一、鍋爐受壓過程
(一) 蒸汽鍋爐
在各類鍋爐中,以帶鍋筒的自然循環蒸汽鍋爐居多。其升壓、受壓過程與日常生活中使用的壓力鍋相似,即介質壓力不是來源于加壓機械(水泵),而是來源于熱力過程,受壓與受熱不可分割地聯系在一起。
鍋爐生火前,通常在鍋筒中加入大約半鍋筒水,水面上的鍋內空間充滿濕空氣,其壓力為大氣壓力。鍋爐生火受熱到一定程度時,會在大氣壓力下沸騰產汽,此時水和蒸汽的溫度均為100攝氏度。
如果鍋筒是敞口的,則鍋內產生的蒸汽將全部進入大氣中,鍋內維持大氣壓力,不會升壓。如果水面之上的鍋內空間是完全封閉的,則鍋內產生的蒸汽會全部聚積起來。由于水變成蒸汽時體積大大增加,而鍋內容納氣體的空間有限,鍋內水面上的蒸汽分壓將急劇升高。與此相應,水的飽和溫度也隨之升高,水在更高的溫度下汽化。隨著燃燒、傳熱和產汽過程繼續進行,壓力和溫度升高的過程也將繼續下去。
實際上的鍋爐生火升壓過程介于上述兩種情況之間:鍋內存汽空間接有排汽管,排汽管上有控制閥門。生火升壓時,將閥門開度適當調整,使排汽量小于鍋內產汽量,使鍋內存汽空間的存汽量有控制地增加。則鍋內壓力逐步上升,直至達到所要求的蒸汽壓力。此時,調整鍋爐燃燒狀態及排汽閥門開度,使排汽量等于鍋內產汽量,鍋內的壓力即大體維持不變,鍋爐即進入正常的運行狀態。簡單地說,蒸汽鍋爐升壓需要兩個條件:第一,通過燃燒傳熱產生蒸汽;第二,在鍋內積存蒸汽。
(二)熱水鍋爐
在熱水鍋爐供熱系統內,水通常是強制流動。在熱水鍋爐生火啟動之前,已經開動水泵使水在包括鍋爐在內的系統中受壓流動,所以熱水鍋爐是先受壓后受熱,屬機械(水泵)加壓。但在鍋爐生火啟動,鍋水受熱后,水的體積膨脹就會導致壓力變化;特別是水受熱汽化且蒸汽不能充分排放時,水的受熱過程同樣是引起壓力升高的主要因素。
可以說,各種鍋爐的壓力變化都與受熱過程直接相關。
二、蒸汽鍋爐受壓特點
1.蒸汽鍋爐中的壓力是“自升壓”,產生壓力的根源是鍋爐內的燃燒傳熱,產生壓力的過程是在鍋爐中積存蒸汽和熱能的過程。
2.蒸汽鍋爐中的壓力是“可變壓”,鍋內壓力隨鍋內積存蒸汽質量、熱能的多少而變動。導致壓力變動的主要因素是鍋爐燃燒、傳熱及負荷變化,即鍋爐產汽量與排汽量之間的關系。
鍋爐正常運行時,鍋爐排汽量取決于鍋爐負荷,即蒸汽用戶需用蒸汽量。鍋爐產汽量則是鍋爐蒸發量。當鍋爐蒸發量與負荷相等時,鍋內壓力維持不變,即在產汽與排汽的動平衡中維持不變。鍋爐負荷一定時,
燃燒或傳熱減弱,鍋爐蒸發量減小,產汽量小于排汽量,鍋內壓力就降低;燃燒或傳熱增強,鍋爐蒸發量增大,產汽量大于排汽量,鍋內壓力就升高。反之,鍋爐蒸發量一定時,增大或減小鍋爐負荷,鍋內壓力會相應減小或增大。當鍋爐負荷與蒸發量同時變化時,鍋內壓力的變化情況更為復雜。
三、結語
1.對于蒸汽鍋爐,由于壓力是在動平衡中維持的,隨時可能變化,所以必須嚴格監控蒸汽壓力的變化,防止壓力的過大波動和超壓。當有超壓危險而安全裝置又失靈時,減弱燃燒進而熄火停爐,即可從根本上切斷危險源。
2.對于生活鍋爐,由于同樣受火焰加熱,在特定條件下,比如:排汽管人為堵塞、冰凍、結垢等,致使鍋內積存蒸汽,鍋爐中同樣有升壓的可能。但生活鍋爐并無承壓能力,因而承壓后更易發生爆炸。對生活鍋爐的安全也應充分關注。
3.壓力容器的受壓情況更為復雜,大體上分器外升壓和器內升壓兩大類,前者指壓縮機、液泵及鍋爐等給容器升壓,后者指器內反應及受熱產生壓力。通常器內升壓的危險性更大一些。