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1、锅炉基础知识培训讲义 1第一章 锅炉基本知识第一节 概论一、锅炉定义组成和分类锅炉是将燃料内蕴藏的能量，经过燃烧释放，把工质加热到规定温度和压力供生产和生活使用的一种热能设备。锅炉是由“锅”和“炉”以及为保证“锅”和“炉”安全运行所必需的附件、控制仪表、附属设备三大部分组成。锅指锅炉中盛水和蒸汽的密封受压部分，其作用是工质吸收“炉”释放出的热量，从而使工质达到一定参数。主要包括：汽包、水冷壁、对流管、集箱（联箱）、过热器和省煤器等。炉指锅炉中将燃料进行燃烧产生热源的部分，其作用是将燃料燃烧时放出的热量供“锅”吸收。主要包括：燃烧设备、炉墙、炉拱、隔烟箱、烟囱和钢架等。燃料在“炉”内通过燃烧所产
2、生的高温烟气，经过炉膛和各烟道向锅炉受热面放热，最后从锅炉尾部烟囱排出。锅炉附件仪表指安装在锅炉受压部件上用来控制锅炉安全和经济运行的一些附件与仪表装置。主要包括：安全阀、压力表、水位表、高低水位警报器、排污装置、给水系统、锅炉的汽水管道、常用阀门和有关仪表等。此外，近年来由于对锅炉的机械化和自动化要求不断提高，工业锅炉上配置机械操作和自动控制的附件及仪表也越来越多，如给水自动调节装置、燃烧自动调节装置、自动点火熄火保护装置以及鼓、引风机联锁装置等。锅炉附属设备指燃料的供给与制备系统。主要包括：上煤、磨粉、燃煤、燃油、燃气装置以及鼓、引风机、出渣、清灰、空气预热、除尘等装置。锅内工质为水，从低
3、温水变成高温水的称之为热水锅炉。锅内工质为水，加热转变为蒸汽的称之为蒸汽锅炉。锅内工质为导热油的，加热有机热载体的称之为有机热载体锅炉。有机热载体锅炉分为液相炉和汽相炉。锅炉按其用途可分为电站锅炉、工业锅炉、船舶锅炉和机车锅炉等四类。锅炉按燃料分类可分为煤炉、油炉、气炉和电加热锅炉。二、锅炉的工作过程锅炉的工作包括三个连续进行的过程，即：燃料的燃烧放热过程、热量向锅水的传热过程和水被加热和汽化的热力过程。1燃料的燃烧放热过程 指燃料在炉膛内，在一定的温度下，与空气中的氧气发生化学反应（燃烧）放出热量的过程。燃烧过程是否完善，是锅炉工作正常的根本条件之一。要保证燃料进行良好的燃烧，必须要在一定的
4、高温环境下，有适量的空气与燃料作良好的混合，并且燃料在炉膛中停留足够长的时间。为了使燃烧能稳定、持续地进行下去，还应连续不断地向炉膛供给燃料和空气，同时排出烟气及灰渣，目的是为了产生高温的烟热。锅炉基础知识培训讲义 22热量向锅水的传热过程 指燃料燃烧放出的热量，通过炉膛内布置的水冷壁受热面、烟道内布置的对流受热面，将热量传递给锅水的过程。传热过程在炉膛内主要以辐射的方式进行；在烟道内由于烟温逐渐降低，烟气向受热面的放热主要以对流的方式进行；而受热面金属内部，主要以传导的方式将热量由高温（烟气侧）传至低温（水侧），由锅水不断地流动循环将热量吸收，目的是为了提高受热面内部工质的热焓。传热过程能否
5、良好地进行，直接关系到锅炉运行的安全性和经济性。当受热面水侧沉结水垢时，会导致受热面金属壁温升高，甚至会过热损坏且浪费燃料；当受热面烟气侧积存灰垢，将导致热阻增加，使传热发生困难，从而致使锅炉热效率下降而浪费燃料。3水被加热或汽化的过程 对于热水锅炉是指锅水从受热面上不断吸收热量，使水温升高至规定的温度范围，并从锅炉出口输出的过程。对于蒸汽锅炉是指锅水从受热面上不断吸收热量后变成饱和水进而转变为汽水混合物，并在锅内使汽水得到分离，以洁净的蒸汽从锅炉出口输出的过程，目的是为了产生规定参数的蒸汽。第二节 锅炉的工作参数锅炉的主要参数，包括锅炉产生热能的数量和质量两个方面的指标。如蒸汽锅炉的主要参数
6、是生产蒸汽的数量和蒸汽的压力、温度，热水锅炉的主要参数是热水的流量和热水的压力、温度。一、锅炉出力蒸汽锅炉的出力是指每小时所产生的蒸汽数量，也称为锅炉的蒸发量，用以表示其产汽的能力。蒸发量又称为容量，用符号D来表示，常用的单位是“t/h”。新锅炉出厂时，铭牌上标示的蒸发量，指的是这台锅炉的额定蒸发量。所谓额定蒸发量，是指锅炉燃用设计的燃料品种，并在设计参数下运行，即在规定的压力、温度和一定的热效率下，长期连续运行时每小时所产生的蒸发量。热水锅炉的出力是指锅炉在确保安全的前提下长期连续运行，每小时输出热水的有效供热量，称为锅炉的额定供热量。热水锅炉的额定供热量用热功率表示，符号用Q表示。单位是兆
7、瓦（Mw）。热水锅炉产生0.7兆瓦（60 x 104千卡/时）的热量，大体相当于蒸汽锅炉产生1吨时蒸汽的热量。二、锅炉压力压力是指垂直作用在单位面积上的力，用符号p表示，单位是“MPa”。锅炉的压力是根据所用金属材料在一定温度条件下的强度，受压元件的几何形状以及受压特点等条件，按照国家颁布的有关强度计算标准，对各个受压元件分别进行壁厚计算，然后从中选出一个所能承受的压力最低值，作为这台锅炉的最高允许使用压力。锅炉基础知识培训讲义 3 蒸汽锅炉内为什么会有压力呢?这是因为锅炉内的水吸收热量后，由液体状态变成气体状态，体积膨胀。由于锅筒是密闭容器，蒸汽不能自由膨胀，而被迫压缩在锅筒内，因此对筒壁就
8、产生压力。 热水锅炉压力主要由热水本身的压力造成的。热水锅炉的水是由给水泵送入锅炉的。给水泵的出口压力减去管道阻力就是锅炉的给水压力。大气压力是指空气作用在地球表面上的质量力。由于1m3空气在0时的质量为1.29kg，所以地球上部的大气层对地球表面有一定的压力，这个压力叫大气压力。0时北纬22.5的海平面上（即海拔零米处）大气压力是0.1013MPa，工程上常用工程大气压，它是每kg质量的物质作用在1cm2面积上的力，数值是0.0981MPa（工程上常把二者简化为同一数值，约为0.1MPa）。另外，随着使用的场合不同，度量压力的单位还有水银柱高度（mmHg）、水柱高度（mH2O）等，其换算关系
9、如下：0.0981MPa = 0.9678物理大气压 = 735.6mmHg = 10mH2O = 1kgfcm2表压力是指以大气压力作为测量起点，即压力表指示的压力。表压力不是实际压力，因为当压力表指针为零时，实际上巳受到周围一个大气压力的作用力，所以压力表指的数值，是指超过大气压力的部分。绝对压力是指以压力为零作为测量起点的，即实际压力。其数值就是表压力加0.1013MPa（大气压力）。表压力与绝对压力的关系：p绝 = p表 + （0.1013MPa）p表 = p绝 - （0.1013MPa）负压是指低于大气压力（俗称真空）。通常负压燃烧的锅炉正常燃烧时，打开炉门会感觉到周围空气吸向炉膛，
10、这是炉膛内负压的缘故。一般炉膛出口保持负压23mm水柱。三、温度温度是指物体冷热的程度（通常用符号t表示）。测量温度常用的单位是摄氏度，用表示。在锅炉设计计算中，常用绝对温度单位，用K表示。绝对温度的零度为零下273摄氏度（）。如果以T表示绝对温度的值，以t表示摄氏温度的值，其转换公式为：T = t + 273K温度通常用摄氏温度（用符号表示）和华氏温度（用符号F表示）。目前我国常用的是摄氏温度。（）摄氏温度：以水在一个大气压下开始沸腾时的温度（即沸点）为100，水开始结冰时的温度（即冰点）为0，中间分成100格，每格为1摄氏度。（二）华氏温度：以水的沸点为212F，冰点为32F，中间分成18
11、0格，每格为1华氏度。 两种温度的换算关系如下：t = (59)（F32）蒸汽锅炉的额定蒸汽温度是指锅炉输出蒸汽的最高工作温度。一般锅炉铭牌上载明的蒸汽温度是以摄氏温度表示的。对于小型锅炉，使用的蒸汽绝大多数是从锅筒上部的主汽阀直接引出的，其锅炉基础知识培训讲义 4 蒸汽温度是指该锅炉工作压力下的饱和蒸汽温度。对于有过热器的锅炉，其蒸汽温度是指过热器后主汽阀出口处的过热蒸汽温度。热水锅炉的额定热水温度是指锅炉输出热水的最高工作温度。锅炉铭牌上载明的热水温度也是以摄氏温度表示的。第三节 锅炉水循环一、自然循环的原理锅炉在运行中，只有在炉膛及高温烟道内的受热面所接受的热量不断被受热面内的工质吸收，
12、保证受热面得到可靠的冷却，才能达到安全和经济运行的目的。这就要求锅炉中的水或汽水混合物，必须在闭合的回路中持续而有规律地流动，也就是连续不断地进行水循环。低、中压锅炉的水循环，一般都是由于锅炉内各部分吸收的热量不相等，而使工质产生了密度差形成的，这种循环称为自然循环，如图1-1所示。锅炉的锅筒2和下集箱6由左右两根管道连通，其中下降管5位于炉墙外不受热，因而管中是温度较低的水，由于密度大而向下流动；上升管1位于炉膛内，吸收热量，管中的水有一部分汽化成气泡，形成汽水混合物，由于密度减小而向上流动，上升管中的汽水混合物进入锅筒后，蒸汽被分离出来，水继续流入下降管进行再循环。在一台锅炉内，水循环的回
13、路至少是一条，也可以有几条。自然循环时，水经过一个循环周期是不可能全部变成蒸汽的，通常汽化的只能是其中的很少部分。进入循环回路的水量，称为“循环流量”，它与该回路所产生的蒸汽量的比值，称为“循环倍率”，即： 循环流量循环倍率 = 回路所产生的蒸汽量对于工作压力1.25MPa、蒸发量10t/h以下的小型锅炉，循环倍率约在150200之间。水循环好的锅炉，各受压部件受热均匀，热应力小，工质的升温和汽化可以加快，从而缩短点火至正常供汽的时间。图1-1 单回路水循环示意图 1上升管 2锅筒 3蒸汽出口管 4给水管 5下降管 6下集箱锅炉基础知识培训讲义5二、水循环故障 改善锅炉水循环，是保证锅炉安全、
14、经济运行的关键之一。当锅炉结构不合理或运行不当时，容易出现下列水循环故障：1汽水分层：当锅炉的水冷壁管水平设置时，管中流动的汽水混合物因蒸汽比水轻，气泡就要上浮集聚，使蒸汽和水在管子内分层流动。由于蒸汽的导热性能差，管子上部容易过热烧坏。因此，水冷壁管经过炉膛顶部（有的称为“天棚管”）时的倾斜角，一般不应小于15。2汽水停滞：由于结构原因造成锅炉局部受热面管子供水不足，或者在同一个水循环回路的上升管群中，如果各水管之间受热情况相差太大，就会使受热弱的管内水流缓慢，循环动力不足，甚至由于受其它管子对循环水的争夺影响，使管内的汽水停止流动，造成过热爆管事故。因此，对锅炉的结构和运行，应保持供水充足
15、并尽量使每排管子均衡吸热，保证水循环畅通。3下降管带汽：为了保证锅炉的水循环稳定可靠，下降管中是不允许有蒸汽的。否则，水要向下流，汽要向上浮，两者互相顶撞，既增加了流动阻力，又减少了循环水量，可能造成缺水事故，将管子烧坏。因此，下降管口与锅筒最低水位间的高度不得小于下降管直径的4倍，最好将下降管接在上锅筒的底部，以免由于水进入下降管时产生的抽力，把蒸汽带进管内，或者由于水在下降管人口处的流速加快后压力降低，而自行汽化。三、强制水循环有些锅炉中水在受热面管子里的流动，是靠出、入口之间的压力差强制流动的。这种锅炉称为强制循环锅炉。常见的一些热水锅炉，靠循环水泵，将循环水沿固定的流通路线，在锅炉内流动受热升温，就是强制循环锅炉。这种锅炉通常采用“下进上出”水的流向。有些也有上下交替的流程，但都要求在各受热面内有一定流动速度，以防止出现汽化、积垢和腐蚀。蒸汽锅炉中的省煤器也属于强制循环。锅炉基础知识培训讲义 6第二章 工业锅炉的结构第一节 锅炉结构的基本要求锅炉结构的总要求是要用最少的金属耗量，消耗最少的燃料达到规定参数（压力、温度）的蒸发量，并在运行中符合安全可靠的要求。要保证锅炉安全经济运行就要对受压部件进行强度校核、对燃料燃烧工况实行
