锅炉：工作原理与应用

随着工业生产的发展，蒸汽锅炉的地位越来越重要。目前，锅炉广泛地用于国民经济各个部门和人民生活之中。锅炉的用途不同，对它的要求也就不同，即使是同样用途的锅炉，对它的要求也可能不同。

如果按锅炉的用途来分类，则不易说明锅炉的性能和特点，因此通常是按压力来进行分类的。

（1）低压锅炉：2.452MPa以下。

（2）中压锅炉：2.452～5.884MPa。

（3）高压锅炉：5.884MPa以上。

国家规定，压力在2.452MPa以下的任何蒸发量的锅炉都叫工业锅炉。工业锅炉除用于发电之外，一般不要求过热蒸汽，但是水管锅炉都有安装过热器的空间位置，如果需要，都可以加装过热器。

（一）锅炉的工作原理

1.锅炉的工作过程锅炉是利用燃料燃烧放出的热量或工业生产中的余热生产热水或使水汽化为水蒸气的热力设备。

锅炉工作主要包括两个同时进行的过程，其一是燃料在炉膛内燃烧后不断地放出热量，燃烧产生的高温烟气通过热的传播，将热量传递给锅炉受热面，然后通过烟道由烟囱排出；其二是锅炉受热面将吸收的热量传递给受热面内的炉水，使水加热和生成水蒸气。锅炉在运行中，由于炉水的循环流动，不断地将受热面吸收的热量全部带走，不仅使水汽化成水蒸气，而且使受热面得到良好的冷却，从而保证了锅炉受热面在高温条件下安全地工作。

2.锅炉水循环工业锅炉水循环普遍采用自然循环的方式。常见的水管锅炉自然循环原理如图5－34所示，它是由上锅筒、下降管、下锅筒或下集箱和上升管组成的循环回路。当位于炉膛内的上升管将吸收的热量传递给管中的水时，水受热并部分汽化成气泡，形成气水混合物，密度较前减小，而位于炉膛外下降管内的水不受热，所以密度较大，这样水循环回路中的两根管子的水一轻一重，就产生了压差，于是水和水汽混合物便在锅炉中连续不断地流动，形成了自然水循环。如果上升管吸收的热量Q较多，亦即产生的蒸汽越多，那么形成水循环的动力也就越大。如果循环回路的高度H越高，水循环的动力也就越大。锅炉的循环动力克服了水及水汽混合物在下降管、锅筒或集箱、上升管中的流动阻力，并且提供了水汽循环流动的动能。因此，锅炉运行时，必须要有足够的循环动力，才能保持锅炉良好的水循环。若水循环遭到破坏，受热面就易产生过热损坏（严重时会导致爆管），影响锅炉的安全运行。

图5－34　水管锅炉自然循环原理

1—蒸汽出口　2—给水管　3—上锅筒
4—下降管　5—下锅筒　6—上升管

（二）工业锅炉的结构和特性

由于锅炉的使用对象、地点、场所不同，因此对锅炉在结构和性能方面的要求也各不相同，如锅炉的蒸发量、蒸汽品质、适用煤种等。另外也由于各单位的操作条件和管理水平不同，因而出现了适合各种需要的多种锅炉形式，现简单介绍一种水火管锅炉的结构和特性。(www.xing528.com)

1.结构水火管锅炉是一种带水冷壁的卧式外燃快装锅炉，主要由锅壳、前封头、前后管板、烟管、水冷壁管、下降管、集箱等部分组成，全部为焊接结构，如图5－35所示。

（1）锅壳：是根据锅炉的不同容量而用1～3节锅炉钢板焊制成的，所用钢板的厚度需通过强度计算确定。在锅壳上，开有炉门、手孔、水位表孔等。锅壳下端应与地面相隔适当的距离，以免底部受潮腐蚀。

（2）封头：一般有两种形式，一种是平板封头，另一种是凸形封头。如用平板封头，则应加设许多角拉撑，以防止平板封头凸出变形和转角处的钢板应力集中；如用凸形封头，则无需另装角拉撑。凸形封头几乎没有弹性，因此在它与锅壳、炉胆相连之处应有适当大小的弧度，以便消除应力集中。

（3）管板：靠近炉门的管板叫前管板，靠近喉管的管板叫后管板。前、后管板的上、下板边分别与上、下两节锅壳相连，左、右板边与中间锅壳相连，后管板的下部还与喉管相连。

（4）火管：一般选择直径为63mm的无缝钢管作为火管，用胀接或焊接的方法将其装在前、后管板之间。在管区纵向靠锅壳的排管中，还应间隔配置一定数量的拉撑管，拉撑管的管壁较厚，可用来防止管板和锅壳变形。通常采用焊接法将拉撑管焊在管板上，同时它也是一种火管。

（5）水冷壁管：由布置在炉膛四周吸收辐射热的成排炉管组成，它们紧靠炉墙安装，每排水冷壁管下端连接一个集箱，称为下集箱。下集箱是圆形或方形的长筒，其作用是将水分配到各水冷壁管中去。下集箱底部有一排污管，用以排除其中沉积的污垢。水冷壁管上端一般也有集箱，称为上集箱，其形式与下集箱相同。上集箱用以汇集水冷壁管中上升的水、汽，经上升管送往锅筒。在卧式外燃快装锅炉中，装在炉膛两侧的水冷壁管的上端直接接入锅筒，下端与两个下集箱连接，两个下集箱的后端与从锅筒接来的下降管连接，这样便构成了完整的水冷壁系统。

2.烟气流向如图5－35所示，卧式外燃快装锅炉的炉排位于锅壳的前下方。运行时，火焰首先加热锅壳的前半部分和布置在两侧的水冷壁，然后经小烟室进入一侧的火管束，到前烟箱后反入另一侧的火管束，然后经烟道加热省煤器由引风机从烟囱排出。省煤器是预热锅炉给水的设备。

图5－35　卧式外燃快装锅炉

1—链条炉排　2—前烟箱　3—锅壳　4—烟管　5—铸铁省煤器　6—下降管
7—鼓风机　8—水冷壁管

3.水循环炉膛两侧水冷壁管和锅壳的下半部分受热较强，产生的蒸汽也多，水汽混合物由此上升，经过火管后，蒸汽进入上部空间，水则由锅壳两侧下降到底部，这是一个水循环；锅壳内的水经下降管进入左、右下集箱到水冷壁管，水汽再上升到锅筒，形成另一个水循环。

4.特性卧式快装锅炉通常都装有机械通风设备，为了提高锅炉热效率，尾部还装有铸铁省煤器。其工作压力在1.275MPa以下，蒸发量为0.5～4t/h。

卧式快装锅炉的优点是锅炉热效率较高；结构紧凑，体积小；没有大量的砌砖工作量；对地基的要求不高，因而安装简便，也便于移动，投资省。缺点是火管两端与平板封头连接处对热胀冷缩的适应性差，容易漏；负荷突然有大的变化时，容易产生水汽共腾；火管容易结灰；检修不便。