(一)鍋爐設備概述
鍋爐是使燃料燃燒產生的熱能把水加熱或變成蒸汽的熱力設備。盡管鍋爐的種類繁多,結構各異,但都是由“鍋”和“爐”以及為保證“鍋”和“爐”正常運行所必需的附件、儀表及附屬設備等三大類(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警器、排污裝置、汽水管道及閥門、燃燒自動調節裝置、測溫儀表等等。
鍋爐的附屬設備也很多,一般包括給水系統的設備(如水處理裝置、給水泵);燃料供給及制粉系統的設備(如給煤、磨粉、供油、供氣等裝置);通風系統設備(如鼓、引風機)和除灰排渣系統設備(除塵器、出渣機、出灰機)。
總之,鍋爐是一個復雜的組合體。尤其在石化企業中使用的大、中容量鍋爐,除了鍋爐本體龐大、復雜外,還有眾多的輔機、附件和儀表,運行時需要各個部分、各個環節密切協調,任何一個環節發生了故障,都會影響鍋爐的安全運行。所以,作為特種設備的鍋爐的安全監督應特別予以重視。
(二)鍋爐專業常用術語
1.受熱面與受壓元件
受熱面是指把燃燒產物與水汽工質隔開的金屬壁面。受熱面把燃燒產物的熱量傳給水汽工質并承受工質的壓力,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構。
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構往往包括不止一個受壓元件。結構的承壓能力與結構的幾何形狀有很大關系,所以受壓元件是以幾何形狀為基礎劃分的。
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,產生氣體燃燒產物。燃料燃燒放出的熱量首先加熱氣體燃燒產物本身,使之升溫到很高的溫度,然后燃燒產物通過受熱面把熱量傳給水汽,而燃燒產物本身的溫度不斷降低。
通常把溫度高于900℃的燃燒產物叫做火焰,也叫高溫煙氣,把溫度小于或等于900℃的燃燒產物叫做煙氣。
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。現代鍋爐爐膛中一般貼壁布置受熱面,使火焰與受熱面進行輻射換熱,所以嚴格說來,爐膛是燃料燃燒及火焰與受熱面進行輻射換熱的場所。
燃燒產物離開爐膛后,經過煙道流向煙囪。煙道中通常也布置有受熱面,燃燒產物流經煙道時,將熱量繼續經過受熱面傳給工質,本身的溫度不斷降低。所以煙道是燃燒產物流動及與受熱面進一步換熱的通道。一般說來,燃燒產物的溫度從爐膛到煙道是逐次降低的,爐膛內火焰出了爐膛進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.蒸發與沸騰
蒸發與沸騰,二者都是指液體的汽化現象,但基本概念不同。蒸發是指在各種溫度下液體表面的汽化現象,如晾干衣服,雨后地面上水逐步減少等都屬于蒸發現象。
沸騰是指在特定溫度下主要發生在液體內部的強烈汽化現象。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℃。在鍋爐技術中,習慣于把蒸發與沸騰混用,并用蒸發代替沸騰。如把布置在爐膛四周的受熱面稱作蒸發受熱面,實質上是沸騰受熱面。
5.鍋爐熱效率
鍋爐中水汽工質吸收的熱量占送入鍋爐總熱量的百分數,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,取決于鍋爐的設計結構、制造安裝質量及運行管理水平。
6.鍋爐蒸發量
是指鍋爐每小時產生蒸汽的數量,以t/h表示。鍋爐銘牌上標出的“額定蒸發量”是指在設計參數(壓力、溫度),使用設計燃料并保證效率時所規定的蒸發量。
(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、聯箱等組成。這部分的主要任務就是把燃料燃燒所產生的熱能通過輻射、對流和傳導三種方式傳給水,以提高水的溫度和發生狀態變化,產生蒸汽。
在蒸汽鍋爐里,水和蒸汽的轉化過程是水和汽在一定壓力下進行加熱過程。
給水經給水泵送入省煤器,吸收煙氣熱量,提高水溫后進入汽包,再經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再次進入汽包,進行汽水分離,被分離的爐水,回鍋爐水循環回路,分離出來的蒸汽流入過熱器進一步加熱,形成過熱蒸汽,向用戶輸出。鍋爐中水汽轉換過程經歷了三個階段:
1.送進鍋爐的水加熱到相應壓力下的飽和溫度,這一階段叫做預熱階段,這一階段所吸收的熱稱預熱熱,這階段在省煤器和水冷壁與對流管的下部完成:
2.由飽和水蒸發為飽和蒸汽階段稱作蒸發階段,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不斷地進行,鍋爐所產生的過熱蒸汽源源不斷地向外輸出,給水泵則連續不斷地往鍋爐補水,維持鍋爐水位正常。如果在鍋爐的運行中,外界用汽量發生變化,鍋爐的壓力就會發生波動,用汽量增加,鍋爐壓力下降;用汽量減少,壓力上升。為了維持壓力穩定,鍋爐的操作人員就要及時調整鍋爐的燃燒系統,使產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,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行分類)
(1)按用途可以分為電站鍋爐、工業鍋爐、機車鍋爐和船舶鍋爐等。
(2)按容量可以分為:
大型鍋爐蒸發量大于1OOt/h:
中型鍋爐蒸發量為20t/h至1OOt/h:
小型鍋爐蒸發量小于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、燃氣鍋爐、原子能鍋爐、廢熱(余熱)鍋爐。
(5)按鍋爐結構可以分為: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)按工質流動方式可以分為自然循環鍋爐、強制循環鍋爐和直流鍋爐等。
(8)按發電和供熱用途分為電站鍋爐和工業鍋爐。
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,主要用來發電,又可以分為許多種。
工業鍋爐是工業蒸汽鍋爐的簡稱,一般容量較小(65t/h以下),壓力較低(2.45MPa以下),大都采用層燃,其結構型式和燃燒設備種類繁多,主要用于工業生產用汽及采暖、生活等方面。
表-工業鍋爐類型
分類方法 |
鍋爐類型 |
按鍋爐結構型式 |
鍋殼式 |
立式橫水管、立式彎水管、立式直水管、立式橫火管、臥式內燃回火管等 |
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、
強制循環等 |
水火管 |
臥式快裝 |
按燃燒設備
|
固定爐排、活動手搖爐排、鏈條爐排、倒轉爐排、拋煤機振動爐排、下飼式爐排、沸騰爐、半
沸騰爐、往復推飼爐排、室燃爐、旋風爐等 |
按燃料種類
|
無煙煤、貧煤、煙煤、劣質煙煤、褐煤、油、氣、木柴、甘蔗渣、稻殼、煤肝石、特種燃料、
余熱等 |
按出廠型式 |
快裝、組裝、散裝 |
按供熱工質 |
蒸汽、熱水及其他工質 |
2.工業鍋爐參數系列及型號表示方法
鍋爐參數和容量不是隨意的,而是特定的,我國鍋爐的參數容量已形成系列并納入國家標準。
表中所列額定出力系指鍋爐燃用設計燃料時,在設計參數下的銘牌蒸發量。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不大于±20℃。
鍋爐的給水溫度分20℃、60℃、105℃三檔,由制造廠在設計時酌情取定。
工業鍋爐的產品型號,必須按照標準規定的方法編制。產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;
第三段用阿拉伯數字表示蒸汽鍋爐額定蒸發量(t/h)或熱水鍋爐額定供熱量4.18×107J/h。各段應連續書寫,互相銜接。
型號的第二部分表示介質參數,共分兩段,中問以斜線相連:第一段用阿拉伯數字表示介質出口壓力(MPa);第二段用阿拉伯數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。