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1、 锅炉设备制造的质量控制 二零一八年四月1. 锅炉设备简介火力发电厂生产的电能需要经过多次能量转换过程，即首先由锅炉将燃料燃烧释放的化学能通过受热面使水加热、蒸发、过热，转变为蒸汽的热能；再由汽轮机将蒸汽的热能转变为高速旋转的机械能，然后由汽轮机带动发电机将机械能转变为源源不断向外界输送的电能。因此，锅炉、汽轮机、发电机和输配电设备是火力发电厂的主要设备。 图1 电厂煤粉炉及系统介绍图1.1 锅炉名词术语锅炉boiler利用燃料燃烧释放的热能或其它热能加热给水或其它工质以生产规定参数和品质的蒸汽、热水或其它工质（蒸气）的机械设备。状态参数status parameter凡能够表示工质状态特性的
2、物理参数称为状态参数。如温度（T）、压力(P)、比容、内能u、焓h、熵s等，在锅炉设计时常用的就这六种，还有拥等状态参数。温度temperature 温度是物体冷热程度的度量。根据热力学定律，温度是衡量一个热力系与其它热力系是否处于热平衡的标志。一切具有相同温度的系统均处于热平衡状态。压力是一个强度量，其值与系统的大小无关。国际单位制的温度单位表示为开尔文（K），常用的有摄氏度t（）、华氏度t（F）等。在锅炉设备参数中存在各种工质的工作温度，如水、蒸汽、烟气、空气等工质的进出口温度都各不相同。压力pressure单位面积上承受的垂直作用力，又称压强。压力是一个强度量，其值与系统的大小无关，单位
3、是帕（Pa）。在锅炉设备参数中包括工作压力、设计压力、试验压力。工作压力work pressure广义的额定工作压力指压力容器在规定的工况下能长期承受的压力，一般用压力容器的表压力表示。锅炉的工作压力指锅炉在规定的工况下长期运行所能承受的压力，即安全使用压力。所以锅炉额定状态下对所产出的蒸汽的最高做功压力，也就是蒸汽压力即为锅炉的工作压力。根据GB150-2011压力容器第一部分通用要求，在正常工作情况下，容器定不可能达到的最高压力。试验压力test pressure根据GB150-2011压力容器第一部分通用要求，对于锅炉部件及压力容器来说，在进行耐压试验或泄漏试验时，容器顶部的压力。试验压
4、力的范围一般在工作压力1.1倍1.5倍之间选择（可根据设备或部件的标准或实际图纸，视情况而定）。设计压力design pressure 根据GB150-2011压力容器第一部分通用要求，设计的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为容器的基本设计载荷条件，其值不低于工作压力。比容specificvolume 单位质量物质所占有的容积，比容是一个强度量，其值与系统的大小无关，单位是米3/千克（m3/kg）。热力学中另一个物理量密度是比容的倒数，及单位容积的物质所具有的质量。内能internal energy 蓄积于热力系统内部的能量。能量是一种广延量，其数值与质量成正比，单位是焦（J）。从微
5、观的角度来理解，内能包括组成系统大量分子的动能、位能、化学能和原子核能等。在不涉及化学变化和核反应的物理过程中，化学能与核能可以不加考虑，此事热力系统中的内能只涉及分子动能和位能。理想气体的内能与压力无关，只是温度的函数。焓enthalpy 热力系统所有的内能与压力势能的总和，焓是一个广延量，单位是焦（J）。熵entropy 不可以转换为机械能的那部分能（不可用能）的度量。是热力状态参数，他表示热力系统在可逆过程中，与外界热源交换的微量能量被热源的热力学温度除的商。单位是焦/开（J/K）。表明热力系的熵增等于在可逆过程中外界向系统传送热量与系统温度的比值，是由热力学第二定律导出的状态参数。汽化
6、物质从液态转变为气态的过程。包括蒸发、沸腾。蒸发是液体在表面进行的汽化现象。沸腾 在液体内部进行汽化的现象。在一定压力下，沸腾只能在固定温度下进行，该温度成为沸点。压力升高，沸点升高。饱和蒸汽容器中空间汽分子总数不再变化，达到动态平衡，这种状态称为饱和状态，饱和状态下的蒸汽称为饱和蒸汽，饱和状态下的水称为饱和水，这时蒸汽和水的温度称为饱和温度，对应压力称为饱和压力。过热蒸汽 蒸汽的温度高于相应压力下的饱和温度，该蒸汽称为过热蒸汽。汽化潜热 1kg饱和水变成1kg饱和蒸汽所需要的热量，称为汽化潜热或汽化热。对流换热 流体与温度不同的物体表面直接接触而产生的热量传递过程。辐射换热两个互不接触且温度
7、不相等的物体或介质之间通过电磁波进行的热交换过程。锅炉蒸发量BMCR锅炉容量可用额定蒸发量或最大连续蒸发量来表示。额定蒸发量是在规定的出口压力、温度和效率下，单位时间内连续生产的蒸汽量。最大连续蒸发量是在规定的出口压力、温度下，单位时间内能最大连续生产的蒸汽量。朗肯循环 蒸汽动力装置的基本循环，工质在锅炉、汽轮机、凝汽器、给水泵等热力设备中吸热、膨胀、放热、压缩四个过程使热能不断地转变为机械能，这种循环称为朗肯循环。金属热处理 利用固态金属相变规律，采用加热、冷却、保温的方法，改善并控制金属所需组织与性能（物理、化学及力学性能等）的技术。金属热处理按加热和冷却的不同可分为退火、正火、淬火、回火
8、、调质等。在热处理工艺中最重要的是，工艺参数的选择和热处理缺陷的防止等。无损检测无损检测是在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，利用物体的声、光、电磁等原理技术对材料、零件、设备进行缺陷、化学、物理参数的检测技术。焊接工艺评定 welding procedure qualification为验证所拟定的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果评价。在NBT47014-2011承压设备用焊接工艺评定标准中，焊接工艺评定是指为使焊接接头的力学性能、弯曲性能或堆焊层的化学成分符合规定，对预焊接工艺规程进行验证性试验和结果评价的过程。预焊接工艺规程（pWPS）preliminary weldi
9、ng procedure specification为进行焊接工艺评定所拟定的焊接工艺文件。焊接工艺评定报告（PQR）procedure qualification record记载验证性试验及其检验结果，对拟定的预焊接工艺规程进行评价的报告。焊接工艺规程（WPS）welding procedure specification根据合格的焊接工艺评定报告编制的，用于产品施焊的焊接工艺文件。焊接作业指导书（WWI）welding working instruction与制造焊件有关的加工和操作细则性作业文件。焊工施焊时使用的作业指导书，可保证施工时质量的再现性。焊接工艺附加评定supplement
10、ary welding procedure qualification为使焊接接头附加特性（如换热管和管板的角焊缝厚度）符合规定，对拟定的焊接工艺规程进行验证性试验及进过评价。焊件weldment用焊接方法连接的或有堆焊层的承压设备或其零部件。焊件包括母材和焊接接头（或堆焊层）两部分。试件test coupon按照预定的焊接工艺制成的用于试验的焊件。试件包括母材和焊接接头（或堆焊层）两部分。焊后热处理（PWHT）post weld heat treatment能改变焊接接头的组织和性能或焊接残余应力的热过程。下转变温度lower transformation temperature加热期间开始
11、形成奥氏体的相变温度。上转变温度upper transformation temperature加热期间完成奥氏体转变的相变温度。面弯face bend弯曲试样受拉面为焊缝正面的弯曲。具有较大焊缝宽度的面为正面，当两面焊缝宽度相等则先完成盖面层焊缝一侧为正面。背弯root bend弯曲试样受拉面为焊缝背面的弯曲。侧弯side bend弯曲试样受拉面为焊缝横截面的弯曲。螺柱电弧焊stud arc welding金属螺柱（或类似零件）的端部与工件表面在电弧和外压力作用下，熔化的两部分互相融合的焊接方法。焊接时不使用填充金属，保护气体、焊剂可用可不用。缺欠imperfection在焊接接头与母材中，
12、无损检测标准允许存在的不连续部位。压力试验presure test 压力试验的目的是检验压力容器承压部件的强度和严密性。在试验过程中，通过观察承压部件有无明显变形或破裂，来验证压力容器是否具有设计压力下安全运行所必需的承压能力。同时，通过观察焊缝、法兰等连接处有无渗漏，检验压力容器的严密性。1.2煤粉炉的工作过程、系统及组成煤粉炉的工作过程煤粉炉的工作过程，主要由以下几个过程组成：（1）原煤破碎 原煤干燥与磨制煤粉 输送煤粉 组织燃烧；（2）空气加热 燃料燃烧配风；（3）锅炉给水由省煤器受热面加热升温 由蒸发受热面吸热将给水转变为汽水混合物或直接转变为蒸汽 由过热器受热面将蒸汽进一步加热达到过
13、热状态；（4）排渣、清灰、除灰、烟气排放。煤粉锅炉机组的系统及组成部件：锅炉机组的系统制粉系统原煤 煤仓 给煤机 煤粉分离 合格的煤粉 与空气混合送入炉膛燃烧；燃烧系统空气 送风机 空气预热器 两路热风管道 燃烧器二次风喷口 燃烧室 制粉系统输送煤粉 燃烧器一次风喷口 燃烧室；汽水系统锅炉给水 省煤器加热 汽包 低温过热器 高温过热器 汽机做功；高参数、大容量锅炉机组还有再热器系统，即锅炉生产的高压蒸汽在汽轮机高压缸做功后的排气回到锅炉再热器进行再热汽轮机中、底压缸。除渣、除灰、和清灰系统燃烧器产生的大块熔渣经水冷壁冷却形成固态渣由炉底排放，经碎渣机破碎。烟气中携带的细灰粒经除尘器将细灰从烟气
14、中分离出来，由除灰系统送往灰场。锅炉运行中沉积到受热面上的细灰由吹灰器清除进入除灰系统。烟气排放系统 燃烧产生的烟气由锅炉尾部的空气预热器出口排出后，经过除尘器，将烟气中的大部分细灰粒分离出来，排往除灰系统，以防止粉尘粒子对大气产生污染。分离出来的气体经过引风机排往烟囱。为了减少SO3、SO2和NOx等有害气体对大气的污染，现代锅炉还设有烟气脱硫脱硝装置。锅炉机组的组成部件锅炉机组的组成部件分为两部分，即本体设备和辅机设备，本体设备包括汽包、水冷壁、过热器（低温过热器、高温过热器）、再热器、省煤器、空气预热器、燃烧器、锅炉钢结构等；辅机设备包括给煤机、磨煤机、送风机、引风机、吹灰器、碎渣机、除尘器等。锅筒锅筒（亦称汽包）是锅炉本体设备最重要的部件，目前电站锅炉锅筒材质一般为美标ASME牌号SA299、欧标牌号DIWA353或国标Q235R、Q345R等，锅筒的作用主要如下： 是工质加热、蒸发、过热三过程的连接枢纽，保证锅炉正常的水循环； 内部有汽水分离装置和连续排污装置，保证锅炉蒸汽品质； 有一定水量，具有一定蓄热能力，缓和汽压的变化速度； 锅筒上有压力表、水位计、事故放水、安全阀等设备，保证锅炉安全运行。 图2 锅炉汽包部件照片汽包工作流程如下： 从水冷壁来的汽
