第六章锅炉--.doc

个人收集整理 勿做商业用途第六章 锅炉第一节 概述一、锅炉的应用与发展（一）工业锅炉产品现状根据中国电器工业协会工业锅炉分会2005年初对我国工业锅炉行业统计，如剔除单台锅炉容量大于65t/h或工作压力大于3.82MPa属于电站锅炉的产品外，工业锅炉产品销售实物量2004年度为10419台，60744蒸吨,其中：蒸汽锅炉、热水锅炉以及燃煤、燃油（气）锅炉销售份额分别见表6-1，单台锅炉平均容量见表62。并通过对单台锅炉容量（蒸吨）、工作压力等级（MPa）、锅炉本体型式、燃煤锅炉的燃烧方式、燃料种类等方面进行分析，可以看出我国锅炉产品销售存在以下特点：表61 蒸汽、热水、燃煤、燃油（气)锅炉销售份额(）表锅炉类别2004年2003年销售份额销售份额按台数（%）按蒸吨数（%）按台数（%）按蒸吨数（%)蒸汽锅炉68。965.1276。9877。41热水锅炉31.134。8823.0322。59燃煤锅炉60.7777.6179.6484.94燃油（气）锅炉29。2322.3920.3615.16表6-2 单台锅炉平均容量（蒸吨)表2锅炉类别燃煤蒸汽锅炉燃煤热水锅炉燃油（气）蒸汽锅炉燃油（气）热水锅炉2004年4。8810。473。142.162003年4.734.362。854。06（1） 热水锅炉在总容量中的份额有所提高,热水锅炉的单台功率渐趋中大型化，工作压力在增高，这与近几年城市房地产业发展，大城市集中供热有关，这种势头还将继续下去。(2） 单台锅炉容量在提高,特别是燃煤热水锅炉.近几年由于城市集中供热规模的扩大，29MW的热水锅炉逐渐普及，而58MW、64MW、70MW 的热水锅炉相继上市，压力等级发展到1。3MPa、1。6MPa，出口温度到150、160。(3) 从本体结构型式看，1t/h和小于1t/h锅炉还是以立式水管锅壳锅炉为主,燃煤锅炉采用了固定炉排。由于我国幅员广阔，在大中城市外广大的小城镇和农村，这种锅炉还是有一定市场。单锅筒纵置式(包括新型水火管锅炉、管架式锅炉)锅炉按台数(蒸吨)计算,其份额分别为31。77（32.49%），处于主导地位，而强制循环锅炉在大型热水锅炉上逐渐被采用,分别为2%和0。6，并有良好的发展势头。卧式内燃锅炉（按蒸吨数计占15。2l%，按台数计占24.9）还是为燃油、燃气锅炉的首选炉型，特别是在小于20t/h锅炉上，广州市锅炉工业公司、上海工业锅炉有限公司、江苏双良锅炉有限公司、金牛股份有限公司已开发了20th卧式内燃锅炉，有单炉胆、双炉胆，压力可达1。3MPa、1。6MPa，既有蒸汽锅炉,亦有热水热炉。（4） 我国工业锅炉以燃煤为主，燃煤锅炉中以链条炉排为主(按容量占80%，按台数占65.46%），天津宝成机械集团有限公司生产的58MW、64MW、70MW 的热水锅炉就是采用了链条炉排.循环流化床锅炉得到了发展，按容量占11.13，按台数占3。1,锅炉容量小到1t/h、2t/h,威海市锅炉厂还采用在7MW 热水炉上,但就整个工业锅炉行业而言主要用在容量大于或等于10t/h蒸汽锅炉上。按台数、蒸吨数计算，分别占循环流化床锅炉总量84。6%和99，其中大于或等于35t/h以上锅炉分别占37和67。南通万达锅炉股份有限公司生产了45t/h烧纯石煤（发热量1200kcal/kg）和75t/h烧麦杆的循环流化床锅炉.（5） 水煤浆锅炉还处于开发阶段,只有个别厂家作为企业的主导产品。去年无锡太湖锅炉有限公司对6t/h燃水煤浆锅炉进行热工测试,热效率达到80%，南通万达锅炉股份有限公司已经生产了75th、130th水煤浆锅炉。（6） 垃圾焚烧炉技术目前还只局限于部分大型企业。2004年广州市锅炉工业公司、南通万达锅炉股份有限公司、上海四方锅炉厂、江西锅炉化工石油机械联合有限责任公司分别开发了日处理垃圾量200t/d、4O0t/d、600t/d垃圾焚烧锅炉。(7） 余热锅炉得到了很大发展,以台数或蒸吨来计算，所占份额分别为4。26和17。81,生产余热锅炉企业有20家,占统计企业数30。（二)工业锅炉的发展近年来,工业锅炉行业面临剧烈的市场竞争，但机遇和挑战并存,众多企业审时度势,积极进行产品结构调整，不断开发新产品，及时满足了市场需求.据统计，2004年度66家企业共开发新产品214项，其中燃煤、燃油（气）工业锅炉182项,169种规格产品,新产品开发项目分类情况见表63.表63 新产品开发项目分类情况（项目数）类 别燃煤蒸汽锅炉燃煤热水锅炉燃油（气)蒸气锅炉燃油(气)热水锅炉余热锅炉有机热载体锅炉其他锅炉合计总 数8040511113514214蒸发量（功率)t/h45112441010583106534314工业锅炉新产品开发是紧贴市场的，而且展示了产品的发展趋势.（1) 工业锅炉新产品开发仍以燃煤锅炉为主，燃煤锅炉新产品开发项目数为120项,与燃油（气）锅炉新产品开发项目数62项相比，其比例为2:1。再作进一步分析,单台锅炉容量小于4t/h时，燃煤锅炉项目数为6，与燃油（气)锅炉项目数16相比，其比例为l:2.7,而单台锅炉容量大于10t/h时，燃煤锅炉项目数为99，与燃油(气)锅炉项目数35相比，其比例为2.8：1，特别在大于7MW热水锅炉上，燃煤锅炉项目数34与燃油(气)锅炉项目数4相比，其比例为8.5：1。上述比例关系预示在小于4th锅炉上采用燃油(气）锅炉比较多,而在大于10t/hh锅炉上燃煤的占大多数,尤其在大于7MW锅炉上燃煤锅炉处于绝对多数。（2） 单台锅炉容量渐趋中、大型化,容量为10t/h（7MW）以上锅炉新产品开发项目数为134项。所占比例为74%.（3) 锅炉设计工作压力等级在提高,工作压力2。45MPa、3。82MPa的蒸汽锅炉和工作压力1。25MPa、1。6MPa热水锅炉已属常见。（4） 燃煤锅炉中，单锅筒纵置式（DZ型）、强制循环式（QX型)应用在热水锅炉上比较多，而双汽包纵置式(SZ型）、双汽包横置式（SH型）应用在蒸汽锅炉上比较多。（5) 燃煤蒸汽锅炉采用链条炉排为多，开发项目占总数的39，其次为循环流化床，开发项目数占总数的36%.燃煤蒸汽锅炉所采用燃料以II类烟煤(AII)为多数，开发项目数占总数的44%。(6） 燃煤热水锅炉采用链条炉排为主,开发项目数占总数的88,燃料II类烟煤（AII)项目数占总数的73.(7） 燃油、燃气锅炉中等于或小于10t/h容量锅炉以卧式内燃为主，开发项目数占总数的78%，而10t/h以上锅炉采用双汽包纵置式为多，其开发项目数占总数的34。广州市锅炉工业公司、上海工业锅炉有限公司、江苏双良锅炉有限公司、金牛股份有限公司开发了20t/h卧式内燃式锅炉，有单炉胆，亦有双炉胆，工作压力可达1.3MPa、1。5MPa，既有蒸汽锅炉，亦有热水锅炉.金牛股份有限公司还开发了116MW，2.5MPa、出水温度150、燃天然气的强制循环热水锅炉。（8) 水煤浆锅炉、垃圾焚烧锅炉、以生物质为燃料的锅炉、余热锅炉及废气利用煤气混烧的锅炉引起了许多企业的重视，纷纷根据市场的需要，开发了新产品，及时满足了用户的要求。（9） 燃煤无压相变锅炉、燃油真空相变锅炉在哈尔滨市红光锅炉集团有限公司已形成2、4、6、8、10t/h系列，冷凝式锅炉在威海市锅炉厂已进行产品开发，其中2.8MW、4。2MW 二种规格前后湿背冷凝式燃气锅炉在北京经测试，热效率达99。 (三）燃油燃气锅炉的发展 燃油燃气锅炉是以燃用轻油、重油、渣油或原油和燃用天然气、煤气、液化石油气等气体为代表的室燃式生产蒸汽和热水的供热设备。和其他燃料相比，特别是和煤燃料相比,其燃烧方式存在很大的不同： （1）油和气体燃料容易着火，燃烧迅速，锅炉可以迅速点火启动。 (2）油和气体燃料中的灰分和硫分含量极少,燃烧产生的烟气粉尘量极少，硫和氮的氧化物也比较少，大大减轻了对环境的污染,可称得上是绿色环保型燃料. （3）具有较高的发热值，燃烧时容易燃尽，所需要的燃烧空间小，允许采用较大的热负荷，锅炉的体积小于同容量的燃煤锅炉. （4）和燃煤锅炉相比，燃油烟气锅炉的输送和燃烧前后的辅助设备简单,管道运输比车辆输送清洁，也不需要燃煤时所需要的运煤、储煤、除灰等设施，大大降低了锅炉房的占地面积和基建投资。 （5)燃油燃气锅炉的燃料供应系统和运行系统简单,利于采用自动化控制系统对锅炉的燃烧、蒸汽和热水参数进行自动控制。 国外的燃油燃气锅炉发展比较早，包括燃烧器、锅炉本体和控制系统均有定型产品。国内用于公共事业供热的燃油燃气锅炉在20世纪60年代后期,有少量产品投运。进入70年代,随着石油、天然气工业的发展，燃油燃气锅炉的产量逐渐增加，但大部分用在油、气田内部和石化企业，而且，除少数产品从国外引进外，大多是由燃煤锅炉改造而成的,没有专用的燃油燃气锅炉产品。70年代后期，石油、天然气的开发工作大面积铺开,在我国的东北、华东、西南、西北和中原地区相继发现油、气田，因此在一些距油、气田较近的城市和地区,一些企业和公共事业单位开始使用中小型的燃油燃气锅炉。同时原国家一机部开始指定几家锅炉厂开发研制中小型的燃油燃气锅炉并定点生产定型产品。另外当时我国的燃料政策是以燃煤为主，因此燃油燃气锅炉并没有大规模地推广。 20世纪80年代末和90年代初，在新的能源政策推动下，我国燃油燃气锅炉产量和生产厂家迅速增加,1993年我国燃油燃气工业锅炉产量只有近5000套，比80年代初增加了两倍，生产燃油燃气工业锅炉的厂家达15家以上,也比80年代初增加了两倍，其中一些锅炉制造厂相继成为生产燃油燃气工业锅炉为主的专业生产厂家，目前已发展为300多家，这也是市场经济发展的必然趋势。 但是国内燃油燃气锅炉生产厂家基本上是在考察国外燃油燃气锅炉结构的基础上进行一些简单的结构尺寸和形式的模仿，没有从理论和设计实践中积累更多的经验以进行更深一步的研究。由此除较早对燃油燃气锅炉进行产品开发并投放市场、经过长时间运行证明性能优越的几家制造厂外，大部分的锅炉制造厂停留在模仿已有产品的水平上,这样的产品很难有多高的技术水平。因为这些制造厂并不清楚锅炉的结构是如何确定的，不能从理论的高度去认识问题，造成了很多产品存在质量问题；如有些锅炉产品经常发生爆管，有些锅炉受压元件发生变形等问题。 和70年代4家锅炉厂设计生产燃油燃气锅炉的时候相比，对燃烧设备的认识具有很大的不同。以前，燃烧器都是设计人员亲自设计制造的，这样可以根据锅炉受热面的布置特点设计燃烧器，或根据设计的燃烧器合理布置受热面。而今设计者都是根据选择好的标准化的燃烧器来确定锅炉的结构和布置相关的受热面，这些标准化的燃烧器大都是从国外进口而来。偶尔也有性能不错的国产燃烧器亮相，但总是激不起国人选择的兴趣,毕竟产品的国产化需要时间的考验,经过近几年的艰苦努力和不懈追求，国产燃烧器和进口燃烧器平分秋色的日子已经为期不远了。目前投放国内市场的进口燃烧器虽然品牌繁多，但基本上都是国外生产了几十年的常规产品,并没有采用些新的燃烧技术,如低徘放分级燃烧技术，空气控制燃烧技术等，因此国内生产燃烧器的厂家目前的除了完善自己的常规技术燃烧器产品外，还应该用全新的思维理念去研制开发非常规燃烧器，加大科研投入,这样才能和国外的燃烧器品牌真正一决高下。 对燃油燃气锅炉的总体性能要求将更加严格。这种要求主要是解决经济性、安全性、可使用性的矛盾,具体表现在以下几个方面: （1） 锅炉的高效率：燃油燃气锅炉的高效率意味着可以节约日益紧张和昂贵的能源; （2) 结构简单:采用简单结构构成的受热面，减少同种材料的不同使用规格； (3) 使用简易配套的辅机：给水泵、重油泵、重油加热器（电、蒸汽两用)、鼓风机和其它一些辅机要和锅炉本体一起装配，且要保证运输的可靠性、特别是快装锅炉,应尽可能地避免采用引风机; （4） 自动化程度高并配有多级保护系统：燃油和燃气锅炉不仅要保证高效率，还要使其操作简单、可靠；不仅要配有完善的全自动燃烧控制装置，更要配有多级安全保护系统，应具有锅炉缺水、超压、超温、熄火保护、点火程序控制及声、光、电报警.二、锅炉的分类与组成谈到锅炉的分类与组成，我们首先应该弄明白什么是锅炉。利用燃料燃烧产生的热能或工业生产中的余热将工质加热到一定温度和压力的换热设备称为锅炉。锅炉由“锅”和“炉”两部分组成。锅炉内的“锅是锅炉设备中的汽水系统，水进入锅炉以后吸收锅炉受热面的热量变成热水或蒸汽而被引出予以应用。锅炉内的“炉”包括锅炉设备中的燃烧设备及风、燃料、烟气系统。在这个系统中，燃料在炉膛内燃烧放热并产生高温烟气,通过热的传播,将热量传递给锅炉受热面，而烟气本身的温度随其流动而逐渐降低，最后从锅炉的烟囱排出。“锅”为吸热而“炉”为放热，它们组成了一个密切联系的一个整体设备-锅炉。（一）锅炉的分类锅炉的种类很多,不同的分类标准所得的分类结果也不一样，特别是工业锅炉结构形式很多，且参数各不相同,用途不一,到目前为止,我国还没有一个统一的分类规则。根据要求的不同，锅炉常见的分类有以下几种。1按锅炉的工作压力分类低压锅炉：P2。5MPa；中压锅炉：P=2.65。9MPa；高压锅炉：P=6.013.9 MPa；超高压锅炉:P14MPa.2按锅炉的蒸发量分类（1）小型锅炉：D20吨/小时； （2）中型锅炉：D=2075吨/小时; （3)大型锅炉：D75吨/小时。 3按锅炉用途分类电站锅炉、工业锅炉、生活锅炉、机车锅炉、船舶锅炉、专用锅炉和特种锅炉等电站锅炉热力发电机组中的主要的蒸汽发生设备，一般为高参数（额定工作压力P3.8MPa）、大容量（蒸发量D75t/h）蒸汽锅炉; 工业锅炉为工业生产与建筑物采暖提供蒸汽或热水的锅炉，一般为中低参数(额定工作压力3。8MPa、中小容量（蒸发量D75t/h）蒸汽锅炉或压力为0。41.6MPa,出水温度为95130的不同容量热水锅炉； 生活锅炉-压力与温度都很低的,容量也很小的蒸煮、饮水、取暖用的锅炉。常压锅炉也属于此类。 以上三类锅炉部属于固定式锅炉。舰船、机车锅炉军舰、油船、汽艇、民船、机车用的锅炉，这些锅炉属于移动式锅炉。船用锅炉按用途分为主锅炉和辅助锅炉.主锅炉生产的蒸汽供船用主机驱动螺旋桨和其它辅机之用;辅助锅炉生产的蒸汽主要供生活需要，有时也供辅机之用,辅助锅炉和主锅炉的蒸汽参数和锅炉容量都有很大的不同。4按锅炉出口介质分类锅炉按其出口介质不同,可分为蒸汽锅炉，热水锅炉,汽、水两用锅炉,有机热载体锅炉。蒸汽锅炉，按其工作压力高低不同，又可分为低压锅炉、中压锅炉、高压锅炉和超高压锅炉四个等级。 热水锅炉，按其出口水温高低不同，又可分为低温热水锅炉和高温热水锅炉两等级。5按燃料种类和能源来分类按燃料划分有燃煤、燃油、燃气、电加热、太阳能、废热锅炉、原子能锅炉等。而目前应用比较多是燃煤蒸汽锅炉，其次燃煤热水锅炉、燃油(气)蒸汽锅炉、燃油（气)热水锅炉、电加热锅炉等。6。 按锅炉结构分类锅炉按其结构不同，可分为立式锅壳锅炉、卧式锅壳锅炉（上述两类锅炉俗称火管锅炉）和水管锅炉以及水火管锅炉。立式锅壳锅炉，指锅壳纵向轴线垂直于地面，燃料在炉胆中燃烧后,烟气在受热面管子内部流动，锅水在管子外部流动的锅炉。如立式横火管锅炉、立式弯水管锅炉等. 卧式锅壳锅炉，指锅壳纵向轴线平行于地面，燃料在炉胆或外置式炉膛中燃烧后，烟气在受热面管子内部流动，锅水在管子外部流动的锅炉。如卧式外燃火管锅炉、卧式烟水管锅炉等。 水管锅炉，指将所有受热面（以水管作为传热面）都置于炉膛及烟道内的锅炉，燃料在炉膛燃烧后,烟气在受热面管子外部流动，锅水在管子内部流动锅炉。这些结构锅炉的参数与容量不受限制，有各种参数与容量的水管锅炉.如双锅筒弯水管锅炉、直流锅炉等。7按燃料燃烧方式分类燃烧方式可分为：层燃炉、沸腾炉、室燃炉.8按工质流动方式分类按工质流动方式可分为:自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉和复合循环锅炉等。工作原理如图61所示： 自然循环锅炉：蒸发受热面内的工质，依靠下降管中的水与上升管中的汽水泥合物之间的密度差所产生的压力差进行循环的锅炉。 强制循环锅炉(又称辅助循环锅炉)：蒸发受热面内的工质除了依靠水与汽水混合物的密度差以外，主要依靠锅水循环泵的压头进行循环的锅炉,称为强制循环锅炉。其循环系统示意图6-lb. 直流锅炉（如图6-1d）：给水靠给水泵的压头，一次通过锅炉各受热面产生蒸汽的锅炉，称为直流锅炉。 复合循环锅炉：复合循环锅炉是由直流锅炉和强制循环锅炉综合发展起来的，也是对直流锅炉的一种改进。它是依靠锅水循环泵的压头将蒸发受热面出口的部分或全部工质进行再循环的锅炉。9根据锅炉安装的方式和运行时所处的状态分类 移动式锅炉运行时锅炉本体处于相对运动状态的锅炉； 固定式锅炉运行时锅炉本体处于相对静止状态的锅炉。（二)锅炉的组成锅炉是一种把燃料燃烧后释放的热能传递给容器内的水或其他介质,使其达到所需要的温度、压力的设备。它由“炉”、“锅、附件仪表及附属设备构成一个整体，以保证其正常安全运行。下面以蒸汽锅炉为例介绍锅炉构成： “炉”是由燃烧设备、炉墙、炉拱和钢架等部分组成，使燃料进行燃烧产生灼热烟气的部分.烟气经过炉膛和各段烟道向锅炉受热面放热，最后从锅炉尾部进人烟囱排出。 “锅”即是锅炉本体部分，它包括锅筒(汽包）、水冷壁管、对流管束、烟管、下降管、集箱(联箱)、过热器、省煤器等受压部件，由此而组成的盛装锅水和蒸汽的密闭受压部分。锅炉由“锅”和“炉”构成。“锅”包括锅筒、受热面、集箱（也称联箱）和管束等,是容纳水和蒸汽的受压部件，在其中进行水的加热、汽化和汽水分离过程。1主要组成部件 a。锅筒锅筒的作用是汇集、贮存、净化蒸汽和补充给水。蒸汽锅炉的水管锅炉类型中，通常有12个锅筒，双锅筒锅炉的两个锅筒分别位于上下位置,上锅筒称为汽鼓或汽包，下锅筒称为水鼓或泥鼓。蒸汽锅炉上锅筒内部有均匀给水的配水槽、汽水分离装置和连续排污装置，而热水锅炉上锅筒内装有引水和给水配管及隔板等。 上锅筒的外部安装有主汽阀、副汽阀、安全阀、压力表、水位计、排污管等，上锅筒上还有人孔门。 下锅筒的一端封头开有人孔，底部装有定期排污装置。上、下锅筒之间用多根上升管和下降管连接,整个部件呈弹性结构。 锅壳式锅炉的锅筒，除起锅筒本身的作用外,还要在其中布置烟管，有的还设有燃烧室的炉膛等受热面，同时锅筒也是受热面的一部分。 装有烟管的锅筒的平封头，称为管板。管板为平板形状,其外周板边与筒体焊接.管板上开有许多管孔，通过胀接或焊接的方式连接烟管，管板上没有安装烟管的部分是承压的薄弱环节,通常用角板斜拉撑来加强。拉撑焊在筒节和管板之间. 封头除平板形状外，近年来新发展一种凸形封头和管群连接，能够减少管板厚度和改善水流状况，同时也改善了受力状态。b。水冷壁受热面 布置在炉膛四周的辐射受热面称为水冷壁受热面，它是锅炉的主要受热面，有些水冷壁管两侧焊有或带有翼片，又称鳍片,如图6-2所示鳍片增大了对炉墙的遮挡面积，可以更多地接受炉膛辐射热量，提高锅炉产汽量，降低炉膛内壁的温度，保护炉墙，防止炉墙结渣。 水冷壁的上部与上锅筒直接连接或先经过上集箱再与上锅筒连接。上锅筒的冷水经下降管进入下锅筒和下集箱,经过水冷壁吸热，形成汽水混合物,并上升到上锅筒，形成闭合的自然循环。 c。集箱 它是汇集炉管排列连接的主要元件，有分配供水和引出的作用,按其所在位置有上集箱和下集箱或进口集箱和出口集箱之分。上集箱位于炉管上部，汇集上升管束的水汽混合物，通过导管引入上锅简。有些上集箱安装在炉墙外部，在与炉管相对的位置开有成排手孔，以便对炉管内部进行消扫。下集箱位于炉管的下部，与下锅筒连接供水、分配给上升炉管.位于炉膛两侧的下集箱，具有防止炉膛两侧炉墙被烧坏或挂焦的作用，称为防焦箱。下集箱有排污管，端部开有手孔,以便于检查清扫集箱内部. 除锅炉本体集箱外，在省煤器、过热器等部件上也有各自相应的集箱. 集箱一般由较大直径的无缝钢管和两个端盖焊接而成.近年来有的集箱将管端旋压收口取代焊接端盖，使结构更加合理。 d.对流管束受热面对流管束又称对流排管，是锅炉的对流受热面,位于上下锅筒之间,也是水管锅炉的主要受热面。为了充分吸收热量，通常将对流管束中间用隔墙组成来回或转弯的烟道，增大烟气流程，并以较高的烟速横向冲刷管束.通常被烟气先冲刷的管束，由于烟气温度高传热较多，管内汽水混合物的重度小，成为上升管;反之烟气温度低传热较少，成为下降管。 对流管束吸热情况，与烟气流速、管子排列方式、烟气冲刷的方式都有关。对流管束排列和烟气冲刷管束形式一般有顺列和错列及横向与纵向之分,见图63所示。烟气冲刷管束，常采用横向冲刷，原因是横向冲刷的传热效果优于纵向冲刷。同属横向冲刷时,管子错排（或称叉排）的传热效果又优于顺排形式,但烟气流动阻力也相应提高。e。烟管、火管受热面烟管是锅炉的对流受热管，它与对流管束的作用相同,不同的是对流管束烟气流经管外,而烟管是烟气流经管内.烟管是烟管锅炉和水火管组合式锅炉的主要受热面,其作用是当炉膛燃烧产生的高温烟气从管内流过时，不断地对管外的锅水加热，使其逐渐成为热水或蒸汽。烟管一般装在锅壳内，用焊接或胀接固定在两端的管板上.因其安装数量受到锅壳的限制，加上管内易积灰堵塞，管外容易积垢,故不适用于较大型锅炉。为了提高传热效果，近年来推广和应用了螺纹烟管，即在烟管上压出深2M左右的螺纹状凹槽，它比普通烟管的传热效果提高近2倍。 火管有两种情况，直径较大的火管一般称为炉胆，里面可以装置炉排，是立式锅炉和卧式内燃锅炉的主要辐射受热面；直径较小的火管又称为烟管， f。过热器 省煤器和空气预热器均属对流受热面。过热器除有对流过热器外,还有辐射过热器。省煤器和预热器均安装在锅炉尾部烟道，主要是进一步降低排烟温度，提高锅炉热效率。 锅炉的“炉”位于锅炉本体前方，它包括燃烧设备和炉膛，是燃料燃烧的地方.根据燃料的不同，有油燃烧设备、燃气燃烧设备，因而炉膛有油燃烧室、气燃烧室。 总之,“锅”和“炉组成锅炉，“锅”和“炉是由传热过程联系起来的，而受热面是“锅”和“炉”的分界面。放热介质(火馅、烟气)和受热介质(水、蒸汽、空气）通过受热面，进行着热量传递. 由锅筒、受热面及连接管道、烟风道燃烧设备、炉墙和构架(包括平台、扶梯）等所组成的整体称为锅炉本体。 由锅炉本体、锅炉范围内的水、汽、烟、风、燃料管道及其附属设备、测量仪表及锅炉附屑机械等构成的整套装置称为锅炉机组。 1.锅炉房设备 安装有锅炉及与锅炉有关设备的建筑称锅炉房，也就是说，锅炉房有锅炉本体和锅炉附属设备。锅炉本体有锅筒、炉管和水冷壁管、过热器、省煤器、预热器、炉墙和钢架。其他设备有: （1）锅炉附属设备 a。通风设备 它由鼓风机、引风机、风道、烟道和烟囱等组成，用以保证空气供应和烟气的排除。当锅炉负荷或其他工况变动时,可借助通风设备，调节所得的风量和风压。 b.给水设备 它由水泵、给水管道和阀门等组成，用以保证可靠地向锅炉给水。 c。燃烧设备 燃油锅炉和燃气锅炉分别有油燃烧器和燃气燃烧器，它们包括喷嘴和调风器。 d.燃料输送设备 气体燃料输送设备由调压站、管道、阀门、过滤器等组成。液体燃料输送设备由贮存设备、加热装置、油泵、油过滤器、管道、阀门等组成. （2）锅炉附件 a。水位表 自然循环锅炉上锅筒(如蒸汽锅炉锅筒）内必须保持一定的水位,因为水位过高或过低均会造成严重的锅炉满水或缺水事故。为监测和控制上锅筒内的水位，一般锅炉至少安装两个水位表。 b。安全阀 为保证锅炉工作的安全,控制锅炉工作压力在规定的范围内，以免发生损坏或爆炸危险，锅筒上应安装安全阀。当锅炉压力超过一定范围时，安全阀自动开启，使热水或蒸汽排出去，从而降低锅炉内的压力，保障锅炉的安全运行. c.压力表 用以检测锅炉内水压或汽压的升高或降低,以保障锅炉在允许工作压力下安全运行. d.水位警报器 高低水位警报器可弥补水位表视线不佳的缺点,提醒司炉人员对水位的警觉，在高低水位超过允许规定时报警,以免发生严重事故. e.吹灰器 它用以清除积灰，保持锅炉受热面的清洁。这样不仅可以增强传热，提高锅炉运行的经济性，而且还能够保证锅炉的额定出力和蒸汽参数,并防止堵灰和风机电耗的增大。 f。防爆门 燃料油产生的油气、燃气在超过一定的爆炸浓度时,遇到明火会产生爆炸。因此，燃油燃气锅炉的炉膛、烟道都是容易发生爆炸的部位，故应安装防爆门，一旦这些部位发生气体爆炸，由它泄放压力，防止锅炉本体损坏和炉墙倒塌,发生伤亡事故. g.各种管道阀门 管道用以输送各种流体（如水、热水、蒸汽、燃油、燃气)，阀门用以截止、控制、调节各种流体流量以及排污、减压等。锅炉常用的阀门种类很多，如球阀、闸阀、截止阀、旋塞阀、止回阀、排污阀、自动减压阀、自动温度调节器、电磁阀、自动排气阀等。各种管道阀门均应保证其严密性,否则会造成锅炉事故。 h。锅炉给水自动调节器 它的主要作用是根据锅炉的负荷、压力、温度、水位等因素进行锅炉自动给水，保证锅炉的安全、经济运行。 (3）锅炉水处理设备 锅炉水处理设备有软化水处理设备和除气设备. 水处理的目的主要是去除水中的钙镁离子、水中的气体（如氧气、二氧化碳)以及其他有害物质，防止锅炉受热面结垢和腐蚀.水的软化有化学软化、离子交换软化、过滤软化及除气处理等。保证水处理设备的正常运行是保障供给锅炉符合要求的软化水水质的重要前提. 除氧设备有真空除氧、热力除氧设备，去除水中的氧气，有利于防止锅炉金属的腐蚀。 （4)热工计量仪表和各种遥测遥控装置 为使燃油燃气锅炉安全可靠地运行,应对各种技术经济指标进行计量和监测，要装量各种各样的热工仪表和遥测遥控装置。常用的有温度计、流量计、风压表、传感器、执行器等.目前有的单位己应用计算机进行管理，并在节能和安全方面取得了较好的效果,随着科学技术的发展，大型燃油燃气锅炉房的计量和自动控制等都在不断地发展。 （5)电气设备 电气设备指专供锅炉房用的变压器或变电站、各种配电柜、开关等.燃油燃气锅炉房的设备是连续运转的设备，要求电气设备可靠性高.特别是电动机、配电柜在锅炉房的电气设备中占有重要的地位。第二节 锅炉的基本结构与工作原理一、锅炉的热力学基础知识 (一)锅炉热工学概说 热工学是研究热能在工程上有效利用的一门综合性的技术科学。热工基础主要包括两部分：工程热力学和传热学。它们是从工程的实际出发，研究能量,特别是热能的性质和规律(包括转移和转换等传递规律)的学科. 1原理在热能的转换和传递过程中,必须遵循热力学第一定律和热力学第二定律。同时,离不开必要的设备（炉窑、热机或换热器等)和工质（媒介物、水分、蒸汽、烟气或空气等)。(1）热力学第一规律能量守恒与转换定律应用于热力学中，则称为热力学第一定律。它主要说明热能和机械能互相转换时总量守恒。锅炉热平衡就是遵循这一原理的，又如：1kWh电860kcal热3610kJ热。1马力/h632。4kcal热2650kJ热(2）热力学第二定律功与热，虽能当量转换，但有质量差别.相互转换时有方向性，这在热力学第一定律中没有阐明；第二定律就是说明这些问题的定律。它说，功很容易变为热（摩擦生热);电也很容易变为热，并且可以100%变为热。而反过来就不容易，并且不可能100转变。高温向低温传热很容易，反之就难,必须有附加条件做功。所以,热力学第二定律说明了过程的方向性条件和深度，说明了一切自发过程是不可逆的,例如:热效率总小于1。综上所述，热力学第一定律建立了能的数量关系能量的守恒性，热力学第二定律指出了能的质量因素-能质的贬值性。因此，用这两个定律来指导用能和节能具有十分重要的意义。只有用热力学理论指导,才能真正做到科学用能,即实现合理用能、充分用能、有效用能。2过程现把锅炉受热面管子展开来分析下传热过程，图34表示热量先由高温的烟气传到管子外壁,然后由管子外壁传到管子内壁，最后由管于内壁传给水或蒸汽。3形式这一传热过程本身是相当复杂的，但是为了分析研究的方便,一般把传热过程分为传导、对流和辐射三种个同的基本形式。锅炉中常常是这三种传热形式都同时存在，不过由于条件不同，起主要作用的只是其中的某一二种而已.4因素决定传热量大小的因素主要有温压（包括t或）、传热面积、工质的热阻特性（包括壁厚、传热系数等）。 （二）传热的三种基本形式及规律 1热传导 直接接触的两个物体，或同一物体相邻两部分间所发生的热传递现象叫热传导,简称导热。单纯的导热主要发生在固体中。在液体和气体中也有导热存在，不过往往伴有其他传热方式.导热的基本特点是物体要互相接触才能发生热量传递，但物体各部分之间不发生相对位移，也没有能量形式的转换。导热主要是由物体内部的分子、原子和自由电子的微观运动而实现的。 导热基本定律又叫傅里叶定律，是1822年由傅里叶通过实验得出的，即：Q=fq=-式中 Q-热流量，即单位时间内的传热量;q-热流密度,即单位时间单位面积上的传热量；-导热系数,F-面积；法线方向上的温度梯度在一般工程中，可以表示为Q=kJ/h(61）式中的符号参见图6-4，实验发现热传导所传递的热量Q和温度差)成正比，与受热面的面积F成正比，与壁的厚度成反比.导热系数的含意是在单位时间内（h)，单位面积上(),沿导热方向单位长度（m)上，温差为1时所能通过的热量。是表明物体热传导能力大小的热物性参数，它与热传导的速率和物质本身温度、湿度及密度等有关。一般说来，气体的导热系数最小，液体次之,金属材料最大;非金属材料则视用途不同而在较大的范围内变动，如建筑材料和隔热材料的导热系数就很小，水垢尤其是灰垢等的更小。在工程计算中，往往把导热系数当作常数，其值取使用条件下的算术平均值。通常导热系数随温度的升高而增加，一般认为是直线关系，即(1+bt）式中:-导热系数，kW/（m）； 0时的导热系数； b常数，不同物体其值不同，由实验确定. 理论分析表明，气体的导热系数随绝对温度的平方根变化。表6-4 一些常用材科在常温下的导热系数kcal/（mh）材料名称值材料名称值材料名称值银14001600水2耐火砖3。785。04铜12001400氟里昂0。25红 砖2。12。94铝750840空 气0.08混泥土2。94.62铁170210锅炉水垢2.18。4珍珠岩0。250.42合金钢60126烟 渣0。210。42蛭石砖0。340.42 稳定导热是指温度不随时间而变化的导热.大多数情况下的导热现象均可按稳定导热来对待。 锅炉运行时，金属表面并不洁净，烟气侧（外表面)有积灰,水侧（内表面）有水垢.因此,热量是经由外壁的积灰层、金属本身和内壁的水垢层传导过去的。 灰垢的导热能力很差一般0。210。42,约为水垢的二十分之一到十分之一、约为钢材的几百分之一。所以，受热面积灰是使烟气热量不能允分传递给水的主要原因之一.积灰严重会导致受热面堵灰、影响烟气流通,而不能维持锅炉正常运行。因此运行中应坚持经常给受热面吹灰、扫灰，如D6t/h锅炉要求每班至少吹灰两次(燃烧稳定和停炉前各吹灰一次），D4t/h的快装锅炉要求每周至少清扫-下烟火管等，以保证锅炉的出力与效率。 例33 已知：厚4mm的碳钢锅炉管子，内壁温度为175，外壁温度为181；39kcal/（mh)，=1.5kcal/(mh)； 求：（1）在无水垢灰垢情况下的每平方米传热量？ （2）当内壁上结了lmm水垢后的每平方米传热量? （3)若使，即在结垢后仍要求传递没垢时之热量，则其外壁温度为多少？ 解：(1）=391(181-175）/0.004=58.5（kcal/h)=245。7kJ/h(2）当内壁上结一层水垢后，这种壁面就是两层壁面其传热量计算公式为 则 =7.8（kcal/h）=32.8kJ/h可以看出结水垢后，传递的热量显著下降，（3）如果仍然要求出力同原来一样，即令=，则只有加强燃烧，提高炉温，提高受热面外壁温度：=（）+ =（）+175=221可以看出外壁温度比原来升高了50.因此,如果水垢结得很厚，又要维持锅炉较大的产汽量，只有多烧煤、油、气，受热面外壁温度升得很高，其至把受热面烧坏。 从上例可以看出，锅炉结垢不仅会使锅炉受热面传热量大大下降，使锅炉出力和效率降低（一般结水垢1mm使锅炉效率降低35%），影响锅炉经济性。而且更主要的是影响锅炉安全。因为水垢是在水侧，由于水垢导热不良,热量不易传送给工质水，但水垢层外的受热面金属壁却处于高温状态，易发生过热甚至爆管。所以,灰垢对传热影响最大，水垢对传热影响虽仅次于灰垢.但水垢对锅炉安全影响最大.此外，锅炉水垢形成后，常会引起垢下腐蚀,加速受热面损坏；垢层太厚还会影响水循环的正常进行，造成循环流速不稳、引发事故.因此，坚持排污、进行给水处理十分必要. 热对流 流体各部分之间发生相对运动(位移）时，依靠液体或气体本身的流动来传递热量的过程叫作对流。对流只能发生在流体中，而且必然伴随有导热现象。对流主要是由流体中分子微团运动来实现的. 锅炉受热面外侧受到流动的烟气冲刷，热量从烟气传递到外壁,锅炉内侧水(或蒸汽)的流动使热量从内壁传递给水（或蒸汽)的过程都属于对流传热. 对流传热基本定律又叫牛顿公式，是1701年牛顿首先提出的，即 式中:对流传热系数：kW/()； 流体和固体壁面间的温度差； 对于管壁内外两侧的对