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锅炉概述

锅炉：是利用燃料燃烧放出的热量加热工质产生具有一定压力和温度的蒸汽设备，由“锅”和“炉”两大部分组成。同时为了保证锅炉正常运行，还必须配齐必要的附件、仪表和附属设备。

“锅”是锅炉中盛水的部分，它的作用是吸收“炉”中放出的热量，使低温水变成高温水，或变成具有一定压力和温度的蒸汽。

“炉”是锅炉中燃烧燃料的部分，它的作用是燃料燃烧产生热量供“锅”吸收，一般称为“燃烧设备”。

锅炉的基本工作过程

锅炉设备运行有三个工作过程是同时进行的，即燃料的燃烧过程、燃烧生成的高温烟气向水传递热能过程及蒸汽和热水的产生过程。其中任何一个过程如不能正常运行，都会影响锅炉运行的经济性和安全性。

烟气流程：空气通过一次风机经一次风道至一次空气预热器加热后进入风箱，通过进入燃烧室参加燃烧，同时二次风通过二次风道进入炉膛不同的高度参加燃烧。炉膛中产生的高温烟气经炉膛至第二回程受热面和对流管束，在炉膛、受热面和对流管束完成热交换后经省煤器（余热除氧器）或空气预热器至尾气除尘器，由引风机把经过除尘器处理和脱硫过的烟气经烟囱排入大气。

汽水流程：原水经过化水离子交换器制成除盐水后到除盐水箱，用除盐水泵把除盐水打到除氧器，经过除氧器热力除氧后，再用给水泵经给水操作台到省煤器，而后到汽包，汽包里的水经下降管和下集箱、水冷壁管、汽包组成循环回路在不断循环，汽包中产生的饱和蒸汽经引出管到包覆管和各级过热器，从而变成一定温度和压力的过热蒸汽，最后进入汽轮机内做功。

锅炉的基本参数

1、蒸发量：

锅炉每小时所产生的蒸汽量叫蒸发量t/h,符号D表示。锅炉蒸发量有额定蒸发量、最大蒸发量和经济蒸发量三种。

额定蒸发量：在锅炉产品铭牌上标出的数值，表示锅炉使用原设计的燃料品种，在原设计的工作压力和温度下长期连续运行，每小时所产生的蒸发量。

最大蒸发量：表示锅炉在实际运行中每小时最大限度产生的蒸汽量，这时的锅炉效率会有所降低，因此应尽量避免在最大蒸发量下长时间运行。

经济蒸发量：当锅炉在连续运行中，效率达到最高时的蒸发量称为经济蒸发量，一般约为最大蒸发量的80%左右。

2、压力：

在国际单位制中的压力单位为牛顿每平方米（N/c㎡）符号pa表示，称为“帕斯卡”，简称“帕”。

定义：1N的力均匀分布在1cm2面积上所形成的压力。

1牛顿相当于0.kg即0.公斤的重量，1kg等于9.8牛顿。

锅炉上常用的压力单位为兆帕（Mpa）其含义是百万帕，1Mpa=kpa=000pa

工程上常把一工程大气压近似写成0.Mpa；

一标准大气压近似写成0.1Mpa

绝对压力与表压力：介质压力高于大气压的称为正压，低于大气压的称为负压。压力按压力基准不同分为绝对压力与表压力。绝对压力是指容器内完全没有压力是作为起点算起的压力，记为Pj；而表压力是以大气压为起点算起的压力，记为Pb。所以压力表压力是指高于或低于大气压力的压力。上述压力关系是：绝对压力Pj=大气压力Pa+表压力Pb。

3、温度：

是表示物体冷热温度的物理量，从微观上来看是说明物体分子热运动强度的量。

4、物体的比热：

比热是指单位质量物质温度升高（或降低）1℃时所吸收（或放出）的热量。

5、水蒸汽：

锅炉是产生水蒸汽的设备，在定压条件下，水在锅炉受热产生水蒸汽，一般经以下三个阶段。

1）水的加热阶段

以一定温度送入锅炉的水，在锅炉内被定压加热升温，当温度升至某一数值时，水开始沸腾，水沸腾时的温度称饱和温度，其对应的压力称饱和压力。饱和温度与饱和压力是一一对应的，即一个饱和温度对应一个饱和压力；饱和温度愈高，其对应的饱和压力亦愈高。

2）饱和蒸汽的产生

当水加热到饱和温度后，如继续定压加热则饱和水不断产生饱和蒸汽，汽量增多，水量减少，直至完全汽化，在这个整个过程中，其温度不变。

汽化潜热：1kg饱和水在定压下加热至完全汽化成同温度下的饱和蒸汽所需要的热量，或将此饱和蒸汽凝结成同温度下的饱和水所放出的热量，称汽化潜热。汽化潜热随饱和压力的变化而变化，饱和压力愈高，则汽化潜热愈小。

3）过热蒸汽的产生

将干饱和蒸汽继续定压加热，蒸汽温度就上升而超过饱和温度，这样的蒸汽称为过热蒸汽。

传热学基本概念

热量的传递有热传导、对流和热辐射三种方式

1、热传导：是指直接接触的物体各部分间的热交换过程。

2、对流换热：是指流体（气体、液体）流过壁面时同壁面之间产生的热交换。由于温度的不同而引起的两物体间或一个物体内各部分之间热量传递的过程，热或对流传热。

3、热辐射：是通过电磁波形式传播热量的，其传播速度和光速一样。

在锅炉运行中，高温烟气和水冷壁受热面都向外辐射热量，其两者辐射热量的差额为水冷壁所吸收。

4、传热过程：在工程技术上，把热量从热流体通过固体壁面传给冷流体的过程称传热过程，这种传热过程只有一种换热方式是实现不了的，常是三种换热方式的综合。

例如，水冷壁的传热过程如下：

高温烟气…对流换热（辐射换热）…管外壁…热传导…管内壁…对流换热…汽水混合物

锅炉的组成和分类

1、锅炉的组成

锅炉设备由本体设备和辅助设备组成。

本体设备：燃烧设备、蒸发设备、对流受热面、锅炉墙体构成的烟道和钢架设备等。

辅助设备：通风设备、给水（或油）设备、除尘（灰）设备、烟囱、安全门、水位计、压力表等，软化装置、除氧器、加药装置等。

燃烧设备：燃烧室（炉膛）、点火装置等。

蒸发设备：汽包、下降管、联箱、上升管（水冷壁管）等。

任务：将进入锅炉的水，在蒸发设备特定的受热面中，不断吸收燃料燃烧所放出的热量，将水加热至所处压力下的饱和温度，并继续吸收热量将饱和水蒸发成饱和蒸汽。

汽包：加热、蒸发、过热三个过程的分界点。

下降管：将汽包的水连续不断的送入下联箱并供给水冷壁。

水冷壁（上升管）：光管、膜式、刺管。

联箱（集箱）：汇集和分配工质；减少与汽包相连接的管子。

对流受热面：过热器、省煤器、空气预热器等。

省煤器：利用锅炉排烟的的热量加热给水的热交换设备。

可分为沸腾式和非沸腾式省煤器，也可按材质分成钢管式省煤器和铸铁式省煤器。

空气预热器：利用锅炉排烟的热量加热空气的热交换设备。

2、锅炉的分类

按用途分类：电站、工业锅炉、船舶、生活。

按输出介质：蒸汽锅炉、热水、汽水两用、热载体炉、（导热油）

按燃料：燃煤、油、气

按蒸发量:小型、中型、大型

按压力分：低压（≤2.45mpa）中压（2.45~3.82mpa)高压（5.88~12.7mpa）

按烟气子管内部或外部流动分：水管、火管、油管

按锅筒的放置方式：立式、卧式、横置式、纵置式锅炉

锅炉燃料的知识

燃料是指燃烧过程中，能够放出热量的物质。

1、分类：固体燃料、液体燃料和气体燃料。

2、煤的元素分析：C、H、O、N、S、M、A

可燃成分：C、H、S

不可燃成分：O、N、M、A

水分分为：内在水分和外在水分。

3、灰的熔融性：是指煤中灰熔点的高低。

影响灰熔点的因素：成分、介质、浓度

4、煤的主要特征：

煤的发热量：指1kg煤完全燃烧时所发出的热量

高位发热量：1kg煤完全燃烧时而生成的水蒸汽凝结成水时，所放出的热量。

低位发热量：1kg煤完全燃烧时而生成的水蒸汽未凝结成水时所放出的热量。

5、煤的分类：

1）无烟煤：Vr10%℃~℃

2）烟煤：Vr10~40%℃~℃易结渣

3）褐煤：Vr40%℃~℃

6、燃料的燃烧：

燃烧：燃料中的可燃物质与空气中的氧激烈进行放热和发光的化学反应过程。

燃烧具备三个条件：可燃物质、氧化剂、着火热源

理论空气量：单位数量的燃料完全燃烧时所需要的空气量Nm3/kg

实际空气量：实际供给燃料空气量总比理论空气量多一些；这实际供给炉内的空气量叫实际空气量。

7、煤粉的燃烧阶段：

1）着火前的准备阶段

2）燃烧阶段

3）燃尽阶段

8、影响煤粉气流着火和燃烧的因素：

1）挥发分和灰分：挥发分高着火容易，燃烧速度快。挥发分低着火难，速度慢。

2）煤粉的细度：煤粉越细，表面积越大，着火时间提前。

3）炉膛的温度：炉膛温度高，着火时间提前，化学反应快，燃烧迅速。

4）空气量：空气量多，炉膛温度下降，对着火燃烧不利。

5）一次风与二次风的配合：二次风速比一次风速大。

6）燃烧时间。

9、迅速而完全燃烧的必要条件

1）相当高的炉膛温度

2）合适的空气量

3）煤粉与空气良好混合

4）完全的燃烧时间

10、热平衡概念：

输入锅炉的热量与输出锅炉的热量相平衡即锅炉热平衡。

Q=q1+q2+q3+q4+q5+q6

1)q1:锅炉有效利用热量

2)q2排烟热损失（最大）

3)q3:化学不完全燃烧损失

4)q4:机械不完全燃烧损失

5)q5:散热损失

6）q6：灰渣物理热损失

11、锅炉各项经济小指标：

排烟温度、氧量值（二氧化碳值）一氧化碳值、飞灰和灰渣可燃物

锅炉的自然水循环和排污

1、水循环原理

水和汽水混合物在锅炉蒸发设备的循环回路中连续流动过程称为锅炉的水循环。

汽水混合物在垂直圆管中流动的状态：汽泡、汽弹、汽柱、汽雾

自然循环：依靠工质的密度差产生的循环流动。

强制循环：依靠水（循环）泵，使工质产生的循环流动。

循环流速:进入上升管入口处的水流速度

循环倍率：进入上升管的水量与上升管的蒸发量之比

进入上升管循环水量需要循环几次才能全部变成蒸汽。

2、水循环故障

循环停滞：水在管内几乎不流动，所产生的少量气泡在水中缓慢向上浮动。

循环倒流：指循环流速为负是值时的流动情况。

汽水分层：汽水之间会出现一个清晰的分界面，这样现象叫做汽水分层。

下降管带汽：下降管含汽使总压表变小，对水循环不利。

3、锅炉的排污

锅炉在运行中排走一部分含盐浓度大和含水渣浓度大的炉水叫锅炉排污。

定排目的：定期排除炉水和沉淀物——水渣

连排目的：连续排除炉水中的部分盐分；使炉水的含盐和其他的水质指标保持在规定范围内。

锅炉的有关附件

锅炉四大安全附件：安全门、压力表、水位计、操作系统（DCS）

1、安全门：

安全门作用：是确保锅炉设备不在超过规定的蒸汽压力工作，以免因汽压过高发生爆炸事故。

安全门分为：控制安全门和工作安全门

控制安全门的开启压力低于工作安全门的开启压力，它首先开启发出超压信号，安全门至少每年校验一次。

常用安全门：重锤式、弹簧式、脉冲式。

2、水位计：

水位计用来监视汽包的水位，使之不超过允许范围。

云母水位计：（玻璃水位计）云母水位计中的水因外界空气的冷却，其温度低于汽包中水的温度，所以其密度要比汽包中水的密度大，使水位计中的水位略低于汽包的水位，锅炉压力越高，炉水温度越高，密度差也越大，这种水位差值也越大。

双色水位计（水相显示绿色，汽相显示红色）正常运行时双色水位计中水位低于汽包水位差值。

电接点水位计：原理是利用饱和蒸汽与炉水的导电性能不同来观测水位。

差压式水位计：根据液体静力学原理，通过测量变动水位和恒定水位之间的静压差，将差压值转换为水位值，再通过差压变送器将汽包水位转换为随水位连续变化的电信号，作为自动给水控制系统中的重要参数。

3、吹灰器：

吹灰器的作用是：清除受热面上的积灰，保持受热面的清洁，以保证传热过程的正常运行。

枪式吹灰器：采用过热蒸汽作为吹灰介质。

振动式吹灰器：由偏心式电动振动器与振杆两部分组成。利用电动振动器产生振动力，振杆则是用来传递振动力给管子的

声波吹灰器：通过特制的声波发生器将空气或（蒸汽）的能量转换成声波，声波的激烈而快速变化的振动，使积灰结焦在受热面的附着状态产生分离、疲劳断裂和破碎

4、锅炉的阀门：

截止阀：用于接通和切断管道中的介质。

闸阀（调节阀）：用于调节管路内介质的流量大小，以适应不同的工况的需要。

止回阀（逆止阀）：用来自动防止管路中的介质发生倒流。

减压阀（调压阀）：用于降低介质的压力。

锅炉水处理知识

锅炉水处理是保证锅炉安全、经济运行的重要环节，也是提高锅炉效率、节约燃料防止事故，延长锅炉使用寿命的重要措施。

1、水中的杂质：固态杂质：悬浮固体、胶溶固体、溶解于水中盐类和有机质微粒。

液态杂质：主要有油脂、工业废液、酸液等。

气态杂质：主要有氧气和二氧化碳等。

2、水中杂质对锅炉的危害

结垢

（1）浪费燃料

（2）增加维修费用缩短锅炉使用寿命

（3）影响水循环

（4）影响安全运行。

腐蚀

污染蒸汽品质

3、锅炉水质指标

总硬度

总碱度

PH值

溶解固形物

相对碱度

溶解氧

磷酸根

4、水处理方法

锅内水处理药剂：纯碱、火碱、磷酸三钠、软化剂、稳定剂

锅外的水处理：预处理和软化处理。

给水除氧

气体在水中的溶解度与水的温度有关，在一定的压力下，随着水温升高气体的溶解度相应降低。

锅炉投运前准备工作

1、水压试验

目的：锅炉在冷态下对锅炉承压部件进行的一种严密性检查。

种类：工作压力和超压试验。

水压试验的条件：

1）停止运行一年以上需要恢复运行时。

2）改装或迁装完毕后。

3）受压部件经重大修理或更换后。

4）新建锅炉投运前。

锅炉的水压试验合格标准：

1）在受压部件金属壁和焊缝上没有水珠和水雾。

2）当降到工作压力后，胀口不滴水珠。

3）没有发现残余变形。

水位计不能进行超压试验（超压试验应保压20分钟），锅炉一般六年进行一次超压试验。

2、漏风试验

锅炉机组在投产前或经检修后，应在冷态下对燃烧室、烟道、风道、除尘器及所有孔门是否漏风进行严密性试验。

燃烧室和烟道用正压法和负压法。

3、转动机械试运行

轴承振幅：r/min0.16mm

r/min0.13mm

1r/min0.10mm

轴承工作温度：滑动轴承≤70℃

滚动轴承≤80℃

油温≤60℃

串轴2~4mm

4、烘炉：对新砌炉墙进行烘干的过程。

5、煮炉：去除锅炉内壁产生的铁锈、油垢和其它赃物、水垢。利用碱性溶液，较薄的铁锈2~3kg/m3，较厚的铁锈3~4kg/m3，铁锈加水垢5~6kg/m3。

6、锅炉的化学清洗

目的：清除系统内各沉积物；同时使承压部件的内表面上形成一层良好的防属保护膜。

没清洗的危害：

（1）沉积物水垢影响传热、导致受热不均、局部会过热损坏。

（2）锅内沉渣影响水循环、造成水循环故障。

（3）使锅炉在运行中出现沉积物下腐蚀、管壁变薄引起爆管。

清洗步骤：水冲洗、碱洗或碱煮、酸洗、水冲洗、漂洗和纯化等。

7、安全门的调整与试验

调整方法：逐个进行，先调整定值最高的工作安全门，后调定值压力低的控制安全门。

锅炉的运行调节

1、锅炉进行调节的任务

1）使锅炉蒸发量适应外界负荷需要

减弱燃烧（负荷）先减煤（粉）后减风

加强燃烧（负荷）先加风后加煤（粉）

2）维持正常的水位并均匀给水

3）保持正常的汽压汽量

4）保持蒸汽品质合格

5）维持锅炉稳定经济燃烧，尽量减少热损失，提高锅炉效率，排放符合环保要求。

2、汽压波动时对水位的影响

1）会形成虚假水位：

压力升高水位先下降后上升（不饱和水）

压力降低水位先上升后下降（过热水）

2）汽压变化的原因：

内部原因：

煤质变化

送入煤粉量变化

风煤配比

煤粉细度

二次风的配比（外因不变的情况下）

外部原因：热用户的用汽量。

3、汽包的水位调节

1）汽包水位偏离正常值的危害：

水位过高蒸汽带水、带盐造成结垢

水位过低影响锅炉水循环

2）水位变化原因（给水量大于蒸发量水位上升）

锅炉负荷（蒸发量）：外界负荷突增：水位先上升后下降

外界负荷突减：水位先下降后上升

燃烧工况：

燃烧突然加强时；水位先上升后下降

燃烧突然减弱时；水位先下降后上升

给水压力

4、锅炉的燃烧调节

1）燃烧过程的经济要求

保持合理的风煤配合

一二次风配合和引风配合

保持合适的炉膛温度

送风和吸风的配合

2）锅炉的结焦

结焦：熔融的灰渣粘附在受热面上的现象。

结焦的危害：

（1）降低锅炉效率

（2）降低锅炉出力

（3）容易造成事故

结渣的原因：

（1）炉膛温度

（2）灰中矿物质含量

（3）管壁粗糙度

（4）运行操作水平：

氧量过低

风粉配比

燃烧器

锅炉超负荷

漏风

没有及时除灰

3）预防结焦的措施

堵住漏风

防止火焰中心偏移

防止风粉气流冲刷受热面

保持合格的煤粉细度

及时吹灰和除渣

控制炉膛温度

控制锅炉负荷

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