鍋爐的原理

1、什么是鍋爐
將其它熱能轉變成其它工質熱能，生產規定參數和品質的工質的設備稱為鍋爐。
鍋爐設備中，吸熱的部分稱為鍋，產生熱量的部分稱為爐。例如水冷壁、過熱器、省煤器等吸熱的部分可以看成是鍋；而爐膛、燃燒器、燃油泵，送、引風機可以看成是爐。現代化的鍋爐不像一般家庭用的鍋和爐那樣分得清楚。例如空氣預熱器既是吸熱的部分，又是產生熱量的部分，既可以看成是鍋的部分也可以看成是爐的部分。
2、鍋爐如何分類
鍋爐可按不同的方式分類：
①按鍋爐燃用的燃料分類可分為：燃煤爐、燃油爐和燃氣爐。
②按燃燒方式分類可分為：層燃爐、室燃爐和介于二者之間的沸騰（流化床）爐。
③按鍋爐水循環方式分類可分為：自然循環鍋爐、強制循環鍋爐和復合循環鍋爐。
④按有無汽包分類可分為：汽包鍋爐和直流鍋爐。
⑤按蒸汽壓力分類可分為：低壓鍋爐、中壓鍋爐、次高壓鍋爐、高壓鍋爐、超高壓鍋爐、亞臨界壓力鍋爐和超臨界壓力鍋爐。
⑥按管內通過的是水還是煙氣分類可分為：火管鍋爐、水管鍋爐和水火管組合式鍋爐。
⑦按鍋爐的用途分為：生活鍋爐、工業鍋爐、電站鍋爐和熱水鍋爐。
3、什么是火管鍋爐
所謂火管鍋爐就是燃料燃燒后產生的煙氣在火筒或煙管中流過，對火筒或煙管外水、汽或汽水混合物加熱。
4、什么是水管鍋爐
所謂水管鍋爐，就是水、汽或汽水混合物在管內流動，而火焰或煙氣在管外燃燒和流動的鍋爐。
5、什么是循環流化床鍋爐
循環流化床鍋爐是在流化床鍋爐（又稱鼓泡床或沸騰床鍋爐）的基礎上改進和發展起來的一種新型鍋爐。循環流化床鍋爐保留了流化床鍋爐的全部優點，而避免和消除了流化床鍋爐存在的熱效率低、埋管受熱面磨損嚴重和脫硫劑石灰石利用不充分、消耗量大和難于大型化等缺點。
循環流化床鍋爐床料處于流化狀態與流化床鍋爐是相同的，前者與后者的主要區別是前者的流化速度較高，爐膛出口煙氣中物料的濃度很高，大量的物料被爐膛出口的物料分離器分離后返送回爐膛，即有大量物料在爐膛和物料分離器之間循環。
鍋爐常用名詞解釋
6、蒸汽鍋爐
蒸汽鍋爐是用熱能加熱水（工質）產生蒸汽的設備。它由鍋和爐兩部分組成：鍋是鍋爐接受熱量，并把熱量傳給工質的受熱面系統；爐是指鍋爐中把燃料的化學能變為熱能的空間和煙氣流通的通道。通常用“噸/時”或“t/h”表示鍋爐的容量。用“Mpa”或“兆帕”（舊單位用“公斤力/厘米2”或“kgf/cm2”）表示鍋爐的額定壓力，用“℃”（攝氏度）表示額定壓力下飽和蒸汽的溫度和過熱蒸汽溫度。
7、熱水鍋爐
是指載熱工質為熱水的鍋爐。通常用“MW”（兆瓦），舊單位用“萬千瓦/時”或“萬大卡/時”，即“104kcal/h”表示鍋爐的容量，用“Mpa”表示鍋爐的額定壓力，用“℃”表示熱水溫度。
熱水鍋爐主要用于北方采暖，分為高溫熱水鍋爐（熱水溫度為130℃或更高一些）和低溫熱水鍋爐（熱水溫度在95℃以下），過去多半采用低溫熱水鍋爐，今后要發展高溫熱水鍋爐，熱水鍋爐有自然循環和強制循環兩種。我司臥式三回程鍋殼式熱水鍋爐為自然循環。
8、有機熱載體爐
是指載熱工質為高溫導熱油（也稱熱煤體、熱載體）的新型熱能轉換設備。通常也用“MW”（兆瓦）表示爐的容量，舊單位也用“萬千瓦/時”或“萬大卡/時”，即“104kcal/h”表示。有機熱載體爐（也稱導熱油爐）的優勢在于“高溫低壓“、運行平穩而被廣泛運用。有機熱載體爐有液相、氣相之分。我司有機熱載體爐為液相。
9、鍋爐容量
是指蒸汽鍋爐、熱水鍋爐、有機熱載體爐提供熱能的一種能力。容量大供熱的能力大、出力大；反之就小。如：容量為1t/h蒸汽鍋爐，即表示該鍋爐在1小時內可以將1噸的水變成一定壓力下飽和蒸汽的能力；如0.7 MW的熱水爐和有機熱載體爐表示可以在1小時內產生相當于0.7MW功率的熱量（相當于1噸蒸汽的熱量）。
10、鍋爐受熱面
通常是指接觸火焰或煙氣一側之金屬表面積（另一側接觸水或導熱油）。鍋爐的熱交換就是通過這樣的金屬表面積來進行的。一般用米2（m2）來計量的，受熱面積大，鍋爐容量就大，反之就小。
11、溫度
是標志著物體冷熱程度的狀態參數，一般用“℃”（攝氏度）表示。英、美等國過去通用“℉”（華氏度），水沸點為100℃，轉換為華氏度為212℉。
12、鍋爐壓力
鍋爐行業通常所指的鍋爐壓力（壓強）即表示垂直于容器單位壁面積上的力，用“Mpa”表示，舊單位“公斤力/厘米2” （kgf/cm2）。
13、飽和蒸汽
鍋爐中的水在某一壓力下被燃料燃燒所放出的熱量加熱而發生沸騰，汽化變為蒸汽，這種處于沸騰狀態下的爐水溫度是飽和蒸汽；鍋內壓力高，飽和蒸汽溫度就高。如1.0 Mpa飽和蒸汽溫度184℃，1.25 Mpa飽和蒸汽溫度193℃。
14、過熱蒸汽
溫度高于對應壓力下的飽和溫度的蒸汽稱為過熱蒸汽。過熱蒸汽的熱焓大，熵值高做功的能力大，與飽和蒸汽質量相同的過熱蒸汽作為熱源用，可使被加熱的介質溫度升得高，送入汽輪發電機則可以發出較多的電力。
15、鍋爐熱效率
是指鍋爐或有機熱載體爐在熱交接過程中，被水、蒸汽或導熱油所吸收的熱量，占進入鍋爐的燃料完全燃燒所放出的熱量的百分數。
被鍋爐吸收的熱量（有效利用熱量）
燃料完全燃燒放出的熱量
鍋爐的種類及應用
將其它熱能轉變成其它工質熱能，生產規定參數和品質的工質的設備稱為鍋爐。燃燒設備以提供良好的燃燒條件，以求能把燃料的化學能最大限度地釋放出來并其轉化為熱能，把水加熱成為熱水或蒸汽的機械設備。鍋爐包括鍋和爐兩大部分，鍋的原義是指在火上加熱的盛水容器，爐是指燃燒燃料的場所。鍋爐中產生的熱水或蒸汽可直接為生產和生活提供所需要的熱能，也可通過蒸汽動力裝置轉換為機械能，或再通過發電機將機械能轉換為電能。提供熱水的鍋爐稱為熱水鍋爐，主要用于生活，工業生產中也有少量應用。產生蒸汽的鍋爐稱為蒸汽鍋爐，又叫蒸汽發生器，常簡稱為鍋爐，是蒸汽動力裝置的重要組成部分，多用于火電站、船舶、機車和工礦企業。
一、鍋爐的發展



二、鍋爐的工作


鍋爐參數是表示鍋爐性能的主要指標，包括鍋爐容量、蒸汽壓力、蒸汽溫度、給水溫度等。

鍋爐容量可用額定蒸發量或最大連續蒸發量來表示。額定蒸發量是在規定的出口壓力、溫度和效率下，單位時間內連續生產的蒸汽量。最大連續蒸發量是在規定的出口壓力、溫度下，單位時間內能最大連續生產的蒸汽量。

蒸汽參數包括鍋爐的蒸汽壓力和溫度，通常是指過熱器、再熱器出口處的過熱蒸汽壓力和溫度如沒有過熱器和再熱器，即指鍋爐出口處的飽和蒸汽壓力和溫度。給水溫度是指省煤器的進水溫度，無省煤器時即指鍋筒進水溫度。

鍋爐可按照不同的方法進行分類。鍋爐按用途可分為工業鍋爐、電站鍋爐、船用鍋爐和機車鍋爐等；按鍋爐出口壓力可分為低壓、中壓、高壓、超高壓、亞臨界壓力、超臨界壓力等鍋爐；鍋爐按水和煙氣的流動路徑可分為火筒鍋爐、火管鍋爐和水管鍋爐，其中火筒鍋爐和火管鍋爐又合稱為鍋殼鍋爐；按循環方式可分為自然循環鍋爐、輔助循環鍋爐(即強制循環鍋爐)、直流鍋爐和復合循環鍋爐；按燃燒方式，鍋爐分為室燃爐、層燃爐和沸騰爐等。

在水汽系統方面，給水在加熱器中加熱到一定溫度后，經給水管道進入省煤器，進一步加熱以后送入鍋筒，與鍋水混合后沿下降管下行至水冷壁進口集箱。水在水冷壁管內吸收爐膛輻射熱形成汽水混合物經上升管到達鍋筒中，由汽水分離裝置使水、汽分離。分離出來的飽和蒸汽由鍋筒上部流往過熱器，繼續吸熱成為450℃的過熱蒸汽，然后送往汽輪機。

在燃燒和煙風系統方面，送風機將空氣送入空氣預熱器加熱到一定溫度。在磨煤機中被磨成一定細度的煤粉，由來自空氣預熱器的一部分熱空氣攜帶經燃燒器噴入爐膛。燃燒器噴出的煤粉與空氣混合物在爐膛中與其余的熱空氣混合燃燒，放出大量熱量。燃燒后的熱煙氣順序流經爐膛、凝渣管束、過熱器、省煤器和空氣預熱器后，再經過除塵裝置，除去其中的飛灰，最后由引風機送往煙囪排向大氣。
三、鍋爐的結構


鍋爐整體的結構包括鍋爐本體和輔助設備兩大部分。鍋爐中的爐膛、鍋筒、燃燒器、水冷壁過熱器、省煤器、空氣預熱器、構架和爐墻等主要部件構成生產蒸汽的核心部分，稱為鍋爐本體。鍋爐本體中兩個最主要的部件是爐膛和鍋筒。

爐膛又稱燃燒室，是供燃料燃燒的空間。將固體燃料放在爐排上，進行火床燃燒的爐膛稱為層燃爐，又稱火床爐；將液體、氣體或磨成粉狀的固體燃料，噴入火室燃燒的爐膛稱為室燃爐，又稱火室爐；空氣將煤粒托起使其呈沸騰狀態燃燒，并適于燃燒劣質燃料的爐膛稱為沸騰爐，又稱流化床爐；利用空氣流使煤粒高速旋轉，并強烈火燒的圓筒形爐膛稱為旋風爐。

爐膛的橫截面一般為正方形或矩形。燃料在爐膛內燃燒形成火焰和高溫煙氣，所以爐膛四周的爐墻由耐高溫材料和保溫材料構成。在爐墻的內表面上常敷設水冷壁管，它既保護爐墻不致燒壞，又吸收火焰和高溫煙氣的大量輻射熱。

爐膛設計需要充分考慮使用燃料的特性。每臺鍋爐應盡量燃用原設計的燃料。燃用特性差別較大的燃料時鍋爐運行的經濟性和可*性都可能降低。

鍋筒是自然循環和多次強制循環鍋爐中，接受省煤器來的給水、聯接循環回路，并向過熱器輸送飽和蒸汽的圓筒形容器。鍋筒簡體由優質厚鋼板制成，是鍋爐中最重的部件之一。

鍋筒的主要功能是儲水，進行汽水分離，在運行中排除鍋水中的鹽水和泥渣，避免含有高濃度鹽分和雜質的鍋水隨蒸汽進入過熱器和汽輪機中。

鍋筒內部裝置包括汽水分離和蒸汽清洗裝置、給水分配管、排污和加藥設備等。其中汽水分離裝置的作用是將從水冷壁來的飽和蒸汽與水分離開來，并盡量減少蒸汽中攜帶的細小水滴。中、低壓鍋爐常用擋板和縫隙擋板作為粗分離元件；中壓以上的鍋爐除廣泛采用多種型式的旋風分離器進行粗分離外，還用百頁窗、鋼絲網或均汽板等進行進一步分離。鍋筒上還裝有水位表、安全閥等監測和保護設施。

為了考核性能和改進設計，鍋爐常要經過熱平衡試驗。直接從有效利用能量來計算鍋爐熱效率的方法叫正平衡，從各種熱損失來反算效率的方法叫反平衡。考慮鍋爐房的實際效益時，不僅要看鍋爐熱效率，還要計及鍋爐輔機所消耗的能量。

單位質量或單位容積的燃料完全燃燒時，按化學反應計算出的空氣需求量稱為理論空氣量。為了使燃料在爐膛內有更多的機會與氧氣接觸而燃燒，實際送入爐內的空氣量總要大于理論空氣量。雖然多送入空氣可以減少不完全燃燒熱損失，但排煙熱損失會增大，還會加劇硫氧化物腐蝕和氮氧化物生成。因此應設法改進燃燒技術，爭取以盡量小的過量空氣系數使爐膛內燃燒完全。

鍋爐煙氣中所含粉塵(包括飛灰和炭黑)、硫和氮的氧化物都是污染大氣的物質，未經凈化時其排放指標可達到環境保護規定指標的幾倍到數十倍。控制這些物質排放的措施有燃燒前處理、改進燃燒技術、除塵、脫硫和脫硝等。借助高煙囪只能降低煙囪附近地區大氣中污染物的濃度。

煙氣除塵所使用的作用力有重力、離心力、慣性力附著力以及聲波、靜電等。對粗顆粒一般采用重力沉降和慣性力的分離，在較高容量下常采用離心力分離除塵靜電除塵器和布袋過濾器具有較高的除塵效率。濕式和文氏—水膜除塵器中水滴水膜能粘附飛灰，除塵效率很高還能吸收氣態污染物。

二十世紀50年代以來，人們努力發展灰渣綜合利用，化害為利。如用灰渣制造水泥、磚和混凝土骨料等建筑材料。70年代起又從粉煤灰中提取空心微珠，作為耐火保溫等材料。

鍋爐未來的發展將進一步提高鍋爐和電站熱效率；降低鍋爐和電站的單位功率的設備造價；提高鍋爐機組的運行靈活性和自動化水平；發展更多鍋爐品種以適應不同的燃料；提高鍋爐機組及其輔助設備的運行可*性；減少對環境的污染。
四、鍋爐的分類：
可以從不同角度出發對鍋爐進行分類：
1、按煙氣在鍋爐流動的狀況分：水管鍋爐、鍋殼鍋爐（火管鍋爐）、水火管組合式鍋爐
2、按鍋筒放置的方式分：立式鍋爐、臥式鍋爐
3、按用途分：生活鍋爐、工業鍋爐、電站鍋爐
4、按介質分：蒸汽鍋爐、熱水鍋爐、汽水兩用鍋爐、有機熱載體鍋爐
5、按安裝方式分：快裝鍋爐、組裝鍋爐、散裝鍋爐
6、按燃料分：燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐、余熱鍋爐、電加熱鍋爐、生物質鍋爐
7、按水循環分：自然循環、強制循環、混合循環
8、按壓力分：常壓鍋爐、低壓鍋爐、中壓鍋爐、高壓鍋爐、超高壓鍋爐
9、按鍋爐數量分：單鍋筒鍋爐、雙鍋筒鍋爐
10、按燃燒定在鍋爐內部或外部分：內燃式鍋爐、外燃式鍋爐
11、按工質在蒸發系統的流動方式可分為自然循環鍋爐、強制循環鍋爐、直流鍋爐等。
12、按制造級別分類：A級、B級、C級、D級、E級（按制造鍋爐的壓力分）
五、鍋爐的燃燒設備
鍋爐的燃燒方式有三種形式：層燃（火床燃燒）、室燃（懸浮燃燒）、沸騰燃燒。各種燃燒方式有其相應的燃燒設備。固定爐排、鏈條爐排、往復爐排、振動爐排等屬于層燃式，適用于燃燒固體燃料。煤粉鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐等屬于室燃式，適用于粉狀固體燃料，液體燃料和氣體燃料。鼓泡流化床、循環流化床屬于沸騰燃燒方式，適用于燃燒顆粒狀固體燃料。拋煤機鏈條爐排，兼有層燃和室燃的燃燒方式，屬于混合燃燒方式。
1、 固定爐排：一種最古老、結構簡單的層燃燃燒的設備，分兩種單層爐排和雙層爐排A單層爐排用鑄鐵制造，有板狀和條狀B雙層爐排，內有上下兩層爐排，上爐排由水冷卻管組成的固定爐排，下爐排為普通鑄鐵的固定爐排。上爐排以上空間為風室，下爐排以下為灰坑，兩層爐排之間為燃燒室。
2、 鏈條爐排：一種結構比較完善的燃燒設備。由于機械化程度高（加煤、清渣、除灰等均有機械完成），制造工藝成熟，運行穩定可*，人工撥火能使燃料燃燒的更充分，燃燒率也較高，適用于大、中、小型工業鍋爐。國產鏈條爐排按結構可分鏈帶式、橫梁式和鱗片式鏈條爐排。A鏈帶式鏈條爐排屬于輕型結構適用于額定蒸發量小于10t/Hd的蒸汽鍋爐或相應容量的燃燒鍋爐。B橫梁式鏈條爐排是用剛性很強的橫梁作支架，爐排片嵌于支架橫梁的槽內，當主動軸上的鏈輪帶動鏈條轉動時橫梁及其上的整付爐排隨之移動。C鱗式鏈條爐排適用于額定蒸發量大于10t/Hd的蒸汽鍋爐或相應容量的燃燒鍋爐。
3、 往復爐排：一種利用爐排往復運動來實現給煤、除渣、撥火機械化的燃燒設備。往復爐排爐排按布置方式可分傾斜往復爐排和水平往復爐排A傾斜往復爐排為傾斜階梯型，爐排有相間布置的活動爐排片和固定爐排片組成。B水平往復爐排是有固定爐排片和活動爐排片交錯組成，爐排片相互搭接。
4、 振動爐排：一種由偏心塊激振器、橫梁、爐排片、拉桿、彈簧板、后密封裝置、激振器電機、地腳螺釘、減震橡皮墊、下框架、前密封裝置。測梁、固定支點等部件組成。具有結構簡單，制造容易，重量輕、金屬耗量少、設備投資省、燃燒條件好、爐排面積負荷高、煤種適應能力強優點在工業鍋爐應用過。
5、 拋煤機： 按拋煤方式，拋煤機可分為風力拋煤機，機械拋煤機和機械－風力拋煤機三種。機械拋煤機兼有機械拋煤機和風力拋煤機的功能，它有兩個主要部件構成：給煤部件和拋煤部件。
6、 沸騰燃燒流化床：一種介于固定床和懸浮床之間的氣固兩相床層。流化床根據不同的流化速度劃分為鼓泡床、湍流床和快速床。A鼓泡流化床結構由給煤裝置、布風裝置、風室、灰渣溢流口、沸騰層、懸浮段等。特點對煤種適應行強、能強化轉熱，節省鋼材，便于灰渣的綜合利用，對環境污染較煤粉爐輕，鍋爐本體結構簡單。B循環流化床是新一代高效，低污染潔凈煤燃燒技術。其特點是在于燃料及脫硫劑在流化床狀態下經過多次循環，反復的進行低溫燃燒和脫硫反應。C循環流化床和鼓泡流化床燃燒過程中最主要的區別在于1、循環流化床沸騰層內流化速度很高一般為3～10m/s最高可達10m/s，鼓泡流化床鍋爐的流化速度為1～3m/s。
7、 煤粉鍋爐的燃燒設備：煤先經磨煤設備，然后噴入爐膛內燃燒，整個燃燒過程是在爐膛內呈懸浮狀進行，這種鍋爐稱為煤粉爐。其特點能改善與空氣的混合，加快點火盒和燃燒，煤種適用性廣，適應于大中型鍋爐。煤粉鍋爐的燃燒設備有煤粉設備、制粉系統和煤粉燃燒器。
8、 燃油燃燒器：有噴油嘴和調風器組成；是將燃料油霧化，并于空氣強烈混合后送入爐膛，使油氣混合物在爐膛內呈懸浮狀態的一種燃燒設備。燃油燃燒器是燃油鍋爐的關鍵設備，按使用燃料種類可分輕質油燃燒器和重質油燃燒器，重油黏度大，在重油燃燒器內一般設置預熱器。工業燃油鍋爐大多配置輕質油燃燒器。
9、燃氣燃燒器：它是燃氣鍋爐的最主要的燃燒設備。燃氣燃燒器有擴散式燃燒器、大氣式燃燒器和完全預混式燃燒器。