工业锅炉设备1

工业锅炉设备课程基本要求1.熟悉工业锅炉的定义、工作原理2.熟悉锅炉分类原则3.掌握锅炉型号含义4.掌握工业锅炉的组成与结构5.了解工业锅炉辅助设备6.了解工业锅炉的燃烧设备相关标准：《工业锅炉技术条件》NB/T47034-2013《工业锅炉产品型号编制方法》JB/T1626-2002主要内容1.工业锅炉定义及工作原理2.锅炉传热与水循环基础3.工业锅炉分类4.工业锅炉型号及参数系列5.工业锅炉基本组成及主要受压部件6.典型工业锅炉结构简介7.工业锅炉燃烧设备8.工业锅炉辅助设备第一章工业锅炉定义及工作原理第01讲工业锅炉定义及工作原理1.工业锅炉定义及工作原理锅炉是一种动力设备。“锅炉”二字非常形象而又科学、准确地说明了这种设备。锅炉一般是以水为介质，尽管现代工业锅炉也有采用导热油等有机液体作为锅炉介质（有机热载体锅炉），但是大多数的锅炉，特别是用于发电的大型锅炉，仍然将水作为介质。锅炉为了实现对水加热、汽化、蒸汽过热的过程，必须具有能从燃料获得足够热量的设备，即“炉子”，以及盛装水及蒸汽的耐压容器，并具有能吸收足够热量的受热面，这就是“锅”。这里所指的“足够热量”，取决于需要产生蒸汽（水）的量，以及蒸汽（水）的压力和温度。如果要给锅炉作一个科学的描述，那么应该表述为：锅炉是这样一种换热设备，它通过燃料的燃烧，使燃料中的化学能转化为热能，并将此热能传递给工质（多数情况下为水）从而使工质升温甚至转变成为具有所需要的热力学参数的蒸汽。1工业锅炉的定义1.1锅炉定义GB/T2900.48—2008《电工名词术语锅炉》将锅炉定义为：利用燃料燃烧释放的热能或其他热能加热水或其他工质，以生产规定参数（温度，压力）和品质的蒸汽、热水或其他工质的设备。锅炉是一种能量转换设备。也是一种典型的承压类特种设备（符合一定条件）。为了加强特种设备安全工作，预防特种设备事故，保障人身和财产安全，我国制定一系列法律法规对锅炉进行安全管理。我国根据《特种设备安全法》、《特种设备安全监察条例》、《特种设备目录》界定锅炉是否纳入特种设备实施监管。《特种设备安全监察条例》对锅炉的定义为：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30L的承压蒸汽锅炉；出口水压大于或者等于0.1MPa（表压），且额定功率大于或者等于0.1MW的承压热水锅炉；有机热载体锅炉。《特种设备安全法》规定，“国家对特种设备实行目录管理。特种设备目录由国务院负责特种设备安全监督管理的部门制定，报国务院批准后执行”。“质检总局关于修订《特种设备目录》的公告（2014年第114号）”中《特种设备目录》对锅炉的定义为：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，并通过对外输出介质的形式提供热能的设备，其范围规定为设计正常水位容积大于或者等于30L，且额定蒸汽压力大于或者等于0.1MPa（表压）的承压蒸汽锅炉；出口水压大于或者等于0.1MPa（表压），且额定功率大于或者等于0.1MW的承压热水锅炉；额定功率大于或者等于0.1MW的有机热载体锅炉。特种设备目录中锅炉的类别为：承压蒸汽锅炉；承压热水锅炉；有机热载体锅炉；有机热载体锅炉分为有机热载体气相炉，有机热载体液相炉两个品种。2004年公布《特种设备目录》（已废止）包含：锅炉部件；锅炉材料。以及承压蒸汽锅炉又分为电站锅炉、工业锅炉、生活锅炉三个品种。1.2工业锅炉定义：工业锅炉的概念是在20世纪30年代后期，为了区别于大容量电站锅炉才逐渐采用的。通常人们将工业锅炉和生活锅炉合称工业锅炉，我国目前的标准规范中所述工业锅炉一般也包含生活锅炉。GB/T2900.48-2008《电工名词术语锅炉》中工业锅炉的定义为：生产的蒸汽或热水主要用于工业生产和/或民用的锅炉。GB/T1921-2004《工业蒸汽锅炉参数系列》明确其适用于工业用、生活用以水为介质的固定式蒸汽锅炉。1999版《锅炉定期检验规则》（已废止）第十一条中明确，工业锅炉是指以向工业生产或生活用途提供蒸汽、热水的锅炉，一般是指额定工作压力小于等于2.5MPa的锅炉。TSGG7002-2015《锅炉定期检验规则》（2015.10.1实施）对于锅炉检验的要求是按电站锅炉和电站锅炉以外的锅炉来分别要求，没有再明确给出工业锅炉的定义。TSG0001-2012《锅炉安全技术监察规程》对锅炉范围做了进一步调整，其适用范围包括固定式承压蒸汽锅炉、承压热水锅炉、有机热载体锅炉，以及以余（废）热利用为主要目的烟道式和烟道与管壳组合式余（废）热锅炉。这里面涉及的工业锅炉包括：发电（包括热、电联产）锅炉之外的蒸汽锅炉、发电锅炉之外的以余（废）热利用为主要目的烟道式和烟道与管壳组合式余（废）热锅炉、承压热水锅炉、有机热载体锅炉。2工业锅炉用途、特点2.1工业锅炉用途a.为石油、化工、纺织、造纸、医药等工业生产提供热能。b.用于采暖、食品加工、卫生消毒等人民生活的诸多方面。c.回收利用工业生产过程的余（废）热。2.2工业锅炉特点工业锅炉是工业生产中的常用设备，实践证明，它又是一种事故率比较高、事故危害严重的特殊设备，主要表现在：易发事故、破坏力强、危害性大。特点：a.爆炸危害性：锅炉一般都是承受压力载荷的承压设备，超压、安全附件失灵、受压元件缺陷等等都有可能出现爆炸事故，造成财产损失和人身伤害；b.易于损坏性：锅炉受热面长期处于高温条件下工作，以及同时受火、烟气、灰、水（汽）等的侵蚀、磨损，锅炉设备是在比较恶劣的条件下运行，比一般设备易于损坏；c.使用的广泛性：由于锅炉是提供热源的重要设备，凡是需要蒸汽、热水的生产和生活场所，一般都离不开锅炉，锅炉遍及国民经济的各个行业，使用非常广泛；d.可靠的连续运行性：无论生产或生活用锅炉，一旦投入运行，就要连续运转，如果被迫停炉，会造成很大损失。生产用锅炉被迫停炉，会造成工厂停产；采暖锅炉冬季被迫停炉，会影响人们生活，因此，要求锅炉必须连续可靠地运行。所以，锅炉的特殊工况条件决定了锅炉的特殊性，事故的危害性大，尤其是锅炉爆炸事故，一旦爆炸，造成的损失就难以估量。3锅炉工作原理以常见的利用燃料燃烧释放的热能且工质为水、汽的锅炉为例，其工作原理可用下述工作过程和工作系统来说明。3.1锅炉工作过程：锅炉产生热水或蒸汽需要三个过程。a.燃料的燃烧过程，燃料在炉膛内燃烧放出热量的过程。b.烟气的流动和传热过程，燃料燃烧后产生的热量，通过受热面传递给锅内的水或蒸汽的过程。c.工质的加热汽化过程（锅内过程），水吸收热量转变为热水或蒸汽的过程。3.2锅炉工作系统：锅炉从构造上由二个系统组成，锅炉的工作过程就是在系统内连续完成的。3.2.1汽水系统：进入锅炉的水（给水），经过加热、汽化、过热，最后获得符合要求参数的蒸汽或热水；3.2.2燃烧系统：燃料和空气（或经过空气预热器预热）送入炉内混合燃烧后，产生高温烟气，再通过各受热面，将热量传给工质以后，烟气由烟囱排出。燃烧生成的灰渣，由排渣设备排出；电站锅炉及其辅助设备系统简图①─煤斗；②─给煤机；③─磨煤机；④─空气预热器；⑤─排粉风机；⑥─燃烧器；⑦─炉膛；⑧─水冷壁；⑨─屏式过热器；⑩─高温过热器；⑾─低温过热器；⑿─省煤器；⒀─除尘器；⒁─吸风机；⒂─烟囱；⒃─送风机；⒄─锅筒；⒅─下降管；⒆─顶棚过热器；⒇─排渣室燃料进入锅炉燃烧的基本流程：燃烧炉膛（或炉排）除渣设备。烟气的基本流程：蒸汽的产生过程（流程）：水的循环过程（流程）：第二章锅炉传热与水循环基础第01讲锅炉传热与水循环基础（一）2.锅炉传热与水循环基础内容2.1热力学基础热力学第一定律、热力学第二定律、水蒸汽的性质等2.2传热学基础辐射、导热、对流等2.3锅炉水循环水循环与流动压头、影响水循环因素、水循环故障等2.4流体的层流和紊流工程热力学、传热学与流体力学并称能源动力类专业的三大基础课程。在锅炉设计、制造、运行等环节得到广泛应用。工程热力学、传热学用于锅炉受热面设计和热力计算。流体力学用于锅炉水循环系统设计和水动力计算、烟风阻力计算等。2.1热力学基础工程热力学的研究对象主要是热能转化为机械能的规律和方法以及提高转化效率的途径。2.1.1热力学第一定律：自然界中一切物质都具有能量，能量不可能被创造，也不可能被消灭；但能量可以从一种形态转变为另一种形态；在能量的转化过程中，一定量的一种形态的能量总是确定地相应于一定量的另一种形态的能量，能的总量保持不变。在工程热力学的范围内，热力学第一定律主要是热能和机械能之间的相互转化和守恒。用简单的数学式表示，即Q＝AJW式中Q表示消耗的热能，W表示完成的功,AJ表示与一个单位的功相当的热量，叫做热功当量。AJ的数值与能量转化时的条件无关，仅仅决定于热和功所用的单位。在国际制（SI）中，热与功采用相同的单位，即焦耳（J）。所以AJ＝1这时上式可写成Q＝W。在工程制中，热的单位是千卡（kcal），功的单位是公斤力·米（kgf·m），这时（1.1）把热力学第一定律的原则应用于系统中的能量变化时可写成如下形式：进入系统能量－离开系统能量＝系统中储存能量的增加2.1.2热力学第二定律热力学第二定律有几种最基本的、广为应用的叙述方式，一种为克劳修斯说法，即：热不可能自发地、不付代价地、从低温物体传至高温物体。另一种为开尔文表达方式，即：不可能制造出从单一热源吸热，使之全部转化成为功而不留下其他任何变化的热力发动机。还有一种最经典的表述：第二类永动机是不可能存在的。由热力学第二定律可以推出著名的卡诺定理：在相同温度的高温热源T1和相同温度的低温热源T2之间工作的一切可逆循环，其热效率都相等，与可逆循环的种类及采用哪一种工质无关，其热效率等于1—T2/T1。T1和T2之间工作的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环的热效率。由两个可逆的定温过程和两个绝热过程组成的循环称为卡诺循环，在相同热源和冷源之间工作的一切循环以卡诺循环热效率最高。2.1.3水蒸汽的性质1.汽化水由液态转化为气态的过程称为汽化。汽化是通过蒸发或沸腾两种方法进行的。蒸发是水在自由表面上缓慢地汽化，在任何温度下都在持续进行。沸腾是水在表面和内部同时进行剧烈的汽化，只有当温度达到沸点时才会发生。2.饱和温度（沸点温度）是指对水加热时，水的温度不断上升，当达到该压力下水开始沸腾（常压下100℃）时的温度。此时的水称为饱和水，此时的蒸汽称为饱和蒸汽（湿蒸汽）。饱和蒸汽中含水分的重量百分数叫做湿度，它是衡量蒸汽品质好坏的一个重要指标。一般对蒸汽湿度的要求，水管锅炉应控制在3%以下，火管锅炉应控制在5%以下。湿度过大，会降低蒸汽的品质，影响使用效果，还可能在蒸汽管道上发生水击现象，使管道剧烈震动，以致损坏。3.过热蒸汽是指在该压力下对饱和蒸汽再加热，蒸汽的温度开始上升，变成温度超过饱和温度的过热蒸汽。而超过饱和温度的温度数值称为过热度。将饱和蒸汽进一步加热变成过热蒸汽的目的：是让蒸汽不带水分，保证蒸汽品质。同时，让蒸汽升温，增加蒸汽热焓，来供给生产或汽轮机发电。4.液体热（显热）是指在一定压力下，使1公斤的水从0℃加热到饱和温度所需要的热量。液体热仅用于提高水的温度，而不能改变水的形态。它与压力有关，压力越高液体热就越大。5.汽化热（潜热）是指在一定压力下，使1公斤的饱和水完全汽化，变成干饱和蒸汽所需要的热量。汽化热仅增加汽化量，而不提高蒸汽温度。它与压力成反比，压力越高汽化热就越小。6.焓是指在一定压力下，使1公斤的水从0℃加热到任一状态下的水或蒸汽所吸收的总热量。饱和水的焓等于液体热，干饱和蒸汽的焓就等于液体热与汽化热之和。7.水蒸汽的特性水蒸汽具有良好的膨胀，压缩和载热性能，因此在动力工程和工业部门的生产工艺过程中，水蒸汽是应用最广泛的一种介质。饱和蒸汽离液态（水）较近，为不稳定状态，遇冷即转化为饱和水放出汽化潜热。所以工业上常用饱和蒸汽而较少用过热蒸汽。过热蒸汽具有较大的能量，且没有水分，常用来推动汽轮机发电。2.1.4水蒸汽的热力过程1.饱和状态－－－－液体和蒸汽处于动态