三级司炉培训教材（上册）

三级司炉证培训教材

上册

银川能源学院

第一章 锅炉概述

锅炉是国民经济中重要的热能供应设备，广泛应用于电力、机械、冶金、化工、纺织、造纸、食品等行业 。锅炉是一种密闭的容器，具有爆炸危险，又由于锅炉在高温承压下运行，比一般机械设备工作条件更为恶劣；因此，保证锅炉的安全运行至关重要，一旦发生事故，将给人民生命财产带来损失，特别是锅炉爆炸，往往造成人民生命财产的严重损失和恶劣的社会影响，所以，加强锅炉操作人员的岗前培训，提高其安全操作规范的能力，十分必要。

锅炉按出口介质分，分为蒸汽锅炉、热水锅炉和有机热载体锅炉三大类。蒸汽锅炉按锅炉用途分，又分为电站锅炉和工业锅炉两部分，本讲义主要介绍工业蒸汽锅炉、热水锅炉和有机热载体锅炉。 第一节 锅炉的定义及锅炉系统

一、锅炉定义：锅炉是指利用各种燃料、电或者其他能源，将所盛装的液体加热到一定的参数，并对外输出热能的设备，其范围规定为容积大于或者等于30升的承压蒸汽锅炉；出口水压大于或者等于0.1兆帕（表压），且额定功率大于或者等于0.1兆瓦的承压热水锅炉；有机热载体锅炉。（以上锅炉定义，是依据―特种设备安全监察条例‖相应条款而来）

二、锅炉的演变与发展

最原始的锅炉，是一个盛水的大直径圆筒形密闭容器，产生于英国十八世纪上半叶，伴随着蒸汽机的发明而产生的，至今已有二百多年的历史。

锅炉由―锅‖和―炉‖两部分组成，―锅‖可以简单理解为盛水的密闭容器，―炉‖可以理解为燃料的燃烧场所。

二百多年来，锅炉沿着火管锅炉和水管锅炉两个方向发展。火管锅炉，俗称―水包火‖锅炉，演变过程即增加火管数量，增加锅内受热面，形成火管锅炉系列。 ―火管‖，也称烟管，即管子内走高温烟气，管子外是汽水混合物。

水管锅炉，俗称―火包水‖锅炉。演变过程即减少锅筒数，增加水管数，增加锅外受热面，形成水管锅炉系列。

―水管‖，即管子内是水及汽水混合物，管子外是火焰或高温烟气。

现代工业锅炉朝着：组装式、机械化、自动化、安全节能和操作方便的方向发展。 三、锅炉系统

一台完整的锅炉，主要有锅炉本体、燃烧系统、锅炉辅机设备系统、安全附件、仪表及控制系统五部分组成。下面分别介绍每个部分构成。

1、锅炉本体：锅炉本体主要由锅筒、集箱、辐射和对流受热面、下降管等部件组成。 2、燃烧系统：燃烧系统由燃烧器（层燃炉炉排）、燃烧室（炉膛）、煤斗、煤闸门、配风装置和烟道等组成。

3、锅炉辅机设备系统：锅炉辅机设备系统由燃料供应系统、鼓、引风系统、给（补）水系统、热力管道和输配系统、除灰、除渣系统、烟气净化系统组成

4、安全附件：安全附件由安全阀、压力表、水位计（蒸汽锅炉）、排污装置、连锁保护装置等组成。

5、仪表及控制系统：仪表及控制系统由温度计、压力表、流量计、热量表、氧量表、电动调节阀和执行机构、计算机和软件等组成。

下图是一台双锅筒水管锅炉示意图，该锅炉型号：SHL型锅炉，即双锅筒，横置式，链条炉。主要受压部件有：上锅筒，下锅筒，水冷壁，对流管，下降管，省煤器，下集箱等组成。

第二节 锅炉的工作过程

在锅炉中进行着三个主要工作过程：

1、燃料在炉膛内燃烧过程，燃料中的化学能以热能的形式释放出来 ，使火焰和燃烧产物（烟气和灰渣）具有高温。

2、高温火焰和烟气通过―受热面‖向工质（蒸汽锅炉就是水和水蒸气）热量传递过程。 3、工质被加热 ，其温度升高或者水汽化为饱和蒸汽 ，或再进一步被加热成为过热蒸汽过程。

以上三个过程是互相关联并且同时进行的 ，实现着能量的转换和传递。

第三节 锅炉的分类

锅炉按其用途可以分为电站锅炉、工业锅炉、船舶锅炉和机车锅炉等四类。前两类又称为固定式锅炉，因为是安装在固定基础上而不可移动的。后两类则称为移动式锅炉，本讲义介绍的是固定式锅炉中的工业锅炉。

锅炉的类型很多，分类方法也很多，归纳起来主要有以下几种： 1.按锅炉用途分：分为，工业锅炉、电站锅炉、船舶锅炉和机车锅炉； 2.按锅炉出口介质分：分为，蒸汽锅炉、热水锅炉和有机热载体锅炉；

3.按锅炉额定蒸汽压力分：分为，低压锅炉（锅炉额定工作压力不大于3.8兆帕）、中压锅炉（锅炉额定工作压力大于等于3.8MPa，小于5.3兆帕）、次高压锅炉（锅炉额

定工作压力大于等于5.3兆帕，小于9.8兆帕）、高压锅炉（锅炉额定工作压力大于等于9.8兆帕，小于13.7兆帕）。

4. 按锅炉燃烧用燃料分：分为，燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、电加热锅炉、燃生物质锅炉和余热锅炉；

5. 按锅炉燃烧方式分：分为，层燃炉、室燃炉和沸腾炉；

6. 按锅炉汽水流动情况分：分为，自然循环锅炉、强制循环锅炉和复合循环锅炉； 7. 按锅炉本体结构分：分为，火管锅炉、水管锅炉等； 8. 按锅炉出厂型式分：分为，整装锅炉、组装锅炉和散装锅炉。 第四节 锅炉主要技术指标

锅炉的主要技术指标，即主要参数，包括锅炉产生热能的数量和质量两个方面的指标。如蒸汽锅炉的主要参数是生产蒸汽的数量和蒸汽的压力、温度 ；热水锅炉（或有机热载体锅炉）的主要参数是热水（或有机热载体）的流量和热水（或有机热载体）的压力、温度。 一、容量

锅炉的容量又称锅炉出力，是指锅炉每小时所产生的蒸汽数量，是锅炉的基本特性参数。蒸汽锅炉用蒸发量表示，热水锅炉用热功率表示。 1、蒸发量

蒸汽锅炉长期连续运行，每小时所产生蒸汽的数量，称为这台锅炉的蒸发量，也称锅炉的容量或出力，常以符号D表示，单位是t/h（吨/时）。新锅炉出厂时 ，铭牌上所标示的蒸发量，指的是这台锅炉的额定蒸发量。所谓额定蒸发量，是指锅炉燃用设计的燃料品种 ，并在设计参数下运行，即在规定的压力、温度和一定的热效率下，长期连续运行时每小时所产生的蒸汽量。 2、热功率

热水锅炉在确保安全的前提下长期连续运行，在额定供回水温度、压力和循环水量下，每小时出水有效带热量，称为这台锅炉的额定热功率。 有机热载体锅炉的热功率表示同热水锅炉。

锅炉热功率用符号―Q‖表示，单位是兆瓦（MW）。热水锅炉产生0.7兆瓦（60×104千卡/时）的热量，大体相当于蒸汽锅炉产生1吨/时蒸汽的热量。 二、压力

垂直均匀作用在单位面积上的力，物理学上称为压强。工程上常把它称为压力，用符号―P‖表示，单位是兆帕（MPa）。测量压力有两种标准方法：一种是以压力等于零作

为测量起点，称为绝对压力，用符号―P绝‖表示；另一种是以当地当时的大气压力作为测量起点，也就是压力表测量出来的数值，称为表压力或相对压力，用符号―P表 ‖表示。锅炉上的压力是表压力。 P绝= P表+大气压力

大气压力可用气压计测定，其值随测量的时间、地点而变化。

锅炉的压力是根据所用金属材料在一定温度条件下的强度，受压元件的几何形状以及受压特点等条件，按照国家颁布的有关强度计算标准，对各个受压元件分别进行壁厚计算，然后从中选出一个所能承受的压力最低值，作为这台锅炉的最高允许使用压力。 锅炉产品铭牌和设计资料上标明的压力，是这台锅炉的额定工作压力，为表压力。目前已由过去的计量单位：公斤力/厘米2（kgf/cm2）过渡到国际计量单位兆帕（MPa），因此，司炉人员一定要注意压力表的单位和锅炉额定工作压力的单位，两种压力单位的近似换算关系是1MPa≈10 kgf/cm2。另外，随着使用的场合不同，度量压力的单位还有水银柱高度（mmHg）、水柱高度（mH2O）等 ，其换算关系如下： 0.0981MPa=0.9678 物理大气压 =735.6 mmHg=10mH2O=1kgf/cm2

司炉人员操作锅炉时，要控制锅炉实际压力不能超过锅炉铭牌上标明的压力。 三、温度

温度是指物体冷热的程度（通常用符号 t 表示）。日常生活中常用的摄氏温标就是在标准大气压力下以水的冰点为零度，水的沸点为100度，将水银柱的高度变化划分为100个等份而得出的，用符号℃表示。

蒸汽锅炉的额定蒸汽温度是指锅炉输出蒸汽的最高工作温度。对于无过热器的锅炉，使用的蒸汽绝大多数是从锅筒上部的主汽阀直接引出的，其蒸汽温度是指该锅炉工作压力下的饱和蒸汽温度。对于有过热器的锅炉 ，其蒸汽温度是指过热器后主汽阀出口处的过热蒸汽温度。热水锅炉和有机热载体锅炉，其额定温度是指锅炉出口处的介质温度。 从欧美国家进口的锅炉，温度表示用―华氏度‖，它和摄氏度(℃)之间是有换算关系的。 第五节 锅炉型号表示方法

一、蒸汽锅炉、热水锅炉的产品型号表示方法

蒸汽锅炉和热水锅炉的产品型号表示方法采用JB/T1626标准。型号由四部分组成 第一部分：锅炉型式代号，前面两个汉语拼音表示锅炉型式，见表1-1。

表1-1

锅炉类别 锅炉型式 立式火管 立式水管 锅壳锅炉 立式无管 卧式外燃 卧式内燃 单锅筒纵置 单锅筒横置 水管锅炉 双锅筒纵置 双锅筒横置 双锅筒强制循环

举例：L H 表示立式火管锅炉，L S表示立式水管锅炉；D Z表示单锅筒纵置式锅炉，W N表示卧式内燃锅炉；

第二部分：燃烧设备型式或燃烧方式代号，

见表1-2。

代号 L H L S L W W W W N D Z D H D L S Z S H Q X 单锅筒立式 燃烧设备 固定炉排 固定双层炉排 链条炉排 往复炉排 滚动炉排 下饲炉排 抛煤机 鼓泡流化床燃烧 循环流化床燃烧 室燃炉 注：抽板顶升采用下饲炉排的代号 代号 G C L W D A P F X S

举例：G代表固定炉排，C代表固定双层炉排，L代表链条炉排，S代表室燃炉。 综合以上两个部分，常见锅炉型号由：LHG（立式火管固定炉排锅炉） LSG （立式水管固定炉排锅炉） DZL （单锅筒纵置式链条锅炉） WNS（卧式内燃室燃锅炉）等等 第三部分：蒸汽锅炉蒸发量或热水锅炉热功率、出口蒸汽或热水压力、蒸汽温度或热水温度，用数字表示。 第四部分：燃料种类代号，

见表1-3。

燃烧种类 烟煤Ⅰ类 烟煤Ⅱ类 烟煤Ⅲ类 无烟煤Ⅱ类 无烟煤Ⅲ类 型煤 水煤浆

举例：AⅡ表示锅炉设计用燃料为：Ⅱ类烟煤，AⅢ表示锅炉设计用燃料为：Ⅲ类烟煤, Y表示锅炉设计用燃料为：油, Q表示锅炉设计用燃料为：气。 第五部分：锅炉型号举例

1、LSG0.4-0.7-AⅢ，表示立式水管固定炉排，额定蒸发量：0.4吨每小时，额定蒸汽压力：0.7兆帕，额定蒸汽温度：饱和温度，设计燃料种类：Ⅲ类烟煤。

2、DZL4-1.25-AⅡ，表示单锅筒纵置式链条炉排，额定蒸发量：4吨每小时，额定蒸汽压力：1.25兆帕，额定蒸汽温度：饱和温度，设计燃料种类：Ⅱ类烟煤。

3、SZS10-1.6/350-YQ，表示双锅筒纵置式室燃炉，额定蒸发量：10吨每小时，额定蒸汽压力：1.6兆帕，YSW-700T额定蒸汽温度：350度，设计燃料种类：油气两用。 4、WNS1-1.0-YQ，表示卧式内燃室燃炉，额定蒸发量：1吨每小时，额定蒸汽压力：1.0兆帕，额定蒸汽温度：饱和温度，设计燃料种类：油气两用。

5、DZL4.2-1.0/95/70-AⅡ，表示单锅筒纵置式链条炉排，额定供热量4.2兆瓦，出水压力：1.0兆帕，出水温度95度，回水温度70度，设计燃料种类：Ⅱ类烟煤。 注意，当看到一个锅炉型号时，首先应判断一下，该锅炉是蒸汽锅炉还是热水锅炉，然

代号 AⅠ AⅡ AⅢ WⅡ WⅢ X J 木柴 甘蔗渣 油 气 稻糠 燃烧种类 褐煤 贫煤 代号 H P M G Y Q D 后再进行其他判别。蒸汽锅炉出力用的是额定蒸发量，单位是，吨每小时；热水锅炉出力用的是额定供热量，单位是兆瓦。 第六部分：电加热锅炉产品型号组成

电加热锅炉由于没有燃烧方式代号，所以用汉语拼音字母DR作为电加热锅炉代号。锅炉本体型式分卧式和立式两种，用W代表卧式，用L代表立式。所以，电加热锅炉分为两种：WDR和LDR。

电加热锅炉出力和介质参数表示，和上述蒸汽、热水锅炉表示一致。 型号举例

LDR0.5-0.4,表示立式电加热锅炉，额定蒸发量为0.5t/h，额定工作压力为0.4MPa的蒸汽锅炉。WDR0.7-1.0/95/70,表示卧式电加热锅炉，额定热功率为0.7MW，额定出水压力为1.0MPa，额定出水温度为95℃，额定进水温度为70℃的热水锅炉。 二、有机热载体锅炉型号表示方法

有机热载体锅炉产品型号的表示方法采用GB/T 17410-2008标准，型号的组成如下：炉类型代号，燃烧设备代号，炉体安置型式代号，额定功率和燃料代号。下面分别作简单介绍：

（1）有机热载体炉炉类型代号：有机热载体按炉内介质分，可分为液相炉和气相炉两种。用字母Y代表液相炉，字母Q代表气相炉。 （2）燃烧设备代号按表1-4的规定。

燃烧设备 链条炉排 往复炉排 抛煤机炉排 其他炉排 水煤浆燃烧器 煤粉等燃烧器 油燃烧器 气燃烧器

常见的有：L代表链条炉排，G代表固定炉排等表1-4没有列出的燃烧设备代号，Y代表油燃烧器，Q代表气燃烧器，

代号 L W P G J F Y Q （3）有机热载体炉的炉体安置型式代号按表1-5的规定。

安置型式 立式 卧式 其他

常见的有：L代表立式，W代表卧式。

（4）有机热载体炉的额定功率规格，按表1-6的规定。

120 180 240 300 350 2400 500 3000 600 3500 700 4600 800 6000 1000 7000 代号 L W Q 1200 1400 1800 2000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 注：超出本系列的可由供需双方协商确定。

注意，额定功率单位是千瓦。

有关热功率单位换算：1kcal(千卡) = 4.18KJ（千焦耳）

60万千卡每小时=700 kW（千瓦）=0.7兆瓦。相当于大约1t/h蒸汽锅炉的供热量。 （5）燃料代号按表1-7的规定。

燃料类别 类别代号 品种 无烟煤 烟煤 煤类 其他煤 水煤浆 煤粉等 油类 柴油 重油、渣油等 天然气（包括城市煤气） 气类 液化石油气 焦炉煤气等

无烟煤代号：W，烟煤代号：A，天然气（包括城市煤气）代号，T 有机热载体锅炉型号举例：

品种代号 W A H J F C Z T Y J

1、YLL-700A,表示该锅炉是立式链条液相有机炉，额定热功率700千瓦，设计燃料为烟煤。

2、YGL-350A, 表示该锅炉是立式固定炉排液相有机炉，额定热功率350千瓦，设计燃料为烟煤。

3、YSW-700T, 表示该锅炉是卧式室燃液相有机炉，额定热功率700千瓦，设计燃料为天然气。

第二章 锅炉热工基础

锅炉热工基础，包括锅炉传热、流体力学、工程热力学以及锅炉水循环等方面的基础知识。

第一节 锅炉传热

燃料在炉中燃烧，形成高温烟气，燃烧放出的热量通过锅炉的各种金属受热面，再传给受热面中的介质（水、蒸汽、导热油等），传热不好，则会浪费燃料和金属，影响锅炉的安全经济运行。

锅炉中的热能转换和传递，依托设备和工质（水、蒸汽、烟气或者空气等）来进行，并且遵循一定的规律。一是能量守恒，如燃料带入锅炉的总热量（化学能），分成有效利用热量和热损失，但是其总量不变。二是传热有一定的方向性，凡是有温度差的地方就一定有热量的传递，热量总是自动地由高温物体传向低温物体。如何将热量更加有效的利用吸收，这就要学习关于传热学的相关知识。 一、传热的基本形式

传热的基本形式有三种，他们分别是导热，对流和辐射。

1、导热：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相互接触。

2、对流：流体各部分之间发生相对运动（位移）时，使热量由高温流体转移到低温流体的现象称热对流，简称对流。对流主要发生在流体（如水和烟气）中。

3、辐射：由热而引起物体发生辐射能的过程称热辐射，简称辐射。任何物体，只要温度高于0K就能不断地以电磁波的形式向四面八方直线发射能量，这就是热辐射的实质。热辐射的基本特点是它的传递不需要任何媒介物而可在真空中进行。另外，辐射传热不但有热量的传递，而且伴着能量形式的转化，即热能一辐射—热能。这是它不同于对流和导热的地方。 二、锅炉内的传热方式

锅炉是一种热力设备。燃料在炉膛内燃烧后，放出热量通过各种受热面传递给锅内的水或蒸汽。如图2-1所示：它表示―炉‖内的热量先由高温烟气传至受热面，如锅筒或管子的外壁，再由外壁传至内壁，最后传给锅水或蒸汽。

锅炉的传热方式有三种，即：导热、对流和辐射。这三种传热方式的物理本质不同，各有其独自的性质和规律。对锅炉而言，三种方式同时存在，对具体受热面来说，仅是以

一种或两种方式为主，其它传热方式相对较弱。 以钢管受热面为例，对传热过程作简要的说明。

剖开一段钢管受热面，管外是烟气，管内是水（或蒸汽、空气）。金属管壁的外表面有一层积灰，内表面有一层水垢。热量由烟气经过管外积灰层、管壁本身、管内水垢层最后传给水。烟气向水的传热过程可分成三个部分。

1．烟气向积灰层放热

烟气向积灰层表面的放热有两种方式：

（1）辐射放热：烟气向积灰层直接辐射而放热。其放热与烟气温度有很大关系，放热强烈程度大致与烟气温度的四次方成正比。

图2-1 炉内换热形式

（2）对流放热：烟气以某种速度流过受热面，在与管壁接触的过程中放热。其放热与烟气的速度有较大的关系，速度越大，冲刷管壁越强烈，放热也越强烈。另外，也和受热面的结构布置有关。

2．传导放热

热量由积灰层表面通过积灰层、金属壁和水垢层到达水垢层表面的放热都属于传导放热。热量在物体内部的传导与物体的材料性能有关，金属的导热性能良好，可认为管壁厚度对传热没有什么影响。水垢的导热能力是金属的1/20～1/50，对传热有一定的影响。积灰的导热能力只为金属的几百分之一，对传热有较大的影响。 3．对流放热

水垢层表面向水的放热只有一种形式，即对流放热。由于水的冷却能力很强，可以认为水的流速对传热没有什么影响。如果管内流的是蒸汽或空气，那就要选取足够的流速来加强对流放热。

在传热过程的三个组成部分中，关键是烟气向管壁积灰层表面的放热。以辐射放热为主的受热面叫做辐射受热面，例如炉胆。以对流为主的受热面叫做对流受热面，例如烟管。 从以上的例子可以看出，在实际的传热过程中三种传热方式往往是同时存在的，热量总会从温度高的物体以辐射、对流、热传导的方式传向温度低的物体。我们可以根据实际情况，合理地应用有关公式进行计算。 第二节 水和水蒸气及其他工质性质

水的分布很广，易于获得，价格便宜、无毒无嗅，水蒸气又有较好的热力性质，因而它是热力过程中应用得最早和最广泛的工质。另外，有机热载体（俗称―导热油‖）也被用作锅炉的工质。 一、水的性质

水是无色、无味、透明和无嗅的液体。纯水是由氢和氧两种元素化合而成的。其分子式是H2O。其性质如下：

1、水有三态。随着温度的不同，水会呈现液态（水）、气态（水蒸气）和固态（冰）三种形态。它们之间能够互相转化。锅炉中的水是通过加热沸腾蒸发而成蒸汽的。 2、水在一个大气压下，温度为4℃时体积最小，密度最大；超过或低于4℃时，密度减小，其体积均要膨胀。所以在冬季停用的锅炉和管道内不要存水，以防止结冰后体积膨胀，冻坏设备。

3、水的压缩性很小，受到压力时以相等大小的压力向各个方向均匀传递。对锅炉及其他受压容器作水压试验，就是利用这个原理，以检查各个部分的强度和严密性。

4、水的内部向任何方向都有压力，在同一高度，对各个方向的压力都相等，高度增加，压力也增加。

5、水在连通器（几个容器底部互相连通的容器）内，当水面上的压力相等时，各处的

水面始终保持在同一平面上。锅炉上的水位表就是根据这个原理装置的，即水位表内的水面与锅筒（或汽包）中的水面是一致的。通过观察水位表，就能知道锅炉里水位的高低。

6、水的比热容为4.19kJ/(kg·℃),较其他液体大。即一定质量的水当温度升高时吸收的热量，比其他液体在相同情况下所吸收的热量多。加上来源方便，所以经常利用水作为冷却或吸热的介质。 二、饱和状态

在水的汽化和水蒸气的凝结过程中，当单位时间内逸出液面与回到液面的分子数目相等而汽液两相平衡共存时，这种状态称为饱和状态，饱和状态下的蒸汽及水的压力和温度称为饱和压力和饱和温度，对于一定的饱和压力有着一定的饱和温度。

处于饱和状态下的水和蒸汽 , 分别称为饱和水及饱和蒸汽。饱和水与饱和蒸汽的混合物称为汽水混合物。若汽水混合物中以蒸汽为主而水占的比例较小时，则称为湿饱和蒸汽。不含水的纯饱和蒸汽称为干饱和蒸汽。在汽水混合物中蒸汽所占的质量份额叫做―干度‖，用符号 x 表示。干饱和蒸汽的干度为 1，饱和水的干度为 0，湿饱和蒸汽的干度在 0 与 1 之间。

当蒸汽的温度高于与其压力相对应的饱和温度时，称为过热蒸汽。过热蒸汽温度与饱和温度之差称为蒸汽的―过热度‖。

当水的温度低于与其压力相对应的饱和温度时，这种水称为欠热水。饱和温度与欠热水温度之差称为水的―欠热度‖。 三、水的定压加热与汽化

水在锅炉中被加热而汽化的过程可以近似地视为在定压下进行，因为水、汽通过锅炉所发生的压力降低与其绝对压力相比是很小的。 定压下水的加热和汽化分为三个阶段：

1、水的预热：将欠热水加热，使之达到饱和温度成为饱和水。 1kg 欠热水变为饱和水所需吸收的热量称为其―欠热‖。

2、水的汽化：继续加热饱和水，就开始产生蒸汽，成为汽水混合物 （湿饱和蒸汽） 。汽化是在饱和压力和饱和温度下进行的，定压进行同时也是定温进行。随着汽化的进行，汽水混合物的干度越来越大，最终变为干饱和蒸汽而结束汽化阶段。1kg 饱和水变成干饱和蒸汽所需吸收的热量称为水的―比汽化潜热‖（通常略去―比‖字，简称汽化潜热），用符号 Y 表示，单位为 kJ/kg 。

3、蒸汽的过热：继续加热干饱和蒸汽，可使其温度升高，成为过热蒸汽。1kg 干饱和蒸

汽加热到某个过热温度所需吸收的热量称为过热热量。 四、水的临界参数

水的饱和压力与饱和温度是单值函数关系。随着压力增高，与之相对应的饱和温度也升高，不同饱和压力下的比汽化潜热也是不同的。随着压力的增高，比汽化潜热逐渐减少。当压力达到 22.12MPa 称为临界压力的值时，比汽化潜热为零，水的汽化阶段缩为一点。此时的温度 374.15℃ 则称为临界温度。在临界压力以上，水和汽的差别消失。 五、水和水蒸气的热力性质表（表2-1）

表2-1 饱和水和干饱和蒸汽的热力性质

绝对 压力 p(MPa) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.O 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.O 2.1

从水和水蒸气的热力性质表中可以得出这样的结论:水的饱和温度随着水压力的增加而增加。他们之间没有简单的数学关系式，只能通过查表的方式获得。

饱和 温度 t(℃) 99.63 120.23 133.54 143.62 151.85 158.84 164.96 170.42 175.36 179.88 184.06 187.96 191.60 195.04 198.28 201.37 204.30 207.10 209.79 212.37 214.85 饱和 水比容 v'(m3/kg) 0.0010434 0.0010608 0.0010735 0.0010839 0.0010928 0.0011009 0.0011082 0.0011150 0.1111213 0.0011274 0.0011331 0.0011386 0.0011438 0.0011489 0.0011538 0.0011586 0.0011633 0.0011678 0.0011722 0.0011766 0.0011808 饱和 汽比容 1.6946 0.88592 0.60586 0.46242 0.37481 0.31556 0.27274 0.24030 0.21484 0.19430 0.17739 0.16320 0.15112 0.14072 0.13165 0.12368 0.11661 0.11031 0.10464 0.09953 0.09490 饱和 水比焓 417.51 504.7 561.4 604.7 640.1 670.4 697.1 720.9 742.6 762.6 781.1 798.4 814.7 830.1 844.7 858.6 871.8 884.6 896.8 908.6 919.8 饱和 汽比焓 i\2675.7 2706.9 2725.5 2738.5 2748.5 2756.4 2762.9 2768.4 2773.O 2777.O 2780.4 2783.4 2786.O 2788.4 2790.4 2792.2 2793.8 2795.1 2796.4 2797.4 2798.3 比汽 化潜热 r(kJ/kg) 2258.2 2202.2 2164.1 2133.8 2108.4 2086.O 2065.8 2047.5 2030.4 2014.4 1999.3 1985.O 1971.3 1958.3 1945.7 1933.6 1922.O 1910.5 1899.6 1888.8 1878.5 v\i' (kJ/kg) 第三节 锅炉水循环

在工业锅炉中，工质的流动有两种方式：一种是强制流动，即在受热面入口端和出口端的工质压力差的驱动下使工质流过受热面，而入、出口的压差归根到底是依靠水泵造成的外加动力；另一种是自然循环，即在受热面入口端与出口端之间用―下降管‖连通，与受热面一起组成封闭的循环回路，下降管不受热或其受热弱于受热面，由于两者受热不同，其内部的工质密度也就不同，在两部分工质所受重力不同的作用下，造成了工质的定向流动——密度大者下降，密度小者升。这就是工质的自然循环。

锅炉的省煤器和蒸汽过热器中，工质为强制流动，而一般在汽化受热面（辐射受热面水冷壁、对流管束）中，工质进行自然循环。由于水冷壁布置在烟气温度最高的炉膛内，所以保证工质自然循环的正常进行、避免发生循环故障，具有十分重要的意义。 一、自然循环的原理

锅炉在运行中，只有在炉膛及高温烟道内的受热面所接受的热量不断被受热面内的工质吸收，保证受热面得到可靠的冷却，才能达到安全和经济运行的目的。这就要求锅炉中的水或汽水混合物，必须在闭合的回路中持续而有规律地流动，也就是连续不断地进行水循环。低、中压锅炉的水循环，一般都是由于锅炉内各部分吸收的热量不相等，而使工质产生了密度差形成的，这种循环称为自然循环，如图2-2所示。强制循环则是利用循环回路中的水泵来产生循环，如图2-3所示。

锅炉的锅筒和下联箱由左右两根管道连通，其中左侧下降管位于炉墙外不受热，因而管中是温度较低的水，由于密度大而向下流动。右侧上升管位于炉膛内，吸收热量，管中的水有一部分汽化成气泡，形成汽水混合物，由于密度减小而向上流动，上升管中的汽水混合物进入锅筒后，蒸汽被分离出来，水继续流入下降管进行再循环。在一台锅炉内，水循环的回路至少是一条，也可以有几条。自然循环时，水经过一个循环周期是不可能全部变成蒸汽的，通常汽化的只能是其中的很少部分。进入循环回路的水量，称为―循环流量‖，它与该回路所产生的蒸汽量的比值，称为―循环倍率‖，即：循环倍率＝循环流量／回路所产生的蒸汽量。自然循环至少应有一条循环回路，也可以有几条循环回路。水循环好的锅炉，各受压部件受热均匀，热应力小，工质的升温和汽化可以加快，从而缩短点火至正常供汽的时间。

图2-2简单自然循环回路示意图 图2-3简单强制循环回路示意图 二、 水循环故障

改善锅炉水循环，是保证锅炉安全、经济运行的关键之一。当锅炉结构不合理或运行不当时，容易出现下列水循环故障：

1、汽水分层：当锅炉的水冷壁管水平设置时，管中流动的汽水混合物因蒸汽比水轻，气泡就要上浮集聚，使蒸汽和水在管子内分层流动。由于蒸汽的导热性能差，管子上部容易过热烧坏。因此，水冷壁管经过炉膛顶部（有的称为“天棚管”）时的倾斜角，一般不应小于15度。

2、循环停滞：由于结构原因造成锅炉局部受热面管子供水不足，或者在同一个水循环回路的上升管群中，如果各水管之间受热情况相差太大，就会使受热弱的管内水流缓慢，循环动力不足，甚至由于受其他管子对循环水的争夺影响，使管内的汽水停止流动，造成过热爆管事故。因此，对锅炉的结构和运行，应保持供水充足并尽量使每排管子均衡吸热，保证水循环畅通。

3、下降管带汽：为了保证锅炉的水循环稳定可靠，下降管中是不允许有蒸汽的。否则，水要向下流，汽要向上浮，两者互相顶撞，既增加了流动阻力，又减少了循环水量，可能造成缺水事故，将管子烧坏。因此，下降管口与锅筒最低水位间的高度不得小于下降管直径的4 倍，最好将下降管接在上锅筒的底部，以免由于水进入下降管时产生的抽力，把蒸汽带进管内，或者由于水在下降管入口处的流速加快后压力降低，而自行汽化。 三、强制水循环有些锅炉中水在受热面管子里的流动，是靠出、人口之间的压力差强制流动的。这种锅炉称为强制循环锅炉。常见的一些热水锅炉，靠循环水泵，将循环水沿

固定的流通路线，在锅炉内流动受热升温，就是强制循环锅炉。这种锅炉通常采用“下进上出”水的流向，有些也有上下交替的流程，但都要求在各受热面内有一定流动速度，以防止出现汽化、积垢和腐蚀。蒸汽锅炉中的省煤器也属于强制循环。

第三章 锅炉燃料与燃烧

锅炉使用的燃料按燃料状态分有固体燃料、液体燃料和气体燃料三种。固体燃料以煤为主，其他有木柴、稻糠、甘蔗渣、椰子壳以及城市垃圾等。液体燃料主要有轻柴油、重油、渣油和原油等。气体燃料主要有天然气、液化石油气和城市煤气等。

我国对中小型锅炉的燃料政策是以煤为主，随着国家经济实力的增长、政府对环境保护要求和人民生活质量的提高，液体和气体燃料的使用比例正在逐步提高。 第一节 煤的化学成分与性质

煤是一种有机成分和无机成分的混合物，组成比较复杂。为了使用方便，通常以元素分析和工业分析来确定煤的各种成分。 一、煤的元素分析

煤的可以确定其碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）以及灰分（A）、水分（M）的含量。一般都用质量分数来表示，范围如下：

C-（20%-70%）；H-（2%-6%）；O-（1%-2%）（40%）；N-（0.5%-2.5%）；S-（〈5%〉；A-（7%-50%）；M-（10%-60%）。 C+H+O+N+S+A+M=100%

其中C，H和部分S为可燃成分；其它成分为不可燃成分。

碳（C）是煤中最主要的可燃质，碳的发热量： 32604kj/kg （7800kcal/kg），燃烧产物是CO2，煤中碳含量取决于碳富集程度，炭化及年龄。

氢（H）在煤中含量很少，仅为2%~6%，发热量很高，达119548 kj/kg（28600kcal/kg），极易燃烧。

硫（S）对锅炉设备及环境的危害很大，部分S属于可燃质，硫的含量0.2~5%，甚至更高，超过1%，既为高硫煤。

氧（O）不可燃，且不助燃，氧不以游离状态存在于煤中，与煤中的氢和碳组成化合物，占据部分可燃质，使煤发热量降低。

氮（N）是一种不利的元素，在高温环境下，与氧形成氮氧化物，对环境危害极大。 煤中不可燃矿物杂质，成分十分复杂，大多数煤的灰分含量7%~50%。

水分（M）分内在水分和外在水分，内在水分—也称为吸附水分或风干水分，即煤经过

风干后的水分，外在水分—经过风干后可以脱除掉的那部分水分，受运输，贮存条件等影响，变化很大。

燃料中的元素分析，主要用于对锅炉的设计计算和对煤的分类。

但是，由于水分和灰分含量随开采、贮存、运输以及气候等条件的影响而变化，因此通常按照燃料的不同状态，用不同的基准作为对燃料的成分分析，从而可以对不同的燃料性质进行判断和分类。 二、 煤的工业分析

元素分析不足以确定煤中有机物的复杂性质，不能够判断煤的燃烧性质，因而对煤质进行工业分析。工业分析数据：可燃质、水分（M）和灰分（A），还将可燃质分为挥发分（V）和固定碳（FC）两部分。此外，工业分析的内容还可包括：发热量（Q）、灰熔点、焦结特性等的测定。工业分析和元素分析都属于燃料成分的表示方法，它们之间的关系见表3-1。

表3-1 工业分析和元素分析之间的关系 三、煤的主要特性

发热量（Q）：单位质量的煤完全燃烧后所放出的热量称为煤的发热量。通常用氧弹测热器测定。氧弹测热器直接测量出氧弹发热值，从中扣除硫和氮燃烧生成的硫酸和硝酸的溶解热后，就是煤的高位发热量（Qgr）；继而扣除煤中水分和氢燃烧生成的水蒸气的潜热后，即为煤的低位发热量（Qnet）。我国在有关锅炉计算中以低位发热量为准。为了便于煤耗指标的可比性，工程中常引入“标准煤”的概念，规定标准煤的低位发热量为29.3MJ/kg（7000kCal/kg）。

挥发分（V）：挥发分是燃料的一个重要燃烧特性。煤样在规定条件下隔绝空气加热，

煤中的有机物质受热分解出一部分分子量较小的液态（此时为蒸汽状态）和气态产物，这些产物称为挥发物。挥发物占煤样质量的分数成为挥发分产率或简称为挥发分。 焦结性：煤种不同，焦炭的物理性质各不相同。按照焦炭不同焦结程度，称为煤的焦结性。根据煤的焦结性的强弱，可将煤分为三类，即：不焦结性煤，其焦炭呈粉末状；弱焦结性煤，焦炭呈松散性；强焦结性煤，焦炭坚硬而呈块状。

焦结性是煤的一个重要特性，对层然锅炉的燃烧有很大的影响，若煤的焦结性很弱，易被炉排下面的一次风吹起，破坏正常的燃烧工况，造成大量飞灰损失，污染环境。若煤的焦结性太强，又会增加煤层的通风阻力，使炉渣中含碳量升高，甚至影响正常燃烧。 燃料中的灰分变成熔融状态时的温度称为灰熔点。达到灰熔点后的灰分具有粘性，若与锅炉受热面接触时，会粘在受热面上造成结渣，使传热恶化，影响正常的水循环，严重时会影响锅炉的安全经济运行。 四、煤的分类

煤的组成比较复杂，目前国内尚没有统一的划分方法。锅炉行业通常以燃料的干燥无灰基挥发分（Vdaf）的含量为主要依据来分类，大致可分为：无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤等。

无烟煤：有明亮的黑色光泽，硬度大。挥发分含量最低，一般≤10%。含碳量很高，灰分、水分等杂质较少，因而发热量高，约在21000~32500kJ/kg。着火和燃烬都很困难。

贫煤：煤化程度略低于无烟煤，是主要的动力用煤，挥发分一般在10%~20%。动力用煤中的贫煤，实际上也包括了干燥无灰基挥发分为14％~20％、胶质层厚度比贫煤略大的瘦煤。它的着火和燃烬特性优于无烟煤，但仍属反应性能较差的煤。

烟煤：中等煤化程度的煤。干燥无灰基挥发分含量较高，一般在20%~45%；水分和灰分较少，因而发热量较高，在20000~30000kJ/kg。烟煤容易着火和燃烬，但对于高灰分的烟煤，着火和燃烬都相应比较困难。

褐煤：形成年代较短的煤，煤质松，略程褐色。挥发分含量很高，约为40％~50％，很容易着火和燃烧。但是褐煤中灰分和水分含量也都相对较高，发热量低，一般仅为10000~20000kJ/kg。

表3-2我国工业锅炉设计用煤分类表

燃煤分类 Ⅰ类 烟煤 Ⅱ类 Ⅲ类 第二节 液体燃料 锅炉常用燃料油是指石油（原油）经提炼得到的轻柴油、重油、渣油。小容量锅炉主要使用轻柴油；中等容量锅炉主要使用重油和渣油。

一、燃料油的主要技术指标有粘度、含硫量、闪点、水、灰分和机械杂质 1、粘度

粘度是燃料油最主要的性能指标，是划分燃料油等级的主要依据。它是对流动性阻抗能力的度量，它的大小表示燃料油的易流性、易泵送性和易雾化性能的好坏。 2、含硫量

燃料油中的含硫量过高会引起金属设备腐蚀和环境污染。根据含硫量的高低，燃料油可以划分为高硫、中硫和低硫燃料油。 3、闪点

是涉及使用安全的指标，闪点过低会带来着火的隐患。 4、水分

水分的存在会影响燃料油的凝点，随着含水量的增加，燃料油的凝点逐渐上升。此外，水分还会影响燃料机械的燃烧性能，可能会造成炉膛熄火、停炉等事故。 5、灰分

灰分是燃烧后剩余不能燃烧的部分，特别是催化裂化循环油和油浆渗入燃料油后，硅铝催化剂粉末会使泵、阀磨损加速。另外，灰分还会覆盖在锅炉受热面上，使传热性变坏。 二、重油

重油是由裂化重油、减压重油、常压重油或蜡油等按不同比例调合制成的。不同的炼油厂选用的原料和比例不相同。根据行业标准SH0356-92，按80℃时的运动黏度可分为20，60，100和200等四个牌号，见表3-3。

重油的黏度影响它在油管中的输送及喷射中的雾化，油的粘度与温度有关，油温升高，则它的黏度降低；油温降低，则它的黏度升高。重油要预热到30～60℃才能在油管

Vdaf（%） ≥20 ≥20 ≥20 Mar（%） 7～15 7～15 7～15 Aar（%） >40 25～40 <25 Qar.net（KJ/kg） 11000～15500 15500～19700 >19700 中顺利输送。为了雾化良好，燃烧完全，油温要加热到100℃左右。但不宜超过110℃，否则易产生―残炭‖，堵塞雾化器。燃用重油的锅炉系统相对复杂。一般由独立的柴油和重油系统组成。冷炉时先投用柴油系统，用自产热量加热重油，使其达到规定的温度后再投用重油系统。当重油系统切断关闭后，须再投用柴油，目的是为了清洗重油炉前管道，防止重油冷凝堵管。重油一般在2t/h以上锅炉使用。 表3-3 锅炉用部份重油特性

名称 恩氏黏度（°Et） 80℃不大于 100℃不大于 开口闪点（℃）不低于 凝固点（℃）不高于 灰分（%）不大于 水分（%）不大于 硫含量（%）不大于 机械杂质（%）不大于 三、柴油 柴油分重柴油和轻柴油两种。

重柴油一般用作中速（600～1000r/min）和低速（低于600r/min）柴油机燃料，某些电厂也作为锅炉燃料。

轻柴油它黏度较小，流动性好，雾化过程中一般不需要加热。轻柴油含硫量较低，对环境的污染也小。因此，目前小型锅炉上普遍采用轻柴油作为燃料油，它可直接点火启动锅炉。但轻柴油容易挥发，火灾的危险性大。

轻柴油按凝固点分为10，0，-10，-20，-35等5个牌号。0#柴油为锅炉常用燃料油，见表3-4。

20 5.0 80 15 0.3 1.0 1.0 1.5 重油牌号 60 11.0 100 20 0.3 1.5 1.5 2.0 100 15.5 120 25 0.3 2.0 2.0 2.5 5.5～9.5 130 36 0.3 2.0 3.0 2.5 200 表3-4 0#柴油的化学成分

成 份 柴油牌号 0＃柴油 第三节 气体燃料 气体燃料主要有：天然气、城市煤气、液化石油气和地下气化煤气等。工业锅炉主要采用液化石油气、城市煤气及天然气。 一、液化石油气

液化石油气是开采和炼制石油过程中，作为副产品而获得的一部分碳氢化合物。它的主要成分是丙烷（C3H8）、丙烯（C3H6）、丁烷（C4H10）和丁烯（C4H8），习惯上又称碳3 、碳4。这些碳氢化合物在常温、常压下呈气态，当压力升高或温度降低，很容易转变为液态。从气态转变为液态，其体积缩小250倍。 二、天然气

天然气分为气田气和油田气两种，它们的主要成分为：甲烷（CH4），含量达90%左右，并含有少量 乙烷（C2H6，6.8%左右），丙烷（C3H8 ，2.5%左右），丁烷（C4H10，1%左右） 及氮（N2，0.3%左右）。天然气的发热量比较高，在标准状态下每立方米的天然气热值达36600～54400kJ/Nm3。天然气极易燃尽，几乎以理论空气量就能达到完全燃烧，不需过剩空气。每1Nm3天然气燃烧过程中生成1.55Kg的水蒸汽，其携带的汽化潜热约为3971 kJ，约为天然气高位发热量的10%。天然气含灰量极少，排烟清洁，是洁净燃料。天然气长途输送需敷设大量压力管道，中途还需有增压加压站，也可以加压或者低温液化后罐装运输贮藏。使用天然气须注意防爆，在空气中含量达到5%～15%时，遇到明火即发生爆炸。 第四节 燃料的燃烧过程

煤的燃烧是复杂的物理化学过程。煤进入炉内，受到高温烟气的加热，温度逐渐升高。在此期间经历干燥、干馏、挥发分着火燃烧、焦炭燃烧、焦炭燃尽等各个阶段。 一、煤的着火燃烧过程 1.干燥

煤被加热时，首先是水分不断蒸发，煤被干燥。显然，煤中水分多，干燥所消耗的热量也多，时间也长。 2.干馏

86.78 13.74 0.45 0.62 0.40 C% H% O% S% N% Q低（kJ/kg） 42577 煤被干燥后，继续被加热，达到一定温度（褐煤为130℃，无烟煤为400℃，烟煤介于褐煤与无烟煤之间）就开始析出挥发分，同时生成焦炭，即是煤的干馏过程。煤中挥发分越多，开始析出挥发分的温度越低；加热的温度越高，时间越长，析出的挥发分越多。因此，测定挥发分时规定了加热的温度和时间。

挥发分多，其中碳氢化合物也多。重碳氢化合物在高温、缺氧的条件下，会进行热分解，形成微小的碳粒，称为碳黑，又称烟矣。由于碳粒很小很轻，在炉内不易烧掉而随烟排走，形成黑烟。

只有当挥发分达一定浓度，而且到一定温度时，才能着火燃烧。因此，统称煤的干燥，干馏阶段为燃烧前的准备阶段。

煤在燃烧的准备阶段中，非但不放热而且要吸收热量，所以必须组织好热量供应。其热源来自炉膛火焰或高温烟气、炽热的炉墙和炉拱等。热量供应情况就决定了准备阶段的时间长短。 3. 挥发分着火燃烧

煤继续被加热，挥发分不断析出，而且温度也随之提高。挥发分中可燃物质与氧气的化学反应也在逐渐加快。当挥发分达到一定温度和浓度时，化学反应速度急剧加快，着火燃烧，形成明亮的黄色火焰。这里，挥发分要加热到一定的温度是个重要条件。 是不一样的，见表3-5，为一组实验数据。 表3-5 不同煤的挥发分着火温度 煤分类 煤编号 T1 ℃ T2 ℃ T3 ℃ 1# 484 696 715 无烟煤 2# 420 629 680 6# 383 637 711 7# 206 557 691 贫煤 8# 333 590 687 11# 309 573 701 3# 319 550 623 4# 190 546 513 烟煤 5# 278 572 623 9# 294 582 636 10# 266 577 599 说明：T1为热失重分析法获得；T2为直接观察法获得；T3为温升实验获得，此结果更可靠，且具有明确的物理意义，符合着火点定义。

在工程上，为了尽快的着火，实际加热温度是远高于表中列举的着火温度。 4.焦炭燃烧

当挥发分基本烧完以后，氧气才能扩散到焦炭表面上，焦炭开始着火燃烧，并发出较短的蓝色火焰。

焦炭是煤的主要可燃质，燃烧时能发出很多热量，例如，无烟煤的焦炭燃烧发热量

占总发热量的 95% 左右；挥发分很多，碳含量较少的褐煤，其焦炭燃烧发热量也占总发热量的一半以上。焦炭的燃烧是焦炭与氧气之间的反应，化学反应速度很慢，因此燃烧时间较长。所以组织好焦炭的燃烧往往是煤燃烧的关键。 5.焦炭燃尽

焦炭燃烧时，在其表面形成灰壳，阻碍空气与焦炭接触。同时焦炭被燃烧形成的二氧化碳和一氧化碳所包围，又妨碍空气向焦炭表面的扩散。因此，焦炭燃尽往往需要很长时间。为使焦炭充分燃尽，应设法及时去掉灰壳，对灰分多和灰熔点低的煤，尤应如此。

上述燃烧过程的各个阶段，在实际的燃烧设备中是不能截然分开的，它们常常是互相重叠，交错进行的。 二、煤完全燃烧的条件

为了使煤的燃烧过程进行得快（单位时间内燃烧得多，放出热量多），未完全燃烧损失少，即迅速而完全的燃烧，必须保证下述三个最基本的条件： 1.较高的温度

温度是燃烧的首要条件。因为燃烧要从着火开始，在着火前的准备阶段中，干燥与干馏过程都要吸收热量。因此要求炉膛具有较高的温度，提供足够的热量。无烟煤挥发分少，着火温度高，需要炉膛具有更高的温度。褐煤，着火温度低，但是往往水分较多，而且劣质褐煤灰分也多，发热量低，燃烧放出热量少，也需要炉膛具有较高温度。其他劣质煤，为了保证着火也需要较高的炉膛温度，如果仅从着火考虑，炉膛温度越高越好。 炉膛温度高，燃烧速度可以加快，燃烧时间缩短，燃烧会完全一些。温度对挥发分和煤粉的燃烧影响更大些，对较大煤块的燃烧影响相对比较小。但是当温度过高、超过灰熔点时，会引起结渣，结渣对锅炉工作的安全性与经济性都有影响。因此，温度过高是不必要的。 2.适量的空气

煤只有和空气（其中的氧）接触才能燃烧。为了燃烧完全，必须供应足够的空气。实际运行的锅炉中，供应的空气量经常是偏多的。而空气量过多，会降低炉膛温度对着火与燃烧是不利的，因此，供应的空气量要适当。在设计锅炉时常常要控制炉膛出口的过剩空气量。必须注意空气与煤能充分接触，保证空气与可燃气体能良好地混合，使空气很好地扩散到焦炭的表面上。只有提高空气冲刷煤粒的速度，加强气流的扰动、混合主才能提高煤的燃烧速度，提高煤燃烧的完全程度。 3.充裕的时间

燃烧是有一定速度的，因此，燃烧完全需要一定的时间，可燃气体能进行燃烧前时间取决于它们在炉膛内停留的时间，也就是取决于炉膛的容积。为此，必须保证足够的炉膛容积（燃烧空间）。

对于火床燃烧的机械化炉排，煤燃烧时间取决于煤在炉排上停留的时间，为此，要设计合适的炉排结构和面积。尽量设法提前着火，以保证有充裕的燃烧时间。 三、液体燃料和气体燃料的燃烧

液体燃料主要指燃油。油的沸腾温度低于其着火温度，因此，它们总是先蒸发成蒸气，然后才能进行燃烧，即以蒸气状态进行燃烧。

当液体燃料滴经过加热后，在其表面先蒸发产生蒸气，蒸气向四周扩散，和周围的空气混合，进一步被加热着火燃烧。因为燃烧速度快，蒸发速度慢，液体燃料的燃烧快慢取决于其蒸发速度。

油的蒸发只能在其表面上进行，为了增加其表面积，常常将燃油雾化成很细小的液滴。油滴越小，蒸发越快，燃烧所需要的时间就越短，不完全燃烧损失就越小。理论和试验都证明，油滴燃烧所需的时间与液滴直径的平方成正比。

气体燃料可用管道输送，点火容易，燃烧调节方便，容易完全燃烧，而且容易实现机械化、自动化。但应防止爆燃，防止一氧化碳中毒。 第五节 锅炉的燃烧方式

锅炉常见的燃烧方式有：层状燃烧（火床燃烧）、悬浮燃烧

（火室燃烧）和沸腾燃烧（流化床燃烧）。

层状燃烧：固体燃料以一定厚度分布在炉排上进行燃烧的方式。空气从炉排缝隙穿过燃料层进入炉膛，使燃料燃烧，放出热量，并生成高温烟气，离开燃料层。固定炉排和链条炉排等属于层状燃烧。如图:3-1

图3-1层状燃烧

悬浮燃烧：又称火室燃烧，燃料以粉状、雾状或气态随空气喷入炉膛，呈悬浮状燃烧。燃油、燃气和煤粉锅炉属于这种燃烧方式。如图:3-2

图3-2悬浮燃烧

沸腾燃烧：又称流化床燃烧，是一种介于层状燃烧和悬浮燃烧之间的燃烧方式。固体燃料在高速气流作用下，在布风板上的床料层上下翻滚，呈沸腾状态燃烧，未燃尽的燃料经旋风分离器分离，再送回炉膛，循环燃烧。如图:3-3

图3-3沸腾燃烧

第四章 锅炉结构

锅炉结构是根据锅炉额定参数、燃料特性和燃烧方式等，依据《锅炉安全技术监察规程》等技术规范以及锅炉强度、水动力计算等标准确定的。任何一台合格的锅炉都应满足安全、节能和环保的要求，本章主要介绍锅炉主要受热面及常见锅炉的结构。 第一节 锅炉受热面

锅炉受热面是热量传递的媒介。从放热介质中吸收热量并传递给受热介质的金属表面称为受热面。

锅炉受热面按照传热的方式，分为辐射受热面和对流受热面。辐射受热面，是以热辐射为主吸收热量的受热面，如布置在炉膛内的水冷壁和过热器，还有炉胆等部件。对流受热面，是以热对流为主吸收热量的受热面，如布置在炉膛出口水平烟道的过热器、对流管束、烟管以及布置在尾部烟道内的省煤器、空气预热器等部件。 一、锅炉汽包（锅筒）

汽包又称锅筒，是锅炉最重要的受压部件。锅炉汽包的作用： 1、连接上升管（水冷壁）与下降管，组成自然循环回路。

2、汽包中存有一定水量，因而有一定的蓄热能力，可以减缓汽压变化速度。

3、汽包中装有各种内部装置，用以保证蒸汽品质。图4-1是一正在安装中的锅炉汽包，图4-2是汽包的示意图

图4-1安装中的锅炉汽包 图4-2 汽包的示意图

二、锅炉水冷壁

水冷壁管是布置在炉膛内四周的辐射受热面，其主要作用是吸收炉膛内的辐射热，同时可以减少熔渣和高温烟气对炉墙的冲刷，降低炉墙温度。

水冷壁有光管壁和膜式壁两种。中小型锅炉的水冷壁主要采用光管弯成的光管壁，而近年来在大中型锅炉上较多采用膜式壁。图 4-3是锅炉水冷壁结构示意图。

图4-3水冷壁结构

（a）光管水冷管；（b）轧制鳍片管的膜式水冷壁；（c）焊制鳍片管的膜式水冷壁；

1—管子；2—耐火材料；3—绝热材料；4—炉皮；5—扁钢；6—轧制鳍片；

三、对流管束

在工业锅炉中，常采用上下锅筒的结构，锅炉管束就连接在上下锅筒之间，来自炉膛的烟气流横向冲刷管束。通常在管束中用耐火砖把烟道隔成几个烟气回程，同时各回程的烟气流通截面随烟气温度降低而逐渐缩小，以保持足够高的烟气流速。对流管束均采取烟气横向冲刷的布置方式，有错列和顺列两种形式（主要取决于制造工艺）。见图4-4

图4-4 锅炉对流管 （a）顺排布置 （b）错排布置

四、烟管（火管）

烟管是锅炉的对流受热面，吸收高温烟气的热量。水管是烟气流经管外，而烟管是烟气流经管内。 五、下降管

下降管的作用，是和上升管组成自然循环回路，利用和上升管中水的密度差，形成自然循环，使受热面管子有足够的循环水量，以保证锅炉可靠运行。下降管不能受热，必须采取绝热措施。

六、集箱

集箱的作用是汇集、分配锅水，保证各受热面管子可靠的供水或汇集各管子的水或汽水混合物，图4-5是一锅炉集箱。

图4-5锅炉集箱

七、省煤器

省煤器是利用锅炉尾部的烟气热量加热给水的热交换装置。省煤器的应用，开始是为了降低排烟温度，提高锅炉效率，节约燃料消耗量，因此称为省煤器。

按省煤器制造材料的不同分为：铸铁省煤器、钢管省煤器；按给水被预热的程度分为：沸腾式省煤器、非沸腾式省煤器。

在供热锅炉中使用得最普遍的是铸铁省煤器。它由一根根外侧带有方形鳍片的铸铁管通过180℃弯头串接而成，见图4-6。

图4-6 铸铁式省煤器示意图

1、铸铁省煤器的特点：

1）对高速灰粒有较好的耐磨性能；

2）对气体腐蚀有较好的抗蚀能力，适宜安装压缩空气吹灰； 3）铸铁性脆，不耐冲击； 4）鳞片间易堵灰，难清扫；

5）连接弯头多，安装工作繁重，易泄漏。 2、铸铁省器的安全使用措施：

1）只能用作非沸腾式省煤器，其出口水温至少应比相应压力下的饱和温度低30℃。 2）在进口处应装置压力表及温度计。 3）在出口处应设置温度计和旁通水路。 3、钢管式省煤器

由一系列并联蛇形管和集箱构成，管子做水平叉列布置。 工作可靠，体积小，重量轻，价格便宜，但不耐腐蚀。可做成沸腾式的。

省煤器的管子固定在支架上，支架支撑在横梁上，而横梁则与锅炉的钢架相连接。横梁位于烟道内，受到烟气加热，为避免过热，多将横梁做成空心，外部用绝热材料包起来。或者把它接到送风系统，用空气来冷却。

为了强化传热，可采用鳍片式、膜式省煤器，可使受热面体积减少25～30%，使省煤器的结构更加紧凑，同时也可以采用较大的横向节距，减轻磨损，见图4-7。

图4-7钢管式省煤器结构

1—集箱；2—蛇形管；3—空心支持梁；4—支架

八、蒸汽过热器

蒸汽过热器是锅炉的重要组成部分，它的作用是将饱和蒸汽加热成为具有一定温度的过热蒸汽。

根据管子的布置方式，可分为立式和卧式。蛇形管垂直放置的称为立式；水平放置的成为卧式。立式布置支吊结构比较简单，但在停炉时存水不易排出；卧式布置支吊结构比较复杂，但在停炉时存水容易排出。

过热器的蛇形管可作成单管圈、双管圈和多管圈。这与锅炉的容量和管内必须维持的蒸汽速度有关。大容量锅炉一般采用多管圈结构。

图4-8立式蒸汽过热器 图4-9 卧式过热器 1--锅筒；2--进口集箱；3--蛇形管；4--中间集箱；5--出口集箱；6--夹紧箍

九、空气预热器

空气预热器是利用锅炉尾部的烟气热量来加热燃烧用空气的一种热交换装置。 1、主要作用

不仅能吸收排烟中热量，降低排烟温度，提高锅炉效率，而且还由于空气的预热改善了燃料的着火和燃烧过程，从而减少了燃料的不完全燃烧热损失，进一步提高锅炉的热效率，这对于燃用难着火的燃料尤为重要。 2、管式空气预热器

是我国使用很广的一种空气预热器，其结构如图4-10所示。烟气在管中纵向流动，空气在管外横向冲刷受热面。为了制造、运输、安装的方便，管式空气预热器多制成―管箱‖的形式。在安装时把管箱拼在一起焊牢，就可组成一个完整的空气预热器。

图4-10立式钢管空气预热器结构示意图

1-管子；2-上管板；3-膨胀节；4-空气连通罩；5-中间管板；6-下管板；7-构架；8-框架；

第二节 常见锅炉结构和燃烧过程

我国现有的工业锅炉在受热面结构上或者说―锅‖的部分基本上可分三类：水管式、水火管式和锅壳式（即火管式）。 一、立式火管固定双层炉排锅炉

式火管固定双层炉排锅炉也称为LHC型锅炉，主要有： 炉胆、冲天管、下胶圈、横水管、竖烟管、锅壳、炉门、人孔圈、安全阀等部件组成。

炉排在炉膛内布置上、下两层。上层炉排一般由直径51～76mm的钢管组成水冷炉排，管子间隙约25mm。炉排前低后高与水平倾斜10°～15°角。 图4-11是一台LHC立式火管双层炉排锅炉示意图。

图4-11 LHC立式火管双层炉排锅炉

1—下炉排；2—下炉门；3—水冷护排；4—上炉门；5—第一烟管管束； 6—前烟箱；7—第二烟管管束；8—烟囱；9—后上烟箱；10—后下烟箱

LHC锅炉燃烧过程:煤由上炉门添加,空气也由此进入，煤燃烧,产生的高温烟气向下流动,燃着的煤粒和尚未燃尽的碳粒借自重和拨火时的搅动漏到下炉排继续燃烧，下层炉排上燃烧所需空气，由出渣门自下而上，通过下层炉排的缝隙供给.燃烧产生的烟气，在上下炉排的燃烧室汇集，经竖烟管进入炉胆上面的对流受热面，再经冲天管和烟囱排出，灰渣由出渣门清除，见图4-12。

图4-12 LHC锅炉燃烧过程

二、DZL型锅炉

DZL型锅炉主要有： 锅筒、集箱、下降管、水冷壁管、安全阀等部件组成，见图4-13。

图4-13 DZL型锅炉

DZL锅炉燃烧过程：煤由煤斗落入链条炉排上，空气从炉排下面穿过燃烧层进入炉膛，燃烧火焰直接辐射水冷壁和锅筒下部，然后向后流动，冲刷水冷壁管，这是第一回程，高温烟气从锅炉后部折入第二回程烟管，经过烟管再转入炉前的前烟箱，这是第二回程，再由前向后折入第三回程烟管，流入后烟箱后，从烟囱排出，见图4-14。

图 4-14 DZL锅炉燃烧过程

DZL锅炉水循环

第一回路:给水从给水分配管中进入锅筒后，经下降管流进两侧集箱内，再分配给水冷壁管，吸热后上升进入锅筒，形成自然循环。

另一个回路：筒内靠近烟管区的水受热上升，而锅筒壁附近的水下降，形成自然循环。

三、SZL型锅炉

SZL锅炉是双锅筒、纵置式链条炉，主要由：上下锅筒，对流管束，水冷壁，集箱、下降管等组成，见图4-15。

图4-15 SZL型锅炉

SZL锅炉燃烧过程：锅炉炉膛由水冷壁围成，火焰在炉膛辐射放热后，变为高温烟气进入对流受热区，对流受热区的烟气走廊设计成S型,烟气冲刷对流管束后进入尾部受热面，冲刷省煤器,进入除尘器，然后，通过引风机抽引，通过烟囱排出，见图4-16。

图4-16 SZL锅炉燃烧过程

SZL锅炉水循环，分为两种形式的回路。

第一种是给水经省煤器进入上锅筒后，经后部对流管和下降管进入下锅筒和下集箱，再经上升管吸热后回升到上锅筒，形成自然循环。

第二种是上下锅筒之间的对流管由于管内水的密度差产生了流动压头，促使锅水流动，继而形成连的循环流动回路。汽水混合物在锅筒内经汽水分离后，水继续循环，蒸汽由主汽阀，主汽管导出。 四、WNS卧式内燃锅炉

这种锅炉属于多回程烟火管锅炉，燃油燃气炉常用型号有WNS2-1.0-Y、WNS4-1.25-Q等。

WNS锅炉主要有：炉胆、锅壳、管板、长烟管、短烟管等部件组成。炉胆和烟管布置在一个直径较大的锅筒内。

燃烧过程：燃油或燃气经燃烧器喷入炉胆内燃烧，高温火焰直接冲刷炉胆内壁，然后进入回燃室，这是第一回程，高温烟气在回燃室内折入短烟管，冲刷后流向前管板，这是第二回程，然后在前烟箱内折入外侧长烟管，向后流动，冲刷长烟管，这是第三回程，经后烟箱流入烟囱排出，见图4-17。

图4-17 WNS锅炉结构示意图及烟气流程

五、贯流锅炉

贯流锅炉是一种立式多管式直流锅炉，主要受压部件有：上集箱、下集箱和直水管。上、下集箱呈圆形、矩形截面。直水管通常有里外两层，沿集箱圆弧线环形布置。一般小容量锅炉的直水管采用光管，大容量的锅炉则在水管上焊有鳍片，以提高传热效率。贯流锅炉一般为蒸汽锅炉，也有热水锅炉。

贯流锅炉一般为燃油（气）炉，其燃烧器布置在锅炉顶部，由燃烧器喷出的火焰和高温烟气在直水管组成的环形燃烧室内直接冲刷直水管，然后经前部留出的通道，分别从左侧和右侧环绕直水管向后部流动，最后经后部出口流向烟囱（见图 4-18）。 贯流锅炉的主要特点是：体积小，结构简单，水容量小，升压快，安全性好，安装方便，噪声低，效率高，采用微机控制，自动化程度高，对水质要求较高。

图 4-18 贯流锅炉

六、有机热载体锅炉

由于有机热载体炉具有压力低、温度高、间接加热安全可靠、节约能源及投资少等优点，而得到迅速发展。随着有机热载体炉的不断发展演化，目前已形成了一些不同的炉型和分类方法。

（1）按有机热载体工作状态分类有：气相炉和液相炉。

（2）按有机热载体炉本体结构分类有：盘管式、管架式和锅壳式等。

1、盘管式有机热载体炉：盘管式有机热载体炉主要由本体和燃烧室两大部件组成。其中本体由底座、盘管、拱顶、顶盖、外壳保温层及辅助测温测压装置等部件组成（如图4-19）。燃烧室的炉排与以水为介质锅炉的炉排基本相似，但有机热载体炉燃烧室内因无水冷壁而炉膛温度较高。

图 4-19 盘管式有机炉本体示意图

1—顶盖；2—拱顶；3—外壳；4—盘管；5—底座

2、管架式有机热载体炉：管架式有机热载体炉是针对盘管式有机热载体炉存在的一些不足而改进设计的新一代管式有机热载体炉。它克服了盘管式有机热载体炉难以配套自动化燃煤装置及炉子造型不美观等问题，从而使炉子便于制成快装式、大容量，提高了炉子的燃烧效率和消烟除尘效果，方便了安装和运输，降低了锅炉房的高度，同时也保持了盘管式有机热载体炉导热油容量小、钢材耗量小、造价低及受热面管子中导热油流速较高等优点。为此，它是目前国内使用较多的一种炉型。

管架式有机热载体炉主要由辐射受热面、对流管片、空气预热器、炉墙及燃烧装置组成。其中锅炉本体部分由门形管、顶棚管、集箱、对流管片等主要受压元件组成，见图4-20。

图4-20 管架式有机热载体炉

锅炉油系统主要组成部分：循环油泵,储油槽(低位槽),膨胀槽(高位槽),膨胀管,油气分离器,注油泵等部件组成。

锅炉燃烧过程：燃煤进入煤斗，随着炉排运转，进入炉膛燃烧,燃烧产生的高温烟气对炉膛中的辐射受热面辐射传热后，进入对流受热面冲刷，最后经空气预热器传热后，通过烟囱排出。

锅炉油循环：管内受热的导热油,利用循环油泵,强制循环,将热量传递给用热设备,经用热设备卸载后,从新通过循环泵回到炉内再吸收热量传递给用热设备,如此周而复始,实现热量的连续传递,使被加热物体温度升高,达到加热的工艺要求。

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