锅炉培训资料.docx

兖州煤业榆林能化有限公司

锅炉培训教材
（第一版）

主编：任庆伟
审核：王明峰
批准：张士金

二〇〇六年十月十二日

目 录
第一部分 锅炉基础知识 1
第一章 锅炉的发展史 1
第二章 锅炉的分类 6
第三章 锅炉设备构成及其工作过程 9
第四章 锅炉的参数与技术经济指标 15
第五章 锅炉型号 17
第六章 工业锅炉的结构 17
第七章 电站锅炉结构 27
第二部分 锅炉操作部分 31
第一章 锅炉设备规范 31
1.锅炉技术参数和设计条件 31
2.锅炉主要部件规范 35
第二章 锅炉辅助设备简要特性 39
1.燃烧设备及制粉系统 39
2. 刮板捞渣机 46
3.气力除灰系统 52
4. 脉冲式布袋除尘器 54
5.风机 58
6.吹灰器 59
第三章 锅炉主要操作控制保护系统 61
1.操作台概况 61
2．操作台界面 61
3．分级的过程画面 62
4．趋势画面 63
5．机组负荷指令ULD 63
6．锅炉主要辅助设备顺控逻辑 66
7．FSSS主要设计说明 70
第四章 锅炉的启动 运行维护及停止 78
1. 锅炉的启动 78
2.锅炉的运行调整与维护 85
3.锅炉的停运 93
第五章 辅助设备运行 97
1.锅炉转动设备通用规定 97
2.燃油系统的运行 98
3.引风机的运行 101
4.送风机的运行 102
5.一次风机的运行 104
6.火检风机运行 105
7 制粉系统运行 106
第六章 锅炉事故和故障处理 118

第一部分 锅炉基础知识

第一章 锅炉的发展史

利用燃料或其他能源的热能把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。锅的原义是指在火上加热的盛水容器，炉是指燃烧燃料的场所，锅炉包括锅和炉两大部分。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需要的热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，常简称为锅炉，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。
锅炉也称蒸汽发生器，是利用燃料或工业生产中余热的热能，将工质加热到一定温度和压力的换热设备,是蒸汽动力装置的重要组成部分。电站锅炉、汽轮机和发电机是火力发电站的主机，因此电站锅炉是生产电能的重要设备。工业锅炉是在各种工业企业中提供生产和供暖所需的蒸汽的必不可少的设备。工业锅炉数量甚多，需要消耗大量燃料。利用生产过程中高温废气作为热源的余热锅炉对节能有重要作用。船用锅炉装在各种船舶上，所产生的蒸汽用于驱动蒸汽动力机械。机车锅炉作为蒸汽机车的主要设备尚有一定的应用。
   锅炉承受高温高压，安全问题十分重要。即使是小型锅炉，一旦发生爆炸，后果也十分严重。因此，对锅炉的材料选用、设计计算、制造和检验等都制订有严格的法规。锅炉用途广泛，型式众多，一般可按下列方法分类：
1.锅炉发展简史
1.1锅的发展 
 18世纪上半叶，英国煤矿使用的蒸汽机，包括J.瓦特的初期蒸汽机在内，所用的蒸汽压力等于大气压力。18世纪后半叶改用高于大气压力的蒸汽。19世纪，常用的蒸汽压力提高到 0.8兆帕左右。与此相适应，最早的蒸汽锅炉是一个盛水的大直径圆筒形立式锅壳，后来改用卧式锅壳（图1a[锅壳式锅炉发展简图]）。锅壳下方砖砌炉体中烧火。随着锅炉越做越大，为了增加受热面积，在锅壳中加装火筒，在火筒前端烧火，烟气从火筒后面出来，通过砖砌的烟道排向烟囱并对锅壳的外部加热，称为火筒锅炉。开始只装一只火筒，称为单火筒锅炉或康尼许锅炉(图1b[锅壳式锅炉发展简图]) )；后来加到两个火筒，称为双火筒锅炉或兰开夏锅炉（图1c[锅壳式锅炉发展简图] ）。1830年左右，在掌握了优质钢管的生产和胀管技术之后出现了火管锅炉（图1d[锅壳式锅炉发展简图] ）。一些火管装在锅壳中，构成锅炉的主要受热面，火（烟气）在管内流过。在锅壳的存水线以下装上尽量多的火管，称为卧式外燃回火管锅炉。它的金属耗量较低，但需要很大的砌体。图1e[锅壳式锅炉发展简图] 为火筒火管锅炉，烟气流出火筒后再流过火管，称为苏格兰船用锅炉。其形状和尺寸可与轮船机舱配合较好，锅炉本身也较轻，所以一直在船舶上使用。图1f[锅壳式锅炉发展简图] 的机车锅炉在只有火管的锅壳前方装上一个包有水夹套的火箱，火箱下部装炉排烧火，布置紧凑，蒸汽机车均用这种锅炉。图1g[锅壳式锅炉发展简图] 为小型立式火管锅炉。火筒锅炉和火管锅炉合称锅壳锅炉。火筒锅炉已趋淘汰，而火筒锅炉则仍在应用。
   19世纪中叶，出现了水管锅炉。锅炉受热面是锅壳外的水管，取代了锅壳本身和锅壳内的火筒、火管。锅炉的受热面积和蒸汽压力的增加不再受到锅壳直径的限制，有利于提高锅炉蒸发量和蒸汽压力。这种锅炉中的圆筒形锅壳遂改名为锅筒，或称为汽包。初期的水管锅炉只用直水管，其发展见图2 [直水管式锅炉发展简图] 。直水管锅炉压力和容量都受到限制。

   20世纪初期，汽轮机开始发展，它要求配以容量和蒸汽参数较高的锅炉。直水管锅炉已不能满足要求。随着制造工艺和水处理技术的发展，出现了弯水管式锅炉（图3 [弯水管式锅炉发展简图] ）。开始是采用多锅筒式。随着水冷壁、过热器和省煤器的应用和锅筒内部汽水分离元件的改进，锅筒数目逐渐减少，既节约了金属，又有利于提高锅炉的压力、温度、容量和效率。到30年代，已广泛应用2～4兆帕、385～400℃的具有水冷壁的弯水管式锅炉配 6～12兆瓦的火电机组。第二次世界大战以后，锅炉工业发展很快。40年代开始采用10兆帕、510℃左右的配50兆瓦发电机组的锅炉;50年代开始采用14兆帕左右、540～570℃的配100～200兆瓦发电机组的锅炉；60年代开始采用配300～600兆瓦发电机组的亚临界压力(17～18.5兆帕)锅炉；70年代最大的自然循环锅炉单台容量已达850兆瓦。
   以前的火筒锅炉、火管锅炉和水管锅炉都属于自然循环锅炉(图4[自然循环锅炉简图] 水汽在上升、下降管路中因受热情况不同造成密度差而产生自然流动。在发展自然循环锅炉的同时，从30年代开始应用直流锅炉。40年代开始应用辅助循环锅炉。
   辅助循环锅炉又称强制循环锅炉(图5[辅助循环锅炉简图]),它是在自然循环锅炉的基础上发展起来的。在下降管系统内加装循环泵，以加强蒸发受热面的水循环。直流锅炉（图6[直流锅炉简图] ）中没有锅筒,给水由给水泵送入省煤器，经水冷壁和过热器等蒸发受热面变成过热蒸汽送往汽轮机，各部分流动阻力全由给水泵来克服。第二次世界大战以后，这两种型式的锅炉得到较快发展，因为当时发电机组要求高温高压和大容量。发展这两种锅炉的目的是：缩小或不用锅筒，可以采用小直径管子作受热面，可以比较自由地布置受热面。随着自动控制和水处理技术的进步，它们渐趋成熟。70年代最大的单台辅助循环锅炉是17兆帕压力配1000兆瓦发电机组。在超临界压力时，直流锅炉是唯一可以采用的一种锅炉，70年代最大的单台容量是27兆帕压力配1300兆瓦发电机组。后来又发展了由辅助循环锅炉和直流锅炉复合而成的复合循环锅炉。
 1.2炉的发展  
在锅炉的发展过程中，燃料种类对炉膛和燃烧设备有很大的影响。因此，不但要求发展各种炉型来适应不同燃料的燃烧特点，而且还要提高燃烧效率以节约能源。此外，炉膛和燃烧设备的技术改进还要求尽量减少锅炉排烟中的污染物（硫氧化物和氮氧化物）。
   早年的锅壳锅炉采用固定炉排，多燃用优质煤和木柴，加煤和除渣均用手工操作。直水管锅炉出现后开始采用机械化炉排，其中链条炉排得到了广泛的应用。炉排下送风从不分段的“统仓风”发展成分段送风。早期炉膛低矮，燃烧效率低。后来人们认识到炉膛容积和结构在燃烧中的作用，将炉膛造得较高，并采用炉和二次风，从而提高了燃烧效率。链条炉排能适应大多数煤种，但不能烧强粘结烟煤。下饲炉排也出现得很早，只适宜于烧优质烟煤。40年代出现了抛煤机。抛煤机可以配在固定火床上，也可以配在链条炉排上而成为抛煤机链条炉排。发电机组功率超过6兆瓦时,以上这些层燃炉的炉排尺寸太大，结构复杂，不易布置，所以20年代开始使用室燃炉，室燃炉燃烧煤粉和油。煤由磨煤机磨成煤粉后用燃烧器喷入炉膛燃烧，发电机组的容量遂不再受燃烧设备的限制。自第二次世界大战初起，电站锅炉几乎全部采用室燃炉。

  早年制造的煤粉炉采用了Ｕ形火焰。燃烧器喷出的煤粉气流在炉膛中先下降，再转弯上升。后来又出现了前墙布置的旋流式燃烧器，火焰在炉膛中形成 L形火炬。随着锅炉容量增大,旋流式燃烧器的数目也开始增加,可以布置在两侧墙，也可以布置在前后墙。1930年左右出现了布置在炉膛四角且大多成切圆燃烧方式的直流燃烧器。60年代某些国家曾在多角形炉膛中应用直流燃烧器的切圆燃烧方式,用以燃烧褐煤。第二次世界大战后,石油价廉，许多国家广泛采用燃油锅炉。燃油锅炉的自动化程度容易提高。70年代石油提价后，许多国家又转向利用煤炭资源。这时电站锅炉的容量也越来越大，要求燃烧设备不仅能燃烧完全，着火稳定，运行可*，低负荷性能好，还必须减少排烟中的污染物质。40～60年代，为了强化燃烧和减少飞灰，一度采用液态排渣煤粉炉和旋风炉，但由于采用这种燃烧方式生成的氮氧化物太多，从70年代起已较少采用。
   在燃煤（特别是燃褐煤）的电站锅炉中采用分级燃烧或低温燃烧技术，即延迟煤粉与空气的混合或在空气中掺烟气以减慢燃烧,或把燃烧器分散开来抑制炉温,不但可抑制氮氧化物生成，还能减少结渣。沸腾燃烧方式属于一种低温燃烧，除可燃用灰分十分高的固体燃料外，还可在沸腾床中掺入石灰石用以脱硫。

第二章 锅炉的分类

1.按用途分类
电站锅炉：大多为大容量、高参数锅炉，火室燃烧，热效率高，出口工质为过热蒸汽。
工业锅炉：用于工业生产和采暖，大多为低压、低温、小容量锅炉，火床燃烧居多，热效率较低；出口工质为蒸汽的称为蒸汽工业锅炉，出口工质为热水的称为热水锅炉。
船用锅炉：用作船舶动力，一般采用低、中参数，大多燃油。锅炉体积小，重量轻。
机车锅炉：用作机车动力，一般为小容量、低参数，火床燃烧，以燃煤为主，锅炉结构紧凑，现已少用。
注汽锅炉：用于油田对稠油的注汽热采，出口工质一般为高压湿蒸汽。
2.按结构分类
火管锅炉：烟气在火管内流过，可以制成小容量，低参数锅炉，热效率较低，但结构简单，水质要求低，运行维修方便。
水管锅炉：汽水在管内流过，可以制成小容量，低参数锅炉，也可制成大容量、高参数锅炉。电站锅炉均为水管锅炉，热效率较高，但对水质和运行水平的要求也较高。
3.按循环方式分类
自然循环锅筒锅炉：具有锅筒，利用下降管和上升管中工质密度差产生工质循环，只能在临界压力以下应用。
多次强制循环锅筒锅炉：也称辅助循环锅筒锅炉。具有锅筒和循环泵，利用循环回路中的工质密度差和循环泵压力建立工质循环。只能在临界压力以下应用。
低倍率循环锅炉：具有汽水分离器和循环泵，主要*循环泵建立工质循环，可应用于亚临界压力和超临界压力，循环倍率低，一般为1.25~2.0。
直流锅炉：无锅筒，给水*水泵压力，一次通过受热面产生蒸汽，适用于高压和超临界压力锅炉。
复合循环锅炉：具有再循环泵。锅炉负荷低时按再循环方式运行，负荷高时按直流方式运行，可应用于亚临界压力和超临界压力。
4.按锅炉出口工质压力分类
低压锅炉 一般压力小于 1.275MPa (13kgf/cm 2 )
中压锅炉 一般压力为 3.825MPa (39kgf/cm 2 )
高压锅炉 一般压力为 9.8MPa (100kgf/cm2 )
超高压锅炉 一般压力为 1.3.73MPa (140kgf/cm2 )
亚临界压力锅炉 一般压力为 16.67MPa (170kgf/cm2 )
超临界压力锅炉 压力大于 22.13MPa (225.65kgf/cm2 )

中国电站锅炉的现行系列为:中压3.9兆帕；高压10兆帕；超高压14兆帕；亚临界压力17兆帕。中国工业锅炉的现行系列为：0.5兆帕、0.8兆帕、1.3兆帕、2.5兆帕。
5.按燃烧方式分类
火床燃烧锅炉：主要用于工业锅炉，其中包括固定炉排炉、倒转炉排抛煤机炉、振动炉排炉；下饲式炉排炉和往复推饲炉排炉等。燃料主要在炉排上燃烧。
火室燃烧锅炉：主要用于电站锅炉，燃用液体燃料、气体燃料和煤粉的锅炉均为火室燃烧锅炉。火室燃烧时，燃料主要在炉膛空间悬浮燃烧。
旋风（沸腾）炉：送入炉排的空气流速较高，使大粒燃煤在炉排上面的沸腾床中翻腾燃烧，小粒燃煤随空气上升并燃烧。用于燃用劣质燃料。多为工业锅炉，大型循环沸腾燃烧锅炉可用作电站锅炉。
6.按所用燃料或能源分类
固体燃料锅炉 燃用煤等固体燃料。
液体燃料锅炉 燃用重油等液体燃料。
气体燃料锅炉 燃用天然气等气体燃料。
余热锅炉 利用冶金、石油化工等工业的余热作热源。
原子能锅炉 利用核反应堆所释放热能作为热源的蒸汽发生器。
废料锅炉 利用垃圾、树皮、废液等作为废料的锅炉。
其他能源锅炉 利用地热、太阳能等能源的蒸汽发生器或热水器。
7.按排渣方式分类
固态排渣锅炉：燃料燃烧后生成的灰渣呈固态排出，是燃煤锅炉的主要排渣方式。
液态排渣锅炉：燃料燃烧后生成的灰渣呈液态从渣口流出，在裂化箱的冷却水中裂化成小颗粒后排入水沟。
8.按炉膛烟气压力分类
负压锅炉 炉膛压力保持负压，有送、引风机，是燃煤锅炉主要型式。
微正压锅炉 炉膛压力大于为2~5 kPa ，不需引风机，宜于低氧燃烧。
增压锅炉 炉膛压力大于0.3 MPa ，用于蒸汽——燃气联合循环。
9.按锅筒布置分类
锅炉锅筒数一般为一个或两个，锅筒可纵置或横置。
现代锅筒型电站锅炉都采用单锅筒型式，工业锅炉采用单锅筒或双锅筒型式。
10.按炉型分类
锅炉炉型很多，有倒 U 型、塔型、箱型、T型、U型、N型、L型、D型、A型等，D型、A型用于工业锅炉，其他炉型一般用于电站锅炉
11.按锅炉出厂型式分类
锅炉可作露天、半露天、室内、地下或洞内布置。工业锅炉一般采用室内布置，电站锅炉主要采用室内半露天或露天布置。
12.按锅炉出厂型式分类
可分为快装锅炉、组装锅炉和散装锅炉、小型锅炉可采用快装型式，电站锅炉一般为组装或散装。

第三章 锅炉设备构成及其工作过程

工作过程  图4[自然循环锅炉简图] 和图7[燃烧系统示意图] 为 120吨／时自然循环燃煤电站锅炉的简图和燃烧系统示意图。

首先由磨煤机将煤磨制成粉。煤粉由空气携带通过装在炉墙上的燃烧器送入炉膛中燃烧。在火焰中心处的气体温度达到1500～1600℃。锅炉的蒸发受热面装在炉膛的内壁上，组成水冷壁，吸收炉膛中高温火焰和烟气的辐射热量，使炉膛出口处烟气温度降低到1000～1150℃。后墙水冷壁的上部分（在水平烟道进口）组成排列较稀的数列凝渣管，以防止结渣。为防止锅炉受热面上积灰或结渣，还使用吹灰器。
   过热器位于水平烟道中，它的作用是把从锅筒出来的饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽，目的是提高电站的经济性。烟气通过过热器后温度降低到 500～600℃,然后进入尾部烟道。尾部烟道中受热面之一为省煤器。它由很多平行的蛇形管所组成，其作用是使给水在进入锅筒之前预先加热，并降低排烟温度。另一尾部受热面是空气预热器。它的作用是使空气在进入炉膛以前加热到一定温度，以改善燃烧和进一步降低排烟温度，提高锅炉效率。
   在水汽系统方面，给水在加热器中加热到一定温度，经给水管道进入省煤器，进一步加热以后送入锅筒，与锅水混合后沿下降管下行至水冷壁进口集箱。水在水冷壁管内吸收炉膛辐射热形成汽水混合物经上升管到达锅筒中，由汽水分离装置使水、汽分离。分离出来的饱和蒸汽由锅筒上部流往过热器,继续吸热成为450℃的过热蒸汽，然后送往汽轮机。
   在燃烧和烟风系统方面，送风机将空气送入空气预热器加热到一定温度。在磨煤机中被磨成一定细度的煤粉，由来自空气预热器的一部分热空气携带经燃烧器喷入炉膛。燃烧器喷出的煤粉与空气混合物在炉膛中与其余的热空气混合燃烧，放出大量热量。燃烧后的热烟气顺序流经炉膛、凝渣管束、过热器、省煤器和空气预热器后，再经过除尘装置，除去其中的飞灰，最后由引风机送往烟囱排向大气。
   基本结构  锅炉整体的结构包括锅炉本体和辅助设备两大部分。
   锅炉本体  锅炉中的炉膛、锅筒、燃烧器、水冷壁、过热器、省煤器、空气预热器、构架和炉墙等主要部件构成生产蒸汽的核心部分，称为锅炉本体。锅炉本体中两个最主要的部件是炉膛和锅筒。
   ①炉膛：又称燃烧室，是供燃料燃烧的空间。将固体燃料放在炉排上进行火床燃烧的炉膛称为层燃炉，又称火床炉；将液体、气体或磨成粉状的固体燃料喷入火室燃烧的炉膛称为室燃炉，又称火室炉；空气将煤粒托起使其呈沸腾状态燃烧、适于燃烧劣质燃料的炉膛称为沸腾炉，又称流化床炉；利用空气流使煤粒高速旋转并强烈火烧的圆筒形炉膛称为旋风炉。
炉膛的横截面一般为正方形或矩形。燃料在炉膛内燃烧形成火焰和高温烟气，所以炉膛四周的炉墙由耐高温材料和保温材料构成。在炉墙的内表面上常敷设水冷壁管，它既保护炉墙不致烧坏，又吸收火焰和高温烟气的大量辐射热。
   炉膛的结构、形状、容积和高度都要保证燃料充分燃烧，并使炉膛出口的烟气温度降低到熔渣开始凝结的温度以下。
   当炉内的温度超过灰熔点时，灰便呈熔融状态。熔融的灰渣颗粒在触及炉内水冷壁管或其他构件时会粘在上面。粘结的灰粒逐渐增多,遂形成渣块,称为结渣。结渣会降低锅炉受热面的传热效果。严重时会堵塞烟气流动的通道，影响锅炉的安全和经济运行。
   一般用炉膛容积热负荷和炉膛截面热负荷或炉排热负荷表示其燃烧强烈程度。炉膛容积热负荷是单位炉膛容积中每单位时间内释放的热量。在锅炉技术中常用炉膛容积热负荷来衡量炉膛大小是否恰当。容积热负荷过大，则表示炉膛容积过小，燃料在炉内的停留时间过短，不能保证燃料完全燃烧，使燃烧效率下降；同时这还表示炉墙面积过小，难以敷设足够的水冷壁管，结果炉内和炉膛出口处烟气温度过高，受热面容易发生结渣。室燃炉的炉膛截面热负荷是单位时间内单位炉膛横截面上燃料燃烧所释放的热量。在炉膛容积确定以后，炉膛截面热负荷过大会使局部区域的壁面温度过高而引起结渣。层燃炉的炉排热负荷是单位时间内燃料燃烧所释放的热量与炉排面积的比值。炉排热负荷过高会使飞灰大大增加。
   炉膛设计需要充分考虑使用燃料的特性。每台锅炉应尽量燃用原设计的燃料。燃用特性差别较大的燃料时，锅炉运行的经济性和可*性都可能降低。
   ②锅筒：它是自然循环和多次强制循环锅炉中接受省煤器来的给水、联接循环回路，并向过热器输送饱和蒸汽的圆筒形容器。锅筒筒体由优质厚钢板制成，是锅炉中最重的部件之一。
   锅筒的主要功能是储水，进行汽水分离，在运行中排除锅水中的盐水和泥渣，以避免含有高浓度盐分和杂质的锅水随蒸汽进入过热器和汽轮机中。这些盐分和杂质如在过热器管和汽轮机通道上发生结垢、积盐和腐蚀，会影响设备的经济安全运行。锅炉出口的蒸汽一般都有一定的质量标准。锅筒内部装置包括汽水分离和蒸汽清洗装置、给水分配管、排污和加药设备等。其中汽水分离装置的作用是将从水冷壁来的饱和蒸汽与水分离开来，并尽量减少蒸汽中携带的细小水滴。中、低压锅炉常用挡板和缝隙挡板作为粗分离元件。中压以上的锅炉除广泛采用多种型式的旋风分离器进行粗分离外，还用百页窗、钢丝网或均汽板等进行进一步分离。随着水处理技术的提高，蒸汽分离装置趋向于简化和定型化。排污装置（包括连续排污和定期排污）能在锅炉运行中排出一部分含有较高盐分和泥渣的锅水。锅筒上还装有水位表、安全阀等监测和保护设施。
   辅助设备  除锅炉本体外，在电站锅炉中还有许多配套的辅助设备：①煤粉制备系统，包括磨煤机、排粉机、粗粉分离器和煤粉管道等；②送、引风系统，包括送风机、引风机和烟风道等；③给水系统，包括给水泵、阀门和管道等；④水处理系统（见锅炉水处理）；⑤灰渣清除系统，包括出渣机、除尘器等；⑥自动控制和监测系统（见锅炉自动控制、锅炉汽温调节）。
   热平衡  计算锅炉热效率（简称锅炉效率）的方法。锅炉热效率是指送入锅炉的燃料热量中得到有效利用的百分数。近代电站锅炉的效率可达90％以上；工业锅炉的效率可达75％以上。
   送入锅炉的燃料热量，除了有效利用的部分外，都以各种形式损失掉了，计有：排烟带走的热损失；排烟中未燃尽的一氧化碳、氢和甲烷等造成的气体不完全燃烧热损失；飞灰、炉渣和炉排漏煤等所含未燃尽碳造成的固体不完全燃烧热损失和散热损失等。
   为了考核性能和改进设计，锅炉常要经过热平衡试验。直接从有效利用能量来计算锅炉热效率的方法叫正平衡，从各种热损失来反算效率的方法叫反平衡。考虑锅炉房的实际效益时，不仅要看锅炉热效率，还要计及锅炉辅机所消耗的能量。
   单位质量或单位容积的燃料完全燃烧时按化学反应方程式计算出的空气需求量称为理论空气量。为了使燃料在炉膛内有更多的机会与氧气接触而燃烧，实际送入炉内的空气量总要大于理论空气量。实际送入炉内的空气量与理论空气量之比值称为过量空气系数。实际的炉膛出口过量空气系数主要取决于燃料性质和燃烧方式，一般在 1.05～1.5的范围内。虽然多送入空气可以减少不完全燃烧热损失，但排烟热损失会增大，还会加剧硫氧化物腐蚀和氮氧化物生成。因此应设法改进燃烧技术，争取以尽量小的过量空气系数使炉膛内燃烧完全。如燃油锅炉的过量空气系数已有可能小于1.03。这种采用低过量空气系数的燃烧技术称为低氧燃烧。
   循环方式  锅炉循环方式是指锅炉蒸发系统内水汽的流动方式，可分为自然循环、辅助循环、直流和复合循环。
   烟气净化和灰渣处理 锅炉烟气中所含粉尘(包括飞灰和炭黑)、硫和氮的氧化物都是污染大气的物质,未经净化时其排放指标可能达到环境保护规定指标的几倍到数十倍。控制这些物质排放的措施有燃烧前处理、改进燃烧技术、除尘、脱硫和脱硝等。借助高烟囱只能降低烟囱附近地区大气中污染物的浓度。
   烟气除尘所使用的作用力有重力、离心力、惯性力、附着力以及声波、静电等。对粗颗粒一般采用重力沉降和惯性力的分离，在较高容量下常采用离心力分离除尘。静电除尘器和布袋过滤器具有较高的除尘效率。湿式和文氏-水膜除尘器中水滴水膜能粘附飞灰,除尘效率很高，还能吸收气态污染物。
   烟气脱硫有吸收法和催化氧化法。干法吸收用碱性氧化铝、 半焦炭、活性炭等；湿法吸收用氨、 碳酸钠、石灰浆等。用五氧化二钒等触媒在一定温度下可使大部分二氧化硫氧化为三氧化硫，从而有助于吸收脱硫。由于烟气脱硫设备及运行费用昂贵，大部分企业倾向使用低硫燃料以降低硫氧化物的排放量。
   烟气中氮氧化物主要是一氧化氮。烟气脱硝有催化分解法、选择性催化还原法，也有采用高温活性炭吸收脱硝的。
   燃煤锅炉在运行中必然要排出大量炉渣和由除尘器收集的飞灰，一般用水力或机械的方法清除送至堆渣场。
   20世纪50年代以来,人们努力发展灰渣综合利用,化害为利。如用灰渣制造水泥、砖和混凝土骨料等建筑材料。70年代起又从粉煤灰中提取空心微珠，作为耐火保温等材料。
   发展趋势   锅炉发展的趋势主要是：①进一步提高锅炉和电站热效率；②降低锅炉和电站的单位功率的设备造价;③提高锅炉机组的运行灵活性和自动化水平;④发展更多锅炉品种以适应不同的燃料；⑤提高锅炉机组及其辅助设备的运行可靠性;⑥减少对环境的污染。(见彩图[煤粉锅炉内部结构])

[大型辅助循环锅炉]

[卧式快装链条锅炉]

[大型锅炉膜式水冷壁]

第四章 锅炉的参数与技术经济指标

1.锅炉参数
锅炉参数一般指锅炉容量、蒸汽压力、蒸汽温度和给水温度。
工业蒸汽锅炉的容量用额定蒸发量表示。额定蒸发量表明锅炉在额定蒸汽压力、蒸汽温度、规定的锅炉效率和给水温度下，连续运行时所必须保证的最大蒸发量，常以每小时能产生以吨计的蒸汽量来表示，单位t / h 。
热水锅炉的容量用额定供量表示，单位为 kw ( kcal /h ) 。
电站锅炉的容量也用额定蒸发量表示，单位为 t / h 。
锅炉蒸汽压力和温度是指过热器主汽阀出口处的过热蒸汽压力和过热蒸汽温度，对于无过热器的锅炉，用主汽阀出口处的饱和蒸汽压力和温度表示。压力的单位为 MPa ( kpf /cm2 ) ，温度的单位为 K 或 ℃ 。
锅炉给水温度是指进省煤器的给水温度，对无省煤器的锅炉指进锅炉锅筒的水温，单位为 K 或 ℃ 。
工业蒸汽锅炉的给水温度为20℃、60℃、105℃三档。电站锅炉的给水温度为（中压）150℃、170℃、（高压）215℃、（亚临界）260℃。
2.锅炉技术经济指标
锅炉的技术经济指标通常用锅炉热效率、锅炉成本及锅炉可靠性3项来表示。优质锅炉应保证热效率高，成本低及运行可靠。
2.1锅炉热效率
锅炉热效率是指送入锅炉的全部热量中被有效利用的百分数。现代电站锅炉的热效率都在90%以上。工业锅炉的热效率（包括热水锅炉）55%—87%。
热效率是锅炉的一项重要节能指标，在《工业锅炉质量分等标准》中有明确规定，一等品锅炉应具有较好的节能效果，锅炉热效率应增加2%。优等品锅炉应有显著的节能效果，其热效率应增加4%。
2.2锅炉成本
锅炉成本一般用成本中的一个重要经济指标钢材消耗率表示。钢材消耗率的定义为锅炉单位蒸发量所用的钢材重量，单位为 t / h 。锅炉参数、循环方式、燃料种类及锅炉部件结构对钢材消耗率均有影响。锅炉蒸汽参数高、容量小、燃煤、采用自然循环、采用管式空气预热器及钢柱构架可使钢材消耗率增大；参数低、容量大、采用直流锅炉、燃油或燃气、采用回转式空气预热器及钢筋混凝土构架可使钢材消耗率减小。
工业锅炉的钢材消耗率在5~6吨钢材·t / h 左右；电站锅炉的钢材消耗率一般在2.5~5吨钢材·h / t 范围内。在保证锅炉安全、可*、经济运行的基础上应合理降低钢材消耗率，尤其是耐热合金钢材的消耗率。
2.3锅炉可靠性
锅炉可靠性常用下列3种指标来衡量。
（1）连续运行时间=两次检修之间的运行时间（用小时表示）。
事故停用时间
（2）事故率 = ———————————— × 100%
运行总时间+事故停用时间
运行总时间+备用总时间
（3）可用率 = ———————————— × 100%
统计时间总时间
目前中国电站锅炉的较好指示是：连续运行时间在4000 h 以上；事故率约为90%。中国电力部要求电站锅炉的年运行时间 ≥ 6000 h 。
第五章 锅炉型号
1.工业锅炉型号
中国工业锅炉型号按机械部部标 JB 1626——81的规定进行编制。 工业锅炉产品型号由三部分组成，各部分短横线相连。
第一部分分三段，分别表示锅炉型号（用汉语拼音字母代号）、燃烧方式（用汉语拼音字母代号）和蒸发量（用阿拉伯数字表示，单位为 t / h ；热水火炉为供热量，单位为 MW；余热锅炉以受热面表示，单位为 m2 ）。 快装式水管锅炉在型号第一部分用 K（快）代替锅筒数量代号。快装纵横锅筒式锅炉用 KZ （快，纵）代号；快装强制循环锅炉用 KQ（快，强）代号。
第二部分表示工质参数，对工业蒸汽锅炉，分额定蒸汽压力和额定蒸汽温度两段，中间以斜线相隔，常用单位分别为 MPa和 ℃、 蒸汽温度为饱和温度时，型号第二部分无斜线和第二段。对热水锅炉，第二部分由三段组成，分别为额定压力、出水温度和进水温度，段与段之间用斜线隔开。
第三部分表示燃料种类及设计次序，共两段：第一段表示燃料种类（用汉语拼音字母代号），第二段表示设计次序（用阿拉伯数字表示），原型设计无第二段。
2.电站锅炉型号
电站锅炉型号也由三部分组成。第一部分表示锅炉制造厂代号；第二部分表示锅炉参数；第三部分表示设计燃料代号及设计次序。

第六章 工业锅炉的结构

工业锅炉按基本结构的型式来分可为火管锅炉和水管炉两种。
火管锅炉的外形为一金属筒体，具有结构紧凑，整体性好，给水品质可较低，运行较方便等优点。但因其为筒壳结构，受力条件差，能承受的压力和本体尺寸受较大限制，只能制成低参数，小容量的锅炉；且因烟气纵向冲刷壁面，传热效果较差，故热效率较低，金属消耗率也较高；另外，因其炉膛尺寸小，内置燃烧装置的操作和维护不便，因而难于燃用低质燃料。 水管锅炉的本体由较小直径的锅筒和管子组成，受力条件好，且受热面和炉膛的布置方便，传热性能好，热效率较高，钢材消耗率较低，在结构上可适用于大容量和高参数的锅炉，但对水质和运行要求较高。
除以上两种基本型式的锅炉外，还有一种由水管和火管组合而成的混合型锅炉，即水火管锅炉。这种锅炉具有水管和火管两种锅炉的优点，尤其是水管构成外置炉膛时：结构简单，操作方便，容量可较火管式有所扩大，且整体性好。但是也无法完全避免两者的缺点，如对水质的要求就较高，与水管锅炉相近。火管锅炉由于容量小，整体性好，因而总是制成快装（整装）式锅炉，目前广泛用于燃油，燃气。水管锅炉宜制成较大容量的锅炉，但也有制成快装（整装）式小容量锅炉的。水火管锅炉的容量范围较大，但均制成快装（整装或迭装），广泛用于燃煤，目前在中国工业锅炉中这种锅炉占数量上的大多数。
1.火管锅炉结构
在火管锅炉中，烟气在火筒（俗称炉胆）和烟管中流动，以辐射和对流方式将热量传递给工质，使之受热形成蒸汽。容纳水和蒸汽并兼作锅炉外壳的筒形受压容器称为锅壳。锅炉受热面-----火筒和烟管即布置在锅壳之中。燃烧装置布置在火筒之中，并以火筒为炉膛的燃烧方式称为内燃；反之，燃烧装置布置在锅壳之外者则称为外燃。 火管锅炉按照其布置方式可分为卧式和立式两种，前者的锅壳纵向中心线平行于地面，后者的锅壳纵向中心线则垂直于地面。
卧式火管锅炉又可分为单火筒（炉胆）锅炉（也称康尼许锅炉），双火筒（炉胆）锅炉（亦称兰开夏锅炉），烟管锅炉（外燃锅炉）和烟火管锅炉（内燃锅炉）。立式火管锅炉可分为立式横烟管锅炉和立式竖烟管锅炉两种。过去曾广泛使用的考克兰锅炉就属于前者。由于这种纯火管立式锅炉结构复杂，受热面布置受限制，热效率过低，故我国已不再制造。一种取消此种锅炉中的烟管，增设水管而形成的立式水火管组合锅炉在中国得到了广泛的采用，并获得了很大的发展。现在这种立式水火管组合锅炉已有多种型式，包括立式大横水管锅炉，立式小横水管锅炉，立式直水管锅炉和立式弯水管锅炉。 上述各类锅炉中现在已不再生产的还有立式横水管锅炉；而单火管锅炉和双火筒则广泛用于燃油，燃气。
1.1外燃烟管锅炉
外燃烟管锅炉是一种卧式火管锅炉。这种锅炉的锅壳中布置有众多的烟管，但没有火筒 。烟管沉浸在锅壳的水空间内。锅壳高架，燃烧装置安置在锅壳之下。在炉排的周围砌筑炉墙，形成外置炉膛。燃烧后的生成的烟气在炉膛中从前向后流动，冲刷锅壳外壁，在炉膛的后端向上折入烟管中，然后在烟管内自后胶向前流动，直至前烟箱，再从烟箱上面的烟囱排出。烟气在锅炉内先自前向后，再从后向前各流动一次，称为两回程。但有些外燃烟管锅炉也有三回程的。烟管通常用无缝钢管制成。这种锅炉的优点在于：采用了外燃方式，易于增减炉排面积和炉膛容积，故燃料的适用范围较广，燃烧操作也较方便。其缺点在于：锅炉整体性差，炉墙需现场砌筑，无法实现快装；炉墙内表面不敷设辐射受热面，这非但使炉墙得不到冷却而不得不使用重型炉墙，而且还因缺少高效的辐射受热面而使整台锅炉的传热效率降低。这些缺点导致锅炉占地面积大，安装费用高，装移不便等一系列问题。现在，这种锅炉已很少生产，而为水火管锅炉所取代。 1.2.卧式内燃烟火锅炉
这种锅炉是目前制造最多，可用于烧煤，但更适合于燃油和燃气。在卧式烟火管锅炉的锅壳内偏心地布置有一具有有弹性的波形火筒，在锅壳的左右侧及火筒的上部都布置有烟管。火筒和烟管均浸没在锅壳的水空间内。燃烧装置、链条炉排安置在火筒之中。烟气的第一回程是从前向后冲刷火筒，第二回程是经两侧的烟管从后向前流至前烟箱，第三回程从前烟箱经上部烟管自前向后流入锅炉后部，然后由引风机排出。这种内燃锅炉不需外砌炉膛，整体性和密封性极好，都采用快装，安装费用少，占地面积小。但煤种适用范围较小。另外，这种锅炉还有一些与烟管本身有关的缺点：烟管一般采用胀接，此时如胀接工艺不恰当，就容易汇漏；烟管的间距小，清洗水垢比较困难，因而对水质的要求就较高； 烟管水平布置易积灰，且烟气在管内为纵向冲刷，因而传热效率低，大量使用烟管不仅使锅炉的金属耗量大增，而且还使锅炉的通风阻力增大，特别是当烟管中烟速较高时。燃油，燃气的卧式内燃烟火管锅炉因充分利用了燃油和燃气的优越性，不用引风机，节省了投资和电耗。最大限度地发挥了内燃炉的优点，避免了其缺点。达到了结构和布置上的紧凑，快装及运行上的高效清洁，安全可行和自动化。因此，随着国内外交流的不断增强，这种锅炉近年来在中国流行得相当快。
1.3立式小横水管火管锅炉
这种锅炉简称立式横水管锅炉。锅炉本体是由锅壳，炉胆，横水管，冲天管等主要受压元件所组成。横水管也有采用斜布置，以利水循环。这类立式火管锅炉为内燃式。由于炉胆容积较小，水冷程度较大，燃料不易燃烧充分，受热面积较小，排烟温度高，因此这类锅炉的热效率低，消烟除尘也较差。锅炉的容量小，参数低。
1.4立式直水管火管锅炉
简称立式直水管锅炉。这是前些时期发展起来的立式水管锅炉。锅壳分为上下两个独立的部分，各垂直水管的上下两端分别与锅壳的这两部分相连接。这种锅炉相对于前一种立式锅炉的优越性在于：水循环有所改善；上下管板不受炉膛的高温辐射，不地因产生水垢而使管板过热，管中的水垢也较易消除；受热面可布置较多，结构紧凑，安装维修较方便。但仍有如下缺点：锅炉热次序仍不高，钢耗也较大。而且管束中的积灰不易消除。
1.5立式弯水管锅炉
它是近期来在改革旧式锅炉的基础上发展起来的一种立式火管锅炉。炉胆内布置有水冷管，其两端分别连接于炉胆侧壁和炉胆顶球面壁。这些水管与炉胆内壁构成了锅炉的辐射受热面。在锅壳外壁上安装有一圈呈交错排列的耳形管，在耳形管排的外面罩以绝热的环形烟箱，形成锅炉的对流蒸发受热面。炉排置于炉胆的底部。燃料在炉排上燃烧后所生成的高温烟气，流经炉膛中的弯水管，从炉膛上部的喉管流出，