司爐第一章 鍋爐基礎知識

興安盟特種設備檢驗所陸學福電話別允許操作的鍋爐(現(xiàn)已修改為1、2、3級)Ⅰ蒸汽鍋爐；熱水鍋爐；有機熱載體爐Ⅱ工作壓力小于等于3.8MPa的蒸汽鍋爐；熱水鍋爐；有機熱載體爐Ⅲ工作壓力小于等于1.6MPa的蒸汽鍋爐；額定功率小于等于7MW的熱水鍋爐；有機熱載體爐Ⅳ工作壓力小于等于0.4MPa且額定蒸發(fā)量小于等于1t/h的蒸汽鍋爐；額定功率小于等于0.7MW的熱水鍋爐級別允許操作的鍋爐(現(xiàn)已修改為1、2、3級)Ⅰ額定工作壓力小于等于0.4MPa且額定蒸發(fā)量小于等于0.5t/h的蒸汽鍋爐，以及額定功率小于等于0.7MW的熱水鍋爐、有機熱載體鍋爐Ⅱ額定工作壓力小于3.8MPa的蒸汽鍋爐；以及熱水鍋爐；有機熱載體爐Ⅲ額定工作壓力大于或者等于3.8MPa的蒸汽鍋爐；一、鍋爐簡介鍋爐是生產(chǎn)蒸汽或熱水的設備，它把燃料的化學能轉變?yōu)闊崮?，再利用熱能產(chǎn)生蒸汽(熱水)鍋爐---是指利用各種燃料、電或其他能源，將所盛裝的液體加熱到一定的參數(shù)，并承載一定壓力的密閉設備，其范圍規(guī)定為容積大于或等于30L的承壓蒸汽鍋爐；出口水壓力大于或等于0.1MPa（表壓），且額定功率大于或等于0.1MW的承壓熱水鍋爐；有機熱載體鍋爐。鍋爐是由鍋和爐兩大部分組成的設備?！板仭笔清仩t中盛水和汽的部分，它的作用是吸收“爐”放出來的熱量。從而使低溫水變成高溫水，或變成一定壓力和溫度的蒸汽。由于“鍋”需要承受壓力，所以一般稱為“受壓部件”。“爐”是鍋爐中，燃燒燃料的部分，它的作用是燃料燃燒，從而產(chǎn)生熱量，供“鍋”吸收，一般稱為“燃燒設備”。

1、鍋爐按用途分：電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、機車鍋爐、船舶鍋爐和生活鍋爐，2、按結構分：水管鍋爐、火管鍋爐二種，前者是水在管內(nèi)流動，后者是煙氣在管內(nèi)流動。3、按壓力分：常壓、低壓（小于等于2.45MPa）、中壓(小于等于3.82MPa)、高壓(大于等于9.81MPa)、超高壓鍋爐(大于13.7MPa)亞臨界（15.7-17.66MPa）、超臨界（24.13-26.49MPa）六個等級。4、按出口介質分：蒸汽、熱水、汽水兩用、有機熱載體鍋爐。5、按燃燒室布置分：內(nèi)燃式鍋爐、外燃式鍋爐。6、按使用燃料分：燃煤、燃油、燃氣、電加熱鍋爐。7、按鍋筒布置分：立式鍋爐、臥式鍋爐。8、按鍋爐的安裝方式分：整裝鍋爐（快裝）、散裝鍋爐（組裝鍋爐）。

9、按鍋爐容量分：小型（汽容積50L）中型鍋爐、大型鍋爐。10、按鍋爐材質分：鋼制鍋爐、鑄鐵鍋爐、鋁制鍋爐。11、按循環(huán)方式分：自然循環(huán)鍋爐、強制循環(huán)鍋爐。鍋爐結構的一般要求一、從安全角度考慮，對鍋爐結構的要求：1、選用合格的鋼材，經(jīng)過嚴格質量檢查，保證各承壓元件在正常條件下安全工作。2、鍋爐結構的各部分在運行時，能按設計預定的方向自由膨脹。3、水循環(huán)合理可靠，各受熱面在運行中能夠得到良好的冷卻。4、鍋爐各承壓部件應有足夠的強度，并裝有可靠的安全保護設施，防止超壓。5、承壓元、部件結構的形式，開孔和焊縫的布置應盡量避免或減少各種應力的疊加和應力集中。6、鍋爐的爐膛結構應有足夠的承載能力和可靠的防爆措施，并有良好的密封性。7、鍋爐承重結構在承受設計載荷時，應有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性及防腐蝕性。8、鍋爐本體應有適當?shù)娜丝?、檢查孔和手孔。爐墻部位應有適當?shù)牡臋z查孔、看火孔、除灰門等。保證能對鍋爐方面地進行運行操作、內(nèi)外部檢查、修理和清理。二、從經(jīng)濟角度考慮，對鍋爐結構的要求：1、合理布置受熱面，最大限度地減少各種熱損失，提高熱效率。2、合理使用鋼材，盡量降低“鋼汽比”，節(jié)約金屬，縮小鍋爐外形尺寸。3、盡量采用機械化燃燒設備，并適用于當?shù)卣９拿悍N。4、盡量降低各附屬設備的耗電量。5、較大型鍋爐應提高自動化水平。鍋爐是利用燃料燃燒放出的熱能或工業(yè)生產(chǎn)中的余熱，將工質加熱到一定溫度和壓力的換熱設備。在鍋爐內(nèi)實現(xiàn)下述過程:燃燒熱交換

燃料的化學能煙氣的熱能蒸汽(或熱水)的熱能

在鍋爐中進行著三個主要過程:(1)燃料在爐內(nèi)燃燒,其化學貯藏能以熱能的形式釋放出來,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“受熱面”向工質(熱媒)傳遞熱量。(3)工質(熱媒)被加熱,其溫度升高或者汽化為飽和蒸汽,或熱水第一章鍋爐基礎知識伴隨著能量的轉換和轉移還進行著物質的流動和變化:(1)工質,例如給水(或回水〉進入鍋爐,最后以蒸汽(或熱水)的形式供出。(2)燃料,例如煤進入爐內(nèi)燃燒,其可燃部分燃燒后連同原含水分轉化為煙氣,其原含灰分則殘存為灰渣。(3)空氣送入爐內(nèi),其中氧氣參加燃燒反應,過剩的空氣和反應剩余的惰性氣體混在煙氣中排出。水一汽系統(tǒng)、煤一灰系統(tǒng)和風-煙系統(tǒng)是鍋爐的三大主要系統(tǒng),這三個系統(tǒng)的工作是同時進行的。通常將燃料和煙氣這一側所進行的過程(包括燃燒、放熱、排渣、氣體流動等)總稱為“爐內(nèi)過程”；把水、汽這一側所進行的過程(水和蒸汽流動、吸熱、汽化、汽水分離、熱化學過程等)總稱為“鍋內(nèi)過程”。鍋爐鍋爐本體輔助設備鍋爐機組鍋爐組成第一節(jié)鍋爐容量及參數(shù)一.容量:又稱鍋爐出力,是鍋爐的基本特性參數(shù),對于蒸汽鍋爐用蒸發(fā)量表示,對于熱水鍋爐用熱功率表示.蒸發(fā)量:蒸汽鍋爐長期連續(xù)運行時,每小時所產(chǎn)生的蒸汽量.用符號D表示.單位為噸/時(t/h).

新鍋爐出廠時，銘牌上所標示的蒸發(fā)量就是這臺鍋爐的額定蒸發(fā)量。2、經(jīng)濟蒸發(fā)量-----在保證安全的前提下，鍋爐連續(xù)運行，熱效率最高時的蒸發(fā)量。鍋爐的經(jīng)濟蒸發(fā)量應在額定蒸發(fā)量的80％～100％范圍內(nèi)。3、鍋爐最大蒸發(fā)量-----指在規(guī)定的工作壓力下或低于工作壓力下，連續(xù)運行，不考慮其經(jīng)濟效果，每小時能產(chǎn)生的最大蒸發(fā)量。最大時可大于額定蒸發(fā)量的20％。4熱功率:熱水鍋爐長期連續(xù)運行,在額定回水溫度,壓力和額定循環(huán)水量下,每小時出水有效帶熱量.用符號Q表示,單位兆瓦(MW).1t/h=0.7MW=60×104千卡/時；1馬力=0.00981MW=0.0156t/h.二壓力垂直均勻作用在單位面積上的力,稱為壓強,人們常把它稱為壓力,用符號P來表示.單位兆帕(MPa),測量壓力有兩種標準方法,一種是以壓力等于零作為測量起點,稱為絕對壓力.另一種是以當時當?shù)氐拇髿鈮毫ψ鳛闇y量起點,也就是壓力表測量出來的數(shù)值,稱表壓力(相對壓力).

鍋爐內(nèi)為什么會產(chǎn)生壓力呢？蒸汽鍋爐是因為鍋爐內(nèi)的水吸熱后,由液態(tài)變成氣態(tài),其體積增大,由于鍋爐是個密閉的容器,限制了汽水的自由膨脹,結果使鍋爐各受壓部件受到了汽水膨脹的作用力,而產(chǎn)生壓力.熱水鍋產(chǎn)生的壓力有兩種情況,一種是自然循環(huán)采暖系統(tǒng)的熱水鍋爐,其壓力來自高位形成的靜壓力;另一種是強制循環(huán)采暖系統(tǒng)的熱水鍋爐,其壓力來源于循環(huán)泵的壓力.鍋爐產(chǎn)品名牌和設計資料上標明的壓力,是鍋爐的額定工作壓力,為表壓力,司爐人員操作鍋爐時,要控制鍋爐壓力不能超過鍋爐名牌上標明的壓力,也就是鍋爐表盤上指示的壓力不能超過鍋爐名牌上標明的壓力.1kgf/cm2=0.098MPa1bar=0.1MPa

三溫度是標志物體冷熱程度的物理量,稱為溫度.用符號t表示.單位是攝氏溫度(℃).溫度是物體內(nèi)部所擁有能量的一種體現(xiàn)方式,溫度越高,能量越大.鍋爐名牌上標明的溫度是鍋爐出口介質的溫度,又稱額定溫度.

第二節(jié)鍋爐常用名詞術語

1受熱面從放熱介質中吸收熱量并傳遞給受熱介質的表面.如爐膽,筒體,管子等.

2輻射受熱面主要以輻射換熱方式從放熱介質吸收熱量的受熱面,一般指爐膛內(nèi)能吸收輻射熱(與火焰直接接觸)的受熱面,如水冷壁管.

3對流受熱面主要以對流換熱方式從高溫煙氣中吸收熱量的受熱面,一般是煙氣沖刷的受熱面,如煙管,對流管束.

4鍋爐熱效率鍋爐輸出的有效利用熱量與同一時間內(nèi)所輸入的燃料熱量的百分比即為鍋爐熱效率.(見書11頁)一

5蒸汽品質

表示蒸汽溫度和和蒸汽純潔程度稱為蒸汽品質.

6燃料消耗量

單位時間內(nèi)鍋爐所消耗的燃料量稱為燃料消耗量.

7排污量

鍋爐排除的污水流量稱為排污量.

8水管鍋爐

煙氣在受熱面管子外部流動,水在管子內(nèi)部流動的鍋爐稱為水管鍋爐.

9鍋殼鍋爐

蒸發(fā)(加熱)受熱面主要布置在鍋殼(筒)內(nèi)的鍋爐稱為鍋殼鍋爐,又稱火管鍋爐.

10臥式鍋爐

鍋殼縱向軸線平行于地面的鍋爐稱為臥式鍋爐

.它包括臥式外燃和臥式內(nèi)燃鍋爐.

11立式鍋爐

鍋殼縱向軸線垂直于地面的鍋爐稱為立式鍋爐.它包括立式水管和立式火管鍋爐.

12蒸汽鍋爐

將水加熱成蒸汽的鍋爐稱為蒸汽鍋爐.

13熱水鍋爐

將水加熱到一定溫度但沒有達到汽化的鍋爐稱為熱水鍋爐.

14自然循環(huán)鍋爐

依靠下降管中的水與上升管中的熱水或汽水混合物之間的重度差,使鍋水進行循環(huán)的鍋爐.

15強制循環(huán)鍋爐

除了依靠下降管中的水與上升管中介質之間重度差之外,主要靠循環(huán)水泵的壓頭進行鍋水循環(huán)的鍋爐.

16爐膛

進行燃燒和傳熱的空間稱為爐膛.

17微正壓燃燒

爐膛中煙氣壓力略高于大氣壓(不超過0.005MPa)的燃燒方式.燃油,燃氣鍋爐大多采用微正壓燃燒.第三節(jié)燃料及燃燒

一燃料的分類鍋爐用的燃料按物理狀態(tài)可分為三大類即:1固體燃料煤木柴稻糠等2液體燃料輕(柴)油重油.3氣體燃料天然氣煤氣液化石油氣等.(書13頁)

1、固體燃料工業(yè)鍋爐用得最多的固體燃料是煤。鍋爐用煤可分為無煙煤、貧煤、煙煤、褐煤、劣質煤等。2、液體燃料鍋爐用的液體燃料通常是輕油重油，它的主要成分是碳(C)、氫(H)化合成的烴類化合物及少量硫(S）、氧（O）、氮（N)的化合物，還有瀝青膠質物等組成的灰分及少量水分，因C、H是含有的主要元素且含量高，所以發(fā)熱量高。根據(jù)我國頒發(fā)的燃油分類標準，按輕油的凝固點分為10、0、-10、-20、-35、-50號；重油根據(jù)其在80℃時的流動黏度增大次序分為20號、60號、100號、200號等4個規(guī)格牌號。(1)煙煤：又稱長煙煤，灰黑色或黑色，表面無光澤或有油潤的光澤。揮發(fā)分較多，可達40%，容易著火，燃燒時火焰長，結焦性較強。（2）無煙煤：又稱白煤或柴煤，呈黑色，有時也帶灰色，質硬而脆，斷面有光澤。揮發(fā)分少，在10%，不容易著火，不容易著火，初燃階段發(fā)出短藍色的火焰，沒有煤煙，燃燒速度緩慢，燃燒過程長，結焦性差，儲藏時不易著火。（3）貧煤：性質介于煙煤和無煙煤之間，揮發(fā)分為10%～20%，比較容易著火。（4）褐煤：呈褐色或黑色，外表似木質，無光澤。揮發(fā)分較高，超過40%，容易著火，燃燒時火焰長，不結焦。（5）煤矸石：它是煤層中具有可燃質的夾石，灰分很高，達到50%以上，發(fā)熱量較低，不易著火。（6）油母頁巖：是一種含油的礦石，灰分很高，達到50%～70%，揮發(fā)分也很高，很容易著火。我國工業(yè)鍋爐用煤的分類方法基本上采用《中國機械工程手冊》中“鍋爐設計代表性煤種分類表”的方法，煤種揮發(fā)分V（％）水分W（％）灰分A（％）應用基低位發(fā)熱量Q(kI/kg)無煙煤I5一10＜10＞2514650一20934Ⅱ＜5＜10＜25>20934Ⅲ5一10＜10＜25＞20934貧煤10-20＜10＜25＞18841煙煤I>207一15>4011300-15490Ⅱ>207-15＜4015490一19680Ⅲ>207一15<25＞19680褐煤38一60＞20>308374一14654石煤、煤矸石2一30＞50＜104673、氣體燃料鍋爐用氣體燃料主要有天然氣、高爐煤氣和焦爐煤氣，工業(yè)鍋爐上常用的是天然氣。天然氣是碳氫化合物、硫化氫和一些惰性氣體的混合物，其發(fā)熱量很高，可達37700kj/m3，且不污染環(huán)境。氣體燃料運輸方便，易于著火燃燒，調(diào)節(jié)控制也方便，容易實現(xiàn)機械、自動化運行操作，對環(huán)境污染小，所以是比較理想的燃料。但是，有些氣體有毒性，而且易燃、易爆，所以在燃用時必須嚴格執(zhí)行安全操作規(guī)程。二、燃料的分析1、元素分析固體燃料和液體燃料由碳(C)、氫（H)、硫(S）、氧（O）、氮（N）、灰分（A）和水分（W）組成，但燃料不是這些成分的機械混合，而是一種極為復雜的化合物。燃料的這種組合表示法稱為元素分析成分。一、煤的化學成分

碳（C)是燃料中的主要可燃成分。1kg純碳完全燃燒可放出33700kJ的熱量，是提供熱量的主要成分，碳完全燃燒后的生成物是二氧化碳（CO2）。含碳量越高，發(fā)熱量越高，越不容易著火燃燒。

氫（H)是燃料中另一種可燃成分。一般與碳成化合物存在。這些化合物就是煤中的揮發(fā)分，含氫量越高，越容易著火燃燒。1kg的氫完全燃燒可放出125600kJ的熱量，燃燒生成物是水蒸氣。

硫（S)在燃料中以兩種形態(tài)存在。煤中的硫一般可分為有機硫（硫的化合物）、黃鐵礦（二硫化鐵）和硫酸鹽。前兩種形態(tài)的硫可以燃燒。1kg的硫完全燃燒可以放出9211kj的熱量。硫在燃燒后的主要生成物是二氧化硫或三氧化硫。當煙溫低于露點時，二氧化硫及三氧化硫與煙氣中的水分合成亞硫酸和硫酸，對鍋爐尾部受熱面起腐蝕作用。硫雖然可以燃燒放出一定熱量，但它是煤中的有害元素。煤中的含硫量超過0.5%時，燃用中必須進行脫硫，目前最常用的簡便方法是在煤中加人一定數(shù)量的石灰（CaO），它可以減輕硫的影響。

氧（O)與其他元素以化合物（氧化物）形式存在于煤中。它不燃燒，分離出來的少量氧僅起助燃作用。因煤中的含氧量很少，故對燃燒影響不大。

氮（N)是不燃燒的氣體，在煤中的含量不多，一般為0.5%～2.0%。它在燃燒過程中隨煙氣一同排出，對燃燒的影響很小，只增加排煙熱損失，但是氮在燃燒時，形成一氧化氮（NO），污染大氣。

灰分（A)是燃料中不燃燒的固體礦物雜質，它是在燃料形成、開采及運輸中摻人到燃料中的?；曳侄嗯旁鼤r帶走熱量多，使熱損失增大；部分小顆粒造成磨損；排入大氣造成環(huán)境污染；低熔點的灰分熔化爐膛內(nèi)結渣。

水分（W)是燃料中的有害成分，它吸收燃料燃燒時放出的熱量而汽化，因而直接降低燃料放出的熱量。但在固體燃料中，保持適當?shù)乃?，特別是固定爐排或鏈條爐排，對燃料的燃燒則有一定的好處，主要體現(xiàn)在少量的水會使碎煤粉黏結在一起，使煤粉顆?；欣谕L，同時也減少了飛灰中的含碳量。一般要求煤中的含水率控制在7%一10%。在液體燃料中摻水乳化，可以改善燃燒，節(jié)約燃料。2、煤的工業(yè)分析煤的工業(yè)分析——是測定煤的水分(W)、揮發(fā)分(V)、固定碳（FC)、灰分(A)的含量以及燃料的發(fā)熱量（Q），用以表明煤的燃燒特性。水分——將原煤試樣放在干燥的空氣中自然風干后，再放在烘箱中，在102-105℃的溫度下干燥，煤樣所失去的質量與原煤樣質量的百分比，稱為該種煤的水分。揮發(fā)分——把失去全部水分的煤樣在隔絕空氣的條件下繼續(xù)加熱到850℃，恒溫7min，這時放出來的氣態(tài)可燃物質稱為揮發(fā)分。揮發(fā)分主要是氫和碳或碳和氧的氣體化合物，它極易著火燃燒，所以含揮發(fā)分多的煤容易著火，燃燒速度快，易于完全燃燒。揮發(fā)分是煤炭分類的重要依據(jù)，對煤的燃燒過程有很大的影響，揮發(fā)分高、著火溫度低的煤容易引燃，而且揮發(fā)分析出后，其焦炭的孔隙也大，增加了與空氣接觸的面積，易于完全燃燒。揮發(fā)分低的煤，著火溫度高，不易引燃，也不易完全燃燒。

焦炭——煤樣除去水分和揮發(fā)分后，剩余的固體物質稱為焦炭，它包括固定碳和灰分兩部分。將焦炭放人高溫電爐內(nèi)加熱到800℃左右灼燒，到質量不再變化時取出來冷卻，這時焦炭所失去的質量就是固定碳的質量，剩余部分則是灰分的質量，二者各占原煤樣質量的百分比，就是煤中固定碳和灰分的含量。

焦炭成為堅硬塊狀的叫強結焦煤，焦炭成為粉末狀叫不結焦煤，兩者之間的叫弱結焦煤。

可燃成分灰分水分工業(yè)分析灰分分固定碳（FC）AW元素分析HOCSCNAW焦炭燃料工業(yè)分析和元素分析關系燃料的發(fā)熱量——是指1kg燃料（氣體燃料用標準狀態(tài)下1m3）完全燃燒時所放出的熱量，單位是kj/kg(kJ/m3）。我國規(guī)定標準煤的發(fā)熱量為29308kJ/kg.通常用氧彈測熱計來測定固體和液體燃料的發(fā)熱量。三、燃燒的基本條件燃燒——可燃物在適當溫度（即燃料著火點）下與空氣中的氧發(fā)生激烈的化學反應，放出光和熱的現(xiàn)象稱為燃燒。因此，燃燒的基本條件是可燃物、空氣（氧）和溫度三者缺一不可1、可燃物：燃料中可以燃燒的元素。

2、空氣：過?？諝狻笇嶋H空氣的量要高于理論計算的需要量。多余的空氣量叫過剩空氣，用“過?？諝庀禂?shù)”來計量，即實際空氣量與理論空氣量的比值稱為過?？諝庀禂?shù)過剩系數(shù)太大，增加排煙熱損失和風機耗電量。過剩系數(shù)太小，燃燒不穩(wěn)定，熄火，鍋爐熱效率降低。3、溫度：保持燃燒的最低溫度稱為著火溫度。煙煤450℃，無煙煤700℃，褐煤350℃，燃氣的著火溫度在500℃左右。四、燃料的燃燒燃燒：可燃物在適當溫（即燃料著火點）下與空氣中的氧發(fā)生激烈的化學反應，放出光和熱的現(xiàn)象稱為燃燒。

燃燒反應：C＋O2---)—CO2十33700kJ/kg（完全燃燒）2C＋O2-2CO十9920kJ/kg（不完全燃燒）2H2＋O2—>2H2O＋125600kJ/kgS十O2一SO十9211+kj/kgCH4十2O2—>2H2O十CO22C2H6＋7O2-->4CO2＋6H2O

1．煤的燃燒過程：煤在爐內(nèi)的燃燒過程一般分為四個階段。(1）干燥階段新煤進人爐膛被加熱開始吸收熱量，當溫度升至105℃時，煤中的水分全部蒸發(fā)完畢，煤被烘干，這一過程稱為干燥階段。（鍋爐正常運行時應控制煤的著火點距煤閘板的距離為300mm左右。）(2)析出揮發(fā)物及揮發(fā)物燃燒階段燃煤被爐內(nèi)高溫烘干后溫度仍繼續(xù)升高，當溫度升至200℃后既有揮發(fā)物析出，在爐膛的空間內(nèi)燃燒，形成大煙、大火。這一過程稱揮發(fā)物的析出及燃燒階段(3）焦炭的燃燒階段隨著煤的溫度升高和揮發(fā)分的析出，剩下的固定碳在爐內(nèi)高溫作用下被