锅炉的用途及工作原理
锅炉是国民经济中重要的热能供应设备。电力、机械、冶 金、化工、纺织、造纸、食品等行业 , 以及工业和民用采暖都需要锅炉供给大量的热能。
锅炉是利用燃料燃烧释放出的热能或其他能量将工质 ( 中间载热体 ) 加热到一定参数的设备。应用于加热水使之转变为蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉 , 也称为蒸汽发生器 ; 应用于加热水使之提高温度转变为热水的锅炉 , 称为热水锅炉。
从能源利用的角度看 , 锅炉是一种能源转换设备。在锅炉中 , 一次能源 ( 燃料 ) 的化学贮藏能通过燃烧过程转化为 燃烧产物 ( 烟气和灰渣 ) 所载有的热能 , 然后又通过传热过程将热量传递给中间载热体 ( 例如水和蒸汽 ), 依靠它将热量输送到用热设备中去。
锅炉按其用途可以分为电站锅炉、工业锅炉、船舶锅炉 和机车锅炉等四类。前两类又称为固定式锅炉 , 因为是安装在固定基础上而不可移动的。后两类则称为移动式锅炉。
在锅炉中进行着三个主要过程:(1) 燃料在炉内燃烧 , 其化学贮藏能以热能的形式释放出来 , 使火焰和燃烧产物 ( 烟气和灰渣 ) 具有高温。(2) 高温火焰和烟气通过 “ 受热面 “ 向工质 ( 热媒 ) 传递热量。(3) 工质 ( 热媒 ) 被加热 , 其温度升高或者汽化为饱和蒸汽 , 或再进一步被加热成为过热蒸汽。以上三个过程是互相关联并且同时进行的 , 实现着能量 的转换和传递。伴随着能量的转换和转移还进行着物质的流 动和变化。水一汽系统、煤一灰系统和风－烟系统是锅炉的三大主要系统 , 这三个系统的工作是同时进行的。通常将燃料和烟气这一侧所进行的过程 ( 包括燃烧、放 热、排渣、气体流动等 ) 总称为 “ 炉内过程 “; 把水、汽这一侧所进行的过程 ( 水和蒸汽流动、吸热、汽化、汽水分离、热 化学过程等 ) 总称为 “ 锅内过程 “ 。
一、基本概念
1、热量：热量是一个过程量，生活中比较常见的是热水、天气很热等一些比较直观的概念，但是热量是如何计量的呢？ 规定：在一大气压下，使一千克水温度升高一摄氏度时所需要的热量为一大卡。1cal=4.186J
2、温度：温度是表示物体冷热的程度。工程上一般用摄氏温标和热力学温标（绝对温标）来度量。摄氏温标的温度用“t”表示，单位为摄氏度（℃）。在标准大气压力下，规定纯水的冰点为0℃，沸点为100℃。热力学温标又称为开氏温标，用“T”表示，单位为开尔文（K）。在标准大气压力下，规定纯水的冰点为273.15K，沸点为373.15K。摄氏温标的温度1℃与热力学温标的温度1K在数值上相等，其关系为 T=t+273.15
3、压力：压力是指单位面积上受到的垂直作用力。工程上常用的单位有：Pa（帕）、MP（兆帕）。非法定单位有：工程大气压（at）、毫米水柱（mmH2O）、毫米汞柱（mmHg）。其关系为：1at=1kgf/cm=1000mmH2O=735mmHg=105Pa=0.1Mpa 锅炉设备通用压力表上的指示值为表压力，绝对压力=表压力+大气压（0.1MPa）
4、有关水蒸气的一些概念 a.饱和水：水被加热到某一温度时，开始沸腾，此时的温度称为饱和温度，水称为饱和水；b.干饱和蒸汽：不含有水分的饱和蒸汽称为干饱和蒸汽；c.湿饱和蒸汽：含有水分的饱和蒸汽称为湿饱和蒸汽；d.蒸汽干度：指湿饱和蒸汽中干饱和蒸汽所占的百分数（%）；e.汽化潜热（r）：一千克饱和水在定压下加热至完全汽化成同温度下的干饱和蒸汽所需要的热量，或将此干饱和蒸汽凝结成同温度下的饱和水所放出的热量，称为汽化潜热 ；f.过热蒸汽：将干饱和蒸汽继续定压加热，蒸汽温度即开始上升，从饱和温度上升到规定的过热温度，这样的蒸汽称为过热蒸汽。
二、锅炉的传热过程
燃料通过送料装置传送到锅炉炉膛中，与一并进来的空气混合，并经点火变压器点燃，燃烧产生的热量通过炉膛壁传导及辐射和对流换热，将热量传送给炉膛壁的热煤——通常是水，然后通过水将热量带出到用户处。
三、燃料
锅炉使用的燃料有固体、液体、气体三种。固体燃料以煤为主，其他有木材、稻糠、甘蔗渣、椰子壳以及城市垃圾等。液体燃料有轻柴油、重油、渣油和原油等。气体燃料主要有天然气、液化石油气和城市煤气等。
1、油 小容量锅炉主要使用轻柴油，中等容量锅炉主要使用重油和轻柴 燃料油的特性参数主要有：a.密度：在某温度下，单位体积物质的质量称为密度，单位为kg/m3。对油来说，我国规定以20℃时作为标准密度。一般原油的密度为0.85~0.95 kg/m3，重油的密度为0.90~0.96 kg/m3。密度主要由所含底沸点的馏分和胶状物质的多少决定，胶状物质越多，密度越大。b.粘度（运动粘度）：表征油的流动特性。我国常用恩氏粘度，单位为°E。油的粘度和油的成分、温度和压力等因素有关，但主要受温度的影响较大，温度高，则粘度低。为保证燃烧器的雾化质量，对不同的雾化方式所要求的粘度不同，一般蒸汽雾化要求油的粘度为6~15°E；机械压力雾化，要求油的粘度为3~7°E；转杯式雾化要求油的粘度为5~8°E。c.闪点和燃点：当油温升高时，油面蒸发的油气增多，若与明火接触发生一闪即灭的短暂闪光，此时的温度称为油的闪点。当油温升高时，油面上的油气遇到明火后能连续燃烧，此时的温度称为燃点。通常燃点比闪点约高20~60℃。 闪点是防止油发生火灾的一项重要指标。当油装在开口容器内，其油温至少比它的闪点低10℃才是安全的。在压力容器和管道内，由于没有自由液面，可不受限制。e.凝固点：油失去流动时的温度称为凝固点。凝固点与油中含蜡量多少有关，含蜡量高，则凝固点高；油中胶状物质多，凝固点也高。凝固点是油品贮存和运输的主要指标。
2、气 锅炉常用的气体燃料是指：天然气、液化石油气和人工煤气三大类。气体燃料一般含有低相对分子质量的碳氢化合物、氢和一氧化碳等可燃气体，且常伴有二氧化碳、氮等不可燃气体。燃气锅炉以天然气热值8500kcal/Nm3，液化石油气热值24000kcal/Nm3，城市煤气4000kcal/Nm3计算其出力
四、锅炉制造许可证级别：
锅炉级别及制造锅炉范围：A级 不限；B级 额定蒸汽压力小于及等于2.5MPa的蒸汽锅炉（表压，下同）；C级 额定蒸汽压力小于及等于08MPa且额定蒸发量小于及等于1t/h的蒸汽锅炉;额定出水温度小于120℃的热水锅炉；D 额定蒸汽压力小于及等于0.1MPa的蒸汽锅炉;额定出水温度小于120℃且额定热功率小于及等于2.8MW的热水锅炉
注： 1. 额定出水温大于及等于120℃的热水锅炉，按照额定出水压力分属于C级及其以上各级。2. 持有高级别许可证的锅炉制造企业，可以生产低级别的锅炉产品。3. 持有C级及其以上级别许可证的锅炉制造企业，可以制造有机热载体锅炉，对于只制造有机热载体锅炉的制造企业，应申请有机热载体锅炉单项制造资格，不需要定级别。4. 对于产品种类较单一的制造企业，可对其许可范围进行限制，如限部件、材质、品种等。5. 持证锅炉制造企业可以制造与相应级别锅炉配套的分汽缸、分水缸。
五、工业锅炉型号编制方法 中国工业锅炉型号按标准JB/T1626-92的规定进行编制。
1、承压锅炉编制方法
工业锅炉产品型号由三部分组成，各部分之间用短横线相连。
如：ΔΔ Δ ×× - ×× / ××× - ×
第一部分表示锅炉和燃烧设备的型式。共分三段，第一段用两个汉语拼音字母代表锅炉总体型式；第二段用汉语拼音字母代表燃烧设备；第三段用阿拉伯数字表示蒸汽锅炉额定蒸发量为若干t/h或热水锅炉额定热功率若干MW。
第二部分表示介质参数。共分两段，中间以斜线相连。第一段用阿拉伯数字表示额定蒸汽压力或允许工作压力为若干MPa；第二段用阿拉伯数字表示过热蒸汽温度或出水温度和进水温度为若干℃。
第三部分表示燃料种类。以汉语拼音字母代表燃料种类，同时以罗马数字代表燃料品种分类与其并列（见表1-9）。如同时使用几种燃料，主要燃料放在前面。
举例：WNS1.4-0.7/95/70-Y 表示卧式内燃、室燃炉，额定热功率为1.4MW，允许工作压力为0.7MPa，出水温度为95℃，进水温度为70℃，燃油的热水锅炉。
WDR0.35-0.7/95/70 表示卧式电加热，额定热功率为0.35MW，允许工作压力为0.7MPa，出水温度为95℃，进水温度为70℃，热水锅炉。
2、常压热水锅炉编制方法 常压热水锅炉型号按标准JB/T7985-95的规定进行编制。
常压锅炉产品型号三部分组成，各部分之间用短横线相连。
如：C ΔΔ Δ ×× - ×× / ×× - ××
型号的第一部分由常压锅炉代号、锅型代号、燃烧设备代号、额定热功率四段组成。常压锅炉代号用“C”表示。额定热功率用阿拉伯数字表示，单位为“MW”。
型号的第二部分表示介质参数，共分二段，中间以斜线相连。第一段表示额定出口水温度，第二段表示额定进口水温度，单位为℃。
型号的第三部分由燃料种类和设计次序二段组成。设计次序以阿拉伯数字表示，原型设计不表示。
举例：CWNS0.35-85/65-Y 表示常压锅炉卧式内燃，室燃炉，额定热功率为0.35MW，额定出水温度85℃，额定进水温度为65℃，燃油，第一次设计。
CWDR0.7-85/65 表示常压锅炉卧式电加热，额定热功率为0.7MW，额定出水温度85℃，额定进水温度为65℃，第一次设计。
CLHS0.12-85/65-Y表示常压锅炉立式火管，室燃炉，额定热功率为0.12MW，额定出水温度85℃，额定进水温度为65℃，燃油，第一次设计。
六、锅炉的品种 热水锅炉有常压和承压两大品种。
1.常压热水锅炉主要有以下几种类型：CWNS常压卧式燃油燃气热水锅炉（其中包括：直接式和间接式）、CLHS常压立式燃油燃气热开水锅炉和CWDR常压卧式电加热热水锅炉（其中包括：直接式和间接式）、CWNSLN冷凝无压热水锅炉。冷凝器用于冷却烟气 (其实是省煤器的一种形式)，ZKW真空热水锅炉。
承压热水锅炉主要有以下几种类型：WNS卧式燃油燃气热水锅炉、WDR卧式电加热热水锅炉。2.蒸汽锅炉有立式和卧式两种：立式蒸汽锅炉主要有LWS无管蒸汽锅炉、LHS烟管蒸汽锅炉、LDR电蒸汽锅炉 ；卧式蒸汽锅炉主要有WNS蒸汽锅炉、WDR电蒸汽锅炉。
七、锅炉附件与仪表
锅炉附件与仪表 , 是确保锅炉安全和经济运行必不可少的组成部分, 它们分布在锅炉和锅炉房各个重要部位 , 对锅 炉的运行状况起着监视和控制的作用。安全附件包括安全阀、压力表、水位表、温度计、排污 和放水装置以及自动控制与保护装置等。
1.安全阀是锅炉必不可少的安全附件之一。它有两个作用 : 一是当锅炉压力达到预定限度时 , 安全阀即自动开启 , 放出 蒸汽 , 发出警报 , 使司炉人员能及时采取措施 ; 二是安全阀 开启后能排出足够的蒸汽 , 使锅炉压力下降 , 当压力降至额 定工作压力以下时 , 安全阀即能自动关闭。
2.压力表也是锅炉上必不可少的安全附件，它的作用是用来测量和指示锅筒内压力的大小。锅炉上如果没有压力表 , 或 者压力表失灵 , 锅炉内的压力就无法表示 , 从而直接危及安全。锅炉上装置灵敏、准确的压力表 , 司炉人员就能凭此正 确的操作锅炉 , 确保安全、经济的运行。压力表的附属零件：1. 存水弯管为压力表与锅筒之间应装设存水弯管。使蒸汽在其中冷凝后再进入弹簧弯管内 , 存水弯管的作用是产生一个水封 , 防止蒸汽直接通到弹簧弯管内 , 使弹簧弯管由于高温影响受热变形 , 影响压力表读数的准确性。存水弯管的内径 , 用铜管时不应小于 6mm, 用钢管时不应小于 10mm 。2. 三通旋塞为压力表与存水弯管之间应装有三通旋塞 , 以便冲洗管路和检查、校验、卸换压力表。
3.水位表是蒸汽锅炉的安全附件之一。用于指示锅炉内水 位的高低 , 协助司炉人员监视锅炉水位的动态 , 以便控制锅 炉水位在正常幅度之内。如果没有水位表 , 水位表损坏或者模糊不清 , 看不见水位而盲目进水 , 就会发生事故。水位表的结构和形式常用的水位表有玻璃管式、平板式、双色和磁翻柱液位计等几种。
4.温度仪表 温度是热力系统的重要状态参数之一。在锅炉和锅炉房热力系统中，给水、蒸汽和烟气等介质的热力状态是否正常 , 风机和水泵等设备轴承的运行情况是否良好 , 都依靠对温度测量的仪表来进行监视。
5.排污与放水装置 1..排污阀 常用的排污阀有排污旋塞、齿条闸门式、摆动闸门式、慢开闸门式和慢开斜球形等多种形式。2.排污膨胀器。3.取样冷凝器
6.锅炉的保护装置与自动控制 锅炉的自动控制与保护装置是锅炉的重要组成部分 , 对锅炉的安全运行起十分重要的作用。它的作用主要有三点 :1. 当被控对象的变化超过给定范围之后 , 具有限制报警作用。2. 当锅炉出现异常情况或操作失误时 , 具有联锁保护作用。3. 当锅炉正常工作时 , 具有控制 ( 或测量、指示 ) 作用。 锅炉的自控保护装置 , 其类型有多种分法 , 而从上述三点作用出发 , 亦可分为警报、联锁保护和自动控制三个系统。
A锅炉的警报系统 锅炉的警报系统是由水位、压力和温度的传感器与声光讯号装置相互串联而组成的一个电路系统。当水位、压力和 温度处于极限位置时 , 指示灯将通过亮或灭、闪烁或颜色区别来显示相应的状态 , 而音响信号装置则通过发声达到报警 的目的。有a.水位警报系统 b. 超压报警系统 c.超温报警系统
B锅炉的联锁保护系统 当锅炉的水位、压力、温度达到极限值以及循环泵出现故障时锅炉就会采取紧急停炉联锁保护。对于燃煤锅炉 , 主 要是停止鼓、引风机工作和控制炉排停止运行 , 以停止燃烧。对于燃油、燃气锅炉主要是切断燃料供给 , 然后按程序停 炉。有a.低水位联锁保护b压力联锁保护c 超温联锁保护d 水泵的联锁保护e 循环水泵的联锁保护f紧急停炉联锁保护g燃烧器的程序控制与联锁保护 f防爆门 燃烧煤粉、油或气体的锅炉 , 如果点火前未进行吹扫或误操作 , 喷嘴有故障或燃烧不完全 , 熄火时未能迅速切断燃 料等 , 均容易造成炉膛和尾部烟道因燃料积聚引起再次燃烧 ,严重的爆燃会引起炉墙和烟道开裂、倒塌、烧坏尾部受热面 等事故。防爆门的作用就是当煤粉和烟气在炉膛或烟道内爆燃时 , 能够自行开启或破裂 , 从而达到泄压目的 , 避免造成 事故
