鍋爐基礎知識及鍋爐材質(zhì)

1、鍋爐基礎知識及鍋爐材質(zhì)一、鍋爐的定義、分類及型號命名1、鍋爐是將燃料的化學能（或電能）轉變成熱能（具有一定參數(shù)的 蒸汽和熱水）的能量轉換設備，同時是直接受火的高溫煙氣（受熱） 承受工作壓力載荷、具有爆炸危險的特種設備。鍋爐是由鍋和爐以及相配套的安全附件、自控裝置、附屬設備組 成。鍋是批鍋爐吸收受熱量，并將熱量傳給水的受熱面系統(tǒng)，是鍋爐 中貯存或輸送鍋水或蒸汽的密閉受壓部分，主要包括:鍋筒（或鍋殼）、 水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器、對流管束、集箱（聯(lián)箱）等。是 鍋爐化學清洗的主要對象。爐是指燃燒產(chǎn)生高溫煙氣，將化學能轉化 為熱能的空間-爐膛。主要包括燃燒設備和爐墻等?？傊?，鍋爐是產(chǎn)生蒸汽或熱水

2、的裝置。由盛水的鋼制容器和燃燒 裝置組成。它產(chǎn)生的熱水和蒸汽用于生產(chǎn)、生活、發(fā)電等。鍋爐附件有安全附件和其它附件：安全閥、壓力表、水位表、高 低水位報警器、排污裝置、汽水管道、閥門、儀表等。鍋爐自控裝置包括：給水調(diào)節(jié)裝置、燃燒調(diào)節(jié)裝置、點火裝置、 熄火保護及送、引風機聯(lián)鎖裝置等。鍋爐附屬設備包括：燃料制備輸 送裝置、通風系統(tǒng)、給水系統(tǒng)以及出渣、除灰、除塵等裝置。2、鍋爐的分類（1）鍋爐按結構形式可分為：電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、小型鍋爐電站鍋爐是指以發(fā)電或熱、電聯(lián)產(chǎn)為主要目的的鍋爐，一般是指 額定工作壓力大于等于3.8MPa的鍋爐。工業(yè)鍋爐是指向工業(yè)生產(chǎn)或生活用途提供蒸汽、熱水和有機熱載 體的鍋爐，

3、一般是指額定工作壓力小于等于2.5MPa的鍋爐。小型鍋爐包括：小型汽水兩用鍋爐-額定蒸發(fā)量不超過0.5t/h，額定蒸汽壓力不 超過0.04MPa的鍋爐；小型熱水鍋爐-額定出水壓力不超過0.1MPa的鍋爐，自來水加 壓的熱水鍋爐；小型蒸汽鍋爐-水容積不超過50升且額定蒸汽壓力不超過 0.7MPa的蒸汽鍋爐；小型鋁制承壓鍋爐-本體選用鋁材制造，額定出口蒸汽壓力不 超過0.04MPa，且額定蒸發(fā)量不超過0.2t/h的鍋爐；常壓熱水鍋爐-是指鍋爐本體開孔或者用連通管與大氣相通， 在任何情況下，鍋爐本體頂部表壓力為零的鍋爐。(2)電站分類按蒸發(fā)量分為：蒸發(fā)量小于220t/h的小型鍋爐；蒸發(fā)量在220-4

4、10t/h的中型鍋爐；蒸發(fā)量大于670t/h的大型鍋爐。按出口蒸汽壓力(p)分為：低壓鍋爐(p小于等于2.45MPa)、中 壓鍋爐(p=2.94-5.29MPa)、高壓鍋爐(p=7.89-10.8MPa)、超高壓鍋 爐(p=11.8-14.7MPa)、亞臨界鍋爐(p=16.7-19.6MPa)、超臨界鍋爐 (p大于等于22.1MPa)、超超臨界鍋爐(p:32MPa)注：水的臨界參數(shù)：Tc=647.096K pc=22.064MPa p c=322kg/m-3臨界狀態(tài)時汽液密度相等，水汽變化不穩(wěn)定，故沒有臨界鍋爐。按鍋爐的燃燒方式分為：層燃爐、室燃爐、旋風爐、沸騰爐、循 環(huán)流化床鍋爐等。按工質(zhì)在

5、鍋爐中的流動方式，可分為：自然循環(huán)鍋爐、強制循環(huán) 鍋爐；強制循環(huán)鍋爐又分為多次強制循環(huán)鍋爐、直流鍋爐、復合循環(huán) 鍋爐，如鍋爐結構圖。按排渣方式分為：固態(tài)排渣爐、液態(tài)排渣爐3、國產(chǎn)電站鍋爐狀況如下表：容量(t/h)壓力(MPa)過熱/再熱蒸 汽溫度（C）給水溫度（C）配套汽輪電機功率（MW）鍋爐類型353.824501506中壓自然循環(huán)6515012751501212017025130170252209.854021550高壓自然循環(huán)2305105041054010040013.7555/555240125超高壓自然循環(huán)或直流爐670540/540200超高壓自然循環(huán)93516.7570/570

6、260300亞臨界自然循環(huán)、控制循環(huán)或-1025直流鍋爐200818.3540/540278600亞臨界控制循環(huán)鍋爐4、工業(yè)鍋爐的型號命名工業(yè)鍋爐型號按JB1626規(guī)定編制，由三部分組成，各部分之間用短線相連。具體如下： XX-XX/XX-X X：表示鍋爐型號代碼；:燃燒設備型式或燃燒方式；XX：表示額定蒸發(fā)量或額定額定熱功率：冬：表示額定蒸汽 壓力或額定出水溫度；XX：表示過熱蒸汽溫度或熱水鍋爐額定進水溫度；X：表示熱水鍋爐額定進水溫度；X：燃料種類代號。工業(yè)鍋爐型號代號如下表火管鍋爐水管鍋爐鍋爐整體型式代號鍋爐整體型式代號立式水管LS單鍋筒縱置式DZ立式火管LH單鍋筒橫置式DH臥式外燃WW

7、雙鍋筒縱置式SZ臥式內(nèi)燃WN雙鍋筒橫置式SH臥式雙火管WS縱橫鍋筒式ZH單鍋筒立式DL強制循環(huán)式QX工業(yè)鍋爐燃燒方式代號如下表燃燒方式代號燃燒方式代號固定爐排G振動爐排Z活動手搖爐排H下飼爐排A鏈條爐排L沸騰爐F往復推動爐排W半沸騰爐B拋煤機P室燃爐S倒轉爐排拋煤機D旋風爐X工業(yè)鍋爐所用燃料代號如下：無煙煤W、貧煤P、煙煤A、劣質(zhì)煙煤L、褐煤H、油Y、氣Q等5、電站鍋爐的型號命名電站鍋爐的型號反映了鍋爐的主要技術特性，目前我國電站鍋爐 的型號一般采用三組或四組字碼表示，其表示形式一般為：制造廠家 -鍋爐容量/過熱蒸汽壓力-過熱蒸汽溫度/再熱蒸汽溫度-鍋爐設 計序號。中高壓鍋爐用三組字碼表示，如

8、HG-410/100-1 （SG-上海鍋 爐廠、DG-東方鍋爐廠、WG-武漢鍋爐廠、UG-無錫鍋爐廠、HG-哈 爾濱鍋爐廠等），設計序號小的先設計。超高壓以上有鍋爐均采用中 間再熱，其鍋爐型號一般用四組字碼表示，如DG-670/13.7-540/540-8。二、鍋爐的各個組件及結構形式（一）鍋爐的各個組件1、汽包：是由圓柱筒和兩端封頭焊接而成的，是給水、蒸發(fā)系統(tǒng)和 蒸汽系統(tǒng)的樞紐。自然循環(huán)和多次強制循環(huán)鍋爐都要求裝置汽包。中 壓鍋爐汽包材料一般多采用20g、16Mng或有相似化學成分和機械性 能的國外鋼號（如德國的19Mn5、19Mn6等）。高壓鍋爐汽包用鋼如 HG-220/9.8、HG-41

9、0/9.8 : 22g ； SG-400/13.7 : 15MnMoVNi ； DG-670/13.7： 18MnMoNb。汽包內(nèi)有汽包內(nèi)部裝置，如圖。2、下降管：自然循環(huán)和多次強制循環(huán)鍋爐都在汽包上裝有下降管。其作用是把汽包內(nèi)的水連續(xù)不斷的送往下聯(lián)箱，然后再分送入各水冷 壁，以維持蒸發(fā)系統(tǒng)的正常水循環(huán)。下降管分為分散下降管和集中下 降管。中小容量鍋爐都采用小直徑的分散下降管，一般管徑為108-159，阻力較大，不利于水循環(huán)。大型電站鍋爐為了減小阻力， 筒化布置，大都采用大直徑集中下降管，其管徑一般為 273-426。3、水冷壁：鍋爐爐膛（燃燒室）四周布置很多管子叫做水冷壁，是 主要完成工質(zhì)加

10、熱蒸發(fā)的部件，其作用有二，一是吸收爐膛熱量產(chǎn)生 蒸汽，二是保護爐墻或直接參與做為敷管式爐墻。水冷壁按其型式或 分為光管式、銷釘式和鰭片式三種。一般管徑為 45-63.5。一般水冷 壁的上部與上鍋筒直接連接或先經(jīng)過上集箱再通過汽水連管與上鍋 筒連接。4、省煤器：省煤器就是有效的利用低溫煙道的煙氣熱量對鍋爐給水 進行加的一種熱交換器，其作用有：吸收低溫煙道煙氣熱量對鍋爐給 水進行加熱；降低煙氣溫度，減少排煙的熱損失；節(jié)省燃料，提高鍋 爐的熱效率；提高給水溫度，減少汽包交變應力。省煤器分為沸騰式 （出口水溫達一定壓力下的飽和溫度）和非沸騰式，其意義只是表示省煤器的熱力工作特性，而不表明在結構上的差別

11、。沸騰式省煤器只 能用鋼管（ 25-42）制成，非沸騰式省煤器多以鑄鐵制造。5、過熱器：其作用是將飽和蒸汽加熱成具有一定溫度的過熱蒸汽， 再送往汽輪機做功或提高蒸汽參數(shù)滿足生產(chǎn)和生活需要。可分為對流 過熱器（布置在煙道內(nèi)）、半輻射過熱器（布置在燃燒室出口X輻射 過熱器（布置在燃燒區(qū)域）。6、再熱器：其作用是將汽輪機高壓缸排出的蒸汽再加熱成具有一溫 度的再熱蒸汽，再送往汽輪機中、低壓缸繼續(xù)做功。我國生產(chǎn)的超高 壓125MW、200MW和亞臨界壓力300MW機組均采用一次中間再熱 器，超臨界機組一般采用二次中間再熱器。再熱器一般管徑為 40-607、減溫器：在運行中過熱汽溫和再熱氣溫經(jīng)常會發(fā)生變化

12、，為了保 持額定汽溫，電站鍋爐都裝有減溫器?？煞譃楸砻媸綔p溫器和噴水減 溫器（二）鍋爐的結構形式1、工業(yè)鍋爐的結構形式：如圖2、電站鍋爐的結構形式：如圖（三）電廠汽水系統(tǒng)流程1、凝汽式發(fā)電廠水汽循環(huán)流程，如圖2、鍋爐系統(tǒng)汽水流程：爐前給水系統(tǒng)-省煤器-汽包-下集管-下聯(lián)箱-水冷壁-上 聯(lián)箱-汽水引入管-經(jīng)汽包內(nèi)旋風分離器-蒸汽引出管-頂棚過 熱器-包墻過熱器-低溫過熱器-減溫器-高溫過熱器-集汽聯(lián) 箱-主蒸汽管道-汽輪機三、鍋爐的水容積與清洗特性參數(shù)對于工業(yè)鍋爐由于鍋爐手冊、圖紙和標牌中都沒有水容積和內(nèi)表 面積的數(shù)據(jù)說明，加之鍋爐的不規(guī)則結構，使得統(tǒng)計、計算工作無從 入手，操作起來出入較大，下

13、表中的數(shù)據(jù)是一些低壓鍋爐的相對水容 積，僅供參考。應用中還需要現(xiàn)場根據(jù)具體情況進行糾正。對于高參數(shù)電站鍋爐，水容量和表面積的計算尤為重要，而且比 較困難，下表分別給出了部分電站鍋爐各部分的水容積和內(nèi)表面積數(shù) 據(jù)，僅供參考。部分工業(yè)鍋爐的容水量鍋爐型式蒸發(fā)量/(t/h)鍋爐容水量/t相對容水量臥式水火管0.51.603.20臥式水火管1.02.602.60臥式水火管1.53.402.27臥式水火管2.04.202.10臥式水火管4.07.501.88臥式內(nèi)燃回火管2.04.782.39臥式內(nèi)燃回火管4.05.721.43雙汽包橫置式6.57.931.22雙汽包橫置式10.08.450.85雙汽包

14、橫置式20.013.420.67400/h鍋爐汽水系統(tǒng)清洗特性部件名稱規(guī) 格根數(shù)長度/m清洗流通截水容積/mm排X根共單根共計表面積/面積/m3汽包16001425給水總管273X25219X26123025305021300.0390.0441.171.5引入汽包 給水管108X101X212113310.0730.69主省煤器蛇形管32X4117X2234113608560.1045.14主省煤器隔墻省煤器108X10113310.0730.69省 煤隔墻省煤 器38X438X5209320231971721.481.16器隔墻省煤 器-旁路省 煤器219X2623920.50.0440.

15、85旁路省煤 器38X4101X220250004710.1433.53省煤器聯(lián) 箱219X32660291.13大直徑下 降管419X40457X55133X122X2644521.410.11445.65251536.0180130.524.9水冷壁上下降管273X40146941.82.0水冷汽水引出管133X122X234620971.51.95壁前后水冷 壁60X7240左右水冷 壁60X7208第二回路 左右側60X7224670t/h鍋爐汽水系統(tǒng)清洗特性部件名稱規(guī)格/mm根數(shù)長度/m清洗表面 積/流通截面 積/水容積/單根共計省煤器下 級32X4488683318425000.2

16、215省煤器上 級32X4656221443210880.2966.5水冷壁甲60X6315401260018990.5722.8水冷壁乙60X6315401260018990.5722.8大直徑下 降管（帶支 管）426 X 366503003340.09829.5汽包160011818902.038部件名稱規(guī)格/mm根數(shù)長度/m清洗表面積/流通截面積/水容積/單根共計除氧器下水 管426X5180801020.13611高壓加熱器 旁路-給水操 作臺406.4X551100100930.0696.9給水操作臺-省煤器298.5X4024080550.0743.0省煤器進口集箱325X352

17、8.817.614.00.1020.9省煤器管系32X4.5664X248.56438146500.27626.7省煤器出口 集箱325X3528.817.614.00.1020.9省煤器-雙面水冷壁連接管325X35235.571.056.80.1023.62雙面水冷壁 進口連接管133X161216.119361.20.0961.55雙面水冷壁 進口集箱219X3023.77.43.70.01980.15雙面水冷壁51X610040.24020492.30.1194.6雙面水冷壁 出口集箱325X3525.711.49.170.1020.58雙面水冷壁大直徑下降管325X35251.910

18、3.883.20.1025.3過濾器426X3622.24.44.810.1970.43下降管支管133X161213.4101.251.10.0961.29水冷壁入口連接管60X8482.310814.90.0730.16水冷壁進口 集箱219X30562.212160.40.562.4膜式水冷壁 下中輻射部 分21X5.5144834.8504001740.80.1384.79第一級混合 器273X3661.37.84.920.190.25一級混合器進出口連接管108X4486.531478.90.1211.58四、鍋爐用鋼的分類與選用（一）鋼中成份對鋼材性能的影響1、碳：碳對于碳鋼的性能

19、是起決定性因素的元素。含碳量的高低對 強度、硬度、塑性、韌性有明顯的影響。2、硫：硫的存在固然能改善鋼材的被切削性，但硫在鋼中偏析嚴重， 惡化鋼材質(zhì)量。3、磷：磷同硫一樣是鋼中不利的元素。磷在鋼中偏析嚴重，增加鋼 的回火脆性及冷脆敏感性。磷多的地方往往成為脆裂的起點。磷的增 加使鋼在室溫或更低的溫度下沖擊值明顯下降。因此磷的含量也是越 低越好，鍋爐鋼材中磷的含量一般規(guī)定在0.04%以下。4、硅：在碳素鋼中，硅是做為一種脫氧劑（硅鐵）加入鋼水中而在 冶煉結束殘留在鋼中的。硅在鋼中使鋼的可焊性能惡化。5、錳：在碳素鋼中，錳也是做為一種脫氧劑（錳鐵）加入鋼水中的， 而在冶煉結束后殘留鋼中的。當錳含量

20、超過1%時，鋼的焊接性能變 壞。6、銘：銘可以提高鋼的強度和硬度。隨著銘的含量增加，強度極限 和硬度顯著增加，當銘的含量在10%以下時，鋼的伸長率和斷面收縮 率也略有提高，但含量超過10%時，鋼的塑性顯著下降。7、鉬：鉬可以提高鋼中碳化物的穩(wěn)定性，對鋼的強度產(chǎn)生有利的影 響。鉬是提高鋼的熱強性最有效的合金元素，可以提高鋼的抗蠕變能 力。但鉬會使低合金鋼發(fā)生石墨化傾向，為了防止鉬鋼石墨化傾向在 鉬鋼中總是要加一些其他合金元素，如銘。8、鎳：當鎳的含量為5%6%時，鋼的顯微組織為鐵素體加珠光體，提高了鋼的強度，而對鋼的塑性無影響，當含量為7%8%時，鋼的 組織幾乎全部為細珠光體，強度提高，塑性有所

21、降低，當含量為10% 20%時，鋼的組織為馬氏體，強度高，塑性低；當含量超過20%時， 鋼的組織出現(xiàn)奧氏體，強度降低，塑性上升；當含量達25%時，鋼的 組織為純奧氏體，強度低，塑性好。鎳還可以改善鋼的加工性和可焊 性，同時還可以提高鋼的抗腐蝕能力。9、銅：銅可以產(chǎn)生時效強化作用，并能提高鋼的抗大氣腐蝕性能。 但銅的含量超過0.3%時，對熱變形加工不利，會產(chǎn)生高溫銅脆。為 此，鍋爐碳鋼和低錳鋼中的含銅量不得大于0.35%。(二)電站鍋爐制造常用鋼材1、鋼管：我國鍋爐用管標準，大、小口徑管子在同一標準中。規(guī)程 規(guī)定高壓及高壓以上鍋爐必須使用按GB5310高壓鍋爐用無縫鋼管 標準采購和生產(chǎn)的無縫鋼管。為了滿足亞臨界壓力及以上鍋爐機組用 材的需求，特別是為了按國外引進技術設計和制造大型電站鍋爐， GB531