温度T b1-受热面烟气侧壁面温度2、热传导发生

9、在一个物体或者两个相接触的物体之间，由高温侧向低温侧传递的过程。计算公式：q=t/s-导热系数S-物体导热厚度t-传热温差3、热对流是液体或气体依靠本身的流动来达到热量传递的一个过程。计算公式：ql=at二、 锅炉内热量传热的过程和传递方式1、 传递过程高温烟气及火焰的热量-（辐射或对流）烟气侧管壁灰污层-（热传导）烟气侧管壁表面-（热传导）介质侧金属表面-（热传导）介质侧水垢外表面-（热传导）介质侧水垢内表面-（对流传热）介质2、 三种传递方式同时存在3、 在不同的部位三种传热方式所起的作用不同4、 不同的情况下热量的传递过程不同三、 锅炉热力计算的有关知识热力计算的目的是已知锅炉的蒸发量来

10、计算锅炉各个部位的受热面。1、 炉膛内的传热计算炉膛内，辐射传热是锅炉的主要传热过程。传热公式：Q= C0aH(T41-T4b1)/BJ2、 对流受热面的传热计算传热公式：Q=KHtK-传热系数，K=1/（1/ a1+h/h+gb/gb+sg/sg+1/ a2）经简化，K=aa-烟气侧对流放射系数3、热力计算的过程四、物体的热胀冷缩1、热膨胀对锅炉的危害2、在锅炉设计及安装时，要充分考虑热膨胀。使各受热部件能够自由伸缩。3、在检验过程中，要注意热膨胀问题。检查膨胀指示器是否缺失，能否正常工作，新安装的锅炉及停用的锅炉指示点是否归零。4、温差应力由于同一部件上存在温差，各部分的膨胀量不同而产生的

11、。5、物体的线膨胀计算公式：L=aL0（t2-t1）第四节、水蒸汽的性质级锅炉水循环1、 水及水蒸汽的几种状态不饱和水-饱和水-饱和蒸汽-过热蒸汽再热蒸汽-在再热器中流动的过热蒸汽2、 关于水及水蒸汽的几个基本概念1、 饱和温度：在一定的压力下，对水进行加热，当加热到一定程度时，水开始沸腾的温度。不同压力下水的饱和温度不同。2、 显热：在一定的压力下，使一公斤的0水加热到饱和温度时需要的热量。3、 潜热：在一定的压力下，使一公斤的饱和水变成干饱和蒸汽时需要的热量。4、 焓：在一定的压力下，使一公斤的0水加热到任一状态下的水或蒸汽时需要的热量。5、 过热度：过热蒸汽的温度与该压力下饱和蒸汽的温度

12、差。6、 蒸汽湿度：饱和蒸汽中水的质量含量。3、 锅炉水循环4、 分类：（1） 自然循环和强制循环（2）单管路自然循环和多管路自然循环5、 自然循环的原理利用上升管与下降管中介质的密度差作为循环动力。水循环流动压头：P=H（11）6、 决定水循环的因素1、 锅炉的工作压力2、 受热强度3、 回路高度4、 上升管与下降管的阻力5、 循环回路尽量简单6、 锅内装置要求合理7、 下降管布置合理8、 下降管严禁受热常见的水循环故障1、 循环停滞2、 倒流3、 汽水分层4、 下降管带汽第五节 锅炉用钢一、化学元素对钢材的性能影响1、碳（C）碳的含量对金属材料的抗拉强度、硬度、塑性、韧性都有明显的影响。碳

13、含量越高，金属材料的抗拉强度、硬度增加；同时塑性和韧性降低，金属的可焊性也随之恶化。综合考虑，碳含量一般控制在0.1%0.3%之间。通常在0.2%左右。2硫（S）能够改善金属的切削性。以熔点较低的FeS型式存在时，可以导致金属的热脆，在晶间开裂。含量较高时，可以在焊接中出现SO2，在焊接的金属中出现气孔和缩松。控制在0.04%以下。3 磷（P）增加钢的回火脆性和冷脆敏感性。磷含量高的位置往往会成为脆裂的起点。含量越高，钢材的冲击值越低。一般规定其在金属中的含量在0.04%以下。4、硅（Si）含量越高，钢材的韧性和塑性越低。硅的存在同时会降低金属的可焊性。5、锰对提高低碳钢、中碳钢的强度有明显的

14、作用。同时使塑性有所下降。当含量高于1%时，钢材的可焊性变坏。二、对锅炉用钢的要求蒸汽锅炉安全监察规程中规定，锅炉受压元件所使用的金属材料和焊缝金属，在使用条件下应具有规定的强度、韧性、延伸性、以及良好的抗疲劳性能和抗腐蚀性能。1、强度：（1）短期抗拉强度抗拉强度在外加载荷的作用下，使金属材料仅产生弹性变形而不产生塑性变形时的最大载荷，叫做该金属材料常温及工作温度下的抗拉强度。符号：b, tb屈服限在外加载荷的作用下，使金属材料不仅产生弹性变形而且还产生一定量塑性变形。在载荷不变的前提下，塑性变形量也不变。这时的载荷叫做该金属材料常温及工作温度下的屈服限。符号：s, ts(2)长期强度特性在高

15、温下，钢材因受力而产生的变形，不仅与受力大小及温度高低有关，而且随时间的增加，在外加载荷不变的情况下，塑性变形量也增加，甚至破坏。蠕变在高温条件下，钢材在恒定的应力作用下，随时间延长，塑性变形量也随之增加的现象。蠕变限在某一高温条件下，在规定的时间内，引起允许的总蠕变形的应力称作蠕变限。持久强度在某一较高温度下，在规定的工作期限内，引起蠕变破坏时的应力称为持久强度。我国水管锅炉强度计算（GB/T9222）中规定，钢材的基本许用应力按照下列三式中的最小值：j=b/nbj=ts/nsj=tD/nDb-常温下钢材的抗拉强度ts-工作温度下钢材的屈服限tD-工作温度下钢材的持久强度3、 延伸性和韧性（

16、1） 伸长率：=(L1-L0)/ L0×100%（2） 断面收缩率：=(F1-F0)/ F0×100%（3） 冲击值：ak=A/Fa-GB/T9222水管锅炉强度计算中规定，锅炉受压元件中钢板的伸长率不小于18%。b-钢材的冲击值是以三个试样的平均值作为钢材的韧性指标。钢材的常温冲击值不小于59J。c-时效冲击值。时效冲击值不小于29J。3、良好的可焊性三、锅炉用钢的分类及选用1、锅炉用钢必须为镇静钢2、钢板20时的伸长率5不低于18%3、碳素钢及碳锰钢温室时的夏比（V型缺口试样）冲击吸收功不低于27J第六节、受压元件的焊接与胀接一、常用的焊接方法及工艺要求1、手工电弧焊2

17、、埋弧自动焊3、钨极氩弧焊4、熔化极气体保护焊5、电渣焊6、摩擦焊二、胀接1、胀接的基本原理利用金属材料的不均匀变形所产生的残余应力，使管端与管板紧密连接在一起。管子产生塑性变形，管板产生弹性。胀接分为两个阶段：（1）、固定胀消除管子与管孔的间隙 （2）、紧固胀使管子与管板紧密结合在一起。2、胀接的特点：（1）强度和严密性不如焊接，但能够满足强度及严密性的要求。（2）省时、省料，节约成本（3）是冷加工，不改变母材金属的组织结构和机械性能。（4）管子便于更换3、影响胀接质量的因素（1）胀管率的控制：严禁欠胀和过胀（2）管子与管孔的间隙（3）管子与管孔的接触情况（4）管子伸出长度与扳边情况（5）管

18、板厚度（6）金属材料塑性的影响 (7)管孔节距与位置的影响（8）胀管器的影响第七节 锅炉检验检测工作a) 锅炉结构第一节 锅炉结构的基本要求一、从安全的角度1 、要保证受压元件有足够的强度和稳定性2、保证锅炉结构各部分在运行时自由膨胀。3、要有良好的水循环，以保证受热面有良好的冷却。4、水冷壁、炉膛应有足够的承载能力。5、受压元件开孔和焊缝应尽量避免或减少应力集中。6、钢架在承受载荷时，要有足够的强度、刚度、抗腐蚀性。7、锅炉结构要便于安装、操作、检修和清洗内外部8、安全附件和制动控制应可靠9、炉膛结构应有承压能力和可靠的防爆措施。二、从经济角度1、合理布置受热面，从分吸收热量、最大限度的减少

19、各种热损失，提高锅炉的热效率。2、合理的选择和使用钢材，尽量降低钢材的消耗量，节约金属。3、能够消耗最少的燃料达到锅炉规定的参数。4、要根据锅炉参数和给定的燃料来选择锅炉的结构5、合理配置鼓、引风机。6、尽量降低辅助设备的耗电量。7、提高自动化水平，实现安全经济运行。第二节 锅炉的参数及型号一、锅炉的参数蒸汽锅炉：1、出力：D 吨/小时（t/h）2、压力：P 兆帕（MPa） 公斤/平方厘米（kgf/cm2）1kgf/cm2=0.98MPa3、给水温度：tgs 4、排烟温度：tpy 5、热效率： 热水锅炉1、出力：N 兆瓦（MW） 大卡/小时（kcal/h）2、压力：P 兆帕（MPa） 公斤/平

20、方厘米（kgf/cm2）1kgf/cm2=0.98MPa3、出水/回水温度：tcs/ths 4、排烟温度：tpy 5、热效率： 二、锅炉的分类1、按用途：（1）电站锅炉（2）工业锅炉（3）船用锅炉（4）机车锅炉2、按结构（1）锅壳锅炉（2）水管锅炉（3）水火管锅炉3、按容量（1）小型锅炉 D10t/h（2）中型锅炉75t/h（3）大型锅炉75t/h4、按循环方式（1）自然循环（2）强制循环（3）混合循环（4）直流锅炉5、按出口工质压力（1）低压锅炉 P2.5MPa（2）中压锅炉P 3.8MPa（3）高压锅炉P 9.8MPa（4）超高压P 13.7MPa（5）亚临界P 16.7MPa（6）超临界

21、P22.1MPa6、按燃烧方式（1）层燃炉（2）室燃炉（3）旋风炉（4）流化床锅炉7、按燃料（1）固体燃料锅炉（2）液体燃料锅炉（3）气体燃料锅炉（4）余热锅炉8、按照排渣方式（1）固态排渣炉（2）液态排渣炉9、按出厂方式（1）快装锅炉（2）组装锅炉（3）散装锅炉10、按锅筒个数（1）单锅筒（2）双锅筒（3）无锅筒三、锅炉的型号1、工业蒸汽锅炉的型号举例：SZL10-1.25-AII SZL20-2.5/400-AII DZL10-0.7-W SHL10-1.25-AIII3 SZS6-1.6-Y(Q)WNS10-1.25-Y(Q)2 、工业热水锅炉的型号举例：DZL2.8-1.0/115/70-AIISZL7-0.7/95/70-AIIWNS14-1.25/130/70-AIIQXL10.5-1.0/115/70-AII23、烟道