(一)鍋爐設(shè)備概述
鍋爐是使燃料燃燒產(chǎn)生的熱能把水加熱或變成蒸汽的熱力設(shè)備。盡管鍋爐的種類繁多，結(jié)構(gòu)各異，但都是由“鍋”和“爐”以及為保證“鍋”和“爐”正常運(yùn)行所必需的附件、儀表及附屬設(shè)備等三大類(部分)組成。
鍋爐的附件和儀表很多，如安全閥、壓力表、水位表及高低水位報(bào)警器、排污裝置、汽水管道及閥門、燃燒自動調(diào)節(jié)裝置、測溫儀表等等。
鍋爐的附屬設(shè)備也很多，一般包括給水系統(tǒng)的設(shè)備(如水處理裝置、給水泵)；燃料供給及制粉系統(tǒng)的設(shè)備(如給煤、磨粉、供油、供氣等裝置)；通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備(如鼓、引風(fēng)機(jī))和除灰排渣系統(tǒng)設(shè)備(除塵器、出渣機(jī)、出灰機(jī))。
總之，鍋爐是一個復(fù)雜的組合體。尤其在石化企業(yè)中使用的大、中容量鍋爐，除了鍋爐本體龐大、復(fù)雜外，還有眾多的輔機(jī)、附件和儀表，運(yùn)行時需要各個部分、各個環(huán)節(jié)密切協(xié)調(diào)，任何一個環(huán)節(jié)發(fā)生了故障，都會影響鍋爐的安全運(yùn)行。所以，作為特種設(shè)備的鍋爐的安全監(jiān)督應(yīng)特別予以重視。
(二)鍋爐專業(yè)常用術(shù)語
1．受熱面與受壓元件
受熱面是指把燃燒產(chǎn)物與水汽工質(zhì)隔開的金屬壁面。受熱面把燃燒產(chǎn)物的熱量傳給水汽工質(zhì)并承受工質(zhì)的壓力，既受熱又承壓，工作條件極其惡劣，是完成鍋爐工作職能的基本結(jié)構(gòu)。
受壓元件是鍋爐中按幾何形狀劃分的基本承壓單位。如一個封閉的承壓圓筒，就可以分為圓筒形的筒身及凸形封頭兩大承壓元件，圓筒上的接管、人孔及人孔蓋則又是另外的受壓元件，即一個封閉的承壓結(jié)構(gòu)往往包括不止一個受壓元件。結(jié)構(gòu)的承壓能力與結(jié)構(gòu)的幾何形狀有很大關(guān)系，所以受壓元件是以幾何形狀為基礎(chǔ)劃分的。
承壓鍋爐的受熱面包含的都是受壓元件，但受壓元件不一定都直接受熱，所以不都是受熱面。
2．火焰與煙氣、
燃料在鍋爐中燃燒后，產(chǎn)生氣體燃燒產(chǎn)物。燃料燃燒放出的熱量首先加熱氣體燃燒產(chǎn)物本身，使之升溫到很高的溫度，然后燃燒產(chǎn)物通過受熱面把熱量傳給水汽，而燃燒產(chǎn)物本身的溫度不斷降低。
通常把溫度高于900℃的燃燒產(chǎn)物叫做火焰，也叫高溫?zé)煔猓褱囟刃∮诨虻扔?00℃的燃燒產(chǎn)物叫做煙氣。
3．爐膛與煙道
鍋爐中用砌磚或金屬形成的供燃料燃燒的空間叫爐膛，也叫燃燒室。現(xiàn)代鍋爐爐膛中一般貼壁布置受熱面，使火焰與受熱面進(jìn)行輻射換熱，所以嚴(yán)格說來，爐膛是燃料燃燒及火焰與受熱面進(jìn)行輻射換熱的場所。
燃燒產(chǎn)物離開爐膛后，經(jīng)過煙道流向煙囪。煙道中通常也布置有受熱面，燃燒產(chǎn)物流經(jīng)煙道時，將熱量繼續(xù)經(jīng)過受熱面?zhèn)鹘o工質(zhì)，本身的溫度不斷降低。所以煙道是燃燒產(chǎn)物流動及與受熱面進(jìn)一步換熱的通道。一般說來，燃燒產(chǎn)物的溫度從爐膛到煙道是逐次降低的，爐膛內(nèi)火焰出了爐膛進(jìn)入煙道就很快降溫成煙氣，所以煙道是煙氣流通及換熱的通道。
4．蒸發(fā)與沸騰
蒸發(fā)與沸騰，二者都是指液體的汽化現(xiàn)象，但基本概念不同。蒸發(fā)是指在各種溫度下液體表面的汽化現(xiàn)象，如晾干衣服，雨后地面上水逐步減少等都屬于蒸發(fā)現(xiàn)象。
沸騰是指在特定溫度下主要發(fā)生在液體內(nèi)部的強(qiáng)烈汽化現(xiàn)象。這個特定溫度叫液體的飽和溫度。
飽和溫度隨液面上氣壓的高低而升降，如水在常壓下的飽和溫度約100℃。在鍋爐技術(shù)中，習(xí)慣于把蒸發(fā)與沸騰混用，并用蒸發(fā)代替沸騰。如把布置在爐膛四周的受熱面稱作蒸發(fā)受熱面，實(shí)質(zhì)上是沸騰受熱面。
5．鍋爐熱效率
鍋爐中水汽工質(zhì)吸收的熱量占送入鍋爐總熱量的百分?jǐn)?shù)，稱作鍋爐的熱效率。熱效率是反映鍋爐性能的一個主要指標(biāo)，取決于鍋爐的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、制造安裝質(zhì)量及運(yùn)行管理水平。
6．鍋爐蒸發(fā)量
是指鍋爐每小時產(chǎn)生蒸汽的數(shù)量，以t／h表示。鍋爐銘牌上標(biāo)出的“額定蒸發(fā)量”是指在設(shè)計(jì)參數(shù)(壓力、溫度)，使用設(shè)計(jì)燃料并保證效率時所規(guī)定的蒸發(fā)量。
(三)鍋爐的工作原理
前面講過，鍋爐是由三部分組成的，其中稱作“鍋”的部分由汽包、水冷壁、對流管束、過熱器、聯(lián)箱等組成。這部分的主要任務(wù)就是把燃料燃燒所產(chǎn)生的熱能通過輻射、對流和傳導(dǎo)三種方式傳給水，以提高水的溫度和發(fā)生狀態(tài)變化，產(chǎn)生蒸汽。
在蒸汽鍋爐里，水和蒸汽的轉(zhuǎn)化過程是水和汽在一定壓力下進(jìn)行加熱過程。
給水經(jīng)給水泵送入省煤器，吸收煙氣熱量，提高水溫后進(jìn)入汽包，再經(jīng)過對流管束和水冷壁等受熱面吸收大量的熱量，部分水沸騰汽化形成飽和水蒸氣，以汽水混合物的形態(tài)再次進(jìn)入汽包，進(jìn)行汽水分離，被分離的爐水，回鍋爐水循環(huán)回路，分離出來的蒸汽流入過熱器進(jìn)一步加熱，形成過熱蒸汽，向用戶輸出。鍋爐中水汽轉(zhuǎn)換過程經(jīng)歷了三個階段：
1．送進(jìn)鍋爐的水加熱到相應(yīng)壓力下的飽和溫度，這一階段叫做預(yù)熱階段，這一階段所吸收的熱稱預(yù)熱熱，這階段在省煤器和水冷壁與對流管的下部完成：
2．由飽和水蒸發(fā)為飽和蒸汽階段稱作蒸發(fā)階段，這時吸收的熱量就是汽化潛熱，這階段在水冷壁和對流管束里完成；
3．飽和蒸汽繼續(xù)加熱為過熱蒸汽階段稱為過熱階段，這時吸收的熱為過熱熱，這一階段在過熱器里完成。
水一汽這三階段連續(xù)不斷地進(jìn)行，鍋爐所產(chǎn)生的過熱蒸汽源源不斷地向外輸出，給水泵則連續(xù)不斷地往鍋爐補(bǔ)水，維持鍋爐水位正常。如果在鍋爐的運(yùn)行中，外界用汽量發(fā)生變化，鍋爐的壓力就會發(fā)生波動，用汽量增加，鍋爐壓力下降；用汽量減少，壓力上升。為了維持壓力穩(wěn)定，鍋爐的操作人員就要及時調(diào)整鍋爐的燃燒系統(tǒng)，使產(chǎn)汽量與用汽量保持平衡。一旦外部用汽突然減少，鍋爐來不及調(diào)整，壓力就會上升，超過鍋爐工作壓力時，安全閥就會動作，將多余的汽量排出，保持壓力在允許的范圍之內(nèi)，保證鍋爐的安全。
(四)鍋爐的分類、型號及表示方法
1．鍋爐的分類(可以從不同角度對鍋爐進(jìn)行分類)
(1)按用途可以分為電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、機(jī)車鍋爐和船舶鍋爐等。
(2)按容量可以分為：
大型鍋爐蒸發(fā)量大于1OOt／h：
中型鍋爐蒸發(fā)量為20t／h至1OOt／h：
小型鍋爐蒸發(fā)量小于20t／h。
(3)按蒸汽壓力可以分為：
低壓鍋爐壓力≤1．6MPa：
中壓鍋爐壓力為2．45～3．82MPa：
高壓鍋爐壓力為1OMPa；
超高壓鍋爐壓力為14MPa；
亞臨界鍋爐壓力為17MPa；
超臨界鍋爐壓力超過22MPa，即高于臨界壓力。
(4)按燃料種類和能源來源可以分為：燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t、原子能鍋爐、廢熱(余熱)鍋爐。
(5)按鍋爐結(jié)構(gòu)可以分為：鍋殼式鍋爐(火管鍋爐)、水管鍋爐、水火管鍋爐(臥式快裝鍋爐)。
(6)按燃料燃燒方式可以分為層燃爐、沸騰爐、室燃爐。
(7)按工質(zhì)流動方式可以分為自然循環(huán)鍋爐、強(qiáng)制循環(huán)鍋爐和直流鍋爐等。
(8)按發(fā)電和供熱用途分為電站鍋爐和工業(yè)鍋爐。
電站鍋爐一般是壓力較高(中壓以上)，容量較大(中型以上)，采用室燃方式的水管鍋爐，主要用來發(fā)電，又可以分為許多種。
工業(yè)鍋爐是工業(yè)蒸汽鍋爐的簡稱，一般容量較小(65t／h以下)，壓力較低(2．45MPa以下)，大都采用層燃，其結(jié)構(gòu)型式和燃燒設(shè)備種類繁多，主要用于工業(yè)生產(chǎn)用汽及采暖、生活等方面。
表－工業(yè)鍋爐類型
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分類方法 |
鍋爐類型 |
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按鍋爐結(jié)構(gòu)型式 |
鍋殼式 |
立式橫水管、立式彎水管、立式直水管、立式橫火管、臥式內(nèi)燃回火管等 |
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水管 |
單鍋筒縱置式、單鍋筒橫置式、雙鍋筒縱置式、雙鍋筒橫置式、縱橫鍋筒式、
強(qiáng)制循環(huán)等 |
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水火管 |
臥式快裝 |
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按燃燒設(shè)備
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固定爐排、活動手搖爐排、鏈條爐排、倒轉(zhuǎn)爐排、拋煤機(jī)振動爐排、下飼式爐排、沸騰爐、半
沸騰爐、往復(fù)推飼爐排、室燃爐、旋風(fēng)爐等 |
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按燃料種類
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無煙煤、貧煤、煙煤、劣質(zhì)煙煤、褐煤、油、氣、木柴、甘蔗渣、稻殼、煤肝石、特種燃料、
余熱等 |
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按出廠型式 |
快裝、組裝、散裝 |
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按供熱工質(zhì) |
蒸汽、熱水及其他工質(zhì) |
2．工業(yè)鍋爐參數(shù)系列及型號表示方法
鍋爐參數(shù)和容量不是隨意的，而是特定的，我國鍋爐的參數(shù)容量已形成系列并納入國家標(biāo)準(zhǔn)。
表中所列額定出力系指鍋爐燃用設(shè)計(jì)燃料時，在設(shè)計(jì)參數(shù)下的銘牌蒸發(fā)量。在額定出力及額定出口蒸汽壓力之下，鍋爐出口過熱蒸汽溫度的偏差應(yīng)不大于±20℃。
鍋爐的給水溫度分20℃、60℃、105℃三檔，由制造廠在設(shè)計(jì)時酌情取定。
工業(yè)鍋爐的產(chǎn)品型號，必須按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法編制。產(chǎn)品型號由三部分組成，中間用短線相連。其型式如下：
型號的第一部分表示鍋爐型式、燃燒方式和額定蒸發(fā)量或額定供熱量，共分三段：
第一段用兩個漢語拼音字母代表鍋爐總體型式；
第二段用一個漢語拼音字母代表燃燒方式；
第三段用阿拉伯?dāng)?shù)字表示蒸汽鍋爐額定蒸發(fā)量(t／h)或熱水鍋爐額定供熱量4．18×107J／h。各段應(yīng)連續(xù)書寫，互相銜接。
型號的第二部分表示介質(zhì)參數(shù)，共分兩段，中問以斜線相連：第一段用阿拉伯?dāng)?shù)字表示介質(zhì)出口壓力(MPa)；第二段用阿拉伯?dāng)?shù)字表示過熱蒸汽溫度或出水溫度／回水溫度。蒸汽溫度為飽和溫度時，型號的第二部分無斜線和第二段。