锅炉基础知识及工作原理

锅炉基础知识及工作原理第一讲：锅炉的类别、参数及型号一、锅炉及其分类锅炉也称蒸汽发生器，是运用燃料或工业生产中余热的热能，将工质加热到一定温度和压力的换热设备。锅炉用途广泛，型式众多，普通可按下列办法分类：1、按用途分类电站锅炉：大多为大容量、高参数锅炉，火室燃烧，热效率高，出口工质为过热蒸汽。工业锅炉：用于工业生产和采暖，大多为低压、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工业锅炉，出口工质为热水的称为热水锅炉。船用锅炉：用作船舶动力，普通采用低、中参数，大多燃油。锅炉体积小，重量轻。机车锅炉：用作机车动力，普通为小容量、低参数，火床燃烧，以燃煤为主，锅炉构造紧凑，现已少用。注汽锅炉：用于油田对稠油的注汽热采，出口工质普通为高压湿蒸汽。2、按构造分类火管锅炉：烟气在火管内流过，能够制成小容量，低参数锅炉，热效率较低，但构造简朴，水质规定低，运行维修方便。水管锅炉：汽水在管内流过，能够制成小容量，低参数锅炉，也可制成大容量、高参数锅炉。电站锅炉均为水管锅炉，热效率较高，但对水质和运行水平的规定也较高。3、按循环方式分类自然循环锅筒锅炉：含有锅筒，运用下降管和上升管中工质密度差产生工质循环，只能在临界压力下列应用。多次强制循环锅筒锅炉：也称辅助循环锅筒锅炉。含有锅筒和循环泵，运用循环回路中的工质密度差和循环泵压力建立工质循环。只能在临界压力下列应用。低倍率循环锅炉：含有汽水分离器和循环泵，重要*循环泵建立工质循环，可应用于亚临界压力和超临界压力，循环倍率低，普通为1.25~2.0。直流锅炉：无锅筒，给水*水泵压力，一次通过受热面产生蒸汽，合用于高压和超临界压力锅炉。复合循环锅炉：含有再循环泵。锅炉负荷低时按再循环方式运行，负荷高时按直流方式运行，可应用于亚临界压力和超临界压力。4、按锅炉出口工质压力分类低压锅炉普通压力不大于1.275MPa(13kgf/cm2)中压锅炉普通压力为3.825MPa(39kgf/cm2)高压锅炉普通压力为9.8MPa(100kgf/cm2)超高压锅炉普通压力为1.3.73MPa(140kgf/cm2)亚临界压力锅炉普通压力为16.67MPa(170kgf/cm2)超临界压力锅炉压力不不大于22.13MPa(225.65kgf/cm2)5、按燃烧方式分类火床燃烧锅炉：重要用于工业锅炉，其中涉及固定炉排炉、倒转炉排抛煤机炉、振动炉排炉；下饲式炉排炉和往复推饲炉排炉等。燃料重要在炉排上燃烧。火室燃烧锅炉：重要用于电站锅炉，燃用液体燃料、气体燃料和煤粉的锅炉均为火室燃烧锅炉。火室燃烧时，燃料重要在炉膛空间悬浮燃烧。旋风（沸腾）炉：送入炉排的空气流速较高，使大粒燃煤在炉排上面的沸腾床中翻腾燃烧，小粒燃煤随空气上升并燃烧。用于燃用劣质燃料。多为工业锅炉，大型循环沸腾燃烧锅炉可用作电站锅炉。6、按所用燃料或能源分类固体燃料锅炉燃用煤等固体燃料。液体燃料锅炉燃用重油等液体燃料。气体燃料锅炉燃用天然气等气体燃料。余热锅炉运用冶金、石油化工等工业的余热作热源。原子能锅炉运用核反映堆所释放热能作为热源的蒸汽发生器。废料锅炉运用垃圾、树皮、废液等作为废料的锅炉。其它能源锅炉运用地热、太阳能等能源的蒸汽发生器或热水器。7、按排渣方式分类固态排渣锅炉：燃料燃烧后生成的灰渣呈固态排出，是燃煤锅炉的重要排渣方式。液态排渣锅炉：燃料燃烧后生成的灰渣呈液态从渣口流出，在裂化箱的冷却水中裂化成小颗粒后排入水沟。8、按炉膛烟气压力分类负压锅炉炉膛压力保持负压，有送、引风机，是燃煤锅炉重要型式。微正压锅炉炉膛压力不不大于为2~5kPa，不需引风机，宜于低氧燃烧。增压锅炉炉膛压力不不大于0.3MPa，用于蒸汽——燃气联合循环。9、按锅筒布置分类锅炉锅筒数普通为一种或两个，锅筒可纵置或横置。当代锅筒型电站锅炉都采用单锅筒型式，工业锅炉采用单锅筒或双锅筒型式。10、按炉型分类锅炉炉型诸多，有倒U型、塔型、箱型、T型、U型、N型、L型、D型、A型等，D型、A型用于工业锅炉，其它炉型普通用于电站锅炉11、按锅炉出厂型式分类锅炉可作露天、半露天、室内、地下或洞内布置。工业锅炉普通采用室内布置，电站锅炉重要采用室内半露天或露天布置。12、按锅炉出厂型式分类可分为快装锅炉、组装锅炉和散装锅炉、小型锅炉可采用快装型式，电站锅炉普通为组装或散装。第二讲：锅炉设备构成及其工作过程锅炉设备构成：锅炉由一系列设备构成，这些设备可分为重要部件和辅助设备两类。大型自然循环高压锅炉的重要部件及其作用以下：1、炉膛：确保燃料燃尽并使出口烟气温度冷却到对流受热面能安全工作的数值；2、燃烧设备：将燃料和燃烧所需空气送入炉膛并使燃料着火稳定，燃烧良好；3、锅筒：是自然循环锅炉受热面的闭合件，将锅炉各受热面联结在一起并和水冷壁，下降管等构成水循环回路。锅筒储存汽水，可适应负荷变化，内部设有汽水分离装置以确保汽水品质，直流锅炉无锅筒。4、水冷壁：是锅炉的重要辐射受热面，吸取炉膛辐射热，加热工质，保护炉墙；后水冷壁管称为凝渣管，用以避免过热器结渣.。5、过热器：将饱和蒸汽加热到额定过热蒸汽温度。生产饱和蒸汽的蒸汽锅炉和热水锅炉无过热器。6、再热器：将汽轮机高压缸排汽加热到较高温度，然后再送到汽轮机中压缸膨胀作功。用于大型电站锅炉以提高电站热效率。7、省煤器：运用锅炉尾部烟气的热量加热给水，以减少排烟温度，节省燃料。8、空气预热器：加热燃料用的空气，以加强着火和燃烧；吸取烟气余热，减少排烟温度，提高锅炉效率。9、炉墙：是锅炉的保护外壳，起密封和保温作用。小型锅炉中的重型炉墙也可起支承锅炉部件的作用。10、构架：支承和固定锅炉部件，并保持其相对位置。锅炉的辅助设备及其作用以下：（1）燃料供应设备贮存和运输燃料。（2）磨煤及制粉设备将煤磨制成煤粉并输入燃用煤粉的锅炉燃烧设备燃烧。（3）送风设备由送风机将空气预热器加热后的空气输往炉膛及磨煤装置应用。（4）引风设备由引风机和烟筒将锅炉排出的烟气送往大气。（5）给水设备由给水泵将通过水解决设备解决后的给水送入锅炉。（6）除尘除渣设备从锅炉中除去灰渣并运走。（7）除尘设备除去锅炉烟气中的飞灰，改善环境卫生。（8）自动控制设备自动检测、程序控制、自动保护和自动调节。锅炉设备的工作过程：燃煤运到煤场后经煤斗和给煤机入磨煤机成煤粉并由一次空气携往燃烧器供燃烧，燃烧器喷出的煤粉与二次空气混合后在炉膛燃烧并释出大量热量。燃烧产生的高温烟气由炉膛经凝渣管，过热器、省煤器和空气预热器后进入除尘器，再由引风机送往烟筒排入大气。给水由给水泵经给水管道送入省煤器。给水在省煤器吸热后进入锅筒，并沿下降管经下集箱流入水冷壁。水在水冷壁中吸取炉膛辐射热后形成汽水混合物流入锅筒。汽水混合物在锅筒中经汽水分离装置后，蒸汽由锅筒上部送入过热器吸热形成过热蒸汽。最后，过热蒸汽由过热蒸汽出口集箱输往汽轮机。空气自送风机吸入后，由送风机送往空气预热器。空气在空气预热器中吸取烟气热量后形成热空气，并分为一次空气和二次空气分别送往磨煤机和燃烧器。灰渣经灰渣斗落入排灰槽道后用水力排除并送往灰场。高压或超高压的锅炉装有再热器，再热器普通布置在过热器与省煤器之间，引自气轮机高压缸出口的蒸汽输入再热器，吸取热量后再送入汽轮机中压缸做功，以提高电站热效率。第三讲：锅炉的参数与技术经济指标锅炉参数锅炉参数普通指锅炉容量、蒸汽压力、蒸汽温度和给水温度。工业蒸汽锅炉的容量用额定蒸发量表达。额定蒸发量表明锅炉在额定蒸汽压力、蒸汽温度、规定的锅炉效率和给水温度下，持续运行时所必须确保的最大蒸发量，常以每小时能产生以吨计的蒸汽量来表达，单位t/h。热水锅炉的容量用额定供量表达，单位为kw(kcal/h)。电站锅炉的容量也用额定蒸发量表达，单位为t/h。锅炉蒸汽压力和温度是指过热器主汽阀出口处的过热蒸汽压力和过热蒸汽温度，对于无过热器的锅炉，用主汽阀出口处的饱和蒸汽压力和温度表达。压力的单位为MPa(kpf/cm2)，温度的单位为K或℃。锅炉给水温度是指进省煤器的给水温度，对无省煤器的锅炉指进锅炉锅筒的水温，单位为K或℃。工业蒸汽锅炉的给水温度为20℃、60℃、105℃三档。电站锅炉的给水温度为（中压）150℃、170℃、（高压）215℃、（亚临界）260℃。锅炉技术经济指标锅炉的技术经济指标普通用锅炉热效率、锅炉成本及锅炉可靠性3项来表达。优质锅炉应确保热效率高，成本低及运行可靠。1、锅炉热效率锅炉热效率是指送入锅炉的全部热量中被有效运用的百分数。当代电站锅炉的热效率都在90%以上。工业锅炉的热效率（涉及热水锅炉）55%—87%。热效率是锅炉的一项重要节能指标，在《工业锅炉质量分等原则》中有明确规定，一等品锅炉应含有较好的节能效果，锅炉热效率应增加2%。优等品锅炉应有明显的节能效果，其热效率应增加4%。2、锅炉成本锅炉成本普通用成本中的一种重要经济指标钢材消耗率表达。钢材消耗率的定义为锅炉单位蒸发量所用的钢材重量，单位为t/h。锅炉参数、循环方式、燃料种类及锅炉部件构造对钢材消耗率都有影响。锅炉蒸汽参数高、容量小、燃煤、采用自然循环、采用管式空气预热器及钢柱构架可使钢材消耗率增大；参数低、容量大、采用直流锅炉、燃油或燃气、采用回转式空气预热器及钢筋混凝土构架可使钢材消耗率减小。工业锅炉的钢材消耗率在5~6吨钢材·t/h左右；电站锅炉的钢材消耗率普通在2.5~5吨钢材·h/t范畴内。在确保锅炉安全、可*、经济运行的基础上应合理减少钢材消耗率，特别是耐热合金钢材的消耗率。3、锅炉可靠性锅炉可*性惯用下列3种指标来衡量。（1）持续运行时间=两次检修之间的运行时间（用小时表达）。事故停用时间（2）事故率=————————————×100%运行总时间+事故停用时间运行总时间+备用总时间（3）可用率=————————————×100%统计时间总时间第四讲：锅炉型号

1、

工业锅炉型号

中国工业锅炉型号按机械部部标

JB

1626——81的规定进行编制。

工业锅炉产品型号由三部分构成，各部分短横线相连。

第一部分分三段，分别表达锅炉型号（用汉语拼音字母代号）、燃烧方式（用汉语拼音字母代号）和蒸发量（用阿拉伯数字表达，单位为

t

/

h

；热水火炉为供热量，单位为

MW；余热锅炉以受热面表达，单位为

m2

）。

快装式水管锅炉在型号第一部分用

K（快）替代锅筒数量代号。快装纵横锅筒式锅炉用

KZ

（快，纵）代号；快装强制循环锅炉用

KQ（快，强）代号。

第二部分表达工质参数，对工业蒸汽锅炉，分额定蒸汽压力和额定蒸汽温度两段，中间以斜线相隔，惯用单位分别为

MPa和

℃、

蒸汽温度为饱和温度时，型号第二部分无斜线和第二段。对热水锅炉，第二部分由三段构成，分别为额定压力、出水温度和进水温度，段与段之间用斜线隔开。

第三部分表达燃料种类及设计次序，共两段：第一段表达燃料种类（用汉语拼音字母代号），第二段表达设计次序（用阿拉伯数字表达），原型设计无第二段。2、电站锅炉型号

电站锅炉型号也由三部分构成。第一部分表达锅炉制造厂代号；第二部分表达锅炉参数；第三部分表达设计燃料代号及设计次序。

锅炉的构造之一：工业锅炉的构造

工业构造按基本构造的型式来分可为火管锅炉和水管炉两种。火管锅炉的外形为一金属筒体，含有构造紧凑，整体性好，给水品质可较低，运行较方便等优点。但因其为筒壳构造，受力条件差，能承受的压力和本体尺寸受较大限制，只能制成低参数，小容量的锅炉；且因烟气纵向冲刷壁面，传热效果较差，故热效率较低，金属消耗率也较高；另外，因其炉膛尺寸小，内置燃烧装置的操作和维护不便，因而难于燃用低质料。

水管锅炉的本体由较小直径的锅筒和管子构成，受力条件好，且受热面和炉膛的布置方便，传热性能好，热效率较高，钢材消耗率较低，在构造上可合用于大容量和高参数的锅炉，但对水质和运行规定较高。

除以上两种基本型式的锅炉外，尚有一种由水管和火管组合而成的混合型锅炉，即水火管锅炉。这种锅炉含有水管和火管两种锅炉的优点，特别是水管构成外置炉膛时：构造简朴，操作方便，容量可较火管式有所扩大，且整体性好。但是也无法完全避免两者的缺点，如对水质的规定就较高，与水管锅炉相近。火管锅炉由于容量小，整体性好，因而总是制成快装（整装）式锅炉，现在广泛用于燃油，燃气。水管锅炉宜制成较大容量的锅炉，但也有制成快装（整装）式小容量锅炉的。水火管锅炉的容量范畴较大，但均制成快装（整装或迭装），广泛用于燃煤，现在在中国工业锅炉中这种锅炉占数量上的大多数。

第一节火管锅炉构造

在火管锅炉中，烟气在火筒（俗称炉胆）和烟管中流动，以辐射和对流方式将热量传递给工质，使之受热形成蒸汽。容纳水和蒸汽并兼作锅炉外壳的筒形受压容器称为锅壳。锅炉受热面-----火筒和烟管即布置在锅壳之中。燃烧装置布置在火筒之中，并以火筒为炉膛的燃烧方式称为内燃；反之，燃烧装置布置在锅壳之外者则称为外燃。

火管锅炉按照其布置方式可分为卧式和立式两种，前者的锅壳纵向中心线平行于地面，后者的锅壳纵向中心线则垂直于地面。卧式火管锅炉又可分为单火筒（炉胆）锅炉（也称康尼许锅炉），双火筒（炉胆）锅炉（亦称兰开夏锅炉），烟管锅炉（外燃锅炉）和烟火管锅炉（内燃锅炉）。立式火管锅炉可分为立式横烟管锅炉和立式竖烟管锅炉两种。过去曾广泛使用的考克兰锅炉就属于前者。由于这种纯火管立式锅炉构造复杂，受热面布置受限制，热效率过低，故我国已不再制造。一种取消此种锅炉中的烟管，增设水管而形成的立式水火管组合锅炉在中国得到了广泛的采用，并获得了很大的发展。现在这种立式水火管组合锅炉已有多个型式，涉及立式大横水管锅炉，立式小横水管锅炉，立式直水管锅炉和立式弯水管锅炉。

上述各类锅炉中现在已不再生产的尚有立式横水管锅炉；而单火管锅炉和双火筒则广泛用于燃油，燃气。一、外燃烟管锅炉

外燃烟管锅炉是一种卧式火管锅炉。这种锅炉的锅壳中布置有众多的烟管，但没有火筒

。烟管沉醉在锅壳的水空间内。锅壳高架，燃烧装置安置在锅壳之下。在炉排的周边砌筑炉墙，形成外置炉膛。燃烧后的生成的烟气在炉膛中从前向后流动，冲刷锅壳外壁，在炉膛的后端向上折入烟管中，然后在烟管内自后胶向前流动，直至前烟箱，再从烟箱上面的烟囱排出。烟气在锅炉内先自前向后，再从后向前各流动一次，称为两回程。但有些外燃烟管锅炉也有三回程的。烟管普通用无缝钢管制成。这种锅炉的优点在于：采用了外燃方式，易于增减炉排面积和炉膛容积，故燃料的合用范畴较广，燃烧操作也较方便。其缺点在于：锅炉整体性差，炉墙需现场砌筑，无法实现快装；炉墙内表面不敷设辐射受热面，这非但使炉墙得不到冷却而不得不使用重型炉墙，并且还因缺少高效的辐射受热面而使整台锅炉的传热效率减少。这些缺点造成锅炉占地面积大，安装费用高，装移不便等一系列问题。现在，这种锅炉已极少生产，而为水火管锅炉所取代。

二、卧式内燃烟火锅炉

这种锅炉是现在制造最多，可用于烧煤，但更适合于燃油和燃气。在卧式烟火管锅炉的锅壳内偏心地布置有一含有有弹性的波形火筒，在锅壳的左右侧及火筒的上部都布置有烟管。火筒和烟管均浸没在锅壳的水空间内。燃烧装置、链条炉排安置在火筒之中。烟气的第一回程是从前向后冲刷火筒，第二回程是经两侧的烟管从后向前流至前烟箱，第三回程从前烟箱经上部烟管自前向后流入锅炉后部，然后由引风机排出。这种内燃锅炉不需外砌炉膛，整体性和密封性极好，都采用快装，安装费用少，占地面积小。但煤种合用范畴较小。另外，这种锅炉尚有某些与烟管本身有关的缺点：烟管普通采用胀接，此时如胀接工艺不恰当，就容易汇漏；烟管的间距小，清洗水垢比较困难，因而对水质的规定就较高；

烟管水平布置易积灰，且烟气在管内为纵向冲刷，因而传热效率低，大量使用烟管不仅使锅炉的金属耗量大增，并且还使锅炉的通风阻力增大，特别是当烟管中烟速较高时。燃油，燃气的卧式内燃烟火管锅炉因充足运用了燃油和燃气的优越性，不用引风机，节省了投资和电耗。最大程度地发挥了内燃炉的优点，避免了其缺点。达成了构造和布置上的紧凑，快装及运行上的高效清洁，安全可行和自动化。因此，随着国内外交流的不停增强，这种锅炉近年来在中国流行得相称快。三、立式小横水管火管锅炉

这种锅炉简称立式横水管锅炉。锅炉本体是由锅壳，炉胆，横水管，冲天管等重要受压元件所构成。横水管也有采用斜布置，以利水循环。这类立式火管锅炉为内燃式。由于炉胆容积较小，水冷程度较大，燃料不易燃烧充足，受热面积较小，排烟温度高，因此这类锅炉的热效率低，消烟除尘也较差。锅炉的容量小，参数低。四、立式直水管火管锅炉

简称立式直水管锅炉。这是前些时期发展起来的立式水管锅炉。锅壳分为上下两个独立的部分，各垂直水管的上下两端分别与锅壳的这两部分相连接。这种锅炉相对于前一种立式锅炉的优越性在于：水循环有所改善；上下管板不受炉膛的高温辐射，不地因产生水垢而使管板过热，管中的水垢也较易消除；受热面可布置较多，构造紧凑，安装维修较方便。但仍有以下缺点：锅炉热次序仍不高，钢耗也较大。并且管束中的积灰不易消除。

五、立式弯水管锅炉

它是近期来在改革旧式锅炉的基础上发展起来的一种立式火管锅炉。炉胆内布置有水冷管，其两端分别连接于炉胆侧壁和炉胆顶球面壁。这些水管与炉胆内壁构成了锅炉的辐射受热面。在锅壳外壁上安装有一圈呈交错排列的耳形管，在耳形管排的外面罩以绝热的环形烟箱，形成锅炉的对流蒸发受热面。炉排置于炉胆的底部。燃料在炉排上燃烧后所生成的高温烟气，流经炉膛中的弯水管，从炉膛上部的喉管流出，分左右两路进入耳形对流管束区，沿锅壳外壁各绕流半圈，横向冲刷锅壳外烟箱中的耳管及对应的锅壳外壁。最后，烟气经烟囱排入大气。这种锅炉，由于其在炉胆内和锅壳都安装了水管，从而增大了辐射受热面和对流受热面，排烟温度较低，锅炉效率较高，构造上也考虑了清灰的方便，但对锅炉给水的规定较高。这种锅炉是我国现在应用很广的一种立式锅炉。第二节

水火管锅炉构造

水火管锅炉普通是指由卧式外燃烟管锅炉在锅壳下部加装水冷壁而成的一种卧式外燃烟水管锅炉。这种锅炉构造紧凑，整装出厂，曾被专称为“快装锅炉”，并以KZ的型号来表达。现在为了与水管锅炉的命名相一致，已有开始改为DZ型号的。在中国，快装锅炉原初是为了取代兰开夏，考克兰等传统锅炉的，现在已成了中国工业锅炉生产中最重要的品种。燃烧设备普通采用链条炉排，但也有采用往复炉排的，个别采用振动炉排，在小容量锅炉中也采用固定炉排。烟气流程为：烟气从炉膛向后流出后，先向上流入第一烟管束，从后向前流至前烟管，然后由前烟箱折流入第二烟管束，从前向后流至省煤器，最后由引风机引出。

这种锅炉的优点是构造紧凑，占地面积和高度小，安装和运输方便，热效率高。其缺点重要是锅壳下部直接受炉膛高温辐射，对水质规定高。

第三节

水管锅炉构造

水管锅炉的明显特点是汽水在管内流动，烟气在管外冲刷流动。与火管锅炉相比，它在构造上没有大直径的锅壳，并以富有弹性的弯水管取代刚性较大的直烟管，这不仅可节省金属，并且更为增大容量和提高蒸汽参数发明了条件。采用外燃方式可不受锅壳的限制，燃烧的规模和燃料的适应范畴能够扩大。从抟热学的观点来看，能够采用高效的传热方式：适宜增大辐射受热面；组织烟气对水管受热面的横向冲刷，必要时还可将管子交错排列。同时，水管受热面布置简便，清垢除灰容易，能够在最适宜的烟温区间布置蒸汽过热器，以及在尾部安置省煤器及空气预热器。固然这种锅炉对水质规定高，但这对大容量，高参数锅炉和当代水解决技术来说，不是什么麻烦。总之，对于大容量，高参数锅炉来说，水管锅炉含有极大的优越性，并且往往是唯一的选择；而对于小容量低压锅炉来说，水火锅炉乃至火管锅炉则保持很大的优势。

水管锅炉按管子的布置方位能够分为横水管锅炉和竖水管锅炉；按照管子的形状又可分为直水管锅炉和弯水管锅炉。横水管锅炉中水管呈水平或微斜布置对水循环很不利；而直水管锅炉中水管挺直，刚性大而缺少弹性，对缓和热应力和制造应力不利。但直水管用于横水管锅炉中时，各直水管用整集箱或波形分集箱相连，集箱上各相连管端的对壁的相称位置上开有手孔，可用以清洗管内水垢。但是由于整集箱尺寸大，形状不利于承压，承压能力差；波形分集箱和手孔的制造比较麻烦，维修工作量大，金属耗量大，故现已为含有少量锅筒的竖弯水管所替代。竖弯水管锅炉按照锅筒的数量可分为单锅筒和双锅筒；按照锅筒的布置方向可分为纵置式和横置式两种。

一、单锅筒纵置式锅炉

最常使用的一种单锅筒纵置式锅炉是“A”字型锅炉。锅筒位于炉膛的中央上部，沿锅炉（炉排）的纵向中心线布置，下面左右两侧各有一种纵置大直径集箱，左右两组对流管束在上部与锅筒相连，下部则分别