鍋爐是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中重要的熱能供應(yīng)設(shè)備。電力、機(jī)械、冶 金、化工、紡織、造紙、食品等行業(yè) , 以及工業(yè)和民用采暖都需要鍋爐供給大量的熱能。
鍋爐是利用燃料燃燒釋放出的熱能或其他能量將工質(zhì) ( 中間載熱體 ) 加熱到一定參數(shù)的設(shè)備。應(yīng)用于加熱水使之轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝腻仩t稱為蒸汽鍋爐 , 也稱為蒸汽發(fā)生器 ; 應(yīng)用于加熱水使之提高溫度轉(zhuǎn)變?yōu)闊崴腻仩t , 稱為熱水鍋爐。
從能源利用的角度看 , 鍋爐是一種能源轉(zhuǎn)換設(shè)備。在鍋爐中 , 一次能源 ( 燃料 ) 的化學(xué)貯藏能通過(guò)燃燒過(guò)程轉(zhuǎn)化為 燃燒產(chǎn)物 ( 煙氣和灰渣 ) 所載有的熱能 , 然后又通過(guò)傳熱過(guò)程將熱量傳遞給中間載熱體 ( 例如水和蒸汽 ), 依靠它將熱量輸送到用熱設(shè)備中去。
鍋爐按其用途可以分為電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、船舶鍋爐 和機(jī)車鍋爐等四類。前兩類又稱為固定式鍋爐 , 因?yàn)槭前惭b在固定基礎(chǔ)上而不可移動(dòng)的。后兩類則稱為移動(dòng)式鍋爐。
在鍋爐中進(jìn)行著三個(gè)主要過(guò)程:(1) 燃料在爐內(nèi)燃燒 , 其化學(xué)貯藏能以熱能的形式釋放出來(lái) , 使火焰和燃燒產(chǎn)物 ( 煙氣和灰渣 ) 具有高溫。(2) 高溫火焰和煙氣通過(guò) “ 受熱面 “ 向工質(zhì) ( 熱媒 ) 傳遞熱量。(3) 工質(zhì) ( 熱媒 ) 被加熱 , 其溫度升高或者汽化為飽和蒸汽 , 或再進(jìn)一步被加熱成為過(guò)熱蒸汽。以上三個(gè)過(guò)程是互相關(guān)聯(lián)并且同時(shí)進(jìn)行的 , 實(shí)現(xiàn)著能量 的轉(zhuǎn)換和傳遞。伴隨著能量的轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)移還進(jìn)行著物質(zhì)的流 動(dòng)和變化。水一汽系統(tǒng)、煤一灰系統(tǒng)和風(fēng)－煙系統(tǒng)是鍋爐的三大主要系統(tǒng) , 這三個(gè)系統(tǒng)的工作是同時(shí)進(jìn)行的。通常將燃料和煙氣這一側(cè)所進(jìn)行的過(guò)程 ( 包括燃燒、放 熱、排渣、氣體流動(dòng)等 ) 總稱為 “ 爐內(nèi)過(guò)程 “; 把水、汽這一側(cè)所進(jìn)行的過(guò)程 ( 水和蒸汽流動(dòng)、吸熱、汽化、汽水分離、熱 化學(xué)過(guò)程等 ) 總稱為 “ 鍋內(nèi)過(guò)程 “ 。
一、基本概念
1、熱量：熱量是一個(gè)過(guò)程量，生活中比較常見(jiàn)的是熱水、天氣很熱等一些比較直觀的概念，但是熱量是如何計(jì)量的呢？ 規(guī)定：在一大氣壓下，使一千克水溫度升高一攝氏度時(shí)所需要的熱量為一大卡。1cal=4.186J
2、溫度：溫度是表示物體冷熱的程度。工程上一般用攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)（絕對(duì)溫標(biāo)）來(lái)度量。攝氏溫標(biāo)的溫度用“t”表示，單位為攝氏度（℃）。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下，規(guī)定純水的冰點(diǎn)為0℃，沸點(diǎn)為100℃。熱力學(xué)溫標(biāo)又稱為開(kāi)氏溫標(biāo)，用“T”表示，單位為開(kāi)爾文（K）。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下，規(guī)定純水的冰點(diǎn)為273.15K，沸點(diǎn)為373.15K。攝氏溫標(biāo)的溫度1℃與熱力學(xué)溫標(biāo)的溫度1K在數(shù)值上相等，其關(guān)系為 T=t+273.15
3、壓力：壓力是指單位面積上受到的垂直作用力。工程上常用的單位有：Pa（帕）、MP（兆帕）。非法定單位有：工程大氣壓（at）、毫米水柱（mmH2O）、毫米汞柱（mmHg）。其關(guān)系為：1at=1kgf/cm=1000mmH2O=735mmHg=105Pa=0.1Mpa 鍋爐設(shè)備通用壓力表上的指示值為表壓力，絕對(duì)壓力=表壓力+大氣壓（0.1MPa）
4、有關(guān)水蒸氣的一些概念 a.飽和水：水被加熱到某一溫度時(shí)，開(kāi)始沸騰，此時(shí)的溫度稱為飽和溫度，水稱為飽和水；b.干飽和蒸汽：不含有水分的飽和蒸汽稱為干飽和蒸汽；c.濕飽和蒸汽：含有水分的飽和蒸汽稱為濕飽和蒸汽；d.蒸汽干度：指濕飽和蒸汽中干飽和蒸汽所占的百分?jǐn)?shù)（%）；e.汽化潛熱（r）：一千克飽和水在定壓下加熱至完全汽化成同溫度下的干飽和蒸汽所需要的熱量，或?qū)⒋烁娠柡驼羝Y(jié)成同溫度下的飽和水所放出的熱量，稱為汽化潛熱 ；f.過(guò)熱蒸汽：將干飽和蒸汽繼續(xù)定壓加熱，蒸汽溫度即開(kāi)始上升，從飽和溫度上升到規(guī)定的過(guò)熱溫度，這樣的蒸汽稱為過(guò)熱蒸汽。
二、鍋爐的傳熱過(guò)程
燃料通過(guò)送料裝置傳送到鍋爐爐膛中，與一并進(jìn)來(lái)的空氣混合，并經(jīng)點(diǎn)火變壓器點(diǎn)燃，燃燒產(chǎn)生的熱量通過(guò)爐膛壁傳導(dǎo)及輻射和對(duì)流換熱，將熱量傳送給爐膛壁的熱煤——通常是水，然后通過(guò)水將熱量帶出到用戶處。
三、燃料
鍋爐使用的燃料有固體、液體、氣體三種。固體燃料以煤為主，其他有木材、稻糠、甘蔗渣、椰子殼以及城市垃圾等。液體燃料有輕柴油、重油、渣油和原油等。氣體燃料主要有天然氣、液化石油氣和城市煤氣等。
1、油 小容量鍋爐主要使用輕柴油，中等容量鍋爐主要使用重油和輕柴 燃料油的特性參數(shù)主要有：a.密度：在某溫度下，單位體積物質(zhì)的質(zhì)量稱為密度，單位為kg/m3。對(duì)油來(lái)說(shuō)，我國(guó)規(guī)定以20℃時(shí)作為標(biāo)準(zhǔn)密度。一般原油的密度為0.85~0.95 kg/m3，重油的密度為0.90~0.96 kg/m3。密度主要由所含底沸點(diǎn)的餾分和膠狀物質(zhì)的多少?zèng)Q定，膠狀物質(zhì)越多，密度越大。b.粘度（運(yùn)動(dòng)粘度）：表征油的流動(dòng)特性。我國(guó)常用恩氏粘度，單位為°E。油的粘度和油的成分、溫度和壓力等因素有關(guān)，但主要受溫度的影響較大，溫度高，則粘度低。為保證燃燒器的霧化質(zhì)量，對(duì)不同的霧化方式所要求的粘度不同，一般蒸汽霧化要求油的粘度為6~15°E；機(jī)械壓力霧化，要求油的粘度為3~7°E；轉(zhuǎn)杯式霧化要求油的粘度為5~8°E。c.閃點(diǎn)和燃點(diǎn)：當(dāng)油溫升高時(shí)，油面蒸發(fā)的油氣增多，若與明火接觸發(fā)生一閃即滅的短暫閃光，此時(shí)的溫度稱為油的閃點(diǎn)。當(dāng)油溫升高時(shí)，油面上的油氣遇到明火后能連續(xù)燃燒，此時(shí)的溫度稱為燃點(diǎn)。通常燃點(diǎn)比閃點(diǎn)約高20~60℃。 閃點(diǎn)是防止油發(fā)生火災(zāi)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。當(dāng)油裝在開(kāi)口容器內(nèi)，其油溫至少比它的閃點(diǎn)低10℃才是安全的。在壓力容器和管道內(nèi)，由于沒(méi)有自由液面，可不受限制。e.凝固點(diǎn)：油失去流動(dòng)時(shí)的溫度稱為凝固點(diǎn)。凝固點(diǎn)與油中含蠟量多少有關(guān)，含蠟量高，則凝固點(diǎn)高；油中膠狀物質(zhì)多，凝固點(diǎn)也高。凝固點(diǎn)是油品貯存和運(yùn)輸?shù)闹饕笜?biāo)。
2、氣 鍋爐常用的氣體燃料是指：天然氣、液化石油氣和人工煤氣三大類。氣體燃料一般含有低相對(duì)分子質(zhì)量的碳?xì)浠衔�、氫和一氧化碳等可燃�(xì)怏w，且常伴有二氧化碳、氮等不可燃?xì)怏w。燃?xì)忮仩t以天然氣熱值8500kcal/Nm3，液化石油氣熱值24000kcal/Nm3，城市煤氣4000kcal/Nm3計(jì)算其出力
四、鍋爐制造許可證級(jí)別：
鍋爐級(jí)別及制造鍋爐范圍：A級(jí) 不限；B級(jí) 額定蒸汽壓力小于及等于2.5MPa的蒸汽鍋爐（表壓，下同）；C級(jí) 額定蒸汽壓力小于及等于08MPa且額定蒸發(fā)量小于及等于1t/h的蒸汽鍋爐;額定出水溫度小于120℃的熱水鍋爐；D 額定蒸汽壓力小于及等于0.1MPa的蒸汽鍋爐;額定出水溫度小于120℃且額定熱功率小于及等于2.8MW的熱水鍋爐
注： 1. 額定出水溫大于及等于120℃的熱水鍋爐，按照額定出水壓力分屬于C級(jí)及其以上各級(jí)。2. 持有高級(jí)別許可證的鍋爐制造企業(yè)，可以生產(chǎn)低級(jí)別的鍋爐產(chǎn)品。3. 持有C級(jí)及其以上級(jí)別許可證的鍋爐制造企業(yè)，可以制造有機(jī)熱載體鍋爐，對(duì)于只制造有機(jī)熱載體鍋爐的制造企業(yè)，應(yīng)申請(qǐng)有機(jī)熱載體鍋爐單項(xiàng)制造資格，不需要定級(jí)別。4. 對(duì)于產(chǎn)品種類較單一的制造企業(yè)，可對(duì)其許可范圍進(jìn)行限制，如限部件、材質(zhì)、品種等。5. 持證鍋爐制造企業(yè)可以制造與相應(yīng)級(jí)別鍋爐配套的分汽缸、分水缸。
五、工業(yè)鍋爐型號(hào)編制方法 中國(guó)工業(yè)鍋爐型號(hào)按標(biāo)準(zhǔn)JB/T1626-92的規(guī)定進(jìn)行編制。
1、承壓鍋爐編制方法
工業(yè)鍋爐產(chǎn)品型號(hào)由三部分組成，各部分之間用短橫線相連。
如：ΔΔ Δ ×× - ×× / ××× - ×
第一部分表示鍋爐和燃燒設(shè)備的型式。共分三段，第一段用兩個(gè)漢語(yǔ)拼音字母代表鍋爐總體型式；第二段用漢語(yǔ)拼音字母代表燃燒設(shè)備；第三段用阿拉伯?dāng)?shù)字表示蒸汽鍋爐額定蒸發(fā)量為若干t/h或熱水鍋爐額定熱功率若干MW。
第二部分表示介質(zhì)參數(shù)。共分兩段，中間以斜線相連。第一段用阿拉伯?dāng)?shù)字表示額定蒸汽壓力或允許工作壓力為若干MPa；第二段用阿拉伯?dāng)?shù)字表示過(guò)熱蒸汽溫度或出水溫度和進(jìn)水溫度為若干℃。
第三部分表示燃料種類。以漢語(yǔ)拼音字母代表燃料種類，同時(shí)以羅馬數(shù)字代表燃料品種分類與其并列（見(jiàn)表1-9）。如同時(shí)使用幾種燃料，主要燃料放在前面。
舉例：WNS1.4-0.7/95/70-Y 表示臥式內(nèi)燃、室燃爐，額定熱功率為1.4MW，允許工作壓力為0.7MPa，出水溫度為95℃，進(jìn)水溫度為70℃，燃油的熱水鍋爐。
WDR0.35-0.7/95/70 表示臥式電加熱，額定熱功率為0.35MW，允許工作壓力為0.7MPa，出水溫度為95℃，進(jìn)水溫度為70℃，熱水鍋爐。
2、常壓熱水鍋爐編制方法 常壓熱水鍋爐型號(hào)按標(biāo)準(zhǔn)JB/T7985-95的規(guī)定進(jìn)行編制。
常壓鍋爐產(chǎn)品型號(hào)三部分組成，各部分之間用短橫線相連。
如：C ΔΔ Δ ×× - ×× / ×× - ××
型號(hào)的第一部分由常壓鍋爐代號(hào)、鍋型代號(hào)、燃燒設(shè)備代號(hào)、額定熱功率四段組成。常壓鍋爐代號(hào)用“C”表示。額定熱功率用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位為“MW”。
型號(hào)的第二部分表示介質(zhì)參數(shù)，共分二段，中間以斜線相連。第一段表示額定出口水溫度，第二段表示額定進(jìn)口水溫度，單位為℃。
型號(hào)的第三部分由燃料種類和設(shè)計(jì)次序二段組成。設(shè)計(jì)次序以阿拉伯?dāng)?shù)字表示，原型設(shè)計(jì)不表示。
舉例：CWNS0.35-85/65-Y 表示常壓鍋爐臥式內(nèi)燃，室燃爐，額定熱功率為0.35MW，額定出水溫度85℃，額定進(jìn)水溫度為65℃，燃油，第一次設(shè)計(jì)。
CWDR0.7-85/65 表示常壓鍋爐臥式電加熱，額定熱功率為0.7MW，額定出水溫度85℃，額定進(jìn)水溫度為65℃，第一次設(shè)計(jì)。
CLHS0.12-85/65-Y表示常壓鍋爐立式火管，室燃爐，額定熱功率為0.12MW，額定出水溫度85℃，額定進(jìn)水溫度為65℃，燃油，第一次設(shè)計(jì)。
六、鍋爐的品種 熱水鍋爐有常壓和承壓兩大品種。
1.常壓熱水鍋爐主要有以下幾種類型：CWNS常壓臥式燃油燃?xì)鉄崴仩t（其中包括：直接式和間接式）、CLHS常壓立式燃油燃?xì)鉄衢_(kāi)水鍋爐和CWDR常壓臥式電加熱熱水鍋爐（其中包括：直接式和間接式）、CWNSLN冷凝無(wú)壓熱水鍋爐。冷凝器用于冷卻煙氣 (其實(shí)是省煤器的一種形式)，ZKW真空熱水鍋爐。
承壓熱水鍋爐主要有以下幾種類型：WNS臥式燃油燃?xì)鉄崴仩t、WDR臥式電加熱熱水鍋爐。2.蒸汽鍋爐有立式和臥式兩種：立式蒸汽鍋爐主要有LWS無(wú)管蒸汽鍋爐、LHS煙管蒸汽鍋爐、LDR電蒸汽鍋爐 ；臥式蒸汽鍋爐主要有WNS蒸汽鍋爐、WDR電蒸汽鍋爐。
七、鍋爐附件與儀表
鍋爐附件與儀表 , 是確保鍋爐安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行必不可少的組成部分, 它們分布在鍋爐和鍋爐房各個(gè)重要部位 , 對(duì)鍋 爐的運(yùn)行狀況起著監(jiān)視和控制的作用。安全附件包括安全閥、壓力表、水位表、溫度計(jì)、排污 和放水裝置以及自動(dòng)控制與保護(hù)裝置等。
1.安全閥是鍋爐必不可少的安全附件之一。它有兩個(gè)作用 : 一是當(dāng)鍋爐壓力達(dá)到預(yù)定限度時(shí) , 安全閥即自動(dòng)開(kāi)啟 , 放出 蒸汽 , 發(fā)出警報(bào) , 使司爐人員能及時(shí)采取措施 ; 二是安全閥 開(kāi)啟后能排出足夠的蒸汽 , 使鍋爐壓力下降 , 當(dāng)壓力降至額 定工作壓力以下時(shí) , 安全閥即能自動(dòng)關(guān)閉。
2.壓力表也是鍋爐上必不可少的安全附件，它的作用是用來(lái)測(cè)量和指示鍋筒內(nèi)壓力的大小。鍋爐上如果沒(méi)有壓力表 , 或 者壓力表失靈 , 鍋爐內(nèi)的壓力就無(wú)法表示 , 從而直接危及安全。鍋爐上裝置靈敏、準(zhǔn)確的壓力表 , 司爐人員就能憑此正 確的操作鍋爐 , 確保安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。壓力表的附屬零件：1. 存水彎管為壓力表與鍋筒之間應(yīng)裝設(shè)存水彎管。使蒸汽在其中冷凝后再進(jìn)入彈簧彎管內(nèi) , 存水彎管的作用是產(chǎn)生一個(gè)水封 , 防止蒸汽直接通到彈簧彎管內(nèi) , 使彈簧彎管由于高溫影響受熱變形 , 影響壓力表讀數(shù)的準(zhǔn)確性。存水彎管的內(nèi)徑 , 用銅管時(shí)不應(yīng)小于 6mm, 用鋼管時(shí)不應(yīng)小于 10mm 。2. 三通旋塞為壓力表與存水彎管之間應(yīng)裝有三通旋塞 , 以便沖洗管路和檢查、校驗(yàn)、卸換壓力表。
3.水位表是蒸汽鍋爐的安全附件之一。用于指示鍋爐內(nèi)水 位的高低 , 協(xié)助司爐人員監(jiān)視鍋爐水位的動(dòng)態(tài) , 以便控制鍋 爐水位在正常幅度之內(nèi)。如果沒(méi)有水位表 , 水位表?yè)p壞或者模糊不清 , 看不見(jiàn)水位而盲目進(jìn)水 , 就會(huì)發(fā)生事故。水位表的結(jié)構(gòu)和形式常用的水位表有玻璃管式、平板式、雙色和磁翻柱液位計(jì)等幾種。
4.溫度儀表 溫度是熱力系統(tǒng)的重要狀態(tài)參數(shù)之一。在鍋爐和鍋爐房熱力系統(tǒng)中，給水、蒸汽和煙氣等介質(zhì)的熱力狀態(tài)是否正常 , 風(fēng)機(jī)和水泵等設(shè)備軸承的運(yùn)行情況是否良好 , 都依靠對(duì)溫度測(cè)量的儀表來(lái)進(jìn)行監(jiān)視。
5.排污與放水裝置 1..排污閥 常用的排污閥有排污旋塞、齒條閘門式、擺動(dòng)閘門式、慢開(kāi)閘門式和慢開(kāi)斜球形等多種形式。2.排污膨脹器。3.取樣冷凝器
6.鍋爐的保護(hù)裝置與自動(dòng)控制 鍋爐的自動(dòng)控制與保護(hù)裝置是鍋爐的重要組成部分 , 對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行起十分重要的作用。它的作用主要有三點(diǎn) :1. 當(dāng)被控對(duì)象的變化超過(guò)給定范圍之后 , 具有限制報(bào)警作用。2. 當(dāng)鍋爐出現(xiàn)異常情況或操作失誤時(shí) , 具有聯(lián)鎖保護(hù)作用。3. 當(dāng)鍋爐正常工作時(shí) , 具有控制 ( 或測(cè)量、指示 ) 作用。 鍋爐的自控保護(hù)裝置 , 其類型有多種分法 , 而從上述三點(diǎn)作用出發(fā) , 亦可分為警報(bào)、聯(lián)鎖保護(hù)和自動(dòng)控制三個(gè)系統(tǒng)。
A鍋爐的警報(bào)系統(tǒng) 鍋爐的警報(bào)系統(tǒng)是由水位、壓力和溫度的傳感器與聲光訊號(hào)裝置相互串聯(lián)而組成的一個(gè)電路系統(tǒng)。當(dāng)水位、壓力和 溫度處于極限位置時(shí) , 指示燈將通過(guò)亮或滅、閃爍或顏色區(qū)別來(lái)顯示相應(yīng)的狀態(tài) , 而音響信號(hào)裝置則通過(guò)發(fā)聲達(dá)到報(bào)警 的目的。有a.水位警報(bào)系統(tǒng) b. 超壓報(bào)警系統(tǒng) c.超溫報(bào)警系統(tǒng)
B鍋爐的聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng) 當(dāng)鍋爐的水位、壓力、溫度達(dá)到極限值以及循環(huán)泵出現(xiàn)故障時(shí)鍋爐就會(huì)采取緊急停爐聯(lián)鎖保護(hù)。對(duì)于燃煤鍋爐 , 主 要是停止鼓、引風(fēng)機(jī)工作和控制爐排停止運(yùn)行 , 以停止燃燒。對(duì)于燃油、燃?xì)忮仩t主要是切斷燃料供給 , 然后按程序停 爐。有a.低水位聯(lián)鎖保護(hù)b壓力聯(lián)鎖保護(hù)c 超溫聯(lián)鎖保護(hù)d 水泵的聯(lián)鎖保護(hù)e 循環(huán)水泵的聯(lián)鎖保護(hù)f緊急停爐聯(lián)鎖保護(hù)g燃燒器的程序控制與聯(lián)鎖保護(hù) f防爆門 燃燒煤粉、油或氣體的鍋爐 , 如果點(diǎn)火前未進(jìn)行吹掃或誤操作 , 噴嘴有故障或燃燒不完全 , 熄火時(shí)未能迅速切斷燃 料等 , 均容易造成爐膛和尾部煙道因燃料積聚引起再次燃燒 ,嚴(yán)重的爆燃會(huì)引起爐墻和煙道開(kāi)裂、倒塌、燒壞尾部受熱面 等事故。防爆門的作用就是當(dāng)煤粉和煙氣在爐膛或煙道內(nèi)爆燃時(shí) , 能夠自行開(kāi)啟或破裂 , 從而達(dá)到泄壓目的 , 避免造成 事故。
